Detailseite
Projekt
MultiPCM – Multiskalen Simulation eines Latentwärmespeichers für den inversen Design von Carnot Batterien
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. André Thess; Professorin Dr.-Ing. Annelies Vandersickel
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Technische Thermodynamik
Technische Thermodynamik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526035476
Die Entwicklung von Carnot-Batterien mit hoher Effizienz und niedrigen Kosten erfordert ausgeklügelte thermische Energiespeichersysteme (TES) und ein umfassendes Verständnis ihres transienten Verhaltens. Der Mangel an validierten und recheneffizienten TES-Modellen für Latentwärmespeicher (LHS) stellt ein wichtiges Hindernis für ein erfolgreiches inverses Design von Rankine-basierten Carnot-Batterien dar. Das vorliegende Projekt beabsichtigt, diese Lücke zu schließen, indem es ein genaues, recheneffizientes und experimentell validiertes LHS-Mehrskalensimulationsmodell entwickelt und das Ergebnis den Mitgliedern des Schwerpunktprogramms zur Verfügung stellt. Darüber hinaus zielt das Projekt auf die Formulierung eines Frameworks zur konsistenten Beschreibung von Carnot-Batterie-Konzepten über das Schwerpunktprogramm hinweg unter Verwendung einheitlicher hochwertiger Metadaten. Thermische Energiespeicher sind eine Schlüsselkomponente in einer Carnot-Batterie. Für Carnot-Batterien auf Rankine-Basis versprechen insbesondere Latente TES eine hohe Effizienz aufgrund der hervorragenden Temperaturanpassung zwischen dem isothermen Schmelzen/Erstarren im Speicher und dem Verdampfen/Kondensieren des Arbeitsmediums beim Laden/Entladen. Bei modernen LHS wird ein Wärmetauscher in das Phasenwechselmaterial (PCM) eingebettet, um die Wärmeübertragung zwischen dem Arbeits- und dem Speichermedium zu ermöglichen. Da typische PCM eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, sind erweiterte Wärmeübertragungsstrukturen erforderlich, um ausreichend hohe Leistungsdichten zu gewährleisten. Zwischen diesen Strukturen entstehen beim Laden und Entladen komplexe Temperatur- und Phasenverteilungen. Die Kenntnis des örtlichen und zeitlichen Verlaufs dieser Verteilungen ist Voraussetzung für die Auslegung des Speichers und die Identifizierung eines optimalen Designs, das eine hohe Effizienz der Carnot-Batterie gewährleistet. Eine Integration dieser Modellkomplexität in übergeordnete Designoptimierungen für eine gesamte Carnot-Batterie ist jedoch noch nicht möglich. Aktuelle Auslegungs- und Simulationstools für LHES sind zudem kaum validiert. Das aktuelle Projekt besteht aus einem Hauptteil (MP), der von der Antragstellerin (Vandersickel) formuliert wurde und sich der Entwicklung eines konsistenten Multiskalenmodells für LHES widmet, und einem Transfermodul (TM), das vom zweiten PI (Thess) formuliert wurde und sich die Verteilung der entwickelten Methodik auf das Schwerpunktprogramm widmet. Als Ergebnis des MP wird dieses Projekt ein gut validiertes LHES-Modell und eine Modellparametrisierung bereitstellen, die für die gleichzeitige Optimierung von Speicher- und Carnot-Batteriedesign und -betrieb geeignet sind. Als Ergebnis des TM wird das Projekt allen Mitgliedern des Schwerpunktprogramms eine Methodik zur einheitlichen Beschreibung von Carnot-Batteriesystemen unter Verwendung von Metadaten sowie ausgewählten transienten Daten der DLR-Carnot-Batterie-Pilotanlage zur Verfügung stellen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich(e)
Dr.-Ing. Andrea Gutierrez
