Thermomechanische Speicher (FE 1)

Allgemeine Informationen

Projektnummer	61007405
Projekttitel laut Förderbescheid	Energiespeicher-Teilprojekt Messtechnik
Akronym	Energiespeicher
Projektlaufzeit	01.11.2025 - 31.10.2028
Forschungsschwerpunkt	Energie und Umwelt
Projektkategorie	Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld	Energie und Umwelt
Themengebiet	Energiespeicherung; Sektorenkopplung;
Grundeinheit	Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik

Inhaltliche Projektbeschreibung

Zur direkten Speicherung großer Mengen überschüssiger elektrischer Energie eignen sich ausschließlich batterieelektrische Speichersysteme, die jedoch mit hohen Kosten, dem Ver-brauch von kritischen Rohstoffen (Kobalt, etc.), begrenzter Zyklenstabilität und schwierigem Recycling verbunden sind. Als Alternative bietet sich die indirekte Speicherung elektrischer Energie u. a. in Form von thermischer und/oder mechanischer Energie an. Das Konzept eines thermomechanischen Speichers sieht vor, die elektrische Energie durch eine spezielle elektromotorisch angetriebene Fluidenergiemaschine in thermische Energie umzuwandeln, indem beispielsweise Wasserdampf in einen wärmegedämmten Druckbehälter (Nassdampfspeicher) komprimiert und gespeichert wird. Bei Bedarf kann die thermische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt werden, indem der Dampf aus dem Druckbehälter über die um-kehrbare Fluidenergiemaschine entspannt wird und einen Generator antreibt. Flexible thermomechanische Speicher, auch bekannt als Carnot-Batterien, können einen entscheidenden Beitrag leisten, um Speicheroptionen zu ergänzen und ermöglichen zudem die effiziente Kopplung der Sektoren Strom und Wärme mit zeitlicher Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch.

Damit stellen thermomechanische Speicher eine wichtige Komponente für die Transformation des Energiesystems, die Sektorenkopplung, die Stabilisierung der Netze und die Gewährleistung der Versorgungssicherheit dar. Die Forschungseinheit stärkt die regenerative Energietechnik durch die anwendungsorientierte Erforschung und Entwicklung von Strom- und Wärmespeichersystemen. Im Rahmen der Forschungsarbeiten werden thermomechanische Speicher grundlegend, d. h. durch Analyse der thermodynamischen und strömungsmechanischen Vorgänge bei der Beladung (Kompression) und Entladung (Expansion) untersucht.

Thermomechanische Speicher sind aktuell Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Studien [1] zeigen, dass thermomechanische Speicher relativ neu sind und viele Aspekte wie z. B. das Teillastverhalten und damit verbundene wechselnde Arbeitstemperaturen noch zu erforschen sind. Des Weiteren [2] werden verschiedene Konzepte von thermomechanischen Speichern untersucht. Dabei zeigt sich die Abhängigkeit des Gesamtwirkungsgrads derartiger Systeme von den Einzelwirkungsgraden der verwendeten Fluidenergiemaschinen. Thermomechanische Speicher leisten einen Beitrag zur CO2-neutralen Speicherung großer Energiemengen, ohne dass kritische Rohstoffe dafür zum Einsatz kommen müssen. Weiterhin können sie neben der Speicherung auch zur Teilverstromung regenerativ erzeugter Wärme (z. B. aus Solarthermie oder Biomasseverbrennung) Anwendung finden.
 

Ergebnisse

Es werden grundlegende Erkenntnisse zu thermomechanischen Speichersystemen erwartet, hinsichtlich der Maschinentechnik sowie des stationären und dynamischen Verhaltens bei Expansion und Kompression, insbesondere von Verdrängermaschinen. Mit den Versuchsanlagen THERESA und SCTF finden experimentelle Untersuchungen statt, welche zur Verifizierung und Validierung der erstellten Modelle dienen. Weiterhin gibt es Erkenntnisse hinsichtlich der Auslegung und des Betriebs derartiger Systeme.

Weitere Daten

• Ansprechpartner

  • Herr Daniel Fiß (Projektleitung)
  • Herr Sebastian Braun
  • Herr Torsten Klette

• Fördermittelgeber

  • 100779693 - ESF+/SAB
  
  
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