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Projekt
Flexibles inverses Design von Carnot-Batterien mit Fluidgemischen: Ein kombinierter theoretisch-experimenteller Ansatz
Antragsteller
Professor Dr. Burak Atakan
Fachliche Zuordnung
Technische Thermodynamik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525971077
Carnot-Batterien (CBs) speichern elektrische Energie als thermische Exergie. Beim Entladen wird angestrebt, die elektrische Energie zurückzugewinnen. Um hierbei hohe Wirkungsgrade zu erzielen, müssen alle Teile des Systems nahezu thermodynamisch reversibel arbeiten. Daneben werden auch Kosten und weitere Kriterien in zukünftigen Energiemärkten wichtig sein. In diesem Projekt wird ein inverses Design von CBs unter Verwendung von Mehrkomponentengemischen untersucht und mathematisch optimiert, wobei detaillierte Modelle für Maschinen, Wärmeübertrager, Speicher und Fluide verwendet werden. Ausgewählte Punkte werden experimentell untersucht, um die Gültigkeit der Modelle und ihrer Vorhersagen zu überprüfen. Das Projekt ist stark auf Kooperationen im Rahmen des Schwerpunktprogramms angewiesen. Die Kriterien für den inversen Entwurf werden aus Projekten der Energiesystemanalyse stammen, und die detaillierten Eigenschaften und Korrelationen der Teile werden aus Projekten der Thermodynamik, der Wärmeübertragung und der Thermofluidmaschinen gewonnen. Die Haupthypothese ist, dass relativ einfache Kreisprozesse mit gemeinsam optimierten Arbeitsfluidmischungen und Betriebsbedingungen zu einem hohen Grad an Flexibilität für einen inversen Auslegungsansatz führen und die aus der Energiesystemanalyse formulierten Kriterien, wie Gesamtwirkungsgrad pro Investitionskosten und gegebenes Speicher-zu-Leistungs-Verhältnis für verschiedene zeitliche Anwendungsprofile, erfüllen, um den Marktbedürfnissen gerecht zu werden und die Grenzen von Carnot-Batterien zu bewerten. Die zweite Haupthypothese ist, dass aktuelle thermodynamische Modelle von CBs zu stark vereinfachen: sie vernachlässigen z.B. lokale Eigenschaften, fluidabhängige Wirkungsgrade, Zeitabhängigkeiten und Kopplungseffekte, so dass ihre Vorhersagen mit großen Unsicherheiten behaftet sind, insbesondere aufgrund eines fehlenden Vergleichs mit Experimenten. Hier wird erwartet, dass anhand der Resultate dieses Projektes der benötigte Detaillierungsgrad von Modellen für eine gute Genauigkeit bei der Vorhersage des CB-Verhaltens und für ein zuverlässiges inverses Design beurteilt werden können. Am Ende dieses Förderzeitraums soll ein CB-Modell vorliegen, das für das inverse Engineering verwendet werden kann und an ausgewählten Betriebspunkten experimentell validiert ist.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
