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Projekt
Ericsson Batterie – Konzeption eines thermischen Stromspeichers auf Basis des Ericsson Prozesses
Antragstellerin
Professorin Dr.-Ing. Christiane Thomas
Fachliche Zuordnung
Technische Thermodynamik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526159167
In Carnot-Batterien werden bisher hauptsächlich Rankine- oder Brayton-Kreisprozesses eingesetzt, um die Wärmebereitstellung und die Rückverstromung zu realisieren. Im vorgeschlagenen Vorhaben soll nun erstmalig ein Ericsson-Prozess für Fälle anvisiert werden, wo bisher nur der Rankine-Prozess erwogen wird. Deswegen wird diese Konzeption Ericsson-Batterie genannt. Hintergrund ist, dass der Rankine-Prozess vom Carnot-Prozess abweicht, welche zu Exergieverlusten führen. Im Wärmepumpenbetrieb dominieren dabei Expansions- und im Verstromungsbetrieb Vorwärmverluste. In Carnot-Batterien wird Diesen bisher über den Einsatz eines zusätzlichen sensiblen Wärmespeichers begegnet. Als Alternative soll nun stattdessen ein Kreisprozess genutzt werden, bei dem diese Verlustarten in dieser Weise nicht auftreten. Hierfür ist der Ericsson-Vergleichsprozess grundsätzlich geeignet, die technischen Umsetzungen haben sich bisher jedoch nicht bewährt, da die volumetrische Leistungsdichte durch das eingesetzte Gas als Arbeitsmedium gering und durch die Ermangelung eines Phasenwechsels die notwendigen Wärmeübergänge niedrig sind. Deswegen wird ein neuer Ansatz angewendet, der an der Bitzer-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik in den letzten Jahren in seinen Grundzügen entwickelt wurde. Es handelt sich dabei um einen rekuperativen Zweiphasen-Kreisprozess, bei dem eine vollständige Rekuperation durch den Einsatz eines zeotropen Gemisches mit einem hochgradig nichtlinearen Verlauf im Zweihasengebiet ermöglicht wird. Dieser Kreisprozess kann die Form des Ericsson-Vergleichsprozesses annehmen, wobei dennoch der gewünschte Phasenwechsel besteht. Ziel ist der Einsatz in thermischen Stromspeichern, wodurch sich eine Speicherkonzeption ergibt, die nur auf einem Latentwärmespeicher basiert und keine zusätzlichen sensiblen Speicher benötigt. Im vorgeschlagenen Vorhaben soll diese Konzeption erstmals untersucht werden. Dafür müssen zunächst die optimalen Kreisprozessparameter mit den benötigten Arbeitsfluidgemischen identifiziert werden. Hierfür ist eine parallele Optimierung von Prozessparametern, Gemischbestandteilen und Gemischzusammensetzung von Nöten. Daraus ergeben sich die wichtigsten thermodynamischen Kenndaten der Ericsson-Batterie, wie die ideale Speichertemperatur und der spezifische Wärmestrom. Im nächsten Schritt soll die Funktionalität des Gemisches an einem Demonstrator nachgewiesen werden, wobei das Experiment jedoch nur einen Teil des angestrebten Gesamtprozesses abbilden soll. Das Projekt erfolgt in Kooperation mit weiteren Partnern. Dabei werden sowohl energiewirtschaftliche Anforderungen (A) entgegengenommen, methodische Ansätze (B) in die eigenen Berechnungswerkzeuge integriert und Anforderungen an notwendige Komponenten (C) weitergegeben. In einem letzten Teil werden alle theoretischen und experimentellen Erkenntnisse dazu verwendet, um das Potential einer technischen Umsetzung der Ericsson-Batterie zu quantifizieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
