Interdisziplinäre Forschung zur Optimierung der Dynamik der Gasexpansion im mechanischen und thermischen System zur Energiespeicherung und des Expanders für Mikro-Druckluftenergiespeicher (CAES)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Oliver Sawodny
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564468515

Das Vorhaben beschäftigt sich mit den Grundlagen der Exergieeffizienz der thermodynamischen Prozesse der Gasexpansion in Mikro-Druckluftenergiespeichern (CAES), die theoretisch 85% erreichen könnten, bisher in experimentellen Studien allerdings nur etwa 60% erzielen. Das übergeordnete Ziel ist die Maximierung der Exergieeffizienz des Prozesses zur Umwandlung der thermomechanischen Expansionsenergie des komprimierten Gases in Elektrizität. Die wichtigsten Hypothesen sind: 1. Der auftreffende Druck des komprimierten Gases hat eine Rückwirkung auf die Dynamik des Kompressionszylinders; 2. die zyklisch gepulste Druckluftzufuhr reduziert den Luftmassenstrom und Expansionsverluste, die durch einen unterschiedlichen Speicherdruck im Druckluftspeicher im Verhältnis zum Arbeitsdruck im Expander hervorgerufen werden. 3. DIe Abgasrückführung am Ausgang des Expanders erhöht die Effizienz der Anlage. Weitere Forschungsfragen sind: Es wurde gezeigt, dass die zusätzliche thermische Energiespeicherung die Exergieeffizienz bei der Gasexpansion erhöht, aber welchen Einfluss haben die Verweilzeit und der Ort der Wärmeübertragung auf die Exergieeffizienz und die Kolbendynamik? Wie können Methoden der Systemdynamik zur Systemauslegung des Expanders und des Druckluftspeichers beitragen? Im Vorhaben wird ein Druckluftenergiespeichersystem bestehend aus Druckluftspeicher, Expandereinheit und Wärmerückgewinnungssystem untersucht und hinsichtlich der Energieeffizienz optimiert. Die Ergebnisse werden an einem Versuchsstand experimentell validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Jacek Leszczynski