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Forschung - Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung

Simulationsmethoden zur Datenassimilierung angewendet auf die thermochemische Energiespeicherung
Projektleiter:Rainer Helmig, Holger Class
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Gabriele Seitz
Projektdauer:15.3.2016 - 31.12.2018
Projektpartner:Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt (ITLR)
Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK)
Institut für Energiespeicherung (IES)
Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Energiespeicherung wird als Lösung der Problematik der fluktuierenden Energiegewinnung aus erneuerbaren Energiequellen angesehen, ist aber auch für Energieeffizienz und Prozessoptimierung von großer Bedeutung. Energie kann in thermischer, chemischer und mechanischer Form sowohl in natürlichen als auch technischen Systemen gespeichert werden.
Eine spezielle Möglichkeit der Wärmespeicherung ist die thermochemische Speicherung. Diese Speicher werden durch eine endotherme Reaktion beladen und durch eine exotherme Entladung wieder nahezu in den Ausgangszustand zurückgeführt. Von besonderem Interesse ist dabei das CaO/CaOH-System, in dem Calciumoxid mit Wasser exotherm zu Calciumhydroxid reagiert. Kalk ist für die Umwelt unbedenklich und ausreichend vorhanden.
In Zusammenarbeit mit dem deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR), dem Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) dem Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt (ITLR) und dem Institut für Energiespeicherung (IES) soll Kalk als thermochemischer Energiespeicher in Experimenten und Simulation analysiert werden.
Mit Hilfe eines numerischen Modells sollen in diesem Projekt zunächst Strömungs- und Transportvorgänge, sowie chemische und andere wesentliche Prozesse, die in Experimenten abgebildet sind, analysiert werden. Dazu ist es notwendig, die konstitutiven Beziehungen des komplexen Systems in einem Mehrphasenmodell abzubilden. Darüber hinaus sollen auch die Veränderungen der Struktureigenschaften (Permeabilität und Porosität) berücksichtigt werden. Einen wichtigen Aspekt stellt die Untersuchung von thermischen Nichtgleichgewichtsprozessen dar. Die Modellierung soll dazu beitragen, deren Größenordnung und damit ihre Relevanz zu beurteilen. Die aus Experimenten gewonnenen Daten dienen dabei zunächst der Modellentwicklung und im Weiteren auch der Kalibrierung. In einem nachfolgenden Schritt wird sukzessive die vorhandene Datenbasis der Experimente in das numerische Modell integriert. Dabei soll die Datenwelt mit der Simulationswelt so verknüpft werden, dass die zu entwickelnden Modelle durch die Daten immer weiter optimiert und damit prädiktiv eingesetzt werden können.