Konzeption eines thermischen Stromspeicher auf Basis eines neuartigen Ericsson-Prozesses
Ericsson-Batterie – Konzeption eines thermischen Stromspeicher auf Basis eines neuartigen Ericsson-Prozesses
Das Projekt „Ericsson Batterie“ ist Teil des DFG Schwerpunktprogramms 2403 „Carnot-Batterien: inverses Design vom Markt zum Molekül“, das die Tauglichkeit von thermischen Stromspeichern für die Energiewende auf energiewirtschaftlicher, systemischer und komponentenspezifischer Ebene evaluiert.
Das Teilprojekt der Schaufler-Professur fokussiert sich auf die Untersuchung eines neuartigen thermodynamischen Kreisprozesses, welcher das Potential bietet, den Gütegrad der einzelnen thermodynamischen Teilprozesse und damit den Gesamtwirkungsgrad eines thermischen Stromspeichers zu verbessern.
Kurzbeschreibung
Um die großen Schwankungen regenerativer Stromerzeugung an den Bedarf anzupassen, sind bei fortschreitender Energiewende Elektroenergiespeicher notwendig. Neben Kurzzeitspeichern wie elektrochemischen Batterien sind auch Speicher für längere Zeiträume von einige Stunden und Tage notwendig. Für diesen Einsatzfall werden auch thermische Stromspeicher (Carnot-Batterie) erwogen, welche die Elektroenergie über einen thermodynamischen Prozess in thermische Exergie wandeln, welche bei Bedarf in einem thermodynamischen Prozess wieder rückverstromt werden kann. Der Vorteil dabei ist, dass sich thermische Energie vergleichsweise einfach und kostengünstig speichern lässt und auch kleine geographischen Anforderungen wie bei Pumpspeicherkraftwerken bestehen. Abhängig vom Temperaturniveau kann die Speicherung in Wasser, in Phasenwechselmaterialien wie Paraffinen oder auch in Salzschmelzen erfolgen. Nachteilig ist aber der begrenzte Gütegrad von thermodynamischen Prozessen wie sie in Wärmepumpen und Wärme-Kraft-Maschinen zum Einsatz kommen, weswegen der Gesamtwirkungsgrad sehr niedrig ausfällt. In thermischen Stromspeicher bei denen die Speichertemperatur < 200 °C beträgt, wird der Clausius-Rankine-Prozess verwendet. Das Projekt der Schaufler-Professur setzt nun bei den Verlustursachen des Clausius-Rankine-Prozessen an. Durch ein neuartiges Kreisprozesskonzept sollen die prozessbedingten Drossel- und Vorwärmverluste drastisch verringert werden. Der Name des Projektes leitet sich dabei aus der Gestalt des neuen Kreisprozesses ab, das einem idealen Ericsson-Kreisprozess entspricht. Im Unterschied zu den bisherigen technischen Ausführungen des Ericsson-Prozesses mit einem gasförmigen Arbeitsfluid, durchläuft das Fluid aber wie bei dem Clausius-Rankine-Prozess einen Phasenwechsel. So können die Vorteile beider Prozesse vereint werden.
Das Projekt beinhaltet die theoretische Berechnung und Optimierung dieses neuartigen Prozesses, die Anwendung auf das Einsatzgebiet der thermischen Stromspeicher, sowie einen erstmaligen experimentellen Funktionsnachweis des Prozessprinzips für den Fall einer Wärmepumpe.
Laufzeit
10/2024 – 09/2026
Projektpartner
Technische Universität Dresden, Schaufler-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik (K3T)
tu-dresden.de/mwiet/kkt
Projektleitung des Schwerpunktprogramms
Universität Duisburg-Essen
Fachgebiet für Thermodynamik
Prof. Dr. Burak Atakan
https://www.uni-due.de/empi/td/
Danksagung
Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.
Kontakt
© Thomas Tannert
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Benedikt Bederna
- Kältetechnik -
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