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#Neues aus der Industrie
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TEMPERATURREGELUNG FÜR ENERGIESPEICHERSYSTEME DER ZUKUNFT
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Das Max-Planck-Institut in Magdeburg forscht an der Entwicklung eines zukunftssicheren Energiespeichersystems. LAUDA liefert die Temperiertechnik.
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Deutschland hat sich für die Energiewende ehrgeizige Ziele gesetzt: Der Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch soll bis 2050 80 Prozent betragen. Mit dem Ausbau der Windenergie, der Photovoltaik und anderer regenerativer Energiequellen sowie der zunehmenden Elektrifizierung der Gesellschaft stehen Wirtschaft, Politik und Wissenschaft vor einer großen Herausforderung: die effiziente und nachhaltige Speicherung von lokal erzeugter überschüssiger Energie, damit sie in Spitzenzeiten in das Energienetz eingespeist werden kann. Ein vielversprechendes Energieeffizienzkonzept ist "Power to Gas", bei dem Methan aus Wind- oder Sonnenenergie durch Elektrolyse und Methanisierung gewonnen wird. Die Energie wird dann in Gasform gespeichert und bei Bedarf wiedergewonnen. Die Methanisierung könnte auch den Anstieg gasbetriebener Fahrzeuge im Automobilsektor beschleunigen, während das für den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge benötigte Methan umweltverträglich hergestellt werden könnte. Forscher auf der ganzen Welt arbeiten mit Hochdruck daran, eine Technologie zu entwickeln, die einfacher und relevanter in Bezug auf die Energieeffizienz ist. Das Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg ist ein führendes Unternehmen, das bereits seit sieben Jahren auf diesem Forschungsgebiet tätig ist. Für die Arbeiten in der Pilotanlage setzt das Institut ein LAUDA Wärmeübertragungssystem ein, das den ganz spezifischen Anforderungen der Forscher gerecht werden muss.
Hochpräzises, schnelles Abkühlen erforderlich
LAUDA Heiz- und Kühlsysteme, die Industrieabteilung des Temperaturgeräteherstellers LAUDA, plant und fertigt kundenspezifische Konstanttemperatursysteme exakt nach Kundenwunsch. Für das Max-Planck-Institut wurde ein Wärmeübertragungssystem vom Typ ITH 350 entwickelt. Das System dient zur Regelung der Temperatur eines Reaktors. Das LAUDA System muss in der Lage sein, eine Kühlung von 100 Kelvin pro Minute zu gewährleisten, ohne den Endpunkt zu unterschreiten. Er muss daher schnell abkühlen, darf aber einen bestimmten Temperaturpunkt nicht unterschreiten und den eigentlichen Prozess gefährden. Diese Herausforderung stellte auch die LAUDA Ingenieure vor Probleme, da Wärmeübertragungssysteme in der Regel für eine konstante Temperaturregelung ausgelegt sind. Die Forschung am Max-Planck-Institut erfordert ein System, das extrem schnell kühlt.
Kühlung von 340 °C auf 150 °C in Minuten - mit höchster Präzision
Die Methanierungsreaktion erzeugt viel Wärme und hohe Temperaturen, die den Reaktor oder vor allem den Katalysator schädigen können. Bisher wurde ein solcher Prozess typischerweise einmal langsam gestartet und dann mehrere Wochen lang konstant durchgeführt. Projektleiter Jens Bremer erklärt, was die Forscher erreichen wollen: "Zuerst versuchen wir zu ermitteln, wie dynamisch sich dieser Prozess gestalten lässt und entwickeln dann einige Grundkonzepte für neue Betriebsstrategien und Reaktordesigns. Wir haben bereits erste vielversprechende Ergebnisse auf Basis computergestützter Berechnungen erzielt und wollen diese nun mit dem Pilotsystem überprüfen". Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Temperaturregelung. Das LAUDA Wärmeübertragungssystem ist mehr als in der Lage, die erforderliche Präzision zu liefern. "Die Leistung und Dynamik des Reaktors wird in erster Linie durch die Kühlung des Reaktors bestimmt. Die schnelle Temperaturregelung ermöglicht ein flexibles Reagieren auf äußere Einflüsse, wie z.B. eine Abnahme der Wasserstoffversorgung, ohne den Reaktor abschalten zu müssen", erklärt Jens Bremer
Während des Prozesses wird der Reaktor elektrisch auf 340 °C erhitzt. Nach Erreichen einer definierten Temperatur wird eine exotherme Reaktion ausgelöst und das System muss dann schnell auf 150 °C abgekühlt werden. Ein im Normalfall verwendetes elektronisches Ventil, das als Regelvorrichtung dient, wäre für diese spezielle Anwendung viel zu langsam. Es ist möglich, die Kühlleistung in Abhängigkeit vom Stellsignal über das Ventil einzustellen. Wird das System mit Kühlwasser gekühlt, ist die Kühlleistung für normale Kühlaufgaben begrenzt, um die Materialien bei größeren Temperaturunterschieden zu schonen. In diesem Fall ist eine schnelle Öffnung erforderlich, um die erforderliche Abkühlgeschwindigkeit zu erreichen, ohne das Material zu stark zu belasten. LAUDA Ingenieure haben daher ein pneumatisches 3-Wege-Ventil entwickelt, das sich in nur 2 Sekunden öffnet, um sicherzustellen, dass der Wärmeträger auf mehr als 150 °C pro Minute gekühlt wird.
Das Wärmeübertragungssystem besteht aus zwei thermostatischen Kreisläufen. Während der erste Kreis die Temperatur in einem Pufferbehälter steuert, steuert der zweite Kreis die Temperatur im Versuchsaufbau des Max-Planck-Instituts. Beide Stromkreise verwenden das gleiche Medium und sind über den Medienspeicher miteinander verbunden. Eine weitere Kundenanforderung an das System war, dass der Wärmeträger bei Temperaturen von bis zu 350 °C eingesetzt werden kann. LAUDA entschied sich daher für ein Thermoöl, das den hohen Anforderungen des Materials gerecht wird.
Spezifische Kundenanforderungen erfüllt
LAUDA entwickelte und konstruierte das spezielle Wärmeübertragungssystem nach den Anforderungen des Max-Planck-Instituts. Die eingeschränkten Platzverhältnisse wurden bereits in der Entwicklungsphase am Computer berücksichtigt. Das System musste in einer speziellen Sicherheitskuppel untergebracht werden, was eine seitliche Montage der Schaltschränke erforderlich machte. Auf Kundenwunsch befinden sich einige der Düsen auf der Unterseite des Gerätes. Das LAUDA System wurde zur zweiteiligen Montage nach Magdeburg geschickt, die mit einem Kran in die Sicherheitsglasabdeckung gehoben wurde
Das Wärmeübertragungssystem für die Methanisierungsforschung war das zweite System, das LAUDA an das Max-Planck-Institut geliefert hat. Das Institut ist mit den Dienstleistungen des Herstellers der Temperaturregelung mehr als zufrieden: "Wir erhielten eine hervorragende Beratung und Betreuung von der ersten Konzeptphase bis zur endgültigen Installation vor Ort. Kein anderer Hersteller konnte eine solche Flexibilität für unsere spezifische Situation bieten", erklärt Projektleiter Jens Bremer.