Industrielle Abwärme effizienter nutzen

Thermische Energiespeicher können überschüssige Wärme, die in industriellen Prozessen entsteht, aufnehmen und später wieder zur Verfügung stellen - eine große Chance für Effizienz und Nachhaltigkeit. Die besonders interessante Variante der "Schüttbett-Wärmespeicher" funktionieren, indem zur Speicherung etwa heiße Luft durch ein Speichermaterial aus festen Partikeln strömt und die Wärme direkt auf das Material überträgt - und zur Entladung dieser Prozess umgekehrt wird.

Im CD-Labor für Digitaler Zwilling für verteiltparametrische Systeme an der TU Wien (Unternehmenspartner: AVL List GmbH, Semperit Technische Produkte Gesellschaft m.b.H.) haben Laborleiter Martin Kozek und seine Kollegen Maximilian Gabler, René Hofmann, Stefan Jakubek und Paul Schwarzmayr nun eine neuartige Methode entwickelt und in der renommierten Fachzeitschrift "Applied Thermal Engineering" publiziert.

Position, Form und Stabilität der sogenannten "Thermokline" - der schmalen Übergangszone zwischen heißem und kaltem Bereich im Inneren eines Schüttbrett-Wärmespeichers - haben nämlich unmittelbaren Einfluss auf die Effizienz des Wärmespeichers und die tatsächlich nutzbare gespeicherte Energiemenge. Wie können diese Daten aber erhalten werden, wenn dazu bei üblichem Vorgehen zahlreiche Sensoren im Speicher-Inneren notwendig wären, was unter den hohen Temperaturen und rauen Bedingungen industrieller Anlagen technisch und finanziell höchst aufwendig wäre?

Hier setzte das CD-Labor an und entwickelte ein Schätzverfahren, das ein mathematisches Prozessmodell mit einigen wenigen, gezielt platzierten Temperatursensoren kombiniert und auf die gesamte räumliche Temperaturverteilung im Speicher schließen kann: Was die Sensoren nicht unmittelbar messen können, wird von dem Modell ergänzt! Ein mathematisches Verfahren stellt die komplexen Vorgänge im Wärmespeicher somit vereinfacht dar, was eine weit schnellere Berechnung der Bewegung der Temperaturgrenze zwischen heißem und kaltem Material erlaubt: So wird nicht nur die Temperaturverteilung, sondern auch die Wärmeübertragung zwischen durchströmendem Gas und Speichermaterialien geschätzt.

Diese innovative Methode erlaubt es also, zu beschreiben, wie effektiv Wärme zwischen Gas und Feststoff übertragen wird: Wissen, das effizientere Wärmespeicher ermöglichen wird, wovon Umwelt und Industrie gleichermaßen profitieren! Und eine vielversprechende zusätzliche Anwendung besteht darin, dass mit dieser Methode auch Veränderungen im Speicher (etwa Ablagerungen) identifiziert werden, was eine zustandsabhängige Wartung der Anlage ermöglicht.

Die CDG gratuliert Martin Kozek, seinen Autorenkollegen und dem gesamten Team des CD-Labors herzlich zu diesem herausragenden Erfolg!