Ignacio Gurruchaga

Die Analyse der Integration von großen Wärmespeichern (TES) in Fernwärmenetze (District Heating Networks (DHNs)) mit erneuerbaren Energiequellen erfordert dynamische Simulationen, um das fluktuierende Veralten von Quellen und Senken ausreichend genau berücksichtigen zu können. Die Entwicklung dynamischer Simulationsmodelle, wie z.B. zur Integration von TES mit erneuerbaren Energiequellen zur Wärmeversorgung, erfordert Erfahrung, Daten zur Validierung und vor allem viel Zeit. Insbesondere in frühen Projektphasen, wie z.B. in der Vorplanung, verwenden Planer aus Mangel an Ressourcen in der Regel einfache und schnelle Berechnungsmethoden, die weder auf dynamischen Simulationen basieren noch standardisiert sind. Dies kann zu entsprechend ungenauen Ergebnissen führen.

Das von der EU geförderte Projekt SOLINDARITY zielt darauf ab, die Industrielandschaft zu verändern, indem es ein auf Solarenergie basierendes Wärmeverbesserungssystem einführt. SOLINDARITY richtet sich an industrielle Prozesse mit Temperaturen von bis zu 280 °C und integriert eine Reihe innovativer und hocheffizienter Komponenten, darunter thermische Solarkollektoren, thermische Energiespeicher, Photovoltaik und Hochtemperatur-Wärmepumpen, die sich gegenseitig ergänzen. Die Orchestrierung dieser Komponenten wird durch den Einsatz von KI im Systemregler und durch einen digital twin optimiert. Pilotsysteme werden in verschiedenen Branchen und Klimazonen in Deutschland, Griechenland und Italien aufgebaut. Das Projektkonsortium besteht aus 18 Partnern in sechs EU-Länder und reicht bis nach Jordanien und Marokko.

Um die Entwicklung der Eisschlamm-Technologie unter Verwendung von unterkühltem Wasser weiter zu verbessern, werden Modellierungs- und Designwerkzeuge für die Skalierbarkeit von Kristallisationseinheiten benötigt. Mit Hilfe dieser Werkzeuge wird es möglich sein, einen kontrollierten und zuverlässigen Betrieb von Kristallisatoren zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass die stromaufwärts gerichtete Eisausbreitung und exergetische Verluste vermieden werden und eine hoch-effiziente Freigabe der Unterkühlung ermöglicht wird. ModIceCrys hat zum Ziel ein CFD basiertes Werkzeug zur Modellierung des Eiskristallisationsprozesses, im Zusammenspiel mit der Fluidströmung, zu entwickeln. Zu diesem Zweck werden zunächst die Eiskristallisationsprozesse in unterkühltem, stehendem Wasser mit Hilfe von populationsbasierten Modellen numerisch untersucht, um ein unabhängiges Kristallwachstumsmodell unter Ruhebedingungen zu erhalten. Danach wird ein gekoppeltes Strömungs- und Kristallwachstumsmodell mit Hilfe von CFD entwickelt, um die Grundlagen des Eiswachstums und seine Wechselwirkung in Fluidströmungen zu verstehen. Abschließend ist die Validierung des entwickelten CFD-Kristallisationsmodells durch verschiedene nicht-intrusive quantitative Visualisierungstechniken der Strömung, z.B. mit Particle Image Velocimetry (PIV) Messungen oder Schattenverfahren, vorgesehen.

Das Thermokline-Konzept ist ein kosteneffizientes thermisches Speichersystem, das in der Lage ist Investitionskosten bei solarthermischen Kraftwerken mit Strahlungsbündelung (concentrated solar power, CSP) bis zu 40 % zu senken. Das Ziel dieses Projekts ist es neue Thermokline-Konzepte zu entwickeln, die in verschiedenen CSP-Kraftwerken anwendbar sind. Detaillierte Simulationen zweier Thermokline-Konzepte werden mit Messdaten, die innerhalb dieses Projekts gewonnen werden, validiert werden. Basierend auf den Simulationsanwendungen werden beide Konzepte bezüglich ihrer Systemintegration und Einsparungen bei den Stromgestehungskosten sowohl auf CSP-Systemebene als auch ihrer Hochskalierung für die angestrebten CSP-Anwendungen bewertet und optimiert werden.

Das Hauptziel des TRI-HP-Projekts ist die Entwicklung und Demonstration flexibler, energieeffizienter und erschwinglicher Tri-Generationssysteme (Tri = Heizung, Kühlung und Strom). Diese innovativen Systemlösungen werden die Systemkosten um mindestens 10 – 15 % im Vergleich zu aktuellen Wärmepumpentechnologien mit gleichwertigen energetischen Leistungen senken. Die Systeme basieren auf elektrisch angetriebenen, natürlichen Kältemittelwärmepumpen, die mit erneuerbaren Stromerzeugern (Photovoltaik) gekoppelt sind, und nutzen Eisbreispeicher (Ice-Slurry), Wärme und Stromspeicher, um Wärme, Kälte und Strom für Mehrfamilienhäuser mit einem erneuerbaren Anteil von 80 % vor Ort bereitzustellen.

The project is lead by SPF and supported by the research programme H2020 of the European Union – grant agreement ID: 814888