Die Transformation des Strom- und Wärmesektors erfordert leistungsfähige, nachhaltige und wirtschaftliche Technologien zur Bereitstellung und Speicherung von Energie. Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien führt zu räumlichen und zeitlichen Diskrepanzen zwischen Energieangebot und -bedarf, die nur mit innovativen Speicherlösungen effizient ausgeglichen werden können.
Energiespeicher, ob thermisch, mechanisch oder hybrid, werden damit zu zentralen Bausteinen eines resilienten und klimaneutralen Energiesystems.
Forschung und Entwicklung:
Entwicklung neuer Konzepte, Methoden und Werkzeuge für thermische und thermomechanische Energiespeicher sowie deren Integration in Energiesysteme
Qualifizierung der Nachwuchswissenschaftler/-innen:
Interdisziplinäre Ausbildung und Betreuung von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern, die künftig anspruchsvolle Aufgaben in Forschung, Entwicklung und Planung übernehmen
Akademische Weiterqualifizierungen in Form von Promotionen
Um diese Ziele zu erreichen, bearbeiten die Forschenden drei eng verknüpfte Themenfelder:
Thermomechanische Speicher ermöglichen die Speicherung elektrischer Energie in Dampfspeichern in Form von Wärme.
Die Arbeiten konzentrieren sich auf:
Analyse thermodynamischer und strömungsmechanischer Vorgänge bei Kompression und Expansion
Bewertung von Wirkungsgraden und Teillastverhalten
Entwicklung von Modellen zur Auslegung und Optimierung
Untersuchung von Einsatzmöglichkeiten zur Sektorenkopplung von Strom und Wärme
Diese Forschungseinheit trägt dazu bei, flexible und ressourcenschonende Speicheroptionen für ein erneuerbares Energiesystem bereitzustellen.
Saisonale Wärmespeicher ermöglichen die Entkopplung volatiler regenerativer Wärmequellen vom jahreszeitlich schwankenden Bedarf und stellen daher einen zentralen Baustein für die kommunale Wärmewende dar.
Die Arbeiten konzentrieren sich auf:
Entwicklung von geeigneten saisonalen Speichermodellen für unterschiedliche Simulationszwecke von der Auslegung bis zur Betriebsoptimierung in Wärmenetzen
Entwicklung eines Moduls zur Abbildung sukzessiver Wärmenetztransformationen und deren hydraulischem Verhalten
Identifikation netzdienlicher Betriebsregeln und Optimierungsstrategien für reale Transformations-Szenarien
Die Arbeiten unterstützen Städte und Energieversorger bei der Planung nachhaltiger und resilienter Wärmeversorgungssysteme. Konkret werden die entwickelten Methoden und Algorithmen in wissenschaftlichen Begleitstudien mit Praxispartnern getestet und validiert.
Zuverlässige Berechnungsmodelle sind entscheidend für die erfolgreiche Implementierung von Wärmespeichern in thermische Energiesysteme. Insbesondere bei komplexen oder extremen Betriebsbedingungen, deren experimentelle Untersuchung sehr kostenintensiv ist wie z. B. bei hohen Temperaturen oder schwer handhabbaren Speichermedien, ermöglichen numerische Simulationen die gezielte Entwicklung einfacher Berechnungsansätze zur Anwendung durch die Planer bei der Modellierung der Speicherprozesse.
Die Arbeiten konzentrieren sich auf:
Entwicklung von Berechnungsmodellen für normative Speicherkenngrößen mithilfe numerischer Simulationen,
Bereitstellung der benötigten Stoff- und Transportgrößen,
Validierung der Berechnungsansätze anhand experimenteller Daten.
Die Ergebnisse leisten einen Beitrag zur effizienteren Integration von Wärmespeichern in dezentrale thermische Energiesysteme.
