Optimierte Überwachung von Energiespeichern

Mathematische Modelle der TU Wien erlauben präzise Einblicke in industrielle Abwärmespeicher.

In vielen industriellen Betrieben fällt Abwärme an, die mangels zeitlicher Synchronität von Angebot und Nachfrage oft ungenutzt verpufft. Thermische Energiespeicher wie Schüttbett-Wärmespeicher bieten eine Lösung, indem sie Energie über heiße Gasströme auf feste Partikel übertragen und zeitversetzt wieder abgeben. Ein Forschungsteam der TU Wien hat ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich der innere Zustand solcher Speicher im laufenden Betrieb exakt erfassen lässt.

Die im Fachjournal Applied Thermal Engineering publizierte Arbeit kombiniert mathematische Modellreduktion, optimale Sensorplatzierung und regelungstechnische Zustandsbeobachtung. Das Verfahren löst ein zentrales messtechnisches Problem. Bislang war eine aufwendige und teure Sensorik nötig, um die sogenannte Thermokline, die schmale Grenzzone zwischen heißem und kaltem Bereich, verlässlich zu verfolgen.

Stefan Jakubek verweist darauf, dass eine vollständige räumliche Temperaturmessung unter rauen Industriebedingungen kaum wirtschaftlich realisierbar sei. Das neue mathematische Modell schließt diese Informationslücke, indem es die Daten weniger, gezielt platzierter Messpunkte verarbeitet. Wie René Hofmann darlegt, ergänzt das Modell jene Messwerte, die sich sensorisch nicht direkt erfassen lassen.

Neben der Temperaturverteilung schätzt das System auch den Wärmeübergang zwischen Gas und Speichermaterial. Laut Martin Kozek erlaubt dieser Parameter Rückschlüsse auf den Verschleiß durch Ablagerungen, was künftig eine vorausschauende Wartung im laufenden Betrieb ermöglicht. Entwickelt wurde der Ansatz im Christian Doppler Labor für Digitale Zwillinge verteilter Parametersysteme an der TU Wien.

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