fronTector Phase front detector
Die optimale hydraulische und informationstechnische Einbindung von thermischen Speichern in das intelligente Netz (-management) stellen eine zentrale Herausforderung der Energiewende dar. Das optimale Be- und Entladen der Speicher hängt im Wesentlichen von den Ladebedingungen und dem Ladezustand ab.
Im fronTector-Sondierungsprojekt wird ein neues Messverfahren zur Bestimmmung des Ladezustands von fest/flüssig Latentwärmespeichern auf seine Machbarkeit und das techno-ökonomisches Potential untersucht.
Das fronTector Messeverfahren, basiert auf einem kombinierten Einsatz von zwei Sensoren und adressiert die Herausforderung der kosteneffizienten, verzögerungsfreien und präzisen Ermittlung von
Ladezuständen auf besonders innovative Art und Weise: durch die Ermittlung der Position von Phasenfronten. Die zugrundeliegende Distanzmessung erfasst kontinuierlich Änderungen des Abstands der Phasenfront vom Messpunkt der Sensoren und leitet daraus direkt die Phasenfraktion und den
Ladezustand ab.
Ausgangssituation
Relevante Messverfahren zur Ladezustands-Überwachung von fest/flüssig Speichersystemen sind lediglich für Wasser/Eis Systeme ausgereift. Sie zielen auf die Ermittlung von Phasenfraktionen zur Ermittlung des Fortschritts von Schmelz- und Erstarrungs-Vorgängen. Ihre Übertragbarkeit, insbesondere auf industriell relevante Phasenwechsel-Materialien und Temperaturbereiche, wurde nur vereinzelt im akademischen Umfeld untersucht. Aufgrund ihrer ausschließlichen Eignung für wenige Phasenwechselmaterialien sowie für einfache Speicherbauformen bzw. Speicher-interne Wärmeübertrager-Geometrien ist ihr Einsatz derzeit stark limitiert. Zusätzlich lösen sie lediglich lokal auf und erfordern daher eine hohe Anzahl an Sensoren und damit einen hohen messtechnischen Aufwand zur
Erfassung von kontinuierlichen Änderungen der Phasenfraktionen.
Projektverlauf
– Verarbeitung von Bilddaten einer Industriekamera zur Erzeugung von Referenzdaten zur Entwicklung der Phasenfront in Speicher-Mustern
– Modellbasierte Analyse von Wärmetransportprozessen für Materialien mit nicht-idealem Phasenübergangsverhalten;
– Entwicklung eines Softsensors zur Ermittlung der Phasenfront anhand von Ersatz-Messgrößen (fronTector-Verfahren); basierend auf quasi-stationären Modellen, nichtlinearen dynamischen Regressionmodellen und/ oder Beobachtern
– Quantitative Evaluation mit Hilfe von strukturierten Versuchplänen für realistische Einsatzszenarien
Meilensteine
- Algorithmen zur Auswertung von Bild- und Temperaturdaten einsetzbar
- Latentwärmespeicher-Muster betriebsbereit
- Entscheidung zur technischen Realisierbarkeit des fronTector Messverfahrens getroffen
- Machbarkeitsstudie zur Evaluation eines neuen Messprinzips
"Messverfahren für die kontinuierliche Überwachung des Ladezustands von Latentwärmespeichern stellen eine Schlüsseltechnologie für deren effiziente Nutzung und Bewirtschaftung dar. "
– Tilman Barz –
Ergebnisse
Das fronTector Pojekt liefert belastbare und fundierte Informationen zur quantitativen Evaluation des neuen Messverfahrens, zur Potentialabschätzung und gegebenenfalls für die Entwicklung zukünftiger F&E Projekte, mit dem Ziel die Technik anwendungsnah zu skalieren.
Dr. Tilman Barz
Dr. Tilman Barz ist seit 2014 als Senior Scientist am AIT im Bereich thermische Energiesysteme tätig und verfügt über 15+ Jahre Erfahrung in der Forschung zur Prozesstechnik, Dynamik und Betrieb technischer Anlagen sowie numerischen Methoden zur Identifikation und Kalibrierung dynamischer Prozessmodelle. Vor seiner Tätigkeit am AIT leitete er eine Forschungsgruppe an der Technischen Universität Berlin, die sich mit der modellbasierten Analyse und Optimierung von chemischen und biologischen Systemen beschäftigte. Er hat einen Master-Abschluss in Energie- und Verfahrenstechnik und erhielt seinen Doktortitel von der Fakultät III Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin.
Steckbrief
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Projektnummer881143
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Koordinator
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ProjektleitungTilman Barz, tilman.barz@ait.ac.at
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SchlagwörterEntwicklung von modellbasierten und datenbasierten Algorithmen, fest/flüssig) Latentwärmespeichern, kontinuierlichen Ermittlung der Position der Phasenfront und Phasenfraktion, Machbarkeitsstudie zur Evaluation eines neuen Messprinzips
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FörderprogrammEnergieforschungsprogramm
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Budget237.415 €
