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CONTROLLO DELLA TEMPERATURA PER I SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA DEL FUTURO

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L'Istituto Max Planck di Magdeburgo sta conducendo ricerche per sviluppare un sistema di accumulo di energia a prova di futuro. LAUDA fornisce la tecnologia di controllo della temperatura.

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La Germania ha fissato obiettivi ambiziosi per la rivoluzione energetica: La percentuale di energia rinnovabile rispetto al consumo energetico complessivo dovrebbe essere pari all'80 per cento entro il 2050. Con l'espansione dell'energia eolica, fotovoltaica e di altre fonti di energia rigenerativa e la crescente elettrificazione della società, il mondo dell'economia, della politica e della scienza si trova di fronte a una grande sfida: lo stoccaggio efficiente e sostenibile dell'energia in eccesso prodotta localmente in modo che possa essere immessa nella rete energetica nelle ore di punta. Un concetto di efficienza energetica molto promettente è "Power to Gas", in cui il metano è ottenuto dall'energia eolica o solare tramite elettrolisi e metanazione. L'energia viene poi immagazzinata sotto forma di gas e recuperata quando necessario. Il metanazione potrebbe anche accelerare la crescita dei veicoli a gas nel settore automobilistico, mentre il metano necessario per alimentare i veicoli potrebbe essere prodotto in modo compatibile con l'ambiente. Ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando a pieno ritmo per progettare una tecnologia più semplice e più rilevante in termini di efficienza energetica. Il Max Planck Institute for Dynamics of Complex Technical Systems di Magdeburg è un'organizzazione leader che è già attiva in questo campo di ricerca da sette anni. Per svolgere i lavori nel suo impianto pilota, l'istituto utilizza un sistema di scambio termico LAUDA che deve soddisfare le esigenze specifiche dei ricercatori.

È necessario un raffreddamento rapido e ad alta precisione

LAUDA Heating and Cooling Systems, che è la divisione industriale del produttore di apparecchiature a temperatura LAUDA, progetta e produce sistemi a temperatura costante personalizzati esattamente secondo le esigenze del cliente. Per l'Istituto Max Planck è stato sviluppato un sistema di scambio termico ITH 350. Il sistema viene utilizzato per controllare la temperatura di un reattore. Il sistema LAUDA deve essere in grado di fornire un raffreddamento di 100 Kelvin al minuto senza scendere al di sotto del punto finale. Deve quindi raffreddarsi rapidamente, ma non deve scendere al di sotto di un certo punto di temperatura e mettere in pericolo il processo vero e proprio. Questa sfida ha creato problemi anche per gli ingegneri di LAUDA, poiché i sistemi di trasferimento di calore sono solitamente progettati per il controllo costante della temperatura. La ricerca condotta presso il Max Planck Institute richiede un sistema di raffreddamento estremamente rapido.

Raffreddamento da 340 °C a 150 °C in pochi minuti - con estrema precisione

La reazione di metanazione genera una grande quantità di calore e temperature elevate che possono danneggiare il reattore o, cosa più importante, il catalizzatore. Fino ad oggi, questo tipo di processo è stato avviato lentamente una volta e poi eseguito costantemente per diverse settimane. Il project manager Jens Bremer spiega cosa i ricercatori si prefiggono di ottenere: "In primo luogo stiamo cercando di identificare come dinamicamente questo processo può essere organizzato e poi sviluppare alcuni concetti di base per nuove strategie operative e progetti di reattori. Abbiamo già ottenuto alcuni promettenti risultati iniziali basati su calcoli assistiti dal computer e ora desideriamo utilizzare il sistema pilota per verificare questi risultati". I requisiti di controllo della temperatura sono corrispondentemente elevati. Il sistema di scambio termico LAUDA è in grado di fornire la precisione richiesta. "Le prestazioni e la dinamica del reattore sono determinate principalmente dal raffreddamento del reattore. Il controllo rapido della temperatura consente una risposta flessibile alle influenze esterne, come la diminuzione dell'alimentazione di idrogeno, senza dover spegnere il reattore", spiega Jens Bremer

Durante il processo, il reattore viene riscaldato elettricamente a 340 °C. Una volta raggiunta una temperatura definita, si innesca una reazione esotermica e il sistema deve essere rapidamente raffreddato a 150 °C. Una valvola elettronica utilizzata in situazioni normali che funge da dispositivo di regolazione sarebbe troppo lenta per questa particolare applicazione. Può essere possibile utilizzare la valvola per regolare la potenza frigorifera, a seconda del segnale di azionamento. Se l'impianto è raffreddato con acqua di raffreddamento, la capacità di raffreddamento per i normali compiti di raffreddamento è limitata per preservare i materiali in caso di differenze di temperatura significative. In questo caso è necessaria un'apertura rapida per raggiungere la velocità di raffreddamento necessaria senza sollecitare troppo il materiale. I tecnici LAUDA hanno quindi sviluppato una valvola pneumatica a 3 vie che si apre in soli 2 secondi per assicurare che il vettore termico venga raffreddato a più di 150 °C al minuto.

Il sistema di scambio termico incorpora due circuiti termostatici. Mentre il primo circuito controlla la temperatura in un serbatoio tampone, il secondo circuito controlla la temperatura nella configurazione di prova del Max Planck Institute. Entrambi i circuiti utilizzano lo stesso supporto e sono collegati tra loro tramite l'unità di memorizzazione dei supporti. Un'ulteriore esigenza del cliente per il sistema era che il vettore termico potesse essere utilizzato a temperature fino a 350 °C. LAUDA ha quindi selezionato un olio termico in grado di soddisfare i severi requisiti del materiale.

Requisiti specifici del cliente soddisfatti

LAUDA ha sviluppato e progettato lo speciale sistema di scambio termico secondo i requisiti del Max Planck Institute. Le condizioni spaziali ristrette sono già state prese in considerazione durante la fase di sviluppo sul computer. Il sistema doveva essere racchiuso in una speciale cupola di sicurezza, il che rendeva necessario il montaggio laterale degli armadi elettrici. Come richiesto dal cliente, alcuni degli ugelli si trovano sul lato inferiore dell'apparecchio. Il sistema LAUDA è stato inviato a Magdeburgo per il montaggio in due parti, che sono state sollevate nella vetrata di sicurezza con una gru

Il sistema di trasferimento di calore per la ricerca sulla metanazione è stato il secondo sistema che LAUDA ha consegnato al Max Planck Institute. L'istituto è più che soddisfatto dei servizi forniti dal produttore di termoregolazione: "Abbiamo ricevuto un'eccellente consulenza e assistenza clienti dalla fase di progettazione iniziale fino all'installazione finale in loco. Nessun altro produttore è stato in grado di fornire una tale flessibilità per la nostra situazione specifica", spiega il project manager Jens Bremer.