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LAUDA - 未来储能器的温度控制

2019-08-16

位于马格德堡的马克斯普朗克研究所正在进行一项可持续储能系统的研究。LAUDA 为其提供所需的温度控制系统。

 

德国为实现能源转型采取多项措施,到 2050 年,可再生能源发电量应占电力消耗量的 80%。随着风能、光伏和其他可再生能源的增长以及社会电气化程度的日益提高,经济、政治和科学领域面临着巨大挑战:在生产过剩时,分散获取的能量必须尽可能得到有效、持久的存储,以便在消耗高峰期向供能网络输送能量。“Power to Gas”(电制气)被称为是一项前景广阔的能源产业设计。它利用电解和甲烷化将风能或太阳能转化为甲烷。从而将能量以气体形式储存,并在需要时进行重新利用。在汽车领域,甲烷化也可以推动燃气汽车的普及。燃气汽车所需的甲烷,生产方式环保。世界各地的研究人员正在全力以赴地使这项技术更简化,更加贴近能源产业。马格德堡的马克斯普朗克研究所处于这一复杂系统的研究前沿,近七年来,该研究所一直在从事该领域的研究。在研究工作中,研究所为其试验设备使用 LAUDA 换热系统,该换热系统必须满足研究人员极其苛刻的技术要求。

 

要求高精度的快速冷却

LAUDA 加热和冷却系统是温度控制设备制造商 LAUDA 的工业分部,它根据客户需求,量身定制地规划并制造温度控制设备。针对马克斯普朗克研究所的项目,LAUDA开发出了 ITH 350 型换热系统。该设备用于反应器的温度控制。其中,LAUDA 设备的冷却效率必须达到每分钟 100 K,且温度不得过冲,以免影响终产品的质量。所以设备在不低于特定温度值的前提下必须快速冷却,以免对工艺过程造成损害。对于 LAUDA 工程师来说,这也是一项挑战,因为传统意义上来说换热系统通常是被用于进行恒温控制的。而对于马克斯普朗克研究所的研究项目来说,该设备现在必须反应迅速地进行冷却。

 

几分钟内有效地从 340℃ 冷却至 150 ℃

甲烷化反应会释放大量热能和高温,可能损坏反应器,特别是催化剂。到目前为止,曾循序渐进地启动过这些过程,然后稳定运行了数周。“我们首先尝试确定此过程的动态运行情况,并为新的运行策略和反应器设计得出初步方案。已经在计算机计算的基础上得到批有意义的结果,现在我们希望利用试验设备来验证这些结果”,项目负责人 Jens Bremer 对研究目标进行阐述道。对温度控制的要求相应较高。LAUDA换热系统实现了为此所需的精度。“反应器的性能和动力将在很大程度上取决于它的冷却。可快速调节的温度控制将灵活地实现对外部影响(例如减少氢的供应量)做出反应,而不必关闭反应器”,Jens Bremer 说道。

 

在此过程中,反应器会被通电加热至 340 ℃。一旦达到设定温度反应器就开始发生放热反应,必须将其迅速冷却至 150 ℃。通常使用的电子阀是用作调节元件,对于这种应用来说显然太慢。根据调节量,可以借助阀门更改冷却功率。利用冷却水冷却时,出于保护材料的考虑,冷却功率会在常规冷却任务中受到限制,这样即使在温度巨变时也能保护材料。这种情况下,即需要快速启动任务以达到所需的冷却速率,又不会向材料施加过大压力。因此,LAUDA 工程师安装了一个气动三通阀,它会在两秒内打开,以确保传热介质的冷却速度不低于每分钟 150 ℃。

 

在内部,换热系统由两个温度控制电路组成。个电路对缓冲容器进行温度控制,第二个电路则对马克斯普朗克研究所的试验装置进行温度控制。两个电路通过介质存储器彼此相连并使用相同的介质。客户对设备的另外一个要求是,所使用的传热介质工作温度必须高达 350℃。因此,LAUDA 选用了导热油,可满足对材料的高要求。

 

 

满足客户的特殊要求

LAUDA 根据马克斯普朗克研究所的项目开发并设计出特殊的换热系统。早在使用计算机进行开发阶段,已经考虑到有限的空间条件。设备必须放置在一个特殊的安全穹顶内,这就使控制柜必须安装在旁边。根据客户要求,部分接口位于设备的底侧。安装时,LAUDA 将设备分为两部分运往马格德堡,并在那里用起重机吊入由安全玻璃制成的外壳内进行组装。

 

LAUDA用于甲烷化领域开发的换热系统,已经是第二次向马克斯普朗克研究所供货了。那里的研究人员对该温度控制设备制造商的表现非常满意:“从项方案设计到终现场实施,我们得到了细致的建议和指导。在我们所联系过的制造商中,没有任何其他制造商能够为我们的特殊任务赋予这种灵活性的解决方案”,项目经理 Jens Bremer 解释道。

 

 

关于 LAUDA

我们是 LAUDA——温度控制领域的世界市场的先驱。我们的温度控制设备和加热/冷却系统是许多应用的核心。作为服务供应商,我们在研究、生产和质量控制中保证(zui) 佳温度。我们是值得信赖的合作伙伴,特别是在汽车、化学/制药、半导体和实验室/医疗技术行业。60 多年来,我们每天都以崭新面貌在全球范围内提供我们专业咨询和创新的环保设计方案,满足我们的客户。

 

 

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在马格德堡的马克斯普朗克研究所,LAUDA 换热系统不久将被安装到由安全玻璃制成的外壳内。(图片:马克斯普朗克研究所/Gabriele Ebel)

 

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换热系统根据客户的特定需求进行了调整。图为打开的设备。所有电缆在交付前均进行过隔热处理。(图片:LAUDA)

 

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马克斯普朗克研究所使用 LAUDA 设备进行能量储存过程的研究。为此,系统必须能够将温度控制在 150 °C。(图片:LAUDA)

 

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在设计设备时,考虑到了现场有限条件以及研究人员的特殊要求。马克斯普朗克研究所对制造商的表现非常满意。(图片:马克斯普朗克研究所/Jens Bremer)