HPC - Modellbasierte Regelung von Absorptionswärmepump-Anlagen

Absorptionswärmepump-Anlagen (AWPA, beschreiben sowohl Wärmepumpen als auch Kältemaschinen) nutzen thermische anstelle von mechanischer Energie als Antrieb und gelten daher als vielversprechende Möglichkeit, den Anteil erneuerbarer Energien im Wärme- und Kältesektor zu erhöhen. In der Vergangenheit wurden AWPA typischerweise bei eher konstanten, stationären Betriebsbedingungen eingesetzt - im Zuge des wachsenden Umweltbewusstseins beginnen AWPA nun aber auch für andere Anwendungen, bei denen die Betriebsbedingungen deutlich dynamischer sein können, attraktiv zu werden.

Die derzeit eingesetzten Regelungsstrategien sind oft nicht in der Lage, die Anforderungen für diese dynamischen Betriebsbedingungen zu erfüllen. Aus diesem Grund zielt dieses Projekt darauf ab, die Regelung von AWPA zu verbessern indem die gekoppelten und teilweise nichtlinearen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Prozessgrößen sowie die Schwankungen externer Störungen (wie z.B. schwankende Vorlauftemperaturen) explizit berücksichtigt und kompensiert werden sollen. Dies soll durch die Entwicklung einer modellbasierten Regelungsstrategie für AWPA erreicht werden.

Das Projekt befindet sich derzeit im dritten und letzten Projektjahr. In den ersten beiden Projektjahren wurde zunächst ein Teststand mit umfangreicher Mess- und Steuertechnik für zwei AWPA (eine H2O/LiBr und eine NH3/H2O Maschine) geplant und gebaut, sowie zahlreiche Versuche zur Untersuchung des statischen und dynamischen Verhaltens der beiden Anlagen durchgeführt. Daraufhin wurden jeweils zwei Modellarten zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens der beiden Maschinen entwickelt, die jeweils unterschiedlichen Zwecken dienen: Die erste Modellart (Simulationsmodell) beschreibt das Anlagenverhalten sehr detailliert und hat den Zweck, als virtueller Teststand zu dienen. Damit können z.B. die Untersuchung von Teillastverhalten und Betriebspunktwechsel und das Testen von neuen Regelstrategien kosteneffizient, schnell und sicher in der Simulation erfolgen. Die zweite Modellart (Reglerentwurfsmodell) beschreibt die wichtigsten Elemente des Anlagenverhaltens mittels möglichst einfacher mathematischer Zusammenhänge und hat den Zweck, direkt beim Entwurf des Reglers eingesetzt zu werden um das  Anlagenverhalten explizit zu berücksichtigen. Die Ergebnisse für beide Modellklassen können für den jeweiligen Einsatzzweck (Simulation und Reglerentwurf) als sehr zufriedenstellend bezeichnet werden (siehe Abbildung 2).

Im dritten Projektjahr erfolgt der Entwurf einer modellbasierten Regelungsstrategie für AWPA durch iterative Entwicklung und Validierung in der Simulation und am realen Teststand.  Schlussendlich soll die entwickelte modellbasierte Regelungsstrategie die Zuverlässigkeit und Effizienz von AWPA erhöhen, deren dynamisches Verhalten verbessern und damit ihren Einsatz auch für Anwendungen mit dynamischen Betriebsbedingungen ermöglichen.


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Projektvolumen

EUR 1,039.296,--

Projektlaufzeit

2018-05-01 - 2021-04-30

Finanzierung

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2017 durchgeführt.

FFG / Energieforschungsprogramm - 4. Ausschreibung Energieforschung 2017

Projektpartner

Technische Universität Graz - Institut für Wärmetechnik

SOLID Solar Energy Systems GmbH

Pink GmbH

EAW Energieanlagenbau GmbH Westenfeld

AEE - Institut für Nachhaltige Technologien

 

 

Ansprechperson

Publikationen