MultiPCM – Multi-Scale Simulation of Latent Heat Storage for the inverse design of Carnot Batteries
MultiPCM â 卡诺电池反设计潜热存储的多尺度模拟
基本信息
- 批准号:526035476
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Priority Programmes
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The development of Carnot-Batteries with high round-trip efficiency and low cost requires sophisticated thermal energy storage (TES) systems and a comprehensive understanding of their transient behavior. The conspicuous lack of validated and computationally efficient TES models for latent heat storage represents an important barrier to successful inverse design of Rankine based Carnot-Batteries. The present project intends to bridge this gap by developing an accurate, computationally efficient and experimentally validated latent-heat TES multi-scale simulation model and providing the result to the members of the priority program. Moreover, the project aims at the formulation of a framework for describing Carnot-Battery concepts consistently across the priority program using uniform high-quality metadata. Thermal energy storage is a key component in a Carnot-Battery. For Rankine-based Carnot Batteries, latent heat storage systems promise a high roundtrip efficiency because of the excellent temperature matching between the isothermal melting/solidification in the storage and the evaporation/ condensation of the working fluid during charging/discharging of the storage. In state-of-the-art latent heat storage systems, a heat exchanger is embedded into the phase change material (PCM) to enable heat transfer between the working fluid and the storage medium. As typical storage materials have a low thermal conductivity, extended heat transfer respectively fins structures are required to ensure sufficiently high power densities. Complex transient temperature and phase distribution fields arise in between these structures during charging and discharging. Knowledge of the local and temporal progression of the temperature and melting phase distribution is a prerequisite for the design of the storage and the identification of an optimal design that ensures high roundtrip efficiency of the Carnot battery. An integration of this model complexity in higher-level design optimizations for an entire Carnot battery is however not yet possible. Current design and simulation tools for latent heat storage are furthermore rarely validated. The current project consists of a main part (MP), formulated by the first principal investigator (Vandersickel) and devoted to the development of a consistent multiscale model for latent TES and a transfer module (TM) formulated by the second PI (Thess) serving the distribution of the developed methodology across the priority program. As a result of the MP, this project will provide a well validated latent heat storage model and a model reduction/parametrization suited for the simultaneous optimization of storage and Carnot Battery design and operation. As a result of the TM, the project will supply a methodology for a uniform description of Carnot-Battery systems using metadata as well selected transient data of the DLR Carnot Battery pilot plant to all interested members of the priority program.
开发具有高往返效率和低成本的卡诺电池需要复杂的热能存储(TES)系统和对其暂态行为的全面了解。明显缺乏经过验证的、计算高效的潜热储存TES模型,这是朗肯卡诺电池反设计成功的重要障碍。本项目旨在通过开发一个准确的、计算高效的和经过实验验证的潜热TES多尺度模拟模型,并将结果提供给优先方案的成员,来弥补这一差距。此外,该项目旨在制定一个框架,使用统一的高质量元数据在整个优先计划中一致地描述卡诺-电池概念。热能储存是卡诺电池的关键部件。对于基于朗肯的卡诺电池,潜热存储系统具有很高的往返效率,因为存储中的等温熔融/凝固与存储充放电过程中工作流体的蒸发/冷凝之间具有良好的温度匹配。在最先进的潜热存储系统中,热交换器被嵌入到相变材料(PCM)中,以实现工作流体和存储介质之间的热传递。由于典型的储能材料具有较低的导热系数,为了保证足够高的功率密度,需要延长各自的散热翅片结构。在充放电过程中,这些结构之间产生了复杂的瞬变温度场和相分布场。了解温度和熔融相分布的局部和时间进程是设计存储和确定确保卡诺电池高往返效率的最佳设计的先决条件。然而,将这种模型的复杂性整合到整个卡诺电池的更高级别的设计优化中是不可能的。此外,目前用于潜热储存的设计和模拟工具很少得到验证。目前的项目由一个主要部分(MP)和一个转移模块(TM)组成,该部分由第一首席调查员(Vandersneel)制定,致力于为潜在的TES制定一致的多尺度模式,第二PI(Thess)制定的转移模块(TM)服务于在优先计划中分发所开发的方法。作为MP的结果,该项目将提供一个经过良好验证的潜热存储模型和适合同时优化存储和卡诺电池设计和操作的模型简化/参数化。作为TM的结果,该项目将提供一种方法,使用元数据以及选定的DLR卡诺电池试点工厂的暂态数据,向优先计划的所有感兴趣的成员统一描述卡诺电池系统。
项目成果
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