Kopernikus SynErgie - FlexASU

Der Hauptwärmeübertrager einer Luftzerlegungsanlage ist besonders von einer erhöhten Anzahl an Lastwechseln, An- und Abfahrvorgängen betroffen. Diese führen bei dem üblicherweise als gelöteten Aluminium-Plattenwärmeübertrager ausgeführten Bauteil zu hohen zeitlichen und örtlichen Temperaturunterschieden, die wiederum zu hohen thermischen Belastungen und im schlimmsten Fall zu einer mechanischen Schädigung des Bauteils führen können. Eine detaillierte Untersuchung des Verhaltens des Hauptwärmeübertragers beim flexiblen Betrieb ist daher essenziell.

Aus diesem Grund wurde im Projekt am Standort des Projektpartners Linde ein mit umfangreicher Messinstrumentierung ausgestatteter Prüfstand für Plattenwärmeübertrager designt, gefertigt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Im Prüfstand werden zwei Plattenwärmeübertrager abwechselnd mit warmem und tiefkaltem Stickstoff durchströmt, um besonders harsche Lastwechsel zu simulieren. Der dem Temperaturniveau einer Luftzerlegungsanlage nachempfundene kryogene Teil des Prüfstands ist dazu in einer sogenannten Coldbox verbaut, die mit isolierendem Perlit gefüllt ist. Der Prüfstand dient einer detaillierten Analyse der Schadensmechanismen unter thermischer Belastung und der Bestimmung von dreidimensionalen Temperatur- und Dehnungsfeldern.

Ein weiterer wichtiger Aspekt für den flexiblen Betrieb von Luftzerlegungsanlagen ist die Entwicklung von Regelungskonzepten, welche für die volatile Energieverfügbarkeit durch erneuerbare Energien geeignet sind. Um diese Konzepte effizient, ohne Beeinträchtigung des Betriebs einer realen Anlage, aber trotzdem realitätsnah testen zu können, ist die Entwicklung von sog. digitalen Zwillingen notwendig. Unter dem Begriff digitaler Zwilling wird das virtuelle Abbild einer Anlage verstanden, das ein zur Anlage nahezu identisches stationäres und transientes Verhalten simuliert. In Kooperation mit dem Projektpartner Linde werden detaillierte, dynamische Prozessmodelle der notwendigen Grundoperationen einer Luftzerlegungsanlage entwickelt. Dabei wird im Gegensatz zur konventionellen Prozesssimulation ein druckgetriebener Modellierungsansatz verwendet, der gewährleistet, dass der digitale Zwilling den gesamten Lastbereich einer Luftzerlegungsanlage realitätsgetreu abbilden kann. Somit können auch Szenarien wie ein plötzlicher Anlagenstopp oder das (Wieder-) Anfahren der Anlage berücksichtigt werden, welche durch den steigenden Anteil an erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Linde GmbH

RWTH Aachen

Universität der Bundeswehr München

Technische Universität Berlin

MAN Energy Solutions

(Auszug; Liste mit allen Beteiligten)