Weiterentwicklung der CFD-Simulationsmethoden für H2-O2-Hochdruck- Dampfgeneratoren zur Stromnetzstabilisierung

Aufgrund des zunehmenden Ausbaus regenerativer Energien wird es schwieriger, die Frequenz im Stromnetz konstant zu halten. Frequenzschwankungen können aber mithilfe von regenerativ erzeugtem Wasserstoff, zum Beispiel in Dampfkraftwerken, ausgeglichen werden. Dafür sind genaue Berechnungsverfahren nötig, die in diesem Projekt maßgeblich weiterentwickelt werden.

Durch die Zunahme von regenerativen Energien wird es zunehmend schwieriger, die übliche Frequenz von 50 Hertz im Stromnetz stabil aufrechtzuerhalten, wodurch generell auch das Risiko von Blackouts steigt. Deswegen wird nach Wegen gesucht, um Energie für Frequenzschwankungen zu speichern und diese Schwankungen schnellstmöglich auszugleichen.

Aus überschüssiger regenerativer Energie kann zum Beispiel Wasserstoff erzeugt werden, der über eine Verbrennung mit Sauerstoff in einem konventionellen Dampfkraftwerk wieder als Wasserdampf auf die dortige Dampfturbine geleitet werden kann. Dadurch lassen sich auch kleinere Schwankungen von regenerativ erzeugter Energie in kürzester Zeit ausgleichen, sodass die Frequenz im vorhandenen Stromnetz stabilisiert wird.

Um die Verbrennung und die benötigte Menge an Wasser- und Sauerstoff richtig dimensionieren zu können, sind aufwendige Simulationsverfahren nötig, also numerische Strömungs- und Verbrennungssimulationen, die im Englischen „Computational Fluid Dynamics“ (CFD) genannt werden. Diese Verfahren müssen sowohl die Turbulenz als auch die chemische Verbrennung sowie deren Interaktion abbilden und sind dementsprechend komplex. Deswegen werden nicht unbedingt alle Schritte explizit berechnet, sondern teilweise über Modelle angenähert. Dadurch entstehen sogenannte Modellierungsfehler.

Ziel dieses Projekts ist es, die Simulationsverfahren und deren Modelle maßgeblich weiterzuentwickeln beziehungsweise den Modellcharakter so weit zu reduzieren, dass verlässlichere Berechnungen möglich sind, um die Entwicklung und Auslegung von solchen Brennkammern zu verbessern. Diese tragen dann zur Stabilisierung des Stromnetzes bei und unterstützen somit am Ende auch den Ausbau regenerativer Energien.

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