DigiWP
Die Reduzierung von CO₂-Emissionen durch die Dekarbonisierung ist ein wichtiges Instrument für den Klimaschutz. Ein Großteil der direkt energiebedingten Treibhausgasemissionen stammen aus der Verwendung fossiler Energieträger zur Bereitstellung von Energie für Industrieprozesse. Der überwiegende Teil der in industriellen Prozessen erforderten Energie wird in Form von Prozesswärme benötigt. Aktuell wird die Prozesswärmebereitstellung (>150 °C) noch immer überwiegend durch die Verbrennung von Erdgas oder Öl erzeugt, die die Hauptquelle der CO₂-Emissionen darstellen. Der Einsatz von Erneuerbaren Energien nimmt zu, spielt jedoch momentan noch keine tragende Rolle. Für den Übergang zu einer klimaneutralen Wirtschaft bis 2050, muss der Wärmebedarf durch kohlenstofffreie und -arme Energietechnologien gedeckt werden.
Eine wesentliche Schlüsselkomponente in der Wärmewende bilden neuartige Hochtemperaturwärmepumpen (HTWP) auf Basis des geschlossenen Brayton- und Rankine-Prozesses (CoBra und ZiRa). Mit diesen HTWP entsteht eine Power-to-Heat-Technologie, mit deutlich höheren Temperaturniveaus als aktuelle Anlagen, die Prozesswärme in industriell relevanten Temperaturbereichen von über 250 °C bereitstellen. Zusätzlich sind die HTWP ein wichtiger Baustein in Energiespeicherkonzepten, ermöglichen durch Teillastbetrieb die Netzausgleichsfähigkeit und bilden somit eine attraktive Power-on-Demand-Option. Eingebunden in ein zunehmend regeneratives Stromversorgungssystem können die HTWP-Konzepte ein innovatives und klimaneutrales Konzept zur industriellen Wärmeversorgung darstellen.
Die Leitfrage des Projekts DigiWP (KI-gestützte Abbildung einer Hochtemperaturwärmepumpe zur Dekarbonisierung von industriellen Prozessen durch effiziente Energienutzung und Beachtung von Fluktuationen regenerativer Energiequellen) lautet: Wie kann die energieeffiziente Bereitstellung CO₂-armer Hochtemperaturprozesswärme mittels HTWP, thermischen Energiespeicher (TES) und fluktuierenden erneuerbarem Strom aussehen?
Das Hauptziel des Gesamtprojekts ist demzufolge die Dekarbonisierung und Flexibilisierung der Prozesswärmeerzeugung in der Industrie durch den effizienten Einsatz der vom Institut DLR-DI entwickelten HTWP-Konzepte. Die Projektziele sind:
- Identifizierung von elektrifizierbaren Industrieprozessen mit breiter Anwendung, deren Bedarf an Prozesswärme potenziell durch den Einsatz von CoBra/ZiRa gedeckt werden kann, um Potenziale hinsichtlich der CO2-Reduzierung, Energieeffizienz und Abwärmenutzung zu untersuchen
- Virtuelle Integration digitaler HTWP-Zwillinge (CoBra/ZiRa) in industrielle Prozesse und Kopplung mit anderen energietechnischen Komponenten
- Entwicklung von Optimierungs- und KI-Methoden zur energieeffizienten Bereitstellung regenerativer Prozesswärme mittels kosten- und/oder emissionsoptimaler prädiktiver Prozesssteuerung
- Bewertung der entwickelten Mehrkomponentensysteme für den betrachteten Industrieprozess