Verdichterprüfstand VP 2.0

Verdichterprüfstand VP 2.0 – Entwicklung und Erprobung industrieller Dampfverdichter

Die Dekarbonisierung industrieller Prozesswärme zählt zu den zentralen Herausforderungen der Energiewende. In vielen Industriebranchen – etwa der Papier-, Lebensmittel- oder Chemieindustrie – wird ein erheblicher Teil der Energie in Form von Prozesswärme im Temperaturbereich von 100 bis 500 °C benötigt. Bis heute erfolgt diese Wärmebereitstellung überwiegend durch die Verbrennung fossiler Energieträger. Um industrielle Prozesse langfristig klimafreundlich, effizient und wirtschaftlich betreiben zu können, sind neue technologische Lösungen erforderlich.

Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTWP), die ungenutzte Abwärme auf ein höheres Temperaturniveau anheben und so fossile Brennstoffe in der Prozesswärmeversorgung ersetzen können. Das Institut für CO₂-arme Industrieprozesse entwickelt und betreibt hierfür eigene HTWP-Demonstrationsanlagen - die Anlagen ZiRa und CoBra, an denen neue System- und Betriebskonzepte unter realen Bedingungen erprobt werden. Eine zentrale Voraussetzung für leistungsfähige HTWP ist jedoch die Verfügbarkeit geeigneter Turboradial-Dampfverdichter – hier setzt der Verdichterprüfstand VP 2.0 an.

Dampfverdichter als Schlüsseltechnologie für Hochtemperatur-Wärmepumpen

In vielen industriellen Anwendungen fällt Abwärme bei Temperaturen zwischen etwa 40 und 70 °C an, während gleichzeitig zentrale Dampfnetze mit Drücken von 6 bis 16 bar betrieben werden. Kommerzielle Wärmepumpen können aus dieser Abwärme bereits nutzbaren Prozessdampf erzeugen, jedoch typischerweise nur bei vergleichsweise niedrigen Drücken und Temperaturen. Um diesen Dampf in bestehende Dampfnetze einspeisen oder erneut im Prozess nutzen zu können, sind leistungsfähige Dampfverdichter erforderlich, die Druck und Temperatur deutlich anheben.

Gerade im industriell relevanten Leistungsbereich von etwa 0,1 bis 1 MW fehlen bislang marktverfügbare Verdichter-Lösungen, die den Betrieb mit Wasserdampf bei hohen Temperaturen und Drücken zuverlässig abdecken. Während sich große Hersteller vor allem auf sehr große Systeme für den Fernwärmemarkt konzentrieren, existiert für industrielle Anwendungen eine technologische Lücke. Gleichzeitig stehen kaum realitätsnahe Testumgebungen zur Verfügung, um solche Verdichter systematisch zu entwickeln, zu erproben und zu optimieren.

Der Verdichterprüfstand VP 2.0

Am Standort Zittau des Instituts für CO₂-arme Industrieprozesse entsteht der neue Verdichterprüfstand VP 2.0. Ziel ist der Aufbau einer leistungsfähigen, anwendungsnahen Testinfrastruktur für die Entwicklung und Erprobung industrieller Turboradial-Dampfverdichter. Der Verdichterprüfstand VP 2.0 bildet Betriebsbedingungen auf einem technologischen Reifegrad von etwa 5 ab und ermöglicht Untersuchungen im industriell relevanten Leistungsbereich.

Der Verdichterprüfstand VP 2.0 schafft die Grundlage für interdisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an industriellen Dampfverdichtern. Fachwissen aus Strömungsmechanik, Thermodynamik, Konstruktion, Elektrotechnik sowie Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik fließt dabei in die Auslegung, Optimierung und Erprobung der Systeme ein. Durch Tests unter realitätsnahen Bedingungen kann der technologische Reifegrad neuer Verdichterkonzepte deutlich erhöht werden.

Ein besonderer Fokus liegt auf der Kopplung der Verdichterentwicklung mit der Systementwicklung von Hochtemperatur-Wärmepumpen. Die am VP 2.0 gewonnenen experimentellen Erkenntnisse fließen direkt in die Weiterentwicklung von HTWP-Demonstrationsanlagen ein. Dadurch lassen sich Verdichter nicht nur isoliert betrachten, sondern gezielt im Zusammenspiel mit realen Wärmepumpensystemen untersuchen und optimieren.

Darüber hinaus dient der Verdichterprüfstand als Plattform für die Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Er ermöglicht die gemeinsame Entwicklung und Erprobung anwendungsnaher Verdichterlösungen bis hin zur Funktionsdemonstration und unterstützt den Transfer von Forschungsergebnissen in industrielle Anwendungen.

Das DLR-Institut für CO₂-arme Industrieprozesse

Das DLR betreibt mit dem Institut für CO₂-arme Industrieprozesse anwendungsorientierte Forschung zur industriellen Wärmebereitstellung. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung, dem Aufbau und dem Betrieb von Hochtemperatur-Wärmepumpen für industrielle Anwendungen, unter anderem an den institutseigenen Demonstrationsanlagen ZiRa und CoBra.

Mit dem Verdichterprüfstand VP 2.0 erweitert das Institut seine Forschungsinfrastruktur gezielt um den Bereich der industriellen Dampfverdichtertechnologie. Aufbau, Betrieb und wissenschaftliche Nutzung des Verdichterprüfstands liegen vollständig in der Verantwortung des Instituts. Die am VP 2.0 gewonnenen experimentellen Erkenntnisse fließen direkt in die Weiterentwicklung von Hochtemperatur-Wärmepumpen und in anwendungsnahe Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ein.

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