Simulationssoftware zur Bemessung von Erdspeichersystemen (z. B. eTank)

2014 – 2017
eZeit Ingenieure GmbH mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) und hartig & ingenieure GmbH

Forschung im Rahmen des Projektes: »Simulation des Langzeitverhaltens eines dynamischen, offenen Erd-Puffersystems zur Zwischenspeicherung solarthermischer Energie«.

Die Forschung wurde gefördert im Rahmen des Programms »Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand« (ZIM) des AiF.

INHALT

Es fehlt ein zuverlässiges Simulationstool zur Dimensionierung von Erdspeichersystemen (z. B. eTank, Erdwärmekörbe), mit der die komplexen Energieströme im Erdreich bezogen auf Untergrundeigenschaften und in Abhängigkeit von Beladeart und Beladerhythmus dargestellt und berechnet werden können. Im Rahmen der Forschung wurde mit Hilfe einer numerischen Simulation zudem die Langzeitentwicklung im wärmespeichernden Erdreich untersucht. Dazu ist ein digitales Modell eines Erdwärmespeichers entwickelt worden, das die unterschiedliche Wärmezufuhr – sowohl zeitlich als auch thermisch – aufzeigt und verarbeitet. Und dies nicht nur monatsweise, sondern auch zeitnah.
 

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Matlab simuliert im 3D-Modell

Die Ergebnisse aus dieser Software sind wichtige Meilensteine, um in Zukunft z. B. Regelstrategien für Smart Grid fähige Wärmepumpen zu entwickeln mit dem Ziel, Stromspitzen und Stromtäler im Smart Grid zu glätten. Deswegen muss die Simulation stundenweise Klimadaten und die damit einhergehende zugeführte oder entzogene Wärmemenge auf dem entsprechenden Temperaturniveau berücksichtigen können. Dies erst ermöglicht eine exakte Auslegung und eine Vermeidung der Überdimensionierung des Erdspeichers. Auch kann so herausgefunden werden, welche Geometrien und Beladestrategien eingehalten werden müssen, um einerseits eine möglichst große Überschussmenge an Solarthermie aus den Sommermonaten in die Wintermonate zu überführen und im Sommer trotzdem noch passive Kühlung zu ermöglichen.

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Mitteltemperaturen der Schichten in einem Langzeitenergiespeicher (Erdspeicher eTank)
 

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Vergleich der Ergebnisse MATLAB – EXCEL POLYSUN
 

Das thermische Verhalten z. B. des eTanks, aber auch anderer geothermischer Systeme, kann mit der Software genau beschrieben werden. Teile der Software können ab Juni 2017 über die Firma Vela Solaris bezogen werden (www.velasolaris.com) und sind Bestandteil der Software Polysun. Polysun ist eine staatlich zugelassene Software, die Grundlage zur Beantragung von Bundes- und Landesmittel für energetische Maßnahmen ist (Förderung von Effizienzmaßnahmen, Pufferspeicher, Solarthermische Anlagen etc.).

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BMWi


Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand