LAUDA - 未來儲能器的溫度控制

位于馬格德堡的馬克斯普朗克研究所正在進行一項可持續儲能系統的研究。LAUDA 為其提供所需的溫度控制系統。

德國為實現能源轉型采取多項措施，到 2050 年，可再生能源發電量應占電力消耗量的 80%。隨著風能、光伏和其他可再生能源的增長以及社會電氣化程度的日益提高，經濟、政治和科學領域面臨著巨大挑戰：在生產過剩時，分散獲取的能量必須盡可能得到有效、持久的存儲，以便在消耗高峰期向供能網絡輸送能量。“Power to Gas”（電制氣）被稱為是一項前景廣闊的能源產業設計。它利用電解和甲烷化將風能或太陽能轉化為甲烷。從而將能量以氣體形式儲存，并在需要時進行重新利用。在汽車領域，甲烷化也可以推動燃氣汽車的普及。燃氣汽車所需的甲烷，生產方式環保。世界各地的研究人員正在全力以赴地使這項技術更簡化，更加貼近能源產業。馬格德堡的馬克斯普朗克研究所處于這一復雜系統的研究前沿，近七年來，該研究所一直在從事該領域的研究。在研究工作中，研究所為其試驗設備使用 LAUDA 換熱系統，該換熱系統必須滿足研究人員極其苛刻的技術要求。

要求高精度的快速冷卻

LAUDA 加熱和冷卻系統是溫度控制設備制造商 LAUDA 的工業分部，它根據客戶需求，量身定制地規劃并制造溫度控制設備。針對馬克斯普朗克研究所的項目，LAUDA開發出了 ITH 350 型換熱系統。該設備用于反應器的溫度控制。其中，LAUDA 設備的冷卻效率必須達到每分鐘 100 K，且溫度不得過沖，以免影響終產品的質量。所以設備在不低于特定溫度值的前提下必須快速冷卻，以免對工藝過程造成損害。對于 LAUDA 工程師來說，這也是一項挑戰，因為傳統意義上來說換熱系統通常是被用于進行恒溫控制的。而對于馬克斯普朗克研究所的研究項目來說，該設備現在必須反應迅速地進行冷卻。

幾分鐘內有效地從 340℃ 冷卻至 150 ℃

甲烷化反應會釋放大量熱能和高溫，可能損壞反應器，特別是催化劑。到目前為止，曾循序漸進地啟動過這些過程，然后穩定運行了數周。“我們首先嘗試確定此過程的動態運行情況，并為新的運行策略和反應器設計得出初步方案。已經在計算機計算的基礎上得到批有意義的結果，現在我們希望利用試驗設備來驗證這些結果”，項目負責人 Jens Bremer 對研究目標進行闡述道。對溫度控制的要求相應較高。LAUDA換熱系統實現了為此所需的精度。“反應器的性能和動力將在很大程度上取決于它的冷卻。可快速調節的溫度控制將靈活地實現對外部影響（例如減少氫的供應量）做出反應，而不必關閉反應器”，Jens Bremer 說道。

在此過程中，反應器會被通電加熱至 340 ℃。一旦達到設定溫度反應器就開始發生放熱反應，必須將其迅速冷卻至 150 ℃。通常使用的電子閥是用作調節元件，對于這種應用來說顯然太慢。根據調節量，可以借助閥門更改冷卻功率。利用冷卻水冷卻時，出于保護材料的考慮，冷卻功率會在常規冷卻任務中受到限制，這樣即使在溫度巨變時也能保護材料。這種情況下，即需要快速啟動任務以達到所需的冷卻速率，又不會向材料施加過大壓力。因此，LAUDA 工程師安裝了一個氣動三通閥，它會在兩秒內打開，以確保傳熱介質的冷卻速度不低于每分鐘 150 ℃。

在內部，換熱系統由兩個溫度控制電路組成。個電路對緩沖容器進行溫度控制，第二個電路則對馬克斯普朗克研究所的試驗裝置進行溫度控制。兩個電路通過介質存儲器彼此相連并使用相同的介質。客戶對設備的另外一個要求是，所使用的傳熱介質工作溫度必須高達 350℃。因此，LAUDA 選用了導熱油，可滿足對材料的高要求。

滿足客戶的特殊要求

LAUDA 根據馬克斯普朗克研究所的項目開發并設計出特殊的換熱系統。早在使用計算機進行開發階段，已經考慮到有限的空間條件。設備必須放置在一個特殊的安全穹頂內，這就使控制柜必須安裝在旁邊。根據客戶要求，部分接口位于設備的底側。安裝時，LAUDA 將設備分為兩部分運往馬格德堡，并在那里用起重機吊入由安全玻璃制成的外殼內進行組裝。

LAUDA用于甲烷化領域開發的換熱系統，已經是第二次向馬克斯普朗克研究所供貨了。那里的研究人員對該溫度控制設備制造商的表現非常滿意：“從項方案設計到終現場實施，我們得到了細致的建議和指導。在我們所聯系過的制造商中，沒有任何其他制造商能夠為我們的特殊任務賦予這種靈活性的解決方案”，項目經理 Jens Bremer 解釋道。

關于 LAUDA

我們是 LAUDA——溫度控制領域的世界市場的。我們的溫度控制設備和加熱/冷卻系統是許多應用的核心。作為服務供應商，我們在研究、生產和質量控制中保證（zui) 佳溫度。我們是值得信賴的合作伙伴，特別是在汽車、化學/制藥、半導體和實驗室/醫療技術行業。60 多年來，我們每天都以嶄新面貌在范圍內提供我們專業咨詢和創新的環保設計方案，滿足我們的客戶。

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在馬格德堡的馬克斯普朗克研究所，LAUDA 換熱系統不久將被安裝到由安全玻璃制成的外殼內。（圖片：馬克斯普朗克研究所/Gabriele Ebel)

圖片 2：pic_LAUDA_HKS_ITH_350_MPI_02_rho

換熱系統根據客戶的特定需求進行了調整。圖為打開的設備。所有電纜在交付前均進行過隔熱處理。（圖片：LAUDA）

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馬克斯普朗克研究所使用 LAUDA 設備進行能量儲存過程的研究。為此，系統必須能夠將溫度控制在 150 °C。（圖片：LAUDA）

圖片 4：pic_LAUDA_HKS_SUK_350_4_18-12-06_rho

在設計設備時，考慮到了現場有限條件以及研究人員的特殊要求。馬克斯普朗克研究所對制造商的表現非常滿意。（圖片：馬克斯普朗克研究所/Jens Bremer)