德國為實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型采取多項措施，到 2050 年，可再生能源發(fā)電量應(yīng)占電力消耗量的 80%。隨著風(fēng)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(jīng)濟、政治和科學(xué)領(lǐng)域面臨著巨大挑戰(zhàn)：在生產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)輸送能量。“Power to Gas”（電制氣）被稱為是一項前景廣闊的能源產(chǎn)業(yè)設(shè)計。它利用電解和甲烷化將風(fēng)能或太陽能轉(zhuǎn)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(lǐng)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(chǎn)方式環(huán)保。世界各地的研究人員正在全力以赴地使這項技術(shù)更簡化，更加貼近能源產(chǎn)業(yè)。馬格德堡的馬克斯普朗克研究所處于這一復(fù)雜系統(tǒng)的研究前沿，近七年來，該研究所一直在從事該領(lǐng)域的研究。在研究工作中，研究所為其試驗設(shè)備使用 LAUDA 換熱系統(tǒng)，該換熱系統(tǒng)必須滿足研究人員極其苛刻的技術(shù)要求。
要求高精度的快速冷卻
LAUDA 加熱和冷卻系統(tǒng)是溫度控制設(shè)備制造商 LAUDA 的工業(yè)分部，它根據(jù)客戶需求，量身定制地規(guī)劃并制造溫度控制設(shè)備。針對馬克斯普朗克研究所的項目，LAUDA開發(fā)出了 ITH 350 型換熱系統(tǒng)。該設(shè)備用于反應(yīng)器的溫度控制。其中，LAUDA 設(shè)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(chǎn)品的質(zhì)量。所以設(shè)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(zhàn)，因為傳統(tǒng)意義上來說換熱系統(tǒng)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(shè)備現(xiàn)在必須反應(yīng)迅速地進行冷卻。
幾分鐘內(nèi)有效地從 340℃ 冷卻至 150 ℃
甲烷化反應(yīng)會釋放大量熱能和高溫，可能損壞反應(yīng)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(wěn)定運行了數(shù)周。“我們首先嘗試確定此過程的動態(tài)運行情況，并為新的運行策略和反應(yīng)器設(shè)計得出初步方案。已經(jīng)在計算機計算的基礎(chǔ)上得到批有意義的結(jié)果，現(xiàn)在我們希望利用試驗設(shè)備來驗證這些結(jié)果”，項目負責(zé)人 Jens Bremer 對研究目標進行闡述道。對溫度控制的要求相應(yīng)較高。LAUDA換熱系統(tǒng)實現(xiàn)了為此所需的精度。“反應(yīng)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(diào)節(jié)的溫度控制將靈活地實現(xiàn)對外部影響（例如減少氫的供應(yīng)量）做出反應(yīng)，而不必關(guān)閉反應(yīng)器”，Jens Bremer 說道。
在此過程中，反應(yīng)器會被通電加熱至 340 ℃。一旦達到設(shè)定溫度反應(yīng)器就開始發(fā)生放熱反應(yīng)，必須將其迅速冷卻至 150 ℃。通常使用的電子閥是用作調(diào)節(jié)元件，對于這種應(yīng)用來說顯然太慢。根據(jù)調(diào)節(jié)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(guī)冷卻任務(wù)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(wù)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(nèi)打開，以確保傳熱介質(zhì)的冷卻速度不低于每分鐘 150 ℃。
在內(nèi)部，換熱系統(tǒng)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(zhì)存儲器彼此相連并使用相同的介質(zhì)。客戶對設(shè)備的另外一個要求是，所使用的傳熱介質(zhì)工作溫度必須高達 350℃。因此，LAUDA 選用了導(dǎo)熱油，可滿足對材料的高要求。
滿足客戶的特殊要求
LAUDA 根據(jù)馬克斯普朗克研究所的項目開發(fā)并設(shè)計出特殊的換熱系統(tǒng)。早在使用計算機進行開發(fā)階段，已經(jīng)考慮到有限的空間條件。設(shè)備必須放置在一個特殊的安全穹頂內(nèi)，這就使控制柜必須安裝在旁邊。根據(jù)客戶要求，部分接口位于設(shè)備的底側(cè)。安裝時，LAUDA 將設(shè)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(nèi)進行組裝。
LAUDA用于甲烷化領(lǐng)域開發(fā)的換熱系統(tǒng)，已經(jīng)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(shè)備制造商的表現(xiàn)非常滿意：“從項方案設(shè)計到終現(xiàn)場實施，我們得到了細致的建議和指導(dǎo)。在我們所聯(lián)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(wù)賦予這種靈活性的解決方案”，項目經(jīng)理 Jens Bremer 解釋道。
關(guān)于 LAUDA
我們是 LAUDA——溫度控制領(lǐng)域的世界市場的。我們的溫度控制設(shè)備和加熱/冷卻系統(tǒng)是許多應(yīng)用的核心。作為服務(wù)供應(yīng)商，我們在研究、生產(chǎn)和質(zhì)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(xué)/制藥、半導(dǎo)體和實驗室/醫(yī)療技術(shù)行業(yè)。60 多年來，我們每天都以嶄新面貌在范圍內(nèi)提供我們專業(yè)咨詢和創(chuàng)新的環(huán)保設(shè)計方案，滿足我們的客戶。
圖片 1：pic_LAUDA_HKS_ITH_350_MPI_01_rho
在馬格德堡的馬克斯普朗克研究所，LAUDA 換熱系統(tǒng)不久將被安裝到由安全玻璃制成的外殼內(nèi)。（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(tǒng)根據(jù)客戶的特定需求進行了調(diào)整。圖為打開的設(shè)備。所有電纜在交付前均進行過隔熱處理。（圖片：LAUDA）
圖片 3：pic_LAUDA_HKS_ITH_350_MPI_03_rho
馬克斯普朗克研究所使用 LAUDA 設(shè)備進行能量儲存過程的研究。為此，系統(tǒng)必須能夠?qū)囟瓤刂圃?150 °C。（圖片：LAUDA）
圖片 4：pic_LAUDA_HKS_SUK_350_4_18-12-06_rho
在設(shè)計設(shè)備時，考慮到了現(xiàn)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(xiàn)非常滿意。（圖片：馬克斯普朗克研究所/Jens Bremer)
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