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Model Predictive Control of the Hydration Process in a Lime-Based Thermochemical Energy Storage System

Rentz, Anja und Sourmelis Terzopoulos, Venizelos Eleftherios und Kühl, Viktor und Schmidt, Matthias und Linder, Marc Philipp und Sawodny, Oliver (2025) Model Predictive Control of the Hydration Process in a Lime-Based Thermochemical Energy Storage System. Journal of Dynamic Systems Measurement and Control-Transactions of the ASME. American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4070143. ISSN 0022-0434.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1115/1.4070143

Kurzfassung

Thermochemical energy storage systems offer a sustainable solution for storing excess renewable energy. This work focuses on a particular application based on CaO/Ca(OH)2 for heat storage. To ensure safe and efficient hydration of CaO (storage discharging), a control strategy is required. A nonlinear controller design model is developed and refined, incorporating input delays and pump dynamics in the cooling water circuit. With experimental data, the parameters and input delays in the system model are identified. A model predictive control (MPC) strategy is then designed, with four objectives targeting reactor temperature, cooling water temperature and thermal output power. A proportional-integral-derivative (PID) controller is implemented for comparison. The control strategies are evaluated in terms of tracking performance, energy transfer and real-time feasibility. Simulation results show that MPC effectively tracks system temperatures and power while fulfilling input, output and state constraints. The results also confirm the real-time feasibility of the MPC approaches.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218712/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Model Predictive Control of the Hydration Process in a Lime-Based Thermochemical Energy Storage System
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rentz, AnjaUniversität StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sourmelis Terzopoulos, Venizelos EleftheriosVenizelos.SourmelisTerzopoulos (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8165-3323197346057
Kühl, ViktorViktor.Kuehl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-6342-667X197346058
Schmidt, MatthiasMatthias.Schmidt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8795-4370NICHT SPEZIFIZIERT
Linder, Marc PhilippMarc.Linder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2218-5301NICHT SPEZIFIZIERT
Sawodny, OliverUniversität StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:18 Oktober 2025
Erschienen in:Journal of Dynamic Systems Measurement and Control-Transactions of the ASME
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1115/1.4070143
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0022-0434
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Energy storage, Predictive control, Control equipment, Cooling, Delays, Temperature, Circuits, Design, Dynamics (Mechanics), Energy transformation, Heat storage, Pumps, Renewable energy, Simulation results, Storage, Sustainability, Water, Water temperature
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Thermochemische Prozesse
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Kühl, Viktor
Hinterlegt am:19 Nov 2025 10:21
Letzte Änderung:24 Nov 2025 09:40

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