abgeschlossene Projekte

Entwicklung eines extern befeuerten Mikrogasturbinen-Systems zur dezentralen Energiewandlung (EFGT)

Mittelgeber: Investitionsbank des Landes Brandenburg - ProFIT-Richtlinie (EFRE)
Laufzeit: 01.12.2016 - 31.07.2018
Kooperationspartner: B+K GmbH

Schwindende Ressourcen fossiler Energieträger und strengere Restriktionen hinsichtlich Umweltbelastung erfordern zunehmend einen Wechsel auf alternative Energiewandlungskonzepte und Brennstoffe. Diesen Umständen trägt das Prinzip der dezentralen Energieerzeugung Rechnung und stellt daher einen stetig wachsenden Zukunftsmarkt dar. Weiterhin müssen bisher ungenutzte oder unzureichend verwertete Stoffströme wirtschaftlich nutzbar werden, um eine Entkoppelung von herkömmlichen Energieträgern zu erreichen. Die Energiegewinnung aus alternativen Brennstoffen steht somit im Fokus. Diese Brennstoffe bestehen aus Abfällen wie biogenen Reststoffen, bspw. Holz-Feststoffen, die durch herkömmliche Verbrennungskraftmaschinen nur mit erheblichem technischem Aufwand zu Strom gewandelt werden können und bisher teilweise kostenpflichtig entsorgt bzw. kompostiert werden müssen. Aber auch Schwachgase, wie Deponiegase mit einer Untergrenze von 10 Vol.-% Methan (CH4), welche nicht in herkömmlichen Gasmotoren verwertet werden können und bisher größtenteils unwirtschaftlich abgefackelt werden, stellen einen in der Anlage nutzbaren Brennstoff dar.
Hier setzt das geplante Vorhaben „Entwicklung eines extern befeuerten Mikrogastur-binen-Systems zur dezentralen Energiewandlung“ (Externally Fired Gas Turbine, kurz EFGT) an. Es sieht die Verwendung von Sekundärbrennstoffen (Hidden Fuels) zur Aktivierung bisher ungenutzter Energiepotentiale vor und beruht auf einer exter-nen Verbrennung der Reststoffe und einer Mikrogasturbine (MGT) zur Energiewandlung. Das Konzept beinhaltet die Verwertung von Reststoffen als Brennstoff in einer stromerzeugenden Energiewandlungsanlage und somit die Erweiterung der bishergen rein thermischen Ausnutzung dieser Stoffe um die elektrische Verwertung.

In dem Kooperationsprojekt befasst sich der Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen mit:

  • der thermodynamischen Exergieanalyse und Optimierung des Prozesses
  • Unterstützung des Kooperationspartners bei der Konstruktion und bei praktischen Komponentenuntersuchungen
  • Betrachtung der Prozessfluidentnahme und -zugabe zur Spezifizierung und Optimierung des Gesamtprozesses
  • Betrachtung weiterer Optionen des externen Wärmeeintrags
  • Unterstützung des Kooperationspartners bei der Erarbeitung eines Steuersystems
Versuchsinfrastruktur für Untersuchungen an aerodynamischen Luftlagern

Mittelgeber: Investitionsbank des Landes Brandenburg - InfraFEI-Richtlinie / Geräteinvestitionen an staatlichen Hochschulen
Laufzeit: 01.02.2016 - 31.09.2018

Dieses Projekt dient der Finanzierung von gerätetechnischer Ausstattung, die es erlauben wird, experimentelle Untersuchungen zur Weiterentwicklung aerodynamischer Luftlager auf höchstem Niveau anzustellen.

Kleine und kleinste Gasturbinen gewinnen zunehmend an Bedeutung als stationärer Energiewandler für dezentrale KWK-Anwendungen (Mikrogasturbinen-BHKW). Eine Schlüsseltechnologie dieser Maschinen ist der Einsatz von schmiermittel- und verschleißfreien aerodynamischen Luftlagern. Der Nachteil dieser Lager ist die niedrige Viskosität des Schmiermediums Luft im Vergleich zu Öl. Bei gegebener Lagerlast stellen sich sehr kleine Schmierspalthöhen ein (weniger als 5 Mikrometer), was zu einer hohen Empfindlichkeit gegenüber thermischen und elastischen Verformungen der Welle relativ zur Lagerbohrung führt. Es werden höchste Ansprüche an den exakten Aufbau sowie einzuhaltende Fertigungs- und Justagetoleranzen bei experimentellen Untersuchungen der Lagereigenschaftens gestellt. 

Zur Ermittlung von Auslegungsgrundlagen und Erstellung von Berechnungstools  für die sichere Lagerauslegung ist die experimentelle Validierung von Lagerprototypen von hoher Bedeutung. Mittels dieses Projektes verbessern wir unsere experimentellen Möglichkeiten in folgenden Bereichen:

- Präzision in der Bestimmung geometrischer Merkmale

- Wuchtgüte des Versuchsrotors

- Genaue Messung des Lagerreibmomentes

- Phasenwinkelgenaue Auflösung aller Messwerte

Aero Engine Technologie, Development & Maintenance (DAAD II)

Mittelgeber: DAAD
Laufzeit: 01.01.2015 - 31.12.2018

Entwicklung und Optimierung innovativer Strömungsverwirbler

Mittelgeber: AIF
Laufzeit: 01.03.2014 - 31.03.2016

Entwicklung einer wirkungsgrad-optimierten Mikrogasturbine für eine KWK-Anwendung

Mittelgeber: Investitionsbank des Landes Brandenburg - Große Richtlinie (EFRE)
Laufzeit: 01.01.2010 – 30.06.2013

Projektziel ist die Entwicklung einer wirkungsgrad-optimierten Lösung für KWK–Anlagen auf Basis von Mikrogasturbinen zur bedarfsgerechten und betriebswirtschaftlich rentablen Erzeugung von Strom und Wärme aus EE. Das Projekt wird in enger Kooperation mit der Firma BBS Bilfinger Berger realisiert. Die Entwicklung und Optimierung der Anlagentechnik für ein Klein-BHKW mit MikroGasturbinen-Technik hinsichtlich Brennstoffausnutzungsgrad und Emissionen bei variablem Brennstoffeinsatz stellt die allgemeine Aufgabenstellung dar. In diesem Forschungsvorhaben ist ein Kreisprozess mit Rekuperator vorgesehen. Ergebnis der FuE-Arbeiten soll die Schaffung der nächsten Generation von hochintegrierten Mikrogasturbinen sein. Schwerpunkt des Vorhabens ist der ständige Rückfluss von Betriebsergebnissen aus der praxisnahen Erprobung der Pilotanlage und der Ergebnisse der Versuche und Untersuchungen der Komponenten auf dem Laborprüfstand als Grundlage für die Weiterentwicklung der Komponenten und die Optimierung des Gesamtsystems. Unter praxisnahen Bedingungen wird ein Prototyp entwickelt und das Konzept der Markteinführung vorbereitet. Neuartig ist unter anderem der Ansatz, die wichtigsten Komponenten so zu konzipieren, dass ein breiter Betriebsbereich optimal abgedeckt werden kann. Im Rahmen des FuE- Projektes sollen die Versuchsreihen für die Laboruntersuchungen und für die Tests an der Pilotanlage so modifiziert werden, dass die Anlage mit weitem Last-Regelbereich wirtschaftlich läuft, die erforderliche Regeldynamik erreicht wird und eine technisch wirkungsvolle Anpassung an eine kontinuierliche Energiebereitstellung gewährleistet ist. Weiterhin soll der Einfluss schwankender Brennstoffqualität, auf die Wirtschaftlichkeit der Einzelkomponenten untersucht werden, um die Bandbreite der einsetzbaren Brennstoffe zu ermitteln und Lösungen für stabileres Betriebsverhalten der Komponenten zu entwickeln und zu testen.

PPP Thailand

Mittelgeber: DAAD
Laufzeit: 21.04.2009 - 31.12.2012

Atmospheric Ignition and Weak Extinction Tests

Mittelgeber: Europäische Union, TECC-AE Projekt
Laufzeit: 01.07.2008 – 31.12.2012

Technologies Enhancement for Clean Combustion in Aero Engines
Ignition and weak extinction of lean burn fuel injectors at low pressure and temperature conditions may be reduced compared to conventional fuel injectors in RQL combustors. Especially near and below atmospheric conditions a significant drop of flame stability has been observed. Because of low fuel flows and low temperatures the fuel droplet size increases significantly and droplet evaporation time is extended. Only the burner controlled recirculating airflow can create sufficient droplet residence time in the combustor. On the other hand, a controlled recirculating flow for good flame stabilisation leads not necessarily to favourable fuel positioning for a successful ignition.
 
Therefore, especially for a low emission burner the combustor geometry and the ignition device have to be optimised for sufficient altitude relight operability. Within four atmospheric ignition test campaigns in a planar tree-sector rig the following topics have to be targeted:

  1. New combustor geometry and different burner configurations.
  2. Optimised combustor geometry and burner configuration. Implementation of innovative ignition devices.
  3. Optimised combustor geometry and burner configuration. Optimisation of the location of the ignition devices relative to the burner swirling flow.
  4. Combustor and heatshield configuration as close as possible to the relevant application of a low emission combustor for medium thrust engine configuration. Implementation of realizable ignition device.

The light-around is the third phase of ignition in combustion chamber, when the flame is transferred from the burner, which was ignited by a spark plug igniter, to the neighbour’s burners inside of annular combustor. The light-across, or the flame propagation from one burner to the neighbour burner, is being investigated at BTU Cottbus within WP5, T5.5 “Ignition & Altitude Relight Capability Improvement”. A method of the optical systems application (high-speed-camera, CCD-camera) at the combustor rig for the light across investigation was developed. The ignition limits of different burner configurations are dedicated using this methodology. This allows describing correlations between the combustor geometry and ignition parameters.

Untersuchung zur Optimierung von Brennräumen in Diesel-Wankelmotoren

Mittelgeber: AIF, Wankel Super Tec GmbH
Laufzeit: 2007 - 2012

Range Extender 2

Mittelgeber: AIF
Laufzeit: 01.11.2010 - 31.12.2011

Kraftstoffkonditionierung

Mittelgeber: EFRE
Laufzeit: 01.07.2010 - 31.12.2011

Tragkraftpumpe

Mittelgeber: AIF
Laufzeit: 01.10.2010 - 31.11.2011

MoBiOl

Mittelgeber: AIF
Laufzeit: 01.08.2009 - 31.07.2011

Im Rahmen dieses FuE-Vorhaben sollen rein biogene Kraftstoffmischungen mit den Hauptkomponenten Ethanol und Pflanzenöl als Ersatz für Diesel- und Ottokraftstoffe entwickelt werden. Damit soll ohne Umrüstungserfordernisse ein flexibler und reversibler Einsatz in aktueller Motorentechnik möglich sein. In diesem Zusammenhang soll die Definition eines gänzlich CO2- neutralen Kraftstoff erreicht, Additiv-Zusammenstellungen für biogene Kraftstoffmixturen optimiert und deren Wirkung auf die Kraftstoffqualität durch Bildung von wasserbeaufschlagenden Mikroemulsionen untersucht werden.
Gleichzeitig soll eine innovative Lösung zur dezentralen bedarfsorientierten Betankung geschaffen werden. Damit sollen das Konzept der stationären Versorgung durchbrochen werden und temporäre Verbraucher, wie z.B. Landwirtschaftsbetriebe, rein biogene Kraftstoffe mit Benzin- und Dieselqualität kostengünstig für eine bedarfsorientierte Betankung „frei Haus“ geliefert bekommen. Um mit geringsten Bevorratungsmengen variabel in der  Kraftstoffart- und -qualität sein zu können, wird dieser in der Betankungsanlage in-situ synthetisiert.

Range Extender

Mittelgeber: AIF, ITFG, ZIM
Laufzeit: 01.09.2009 - 31.12.2010

Im Rahmen dieses Projektes wurden alle für den Aufbau eines „Range-Extender“ erforderlichen elektrischen und elektronischen Komponenten entwickelt. Folgende Teilaufgaben wurden gelöst:

  • Entwicklung der benötigten elektrischen Starter-Generator-Maschinen
  • Entwicklung der Elektronik für die Energiewandlung (Wechselrichter, Start- und Ladeschaltungen).

Durch modularen Aufbau des Systems aus möglichst vielen Gleichteilen wurde die schnelle Anpassung
an verschiedene Kundenanforderungen hinsichtlich Leistung, Zahl und Höhe der Ausgangsspannungen,
Bauraumeinschränkungen, Ladekennlinie der verschiedenen Energiespeicher und Regelverhalten
realisiert. Die Wankel Super Tec GmbH Cottbus (WST) will die „Range-Extender“-Module selber
produzieren und sie als Fahrzeugzulieferer unterschiedlichen PKW-Herstellern anbieten, bzw. als
Nachrüstteile selbst vermarkten.

KeroDieWankFlumo

Mittelgeber: LuFo IV
Laufzeit: 01.10.2009 - 31.05.2010

Die derzeit vorwiegend in der Luftfahrt verwendeten luftgekühlten 4- und 6-Zylinder-Boxer-Motoren, die mit AvGas (100 MOZ) betrieben werden, liefern keine zufriedenstellenden Ergebnisse hinsichtlich Verbrauch, Schallabstrahlung sowie Abgasemissionen. Einen weiteren Nachteil stellt der Einsatz von verbleitem, teurem und rarem Otto-Kraftstoff dar.
Ein Wankeltriebwerk mit seinem geringeren Verbrauch von Kerosin, dem günstigen Leistungsgewicht sowie weitestgehender Vibrationsfreiheit ist in der Lage, diese Mankos zu kompensieren.

Das Ziel dieses Vorhabens ist es, durch neue Technologien einen leichten Wankelmotor mit höherer Leistungsdichte speziell für die Allgemeine Luftfahrt (General Aviation) zu konzipieren, der die Ansprüche an höchste Sicherheit, günstiges Leistungsgewicht, Einhaltung der Umweltauflagen, Nachrüstbarkeit und Kerosinbetrieb erfüllt.
 
Der Forschungsansatz dieses Projektes liegt in einer Neukonzipierung des auf Schichtladung basierenden fremdgezündeten Brennverfahrens, speziell für den Kreiskolbenmotor.

Aus früheren Forschungen ist bekannt, dass Wankelmotoren mit Ladungsschichtung und Fremdzündung, betrieben mit Dieselkraftstoff, Verbräuche < 230g/kWh erreichen. Zum damaligen Zeitpunkt existierten jedoch nur mechanische Einspritzsysteme für Dieselmotoren. Erst durch die Entwicklung von moderner Direkteinspritzsysteme ist es nun möglich, das Konzept eines fremdgezündeten mit Kerosin betriebenen Wankelmotors mit Ladungsschichtung umzusetzen.

Die Aufgaben des Lehrstuhls VFA innerhalb diese Verbundes ist es, auf Basis der Erkenntnisse aus dem Einsatz innovativer Simulationstools Ladungsschichtungsprozesse und Abbrand zu optimieren und auf den anzuwendenden Motor abzustimmen.