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Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer hochdynamischen Regelungstechnik für den Einsatz hochfrequent taktender Einspeisewechselrichter auf Basis von Siliziumcarbid(SiC) -Halbleitern. Innerhalb des Vorhabens wird ein netzgekoppelter Wechselrichterdemonstrator mit schnellschaltenden SiC -Halbleitern und einem neuartigen modellbasierten Regelansatz entwickelt. Der Demonstrator soll in der Lage sein, sowohl aktuelle als auch zukünftige Vorgaben hinsichtlich Elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) und Regeldynamik bzw. Regelgüte zu erfüllen und somit auch eine flexible Lösung für Anforderungen bieten, die sich im Rahmen der Energiewende durch die Veränderung des Versorgungsnetzes ergeben.
Corrosion, erosion, sticking, and caking are widespread problems in power plants, caused by aggressive flue ashes with corrosive components such as sulfur, chlorine, and alkali-based low-melting salts. Furthermore, the use/co-firing of a diversity of biomass or alternative fuels with lower quality enhance the problems arising from adhesion (caking, sticking) and the corrosion and erosion issues. As a result, the efficiency of the power plant decreases (lower heat transfer) and periodically service maintenance shutdowns have to be planned in order to clean the facilities and to change damaged parts, generating costs from 100,000 to €1 Million/day. The innovative concept proposed in this research project combines thermally sprayed coatings functionalized with a sol-gel layer providing low wettability/sticking. FeCrAl alloy-based thermally sprayed coatings including targeted hard materials, such as Cr-carbides, will provide a suitable corrosion and erosion protection. The thin sol-gel layer, in combination with the thermally sprayed coatings, will reduce the sticking ability of aggressive liquid phases or solid flue ash particles. The project is a collaboration between DECHEMA-Forschungsinstitut (Germany), Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology UMSICHT (Germany), and MateriaNOVA (Belgium).
Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungs-/energiebatterie an das Verteilnetz. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3-kV-SiC-MOSFETs genutzt. Mit diesen Bauelementen sollen SiC-Leistungsmodule zu 150 - 300 A entwickelt werden. Erst die Entwicklung von niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodulen schafft die Grundlage für die Entwicklung von Mittelspannungsumrichtern hoher Leistung. In einem 3,3-kV-Netz ergeben sich hierbei Umrichterleistungen von 250 - 1.000 kVA. Über die Mittelspannungsebene wird der Hochleistungsspeicher eingebunden, der dann in das 110-kV-Netz gekoppelt wird. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Durch die Verbundpartner dieses Vorhabens ist die gesamte wirtschaftliche Wertschöpfungskette vom Komponentenhersteller, Leistungselektronikhersteller, Systemintegrator und Netzbetreiber dargestellt. Die Forschungsaspekte zu Bauelementen, Leistungselektronik, System- und Regelungstechnik werden durch das Fraunhofer ISE flankiert. Semikron wird die Entwicklung der niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodule durchführen. Die Entwicklung der induktiven Leistungsbauelemente und die Durchführung damit verbundener Studien werden von STS übernommen.
Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines chemisch-biotechnischen Verfahrens zur Herstellung von Phenol aus Biogas. In einem ersten Schritt sollen aus Biogas chemokatalytisch Benzol und die Nebenprodukte Ethen und Naphthalin hergestellt werden. In einem zweiten biotechnologischen Schritt sollen Benzol in Phenol sowie die Nebenprodukte in die Wertstoffe Ethylenoxid und Naphthol umgesetzt werden. Die Ziele des Teilprojekts sind: i) Aufbau einer Testanlage, ii) Einsatzfähige Single-Site Katalysatoren sowie iii) Produktion von Phenol, Naphthol und Ethylenoxid aus Biogas durch Kopplung von Chemo- und Biokatalyse. Für letzteres Ziel optimiert LIKAT drei Klassen von Katalysatoren auf maximale Selektivität für Benzol bei höchstmöglichem Umsatz von Biogas bzw. Methan. MLU stellt eine lösliche Methanmonooxygenase zur Verfügung und screent nach weiteren Benzol und Naphthalin oxidierenden Enzymen, welche rekombinant gewonnen werden sollen. IGB ist zuständig für das Screening nach weiteren Ethen oxidierenden Enzymen, die Untersuchung und Optimierung der Ganzzellkatalyse durch methanotrophe Mikroorganismen, sowie Aufbau und Betrieb einer Versuchsanlage zur Herstellung aller Endprodukte. Danach sollen die in den Teilprojekten erreichten Ergebnisse in der Versuchsanlage durch Kopplung der Chemo- und Biokatalyse vereinigt werden. Die Arbeitsplanung von LIKAT umfasst im Einzelnen folgende Arbeitspakete: 1) Aufbau des Teststandes für die Methanaromatisierung; 2) Synthese geeigneter Single-Site-Katalysatoren, wie Fe, Mo und vergleichbare, auf Trägermaterialien, wie SiO2, SiC, Kohlenstoffallotrope, Zeolithe; 3) Katalysatorcharakterisierung (XRD, BET, TG/DSC, XPS, UV-vis, IR/Raman, Chemisorption, TEM, XANES/EXAFS); 4) Katalysatortests im breiten Parameterraum 5) Optimierung von Katalysatorsynthese und Austestung sowie 6) Chemo- und Biokatalytische Kopplung.
Bei starkem Abrasionsverschleiß, wie er im Umgang mit mineralischen Gütern häufig auftritt, haben sich auftraggeschweißte Hartverbundschichten bewährt. Deren hoher Verschleißwiderstand beruht darauf, dass harte Wolframkarbidpartikel (WC oder WC/W2C) in hohen Gehalten (bis zu 40 Vol. Prozent) einer metallischen Matrix auf meist Ni-Basis zugegeben werden. Die keramischen Wolframkarbide stellen sich furchenden mineralischen Partikeln in den Weg und sind aufgrund ihrer hohen Härte bei gleichzeitig hoher Bruchzähigkeit für den Verschleißwiderstand und die daraus resultierende Lebensdauer von Verschleißteilen verantwortlich. Da Wolfram gemäß mehrerer Studien zu den kritischen Rohstoffen gehört, ist das Gesamtziel des vorliegenden Verbundvorhabens die Entwicklung hochverschleißbeständiger wolframfreier Auftragschweißlegierungen. Wolframkarbid soll durch andere in Europa verfügbare und zugleich kostengünstige Hartstoffe ersetzt werden. Die Materialkosten der Auftragschweißung sollen zusätzlich durch die Substitution der bisher verwendeten Ni-Matrices erzielt werden. Es werden Fe-Basis-Matrices entwickelt. Als Hartstoffe werden Karbide, wie das hoch harte Siliziumkarbid, aber auch Oxide benutzt. Um sie ausreichend sicher in die Fe-Basis-Matrices einzubetten, müssen werkstofftechnische und technologische Untersuchungen durchgeführt werden. Werkstofftechnisch werden Transferschichten vorgesehen, die eine optimale chemisch/physikalische Bindung zu der Matrix auf Fe-Basisgarantieren. Diese Transferschichtensollen einerseits unerwünschte Reaktionen zwischen dem Hartstoff und Metallmatrix unterbinden und andererseits eine metallurgische Hartstoffeinbindung in die Metallmatrix ermöglichen. In einem ersten Schritt gilt es, geeignete Transferbeschichtungen mittels der physikalischen und chemischen Gasphasenabscheidung auf den zuvor ausgewählten Hartstoffpartikeln zu platzieren. Gleichzeitig wird eigens für diesen Zweck eine pulvermetallurgische Hartlegierung auf Fe-Basis entwickelt und diese durch Gasverdüsen hergestellt. Technologisch wird das Metallpulver in einem weiteren Prozessschritt mit den beschichteten Hartstoffen vermengt und zu einem schweißbaren Pulvergemisch sowie zu Fülldrähten weiterverarbeitet. Die hergestellten Schweißzusatzwerkstoffe mit alternativen Hartstoffen sollen zu Panzerschichten auf Baustahlsubstraten mit den Auftragtechnologien: autogenes-, Fülldraht-, PTA-, UP-Schweißen, Laserschweißen sowie mittels InduClad verarbeitet werden. Neben der Bewertung der hergestellten Panzerschichten bezüglich der tribologischen und mechanischen Eigenschaften unter Laborbedingungen gilt es, das Potential der neu entwickelten Panzerschichten unter realen Praxisbedingungen zu prüfen. Als Demonstrator wird auf Bauteile eines Schaufelrad-Gewinnungsgerätes; insbesondere auf Schneiden von Grabgefäßen zurückgegriffen.
Im Projekt KOOPERATION werden zwei Hauptziele verfolgt. Zum einen soll auf einem Siliziumcarbid(SiC)-Leistungsmodul ein sogenannter RC-Snubber (SiRC) zum Einsatz kommen, der die parasitären Effekte dämpft, die bei Schaltvorgängen mit SiC-Komponenten auftreten. Wegen dieser Effekte, und den daraus resultierenden Schwingungen, müssen SiC-Transistoren langsamer geschaltet werden, als eigentlich möglich wäre. Durch den RC-Snubber werden die störenden Schwingungen gedämpft und die Transistoren können mit höheren Schaltgeschwindigkeiten betrieben werden. Dies reduziert die Schaltverluste und steigert die Effizienz der SiC-Komponente. Zum anderen wird ein Dual-Use-Ansatz verfolgt, indem der im Antriebsstrang verbaute Gleichstromwandler auch als Ladegerät fungiert. Ermöglicht werden soll dies durch eine Topologieumschaltung, die nicht nur sehr hohe Leistungen für das Laden mit Wechsel- oder Gleichstrom zulässt, sondern auch die Möglichkeit zur deutlichen Erhöhung der Ladeleistung bietet. Die Integration von Baugruppen und deren gesteigerte Effizienz erlaubt zudem eine deutliche Reduzierung der Baugröße.
Neue und verbesserte einkristalline Materialien für Leistungsbauelemente und Leuchtdioden bieten ein enormes Potential der Energieeinsparung. Um dies zu realisieren, ist es erforderlich, die Herstellung der WBG-Kristalle kostengünstiger zu machen. Für die Herstellung der WBG-Kristalle sind hohe Temperaturen und lange Prozesszeiten nötig. Die Reduktion des Energieverbrauchs je verwertbarem WBG Substrat ist ein wesentlicher Hebel für die Kostenreduktion. Verschiedene Materialdefekte (Kristallfehler) sowie weitere verfahrensbedingte Ursachen limitieren die Ausbeute an verwertbarem Kristallmaterial und begrenzen insbesondere verwertbare Kristalldurchmesser und -längen. Als Gesamtziel des Vorhabens soll ein besseres Verhältnis zwischen eingesetzter Energiemenge je Prozess und der Ausbeute an verwertbarem und qualitativ hochwertigem Kristallmaterial hergestellt werden. Dies bedeutet die Herstellung von längeren WBG-Kristallen, bzw. Kristallen mit größerem Durchmesser oder parallel mehr WBG-Kristallen pro Prozess. Gleichzeitig, im Falle des GaN, müssen für die Herstellung alternative Keimsubstrate entwickelt und eingesetzt werden, um diese Ziele zu erreichen. Für die beiden WBG-Materialien werden technologische Wege erarbeitet, die nutzbare Kristallausbeute zu erhöhen, möglichst lange Kristalle herzustellen, den Kristalldurchmesser zu vergrößern oder für GaN einen Mehrfach-Prozess zu entwickeln sowie die Keimherstellung zu verbessern. Die Projektleitung des Gesamtprojekts obliegt dem IISB. Der Arbeitsplan ist in drei Arbeitspakete eingeteilt: AP1 Galliumnitrid AP2 Siliziumkarbid AP3 Charakterisierung Es sind in AP1, 2 je 4 Meilensteine unterlegt. Die ausführliche Darstellung findet sich in der Vorhabensbeschreibung.
Das ParSiWal-II Vorhaben beschäftigt sich mit der Bestimmung des kritischen Einfangverhaltens von Si3N4-Partikeln bei der gerichteten Erstarrung von kristallinem Silizium für die Anwendung in der Photovoltaik. Das wissenschaftlich-technische Ziel dieses Vorhabens ist die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung des ParSiWal-II-Experimentes für die TEXUS52 Mission 2015. Dabei soll der im Rahmen des ParSiWal-I Vorhabens erarbeitete Parameterraum zur kritischen Einfanggeschwindigkeit in Abhängigkeit der Partikelgröße und der Kristallisationsgeschwindigkeit für SiC-Partikel auf Si3N4-Partikel übertragen werden. Es wird vorgeschlagen, unter Mikrogravitationsbedingungen während der TEXUS52 Mission ein Experiment zur gerichteten Erstarrung von Silizium mit Si3N4-Partikelzugabe durchzuführen, um experimentelle Daten zum Einbau von Fremdpartikeln bei der Siliziumkristallisation unter Mikro g-Bedingungen zu gewinnen. Si3N4-Partikel werden während dem eigentlichen industriellen Kristallisationsvorgang von gerichtet erstarrtem Solarsilizium in der Schmelze gebildet. Im Rahmen der Arbeiten des ParSiWal-II Vorhabens wird untersucht, welchen Einfluss der Partikelhabitus und das Benetzungsverhalten der Partikel auf deren Einbauverhalten bei unterschiedlichen Kristallisationsgeschwindigkeiten haben. Eine detaillierte Untersuchung des Einbauverhaltens dieser Partikel und eine Bestimmung der kritischen Einfanggeschwindigkeit unter Mikrogravitationsbedingungen sind notwendig, um Schwerkraft getriebene Effekte während der Kristallisation auszuschließen. Dadurch sollte es gelingen Wege aufzuzeigen, wie diese Partikel möglichst vor der sich bewegenden Phasengrenze hergeschoben werden können. Das Projekt teilt sich auf in die Arbeitspakete AP1000 notwendige terrestrische Voruntersuchungen, AP2000 Vorbereitung, Durchführung und Auswertung von TEXUS 52 und AP3000 Bestimmung des Einfangverhaltens von Si3N4-Partikeln.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 99 |
| Wirtschaft | 15 |
| Wissenschaft | 51 |
| Zivilgesellschaft | 6 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 99 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 99 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 91 |
| Englisch | 15 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 2 |
| Keine | 26 |
| Webseite | 71 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 51 |
| Lebewesen und Lebensräume | 46 |
| Luft | 47 |
| Mensch und Umwelt | 99 |
| Wasser | 25 |
| Weitere | 99 |