Entwicklung einer rinnenkonzentrierenden Solaranlage fuer die Bereitstellung von Prozesswaerme. Konstruktion und Bau eines Moduls SP1.1 mit 40 bzw 60 Spiegelflaeche. Erhoehung der Waermetraeger-Temperatur auf 350-400 Grad Celsius. Untersuchung des Wirkungsgrades. Ermittlung eines geeigneten Waermetraegers. Optimierung der Steuerelektronik. Optimierung der Messdatenerfassung. Optimierung der Kostenstruktur. Untersuchung unterschiedlicher Waermesenken wie zB Turbine, Schraubenexpansionsmaschine, Stirling-Motor, usw fuer Generatorantrieb. Erarbeiten einer Regelung fuer den Betrieb im elektrischen Netzverbund. Feldtests an der Versuchsanlage SP1.
Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, kleinskalige und flexible Wirbelschichtfeuerungen für die Verbrennung von landwirtschaftlichen Reststoffen bezüglich dem Emissionsverhalten weiterzuentwickeln, im Labormaßstab zu erproben, sowie wirtschaftliche Einsatzszenarien zu identifizieren und mit dem zu entwickelnden Anlagenkonzept zu adressieren. Die Motivation für die Entwicklung dieser Technologie ist die hohe Verfügbarkeit von bisher ungenutzten biogenen Festbrennstoffen unterschiedlichster Form, Konsistenz und Zusammensetzung, die in den momentan verfügbaren Rostfeuerungen große Probleme bereiten. In brennstoffflexiblen Wirbelschichtfeuerungen hingegen bedeutet dies überwiegend nur eine Adaption der Anlagensteuerung und des Bettmaterialmanagements. Das vorgeschlagene Projekt wird vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg koordiniert; Projektpartner sind die Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH und die eta Energieberatung GmbH. Der Ansatz, kleinste Wirbelschichtfeuerungen mit einer Wärmeauskopplung aus der Wirbelschicht zur Kühlung der Feuerung bei nahstöchiometrischen Betriebspunkten zu nutzen, erlaubt den Betrieb mit hohen Feuerungswirkungsgraden aufgrund geringerer Luftüberschüsse ohne eine unzulässige Überschreitung von Ascheschmelztemperaturen bei gleichzeitiger Brennstoffflexibilität. Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik wurde das Potential von Wirbelschichtfeuerungen für die Kraft-Wärme-Kopplung im 30 kW-Maßstab mit einem als Tauchheizfläche integrierten Wärmeübertrager eines Stirlingmotors bereits erfolgreich demonstriert. Die Herausforderung besteht nun in der Skalierung der Anlage in verschiedenste Leistungsbereiche größer als 100 kW, um damit das Brennstoffband auch auf (landwirtschaftliche) Reststoffe zu erweitern, gleichzeitig aber auch den dann gültigen - und gegenüber der 1. BImSchV verschärften - Emissionsgrenzwerten der TA-Luft zu entsprechen.
Das Mini-KWK-System aus einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor wurde vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bereits in einer Laboranlage demonstriert und es zeigt sich, dass für eine derartige Mikro-Wirbelschichtfeuerung die Anforderungen sowohl an den Bauraum als auch an die Kohlenmonoxidemissionen problemlos erfüllt werden können. Der innovative Ansatz ist dabei, dass der Wärmeübertrager des Stirlingmotors direkt in der Wirbelschicht platziert ist, wodurch die Bildung von Anbackungen und Verschlackungen am Erhitzerkopf des Stirlings, welche für das Scheitern bisheriger Konzepte verantwortlich waren, zuverlässig verhindert wird. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, das hocheffiziente und brennstoffflexible Mini-KWK-System in den Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel zu überführen und in einem Feldtest zu erproben. Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen - nämlich deren Brennstoffflexibilität - erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen in einem Feldtest demonstriert werden um nun auch Langzeiterfahrungen zu gewinnen. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll daher im ersten Schritt - eine dauerlauffähige Mini-KWK-Pilotanlage mit einer elektrischen Leistung von 5 kWel aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um diese im zweiten Schritt - in einem Biomasseheizkraftwerk mit verschiedenen biogenen Brennstoffen (Restkohlenstoff aus Vergasungsanlagen, Gärreste, Heu etc.) im Rahmen eines Feldtests mit einem 5 kWel Stirlingmotor der Firma Frauscher Thermal Motors zu erproben. Projektbegleitend findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung in Hinblick auf die Feinstaubemissionen statt.
Das Mini-KWK-System aus einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor wurde vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bereits in einer Laboranlage demonstriert und es zeigt sich, dass für eine derartige Mikro-Wirbelschichtfeuerung die Anforderungen sowohl an den Bauraum als auch an die Kohlenmonoxidemissionen problemlos erfüllt werden können. Der innovative Ansatz ist dabei, dass der Wärmeübertrager des Stirlingmotors direkt in der Wirbelschicht platziert ist, wodurch die Bildung von Anbackungen und Verschlackungen am Erhitzerkopf des Stirlings, welche für das Scheitern bisheriger Konzepte verantwortlich waren, zuverlässig verhindert wird. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, das hocheffiziente und brennstoffflexible Mini-KWK-System in den Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel zu überführen und in einem Feldtest zu erproben. Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen - nämlich deren Brennstoffflexibilität - erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen in einem Feldtest demonstriert werden um nun auch Langzeiterfahrungen zu gewinnen. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll daher im ersten Schritt - eine dauerlauffähige Mini-KWK-Pilotanlage mit einer elektrischen Leistung von 5 kWel aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um diese im zweiten Schritt - in einem Biomasseheizkraftwerk mit verschiedenen biogenen Brennstoffen (Restkohlenstoff aus Vergasungsanlagen, Gärreste, Heu etc.) im Rahmen eines Feldtests mit einem 5 kWel Stirlingmotor der Firma Frauscher Thermal Motors zu erproben. Projektbegleitend findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung in Hinblick auf die Feinstaubemissionen statt.
Das Mini-KWK-System aus einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor wurde vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bereits in einer Laboranlage demonstriert und es zeigt sich, dass für eine derartige Mikro-Wirbelschichtfeuerung die Anforderungen sowohl an den Bauraum als auch an die Kohlenmonoxidemissionen problemlos erfüllt werden können. Der innovative Ansatz ist dabei, dass der Wärmeübertrager des Stirlingmotors direkt in der Wirbelschicht platziert ist, wodurch die Bildung von Anbackungen und Verschlackungen am Erhitzerkopf des Stirlings, welche für das Scheitern bisheriger Konzepte verantwortlich waren, zuverlässig verhindert wird. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, das hocheffiziente und brennstoffflexible Mini-KWK-System in den Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel zu überführen und in einem Feldtest zu erproben. Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen - nämlich deren Brennstoffflexibilität - erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen in einem Feldtest demonstriert werden um nun auch Langzeiterfahrungen zu gewinnen. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll daher im ersten Schritt - eine dauerlauffähige Mini-KWK-Pilotanlage mit einer elektrischen Leistung von 5 kWel aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um diese im zweiten Schritt - in einem Biomasseheizkraftwerk mit verschiedenen biogenen Brennstoffen (Restkohlenstoff aus Vergasungsanlagen, Gärreste, Heu etc.) im Rahmen eines Feldtests mit einem 5 kWel Stirlingmotor der Firma Frauscher Thermal Motors zu erproben. Projektbegleitend findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung in Hinblick auf die Feinstaubemissionen statt.
Am Beispiel von Schleifmaschinen soll mit Hilfe einer neuartigen Stirling-Maschine bisher ungenutzte Maschinenabwärme rekuperiert werden. Hierfür wird ein entsprechender Versuchsträger erarbeitet, hergestellt und im Zusammenspiel mit einer Schleifmaschine betrieben. Im Ergebnis wird eine Einsparung von Elektroenergie für Werkzeugmaschinen von 10 Prozent durch Rückführung der Wärmeenergie in den Fertigungsprozess erwartet. Den Schwerpunkt der Arbeiten bei HEROLD bilden der Entwurf und die Konstruktion mit beispielhafter Fertigung eines Versuchsträgers. Der Anspruch besteht in der Gestaltung einer mechanischen Lösung, welche deutlich weniger als ein Prozent Reibleistung in Bezug auf den Gesamtwirkungsgrad beim Betrieb benötigt. Weiterhin müssen Mechanismen erarbeitet werden, welche der diskontinuierlichen Bewegung des Arbeitskolbens entgegenwirken, damit sich die Verdrängerplatte im Arbeitsraum nicht verkantet. Weiterhin muss der Arbeitsraum durch völlig neu zu konzipierende Einrichtung ausreichend abgedichtet werden, wobei die eingesetzten Dichtelemente möglichst keine Zunahme an Reibleistung hervorrufen sollen. Nicht zuletzt bedarf der schlagartige Bewegungsauflauf von Arbeitskolben und Verdrängerplatte einer Energiespeichereinrichtung, welche die 'Totpunkte' überbrückt. Auf der Grundlage einer neuen Fügetechnologie sollen dann die einzelnen Komponenten zu einem Stirling-Motor montiert werden, welcher schon bei Temperaturdifferenzen von 40K die Eigenreibung überwindet und mehr als 650W Leistung bereitstellt. Zur Umsetzung der geplanten Forschungsarbeiten erfolgt zuerst die Analyse des Technikstandes, um Einsatzparameter und Eigenschaften existierender Lösungen für Dicht-, Lager- und Federspeichersysteme herauszuarbeiten. Im nächsten Schritt werden alternative Lösungen erarbeitet und im Gesamtkontext bewertet. Die herausgearbeitete Vorzugslösung wird als Versuchsträger hergestellt und erprobt.
Die TU Chemnitz wird im Verbundprojekt die Modellbildung und Simulation des Niedertemperatur-Stirling-Motors übernehmen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden Untersuchungen und Simulationen über die physikalischen Abläufe in den einzelnen Schritten des realen Stirling-Kreislaufes durchgeführt. Dabei soll insbesondere auf alle wesentlichen Quellen von Dissipationen eingegangen werden. Solche Untersuchungen sind für ein grundlegendes Verständnis und Bewertung der 'EWeSt'-Technologie unentbehrlich. Auf Grundlage des Modells können dann Optimierungen diverser Leistungskriterien - wie Energieeffizienz und erbrachte Leistung - bei Variation geometrischer und regelungstechnischer Parameter durchgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Optimierung fließen dann in die Auslegung und das Steuerungskonzept des Stirling-Motors ein. Aufbauend auf einer ausführlichen Literaturrecherche werden erste Modelle für den Niedertemperatur-Stirling-Motor aufgestellt. Nach Abstimmung der Modellparameter mit den Projektpartnern können Randbedingungen für die Simulationsrechnungen klassifiziert werden. Die Implementierung entsprechender Modellgleichungen erfolgt dann mittels geeigneter Algorithmen. Danach erfolgt eine Interpretation der Simulationsresultate mit anschließenden Abgleich mit den experimentellen Werten. Durch eine Anpassung der Modellgleichungen können eventuelle Unterschiede vermindert werden. Abschließend werden die Ergebnisse in adäquater Form dargestellt.
UNION Werkzeugmaschinen GmbH verfolgt mit dem Projekt das Ziel, die Technologieführerschaft im Energieverbrauch und somit den Betriebskosten für Bohrwerke auszubauen. Mit Hilfe eines Niedertemperatur-Stirlingmotors soll eine optimal an die Fertigungsbedingungen von Bohrwerken abgestimmte Lösung erarbeitet werden, welche den Maschinenutzern einen energiearmen Betrieb ermöglicht. Durch eine Einsparung von wenigstens 12.000 kWh je Kalenderjahr im Einschichtbetrieb soll dadurch ein Maßstab innerhalb der Norm ISO 14955 gesetzt werden. Um dies zu erreichen, werden neue Herstellungstechnologien für spezielle Bauteile des Stirlingmotors entworfen, konstruiert und hergestellt, innovative Regelungsprinzipien für den Betrieb des Stirlingmotors und dessen Integration in das Bohrwerk erarbeitet sowie Steuerungskonzepte für einen kontinuierlichen Informationsaustausch mit betrieblichen Planungsinstrumenten, wie PPS-Systemen, geschaffen. Im ersten Schritt erfolgt eine Analyse des Technikstandes im Bereich Werkstoffe, neuer Fertigungsverfahren sowie der technischen Randbedingungen in Produktionsunternehmen. Darauf aufbauend werden dann Informationen hinsichtlich zeitlicher und energetischer Abhängigkeiten zusammengeführt sowie wesentliche Konzepte für die Regelung und die Bauteilfertigung erarbeitet. Weiterführend bilden die Erarbeitung und Bewertung von möglichen Gestaltungsvarianten den Tätigkeitsschwerpunkt. Abschließend erfolgt die Versuchsdurchführung im geschaffenen Versuchsfeld bei UNION Werkzeugmaschinen GmbH.
Die Holzpellets werden in einem langgestreckten Gegenstromvergaser vergast. Der Vergaser ist so ausgelegt, dass das generierte Produktgas die Pelletschüttung durchströmt und sich dabei abkühlt. Durch den Abkühlungseffekt kondensieren Feuchtigkeit, langkettige Teere sowie dampfförmige Aschebestandteile (Salze und Oxide von Alkalielementen) aus. Das brennbare Gas, das aus der Schüttung austritt, hat nachweislich einen sehr geringen Partikelgehalt. Das bei der Verbrennung entstandene Heißgas führt in nachfolgenden Wärmeüberträgern nicht mehr zur Verschmutzung und kann somit auch in der Kraft-Wärme-Kopplung mit Stirlingmotoren genutzt werden. Das Verfahren wurde mit dem Brennstoff Biomassehackgut und durch die Anwendung eines Linearkolbenstirlingmotors der Fa. Microgen experimentell überprüft. Im Gegensatz zu Hackgut weisen Holzpellets die Eigenschaft auf, dass sie bei Einwirkung von Kondensat aufquellen. Dies führt in einem Rohrreaktor zu Blockaden. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Reaktor mit einem verschiebbaren Konus entwickelt, der im Rahmen des beantragten Vorhabens getestet werden soll. 1.) Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll der neuartige Reaktor gefertigt und in den vorhandenen Prüfstand integriert werden. 2.) Der Prüfstand soll mit dem neuen Reaktor in Betrieb genommen werden. 3.) Es soll das zulässige Betriebskennfeld des Reaktors ermittelt werden. 4.) Durch Analysen des Feinstaubgehalts sowie der Feinstaubinhaltsstoffe im Produktgas soll der Reinigungseffekt nachgewiesen werden. 5.) Nachweis des sicheren, sowie emissionsarmen Betriebs der Anlage mit dem neuen Reaktor sowie dem Freikolbenstirlingmotor von Microgen.
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