otego entwickelt neuartige organische thermoelektrische Generatoren (OTEGs) als nachhaltige Energieversorgung für das Internet of Things. Für viele vernetze Kleingeräte werden lästige Batteriewechsel bald der Vergangenheit angehören. Denn Wärme gibt es fast überall. Mit OTEGs lässt sich die Energie selbst kleinster Wärmequellen vollkommen wartungsfrei in nützlichen Strom umwandeln - und zwar dort, wo er gebraucht wird. Elektrische Verbraucher erhalten so eine unabhängige Energiequelle. OTEGs von otego besitzen im Vergleich zur Konkurrenz einzigartige Eigenschaften, denn otego setzt erstmals elektrisch leitfähige Kunststoffe aus eigener Entwicklung ein. Die OTEGs sind unter anderem mechanisch flexibel und können einfach an gekrümmte Oberflächen wie Rohre angepasst werden. Die größte Besonderheit der otego-Technologie liegt jedoch in der Kombination aus kostengünstigen Materialien und großindustriellen Produktionsverfahren. Die elektrischen Schaltungen werden auf industriellen Druckmaschinen gedruckt und anschließend vollautomatisch in einem patentierten Verfahren weiterverarbeitet. Dadurch wird otego als erster Hersteller OTEGs produzieren können, die für breite Massenanwendungen in Frage kommen. Nachdem in der ersten Förderphase der Proof of Concept erbracht wird, sollen in der zweiten Förderphase der Markteintritt erfolgen. Dazu wird der thermoelektrische Wirkungsgrad auf ein Massenmarktfähiges Niveau erhöht. Außerdem werden die prototypischen Produktionsmaschinen in einen Zustand gebracht, mit dem sich eine Pilotserie fertigen lässt. Mit Kunden werden zudem in Kooperationsprojekten thermoelektrische Anwendungen entwickelt.
1. Vorhabenziel Ziel des FuE-Verbundvorhabens ist es, ein kompaktes, robustes und wirtschaftliches Großmodul zur dezentralen Erzeugung von Strom aus Abwärme mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren (TEG) zu entwickeln und industriell zu etablieren. Mit dem Forschungsvorhaben sollen die notwendigen Untersuchungen zur Entwicklung und zum Einsatz von thermoelektrischen Großmodulen im industriellen Umfeld erarbeitet werden. Es wird die Steigerung des Anlagenwirkungsgrades durch die verbesserte energetische Ausnutzung vorhandener Abwärmeströme und damit ein Beitrag zur Senkung des CO2-Ausstoßes angestrebt. 2. Arbeitsplanung Zuerst erfolgt die Analyse der betrieblichen Randbedingungen der Abwärmeströme bei der Salzgitter Flachstahl GmbH, gefolgt von Laborversuchen, der Konzeptentwicklung für elektrische Verschaltungen und dem Aufbau eines Großmoduls. Daran schließt sich die Entwicklung eines technischen Konzepts für eine Demonstrationsanlage und ihre betriebliche Erprobung an.
Ziele dieses Forschungsvorhabens sind die Steigerung des Anlagenwirkungsgrades durch die verbesserte energetische Ausnutzung vorhandener Abwärmeströme im Hochtemperaturbereich, die erstmalige betriebliche Anwendung von thermoelektrischen Großmodulen und die daraus abgeleitete Anwendungsoptimierung für die Industrie. Mit kompakten und robusten Großmodulen zur dezentralen Erzeugung von Strom aus Abwärme wird die Effizienz der eingesetzten Primärenergie in den stahlverarbeitenden Unternehmen verbessert. Aufbauend auf der Erfassung des IST-Zustandes vorhandener Abwärmeströme im Werk wird ein TEG-Großmodul entwickelt und als Demonstrator gebaut. In ersten Laborversuchen mit unterstützenden Simulationsberechnungen wird der Grundbaustein für die endgültige Auslegung des TEG-Großmoduls gelegt. In den anschließenden Technikumversuchen wird das Großmodul unter betriebsnahen Bedingungen erprobt und weiterentwickelt. Es folgt die Langzeiterprobung an einer großtechnischen Anlage im Werk. Das Großmodul wird fortlaufend optimiert auf Basis des aktuellen Entwicklungsstandes. Nutzanwendungskonzepte überführt und für ökonomisch-technische Bewertungen genutzt. usw.
Ziel dieses Forschungsvorhabens sind Steigerung des Anlagenwirkungsgrades durch die verbesserte energetische Ausnutzung vorhandener Abwärmeströme, die erstmalige betriebliche Anwendung von thermoelektrischen Großmodulen und die daraus abgeleitete Anwendungsoptimierung für die Industrie. Mit kompakten, robusten und wirtschaftlichen Großmodulen zur dezentralen Erzeugung von Strom aus Abwärme mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren (TEG) wird die Effizienz der eingesetzten Primärenergie in stahlverarbeitenden Unternehmen verbessert. Aufbauend auf einer Beschreibung des IST-Zustandes wird in Laborversuchen die grundsätzliche Eignung und Anwendung von Thermogeneratoren im industriellen Umfeld erprobt und definiert. Die Konzipierung von Großmodulen wird durch simulative Arbeiten begleitet und daraus abgeleitet wird eine Demonstrationsanlage beim Industriepartner errichtet. Diese Großmodule werden im industriellen Einsatz dauerhaft optimiert und die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden in weitere Nutzanwendungskonzepte überführt.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Prüfung und Optimierung neuer KWK-Technologien, die in Verbindung mit kleinen Biomasse-Feuerungen den Leistungsbereich von kleiner als 1 kW bis ca. 100 kW abdecken, da es in diesem Leistungssegment bis heute keine zuverlässige und wirtschaftlich betreibbare Technik angeboten wird. Es werden daher 3 verschiedene KWK-Konzepte untersucht: Ein thermoelektrischer Generator in Verbindung mit einem Pelletofen (25-50 W); Eine Mikro-ORC-Anlage in Verbindung mit einem Hackschnitzel- oder Pelletkessel (ca. 1 kW) sowie eine extern beheizte Gasturbine in Verbindung mit einem innovativen Hochtemperaturwärmetauscher (5-100 kW). Die Arbeiten werden in 6 technisch / wissenschaftlichen Arbeitspaketen (AP)sowie je einem Arbeitspaket für die Koordination / Administration und die Ergebnisverwertung durchgeführt: AP 1: Definition der Rahmenbedingungen; AP 2: Grundlegende Untersuchungen zu ascheabhängigen Problemen bei Hochtemperaturwärmetauschern; AP 3:Entwicklung und Prüfung der TEG-Technologie; AP 4: Entwicklung der Mikro-ORC-Technologie; AP 5: Entwicklung eines Hochtemperaturwärmetauschers für Gasturbinen-Anwendungen; AP 6: Techno-Ökonomische Analyse der neuen Mikro-KWK-Technologien für Biomasse; AP 7: Ergebnisverwertung; AP 8: Projektmanagement und -koordination.
Im Allgemeinen gehen ca. 65% der Primärenergie als Abwärme verloren. Durch Abwärmenutzung mittels Thermogeneratoren (TEG) aus nicht-toxischen Mg- und Mn-Siliziden ist eine Reduzierung der CO2-Emissionen und Steigerung der Energieeffizienz möglich. O-Flexx ersetzt den konventionellen TEG-Ansatz durch einen Dünnschicht-TEG: eine Silizidscheibe wird auf einer Metallfolie (Dicke 0,5 und 0,12 mm) aufgebaut und zu 5x5x0,5 mm3 vereinzelt mit einem Spalt (0,4 mm) auf der Metallseite. Der TE-Chip wird auf einen wärmeleitenden Träger aufgesetzt und an den heißen bzw. kalten-Flächen angebunden. Diese Technologie ist für die Herstellung von Bi2Te3-TE-Chips bei O-Flexx vorhanden und wird für Silizid-Chips erweitert. Die Vorteile gegenüber konventionellen TEG sind: bis 10-fache Masse- und Materialeinsparung, anpassbarer thermischer Widerstand, Steigerung des verfügbaren deltaT und automatisierte Fertigung in einer verfügbaren Produktionslinie. AP1 Erstellung Lastenheft AP2 Festlegung Kontaktmaterials für die Vorkontaktierung AP3 SPS-Kontaktierung und Entwicklung eines Lotprozesses AP4 Herstellung von TE-Chips im Labor-Maßstab AP5 Up-Scaling der Herstellung dünner TE-Scheiben und deren Kontaktierung AP6 Up-ScalingScaling der Herstellung TE-Chips AP7 Oxidationsschutz der TE-Materialien AP10 Charakterisierung der 'Power Cell'.
Dieses Projekt befasst sich mit dem Aufbau eines Energy Harvesting Systems auf der Grundlage von thermoelektrischen Generatoren. Dabei wird ein Versuchsstand an einer gewöhnlichen Ölheizung aufgebaut sowie ein Simulationsmodell der kompletten Anlage erstellt. Thermoelektrische Generatoren (TEG) sind in der Lage den energetischen Wirkungsgrad eines Energiesystems, z.B. Heizungsanlagen oder Verbrennungsmaschinen, durch Nutzung der verbleibenden Abwärme zu steigern. Dabei erzeugen sie auf Grund einer Temperaturdifferenz elektrische Leistung. In diesem Projekt wird ein objekt-orientiertes Modell der TEGs in der Programmiersprache Modelica® weiterentwickelt und um die peripheren Komponenten erweitert. Dies soll zu einem kompletten Modell für das thermoelektrische Energy Harvesting System führen, welches neben den TEGs auch den Kühlkreislauf, die Wärmequelle sowie die Leistungselektronik enthält. Zur Validierung des Simulationsmodells werden Messungen an dem Testaufbau vorgenommen und die realen Messwerte mit den Simulationswerten verglichen. Ziel des Projekts ist es, ein optimales Simulationsmodell zu entwickeln um den Einsatz eines Energy Harvesting Systems mittels thermoelektrischer Generatoren für die jeweilige Situation rechtfertigen zu können.
Entwicklung eines TEG-Systems für höhere Temperaturen (bis zu 500 C am aktiven Wandlermaterial). Der angestrebte modulare Aufbau bedingt die Bewertung unterschiedlicher Konzepte/Bauweisen eines TEG-Systems. Hierbei werden auf Basis der geometrischen Randbedingungen der TE-Module sowie der Bauraumvorgaben Konstruktionen mittels CAD erarbeitet. Der Entwicklung der notwendigen neuartigen Wärmeüberträgerstrukturen auf der Heiß-/Kaltseite sowie der Füge- und Verbindungstechnik der Submodule/des Gesamtsystems kommt hierbei eine entscheidende Bedeutung zund Hierbei müssen teilweise konträre Ziele wie hohe Festigkeit bei minimalem Zusatzgewicht und Gegendruck realisiert werden und neuartige Materialien mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften zu einem Gesamtsystem aufgebaut werden. Der Aufbau muss nach heutigem Kenntnisstand ebenfalls einen Bypass mit entsprechenden Klappen und Steuerung beinhalten. Somit ergibt sich ein grundlegend neues Gesamtsystem, welches in eine bestehende bzw. modifizierte Abgasanlage inkl. der notwendigen Anschlüsse zu integrieren ist. Durch Einsatz numerischer Verfahren (CFD, FE, u.a.) erfolgt die rechnerische Auslegung der Komponenten und Submodule. Die anschließende Validierung erfolgt an Heißgas- und Motorenprüfständen auf Basis etablierter Verfahren (BLA, BSA, Thermoschock, u.a.).Die im Lastenheft formulierten Anforderungen erfordern eine Anpassung validierter Prüfverfahren. Im Industrialisierungskonzept wird die mögliche Serienfertigung bewertet.
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| Förderprogramm | 19 |
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