Das Projekt "Potenzialstudie Wasserkraft - Potenzialstudie Erneuerbare Energien, Teil 5: Wasserkraft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ingenieurbüro Floecksmühle GmbH durchgeführt. In der Studie wurde landesweit das noch ungenutzte Wasserkraftpotenzial an bestehenden Querbauwerken unter Berücksichtigung der Belange der Gewässerökologie und des Fischschutzes ermittelt. Dabei wurde in einem 'maximalen Szenario' ein ungenutztes Erzeugungspotenzial von 107,9 GWh/a an 128 Querbauwerken identifiziert (davon 35 Repoweringstandorte). In einem 'minimalen Szenario', in dem weitere, nicht abschließend zu klärende ökologische Aspekte berücksichtigt wurden, verbleibt noch ein ungenutztes Potenzial von 59,8 GWh/a an 54 Standorten. In Nordrhein-Westfalen wird derzeit bereits ein großer Anteil des gesamten Wasserkraftpotenzials genutzt. Dennoch macht es Sinn, den Ausbau der bisher noch ungenutzten Wasserkraftpotenziale zu unterstützen, vor allem an potenziellen Standorten für besonders große Anlagen oder bei dem Repowering bereits bestehender Anlagen. Die Wasserkraftnutzung ist eine ausgereifte Technik mit relativ hohen Wirkungsgraden, die durch eine meist relativ gleichmäßige Stromerzeugung im Gegensatz zur Wind- oder Solarenergie auch den Einsatz als Grundlastkraftwerke ermöglicht. Darüber hinaus wurden in der Studie auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserkraftnutzung in NRW sowie das Potenzial von kinetischen Strömungsmaschinen und der Wasserkraftnutzung an Infrastruktureinrichtungen betrachtet.
Das Projekt "Teilprojekt: Stabilisierung des GCAI-Brennverfahrens durch die Nutzung innerzyklischer Korrelationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fakultät 4 Maschinenwesen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen durchgeführt. GCAI stellt einen vielversprechenden Ansatz zur gleichzeitigen Minimierung von Verbrauch und Emissionsausstoß in Verbrennungsmotoren dar. Die aus der Verbrennungseinleitung über die Reaktionskinetik resultierende Zyklenkopplung führt jedoch zu zwei maßgeblichen ungelösten Herausforderungen, an deren Lösung aktuell stark geforscht wird: Die starke Abhängigkeit der Verbrennungsstabilität von den Randbedingungen sowie die Einschränkung des Kennfeldbereiches. Die Entwicklung innovativer zylinderdruckgeführter Regelungen wird hier als Lösungsansatz angesehen. In TP3 wird die Hypothese verfolgt, dass durch die Kombination von zwei neuartigen Ansätzen die Verbrennungsstabilität maßgeblich verbessert werden kann und somit die bestehenden Herausforderungen adressiert werden können. Durch den Regeleingriff innerhalb eines Verbrennungszyklus wird in Zusammenarbeit mit TP1 eine In-Zyklus-Regelung realisiert. Weiterhin wird in Zusammenarbeit mit TP5 der Einfluss von direkt eingespritztem Wasser als innerzyklische Stellgröße für GCAI untersucht und bewertet. Eine der Kernaufgaben ist die Erstellung eines echtzeitfähigen Verbrennungsmodells für GCAI, welches sowohl die Korrelationen zwischen einzelnen Größen innerhalb eines Zyklus als auch die Effekte von zugesetztem Wasser berücksichtigt. Bestehende Modelle, welche auf stationären Messungen basieren, sollen zur Abbildung der hochdynamischen Effekte innerhalb eines Zyklus und der Wassereinspritzung erweitert werden. Um die benötigte Datenbasis zu schaffen, werden transiente Untersuchungen durch das gezielte Einprägen von Ausreißerzyklen mittels zyklusindividueller Variation der Stellgrößen durchgeführt. Hierfür steht ein Forschungsmotor mit einem vollvariablen Ventiltrieb und einer frei programmierbaren Motorsteuerung zu Verfügung. Die in TP5 untersuchten Grundlagen bezüglich der Zugabe von Wasser und CO2 werden mit den transienten Motorversuchen abgeglichen und zur Erstellung des physikalisch-chemischen Anteils eines Grey-Box-Modells genutzt. Diese Zusammenhänge werden thermodynamisch analysiert, durch den Vergleich mit 1D Ladungswechsel und 3D CFD-Simulationen plausibilisiert und in echtzeitfähige Modelle überführt. Durch die Implementierung des Reglers in der Echtzeithardware können die Potentiale der Stabilisierung von GCAI durch In-Zyklus Eingriffe realisiert werden. In Zusammenarbeit mit TP1 wird der Multiskalenregler entwickelt, welcher mit TP2 auf die Restriktionen der Echtzeitplattform optimiert wird. Dabei ist eine bedarfsgerechte Aufteilung auf die Ressourcen Mikrocontroller und FPGA nötig. Es erfolgt eine funktionale Absicherung durch MiL-Tests und eine Co-Simulation des Reglers mit den zuvor entwickelten Modellen basierend auf einer 1D-Ladungswechselsimulation. Die Verifikation der Echtzeitfunktionalität wird mit einem HiL-Prüfstandsaufbau umgesetzt. Abschließend erfolgt die Überprüfung des Reglers durch Messungen am Motorprüfstand im transienten Betrieb sowie am Kennfeldrand.
Das Projekt "Optimierte Prozessführung bei der additiven Fertigung zur ressourcenschonenden Herstellung und Sicherung der Qualität dynamisch hochbeanspruchter Leichtbaukomponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Otto-Graf-Institut, Materialprüfungsanstalt durchgeführt. Additive Fertigung bietet ein hohes Potential zur Einsparung von Energie und Treibstoff, wenn konventionell hergestellte Bauteile durch leichtbaugerecht konstruierte, additiv gefertigte Komponenten substituiert werden. Zusätzlich zur Gewichtsersparnis erhöht eine Funktionsintegration den Mehrwert von Bauteilen durch den Einsatz von additiver Fertigung weiter. Problematisch ist heute jedoch, dass für den Einsatz additiv gefertigter Bauteile unter hoher dynamischer Beanspruchung die Einhaltung der notwendigen Festigkeitseigenschaften aufgrund fehlender Qualitätssicherung nicht gewährleistet werden kann. Häufig kommen aufgrund der unzureichenden digitalen Prozesskette suboptimale Werkstoffzustände zum Einsatz. Durch das im Projekt verfolgte Ziel kann erstmalig das Leichtbau-Potential der additiven Fertigung optimal ausgenutzt werden. Bisherige standardisierte Prozessschritte werden so weiterentwickelt, dass eine intelligente, digitale Prozesskette für die additive Fertigung umgesetzt werden kann. Ziel des Projektes ist es, die Prozessführung und Qualitätssicherung laserbasierter additiver Fertigungsprozesse so zu verbessern, dass eine breitere Anwendung zur Herstellung hochbeanspruchter Leichtbaukomponenten ermöglicht wird. Damit kann Leichtbau durch additive Fertigung für Hightech-Bauteile in Luft- und Raumfahrt, Turbomaschinen, Energietechnik, Automobilbau und Fertigungstechnik eingesetzt werden. Dazu wird eine optimierte Prozessführung für das selektive Laserstrahlschmelzen entwickelt, die eine individuelle, bauteil- und geometrieangepasste Parameterauswahl trifft. Das Projekt wird außerdem dazu beitragen, den Fertigungsprozess des selektiven Laserstrahlschmelzens so zu beherrschen, dass die Ressourceneffizienz der Fertigung verbessert wird. Durch einen breiten Einsatz von additiver Fertigung als Leichtbautechnologie wird ein wertvoller Beitrag zur Ressourcenschonung, zur CO2-Einsparung und damit auch zur Erreichung der nationalen und globalen Klimaziele geleistet.
Das Projekt "Aero: Entwicklung von kleinskaligen, geräuschoptimierten Seitenkanalgebläsen/-verdichtern und hybriden Abscheidesystemen zur Reduktion von Ölaerosolen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von leistungs- und geräuschoptimierten Seitenkanalgebläsen/-verdichtern kleiner Bauart und die Entwicklung effizienter miniaturisierter Abscheidesysteme zur Ölaerosolabscheidung, in welchen die genannten Strömungsmaschinen zur Druckverlustkompensation eingesetzt werden. Zu entwickeln sind Modellregeln und Ähnlichkeitsgesetze, die es erlauben, das Kennlinienverhalten und die Schallcharakteristiken der genannten kleinskaligen Strömungsmaschinen zu beschreiben und daraus konstruktive Maßnahmen für die Maschinenauslegung abzuleiten. Hierzu wird ein komplementärer Ansatz aus numerischen Strömungssimulationen, Experimenten und analytischen Betrachtungsweisen verfolgt. Für die gezielte Entwicklung der genannten Abscheidesysteme werden die Grundelemente Impaktor, Multizyklone kleinster Bauart, extrem gekrümmte Kanalstrecken, Vliese belegt mit Nanofasern, Mikroimpaktoren in Form von Drahtgeweben und Metallschäume sowie Spiralkanalabscheider in Verbindung mit Gleichstromzyklonen betrachtet. Basierend auf systematischen numerischen und experimentellen Untersuchungen sind Modelle für die Einzelelemente zu entwickeln, um damit dann das Gesamtabscheidesystem inklusive Strömungsmaschine optimieren zu können. Neben hoher Energieeffizienz und ressourcenschonendem Materialeinsatz soll das aktive miniaturisierte Abscheidesystem ein hohe Abscheideleistung im Feinstaerosolbereich (x-50,3 = 0,1 Mikro m) bei einer Trennschärfe von x-25,3/ x-75,3 ' 0,7 besitzen.
Das Projekt "TV: Modellentwicklung und experimentelle Untersuchungen zur Leistungsvorhersage von kleinskaligen Seitenkanalmaschinen und Abscheideelemente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von leistungs- und geräuschoptimierten Seitenkanalgebläsen/-verdichtern kleiner Bauart und die Entwicklung effizienter miniaturisierter Abscheidesysteme zur Ölaerosolabscheidung, in welchen die genannten Strömungsmaschinen zur Druckverlustkompensation eingesetzt werden. Zu entwickeln sind Modellregeln und Ähnlichkeitsgesetze, die es erlauben, das Kennlinienverhalten und die Schallcharakteristiken der genannten kleinskaligen Strömungsmaschinen zu beschreiben und daraus konstruktive Maßnahmen für die Maschinenauslegung abzuleiten. Hierzu wird ein komplementärer Ansatz aus numerischen Strömungssimulationen, Experimenten und analytischen Betrachtungsweisen verfolgt. Für die gezielte Entwicklung der genannten Abscheidesysteme werden die Grundelemente Impaktor, Multizyklone kleinster Bauart, extrem gekrümmte Kanalstrecken, Vliese belegt mit Nanofasern, Mikroimpaktoren in Form von Drahtgeweben und Metallschäume sowie Spiralkanalabscheider in Verbindung mit Gleichstromzyklonen betrachtet. Basierend auf systematischen numerischen und experimentellen Untersuchungen sind Modelle für die Einzelelemente zu entwickeln, um damit dann das Gesamtabscheidesystem inklusive Strömungsmaschine optimieren zu können. Neben hoher Energieeffizienz und ressourcenschonendem Materialeinsatz soll das aktive miniaturisierte Abscheidesystem ein hohe Abscheideleistung im Feinstaerosolbereich (x-50,3 = 0,1 Mikro m) bei einer Trennschärfe von x-25,3/ x-75,3 ˜ 0,7 besitzen.
Das Projekt "TV: Herstellung und Optimierung kleinskaliger Abscheideelemente und systematische Untersuchungen zur Leistung und Optimierung aktiver Abscheidesyste" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Elsässer Filtertechnik GmbH durchgeführt. Ziel ist die Ableitung von Modellregeln und Ähnlichkeitsgesetzen zur Leistungs- und Geräuschoptimierung von Seitenkanalgebläsen/-verdichtern kleiner Bauart und die Entwicklung effizienter miniaturisierter Abscheidesysteme zur Ölaerosolabscheidung, in welchen die genannten Strömungsmaschinen zur Druckverlustkompensation eingesetzt werden. Zu entwickeln sind Modellregeln und Ähnlichkeitsgesetze, die es erlauben, das Kennlinienverhalten und die Schallcharakteristiken der genannten kleinskaligen Strömungsmaschinen zu beschreiben und daraus konstruktive Maßnahmen für die Maschinenauslegung abzuleiten. Hierzu wird ein komplementärer Ansatz aus numerischen Strömungssimulationen, Experimenten und analytischen Betrachtungsweisen verfolgt. Für die gezielte Entwicklung der genannten Abscheidesysteme werden die Grundelemente Impaktor, Multizyklone kleinster Bauart, extrem gekrümmte Kanalstrecken, Vliese belegt mit Nanofasern, Mikroimpaktoren in Form von Drahtgeweben und Metallschäume sowie Spiralkanalabscheider in Verbindung mit Gleichstromzyklonen betrachtet. Basierend auf systematischen numerischen und experimentellen Untersuchungen sind Modelle für die Einzelelemente zu entwickeln, um damit dann das Gesamtabscheidesystem inklusive Strömungsmaschine optimieren zu können. Neben hoher Energieeffizienz und ressourcenschonendem Materialeinsatz soll das aktive miniaturisierte Abscheidesystem ein hohe Abscheideleistung im Feinstaerosolbereich (x50,3 = 0,1 Mikro m) bei einer Trennschärfe von x25,3/ x75,3 ˜ 0,7 besitzen.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kraken Power GmbH durchgeführt. Im Rahmen von OTC Thruster, welches sich im Innovationsfeld OTC Subsea Mobility & Autonomy befindet, soll ein leises und vibrationsarmes nabenloses Antriebssystem erforscht und getestet werden. Die Aufgabenstellung ergibt sich einerseits aus der installierten hochsensiblen Sensorik auf den Unterwasserfahrzeugen, welche durch Hydroschall gestört werden kann, und andererseits in dem Ziel die Verschmutzung der Ozeane zu reduzieren, wobei explizit auch Lärm dazu zählt. Die hohe Komplexität ergibt sich durch viele verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel eine mögliche Druckneutralität oder Modularität des Gesamtsystems. Dieses Ziel soll durch die intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität erreicht werden. Dabei sind die System- und Motorenentwicklung, durchgeführt von der Kraken Power GmbH, das Propellerdesign, durch den Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, und der Umrichterentwurf, bearbeitet vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe, eng miteinander verzahnt, um die herausfordernden Ziele zu erreichen. Dabei werden verschiedene Propellerdesigns simuliert und optimiert, passende Elektromotoren mit Gehäuse und Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen und passenden Filtern entworfen. Eine Erprobung soll erfolgen, um den Einfluss der verschiedenen Maßnahmen auf das Ziel der geringen Emission zu erforschen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Kompetenzen gestärkt und Nachwuchswissenschaftler und Ingenieure ausgebildet.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Lehrstuhl Strömungsmaschinen durchgeführt. Im Rahmen von OTC Thruster, welches sich im Innovationsfeld OTC Subsea Mobility & Autonomy befindet, soll ein leises und vibrationsarmes nabenloses Antriebssystem erforscht und getestet werden. Die Aufgabenstellung ergibt sich einerseits aus der installierten hochsensiblen Sensorik auf den Unterwasserfahrzeugen, welche durch Hydroschall gestört werden kann, und andererseits in dem Ziel die Verschmutzung der Ozeane zu reduzieren, wobei explizit auch Lärm dazu zählt. Die hohe Komplexität ergibt sich durch viele verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel eine mögliche Druckneutralität oder Modularität des Gesamtsystems. Dieses Ziel soll durch die intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität erreicht werden. Dabei sind die System- und Motorenentwicklung, durchgeführt von der Kraken Power GmbH, das Propellerdesign, durch den Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, und der Umrichterentwurf, bearbeitet vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe, eng miteinander verzahnt, um die herausfordernden Ziele zu erreichen. Dabei werden verschiedene Propellerdesigns simuliert und optimiert, passende Elektromotoren mit Gehäuse und Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen und passenden Filtern entworfen. Eine Erprobung soll erfolgen, um den Einfluss der verschiedenen Maßnahmen auf das Ziel der geringen Emission zu erforschen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Kompetenzen gestärkt und Nachwuchswissenschaftler und Ingenieure ausgebildet.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Elektrische Energietechnik, Lehrstuhl Leistungselektronik und Elektrische Antriebe durchgeführt. Im Rahmen von OTC Thruster, welches sich im Innovationsfeld OTC Subsea Mobility & Autonomy befindet, soll ein leises und vibrationsarmes nabenloses Antriebssystem erforscht und getestet werden. Die Aufgabenstellung ergibt sich einerseits aus der installierten hochsensiblen Sensorik auf den Unterwasserfahrzeugen, welche durch Hydroschall gestört werden kann, und andererseits in dem Ziel die Verschmutzung der Ozeane zu reduzieren, wobei explizit auch Lärm dazu zählt. Die hohe Komplexität ergibt sich durch viele verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel eine mögliche Druckneutralität oder Modularität des Gesamtsystems. Dieses Ziel soll durch die intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität erreicht werden. Dabei sind die System- und Motorenentwicklung, durchgeführt von der Kraken Power GmbH, das Propellerdesign, durch den Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, und der Umrichterentwurf, bearbeitet vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe, eng miteinander verzahnt, um die herausfordernden Ziele zu erreichen. Dabei werden verschiedene Propellerdesigns simuliert und optimiert, passende Elektromotoren mit Gehäuse und Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen und passenden Filtern entworfen. Eine Erprobung soll erfolgen, um den Einfluss der verschiedenen Maßnahmen auf das Ziel der geringen Emission zu erforschen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Kompetenzen gestärkt und Nachwuchswissenschaftler und Ingenieure ausgebildet.
Das Projekt "OTC Rostock: Entwicklung einer modularen und skalierbaren Plattform für leise und vibrationsarme nabenlose Thrustersysteme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Lehrstuhl Strömungsmaschinen durchgeführt. Im Rahmen von OTC Thruster, welches sich im Innovationsfeld OTC Subsea Mobility & Autonomy befindet, soll ein leises und vibrationsarmes nabenloses Antriebssystem erforscht und getestet werden. Die Aufgabenstellung ergibt sich einerseits aus der installierten hochsensiblen Sensorik auf den Unterwasserfahrzeugen, welche durch Hydroschall gestört werden kann, und andererseits in dem Ziel die Verschmutzung der Ozeane zu reduzieren, wobei explizit auch Lärm dazu zählt. Die hohe Komplexität ergibt sich durch viele verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel eine mögliche Druckneutralität oder Modularität des Gesamtsystems. Dieses Ziel soll durch die intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität erreicht werden. Dabei sind die System- und Motorenentwicklung, durchgeführt von der Kraken Power GmbH, das Propellerdesign, durch den Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, und der Umrichterentwurf, bearbeitet vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe, eng miteinander verzahnt, um die herausfordernden Ziele zu erreichen. Dabei werden verschiedene Propellerdesigns simuliert und optimiert, passende Elektromotoren mit Gehäuse und Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen und passenden Filtern entworfen. Eine Erprobung soll erfolgen, um den Einfluss der verschiedenen Maßnahmen auf das Ziel der geringen Emission zu erforschen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Kompetenzen gestärkt und Nachwuchswissenschaftler und Ingenieure ausgebildet.
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