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Teilvorhaben: 1.1, 1.4b und 3.2b

Das Projekt "Teilvorhaben: 1.1, 1.4b und 3.2b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Strömungsmechanik, Professur für Turbomaschinen und Flugantriebe durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes AG Turbo OptiSysKom und zielt auf Verbesserungen des Sekundärluftsystems von Gasturbinen (AP1, AP2) bzw. des thermomechanischen Verhaltens von Dampfturbinen (AP3) und damit auf eine signifikante Steigerung der Lastwechselflexibilität unter Beibehaltung hoher Effizienz. Insgesamt wird eine maßgebliche Reduzierung des CO2-Ausstoßes bewirkt. Die Entwicklung derartig verbesserter Komponenten erfordert genaue Kenntnis von Strömung, Wärmeübergang (WÜ) und sekundärer Effekte in kühlluftführenden Strukturen von Gasturbinen (GT) bzw. in Toträumen von Dampfturbinen (DT). Auf Basis dieser Ergebnisse können Entwickler Modifikationen vornehmen, die zielsicher den Kühlluftverbrauch mindern (GT) bzw. schnelle Lastwechsel ermöglichen (DT & GT) ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit. Diese Auslegungssicherheitssteigerung ist nur durch experimentelle Untersuchungen bestenfalls gestützt von probabilistischer Modellierung zu erlangen. Diese Ergebnisse fließen in konjugierte CFD-WÜ Modellierungen ein, die Industriepartner zur wärmetechnischen Auslegung nutzen. Ein erstes Teilvorhaben (AP1, TFA) hat zum Ziel Verfahren aus der Probabilistik bzw. Stochastik zur Beschreibung von Unsicherheit des Kühlluftsystems von GT zu quantifizieren und diese Verfahren industrietauglich zu machen. Die resultierenden zeitabhängigen Erkenntnisse werden maßgeblich zum besseren Verständnis und zur Robustheitseinschätzung der Maschine bei stark schwankenden Belastungen beitragen. Neben der Entwicklung bzw. Anwendung geeigneter Methoden aus dem Bereich der Probabilistik steht ebenfalls die Adaption und Applikation der Verfahren auf ingenieurtechnische Problemstellungen im Vordergrund. Ziel des Teilvorhabens (AP2, MFD) ist die Untersuchung des WÜ in einem realitätsnahen rotierenden Zweikammer-System mit umfassender Instrumentierung, der Teile eines GT-Verdichters abbildet. Das 3. Teilvorhaben (AP3, TEA) modelliert in versch. Aufbauten generische Toträume von DT.

Teilvorhaben: 1.2c und 2.3

Das Projekt "Teilvorhaben: 1.2c und 2.3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe durchgeführt. Innovative Gasturbinen sind das Rückgrat der Energiewende. Durch das hohe Flexibilitätspotenzial tragen sie dazu bei, die fluktuierende Erzeugung aus dem stetig steigenden Anteil der erneuerbaren Energien zu kompensieren. Gasturbinen leisten somit einen wichtigen Beitrag zur Optimierung komplexer Gesamtenergiesysteme mit hohen Anforderungen an Flexibilität, Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Die geforderte Flexibilität geht dabei aber bei den heutigen Turbomaschinen einher mit höherem Verschleiß, großen Wirkungsgradeinbußen im Teillastbereich und einer verkürzten Lebensdauer. In dem Vorhaben 'OptiSysKom' sollen die in vorangegangenen Forschungsprojekten der AG Turbo begonnenen Aspekte der Auswirkungen des Betriebs der Turbomaschinen im Verbund mit den Erneuerbaren mit Blick auf Lebensdauer und Effizienz vertiefend weitergeführt werden. In AP 1.2c, durchgeführt vom Institut für Werkstoffkunde (IfW) der TU Darmstadt mit dem Industriepartner MAN Energy Solutions SE (MAN), werden am IN792 Kriecheigenschaften unter Temperaturbeanspruchung bei variablen Blechdicken systematisch untersucht. Dies dient als Grundlage um zuverlässig Kennwerte zur Beschreibung des Kriechverhaltens als Funktion der Strukturdicke von Bauteilen und Komponenten wie bspw. Gasturbinenschaufeln zu generieren. Der Effekt des Kriechverhaltens dünnwandiger Strukturen ist unter dem Namen 'thin wall creep', 'thickness debit effect' oder 'thin wall effect' bekannt. In AP 2.3, durchgeführt vom Institut Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe (GLR) der TU Darmstadt mit dem Industriepartner Rolls-Royce Deutschland (RRD), werden neue Kühlkonzepte für die konvektive Innenkühlung von deutlich kleineren Turbinenrotorschaufeln experimentell untersucht. Zukünftige flexible Gasturbinenanlagen zur Stromerzeugung müssen kleiner gebaut werden, um steilere An- und Abfahrrampen zu ermöglichen.

Teil: preCICE

Das Projekt "Teil: preCICE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Forschungs- und Lehreinheit Informatik V, Lehrstuhl für Informatik V: Wissenschaftliches Rechnen durchgeführt. Durch den Einsatz passiver Sicherheitssysteme bei Reaktoren der Generation 3+ können der Kühlkreislauf und das Containment nicht mehr getrennt voneinander betrachtet werden. So sind zum Beispiel bei Gebäudekondensatoren physikalische Effekte beider Systeme stark gekoppelt: Thermohydraulik in den Rohrleitungen, Wärmeleitung in komplizierten dreidimensionalen Strukturen (Kühlrippen) und eine konvektive Gas- oder Dampfströmung auf der Kondensatoraußenseite. Die Simulation des Gesamtsystems ist daher ein Multiphysikproblem, und damit ist eine Kopplung mehrerer Simulationsprogramme notwendig. Eine allgemeine Code-unabhängige Kopplung kann mittels der Open-Source Kopplungsbibliothek preCICE, die am Lehrstuhl für Wissenschaftliches Rechnen der Technischen Universität München und am Lehrstuhl für Simulation Großer Systeme an der Universität Stuttgart entwickelt wird, sehr effizient realisiert werden. Im Rahmen dieses Projektes wollen wir eine preCICE-Schnittstelle für AC2 entwickeln. Diese soll zuerst für das Modul ATHLET implementiert werden. Da schon eine große Anzahl verschiedenster Simulationsprogramme wie ANSYS Fluent, COMSOL, OpenFOAM, CalculiX, oder Code-Aster über eine preCICE-Schnittstelle verfügen, würden dadurch alle diese Programme unmittelbar für gekoppelte Analysen mit ATHLET nutzbar. Ein weiterer Vorteil dieser Schnittstelle ist, dass dadurch nicht nur die gleichzeitige Kopplung von zwei Rechenprogrammen, sondern drei oder auch mehr, möglich ist. Die detaillierte Simulation des genannten Beispiels des Gebäudekondensators wird hierdurch erst möglich. Da ähnliche multiphysikalische Probleme auch bei den modularen Reaktoren, die in vielen Ländern als die Zukunft der Nukleartechnik gesehen, auftreten, ist die angestrebte Implementierung einer preCICE-Schnittstelle in ATHLET ein notwendiger Schritt für die Zukunftsfähigkeit von ATHLET.

Teilvorhaben 1: Redox-Flow-Zelle und Ligninspaltung

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Redox-Flow-Zelle und Ligninspaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CMBlu Energy AG durchgeführt. Dieses Projekt ist die Fortführung und Erweiterung der Arbeiten aus dem vorangegangenen Projekt 'FOREST - Chemische und elektrochemische Verfahren zur Umsetzung nachwachsender Rohstoffe zu redoxaktiven Substanzen'. Alle wesentlichen Verfahrensschritte konnten in diesem Vorgängerprojekt erforscht werden. Damit der Prozess zukünftig wirtschaftlich einsetzbar wird, sind weitere Fragestellungen grundlegend zu erforschen: Um die Ausbeute an niedermolekularen, aromatischen Verbindungen aus der Ligninfragmentierung zu verbessern, wird die Produktfiltration mit der Fragmentierungsreaktion verbunden, so dass Zielmoleküle während der Reaktion aus dem Prozess entfernt und vor einem weiteren Abbau im Reaktor geschützt werden. Dazu müssen zunächst Filtrationsmembranen erforscht werden, die unter den harschen Reaktionsbedingungen eingesetzt werden können. Für die weiteren Schlüsselreaktionen zur Umsetzung von Lignin zu organischen Elektrolyten wird der elektrosynthetische Ansatz zur Reaktionsoptimierung untersucht. Die Einführung dieser Schritte in den Prozessablauf ist ein technisches Arbeitsziel des Projektes, wobei auch eine wissenschaftliche Verwertung der elektrochemischen Erkenntnisse geplant ist. Weiterhin befassen sich die Projektarbeiten mit der Aufklärung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen, um Effekte zu verstehen, die durch Substituenten an den redoxaktiven Verbindungen hervorgerufen werden. Aus diesen Arbeiten werden Vorhersagen zur elektrochemischen Performance von redoxaktiven Substanzen als Elektrolyte abgeleitet werden können. Darüber hinaus müssen für eine adäquate Lebensdauer der Batterien Untersuchungen zu Degradationsprozessen durchgeführt werden, denen z.B. durch stabilere Moleküle, geeignetere Betriebsparameter oder Regenerationsstrategien gezielt begegnen zu können. Zu guter Letzt wird im Hinblick auf eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit auch die Verwertung von Nebenströmen in einem eigenen Arbeitspaket untersucht.

Teilvorhaben: Climate-AR

Das Projekt "Teilvorhaben: Climate-AR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HOLO-Industrie 4.0 Software GmbH durchgeführt. Die Visualisierung und damit verständlichere Darstellung von Klimadaten (Windrichtung, Temperatur, etc.) im Bezug auf alternative Planungsvarianten und deren Einfluss auf die klimatische Situation im städtebaulichen Kontext ist das Hauptziel des Teilvorhaben Climate-AR. Um die vor allem im Arbeitspaket 2 des Gesamtprojektes entstehenden enormen Datenmengen aus den Simulationsmodellen verfügbar und interpretierbar machen zu können werden Visualisierungstechniken aus dem Bereich der Augmented Reality (AR) eingesetzt. Die visualisierten Ergebnisse der Stadtklimasimulation werden so durch eine Überlagerung mit realen Gebäuden oder einem Modellaufbau im jeweiligen urbanen Kontext für Außenstehende erlebbar. Durch die immersive Form der Visualisierung können konkrete Wirkungen auf Mensch und Umwelt anschaulich und intuitiv vom Nutzer erfasst werden. Die tatsächlichen Auswirkungen von Baumaßnahmen lassen sich mit dieser Form der Präsentation direkter vermitteln, wie z.B. deren Ausmaße in Relation zu den umgebenden Strukturen, deren Einfluss auf die Beleuchtungssituation oder ein spürbarer Effekt auf die Temperaturentwicklung an einem öffentlichen Platz. Diese digitalen Technologien ermöglichen es somit, allen Planungsbeteiligten, den Vorhabenträgern und der Bürgerschaft, sich von der nachhaltigen Qualität geplanter Baumaßnahmen zu überzeugen.

Teilvorhaben 6: Membranen

Das Projekt "Teilvorhaben 6: Membranen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mann + Hummel GmbH durchgeführt. Dieses Projekt ist die Fortführung und Erweiterung der Arbeiten aus dem vorangegangenen Projekt 'FOREST - Chemische und elektrochemische Verfahren zur Umsetzung nachwachsender Rohstoffe zu redoxaktiven Substanzen'. Alle wesentlichen Verfahrensschritte konnten in diesem Vorgängerprojekt erforscht werden. Damit der Prozess zukünftig wirtschaftlich einsetzbar wird, sind weitere Fragestellungen grundlegend zu erforschen: Um die Ausbeute an niedermolekularen, aromatischen Verbindungen aus der Ligninfragmentierung zu verbessern, wird die Produktfiltration mit der Fragmentierungsreaktion verbunden, so dass Zielmoleküle während der Reaktion aus dem Prozess entfernt und vor einem weiteren Abbau im Reaktor geschützt werden. Dazu müssen zunächst Filtrationsmembranen erforscht werden, die unter den harschen Reaktionsbedingungen eingesetzt werden können. Für die weiteren Schlüsselreaktionen zur Umsetzung von Lignin zu organischen Elektrolyten wird der elektrosynthetische Ansatz zur Reaktionsoptimierung untersucht. Die Einführung dieser Schritte in den Prozessablauf ist ein technisches Arbeitsziel des Projektes, wobei auch eine wissenschaftliche Verwertung der elektrochemischen Erkenntnisse geplant ist. Weiterhin befassen sich die Projektarbeiten mit der Aufklärung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen, um Effekte zu verstehen, die durch Substituenten an den redoxaktiven Verbindungen hervorgerufen werden. Aus diesen Arbeiten werden Vorhersagen zur elektrochemischen Performance von redoxaktiven Substanzen als Elektrolyte abgeleitet. Darüber hinaus müssen für eine adäquate Lebensdauer der Batterien Untersuchungen zu Degradationsprozessen durchgeführt werden, um diesen z.B. durch stabilere Moleküle, geeignetere Betriebsparameter oder Regenerationsstrategien gezielt begegnen zu können. Zu guter Letzt wird im Hinblick auf eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit auch die Verwertung von Nebenströmen in einem eigenen Arbeitspaket untersucht.

Teilvorhaben 4: Chemische Synthese und Ligninspaltung

Das Projekt "Teilvorhaben 4: Chemische Synthese und Ligninspaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Organische Chemie, Arbeitsgruppe Prof.Dr. Hermann A. Wegner durchgeführt. Dieses Projekt ist die Fortführung und Erweiterung der Arbeiten aus dem vorangegangenen Projekt 'FOREST - Chemische und elektrochemische Verfahren zur Umsetzung nachwachsender Rohstoffe zu redoxaktiven Substanzen'. Alle wesentlichen Verfahrensschritte konnten in diesem Vorgängerprojekt erforscht werden. Damit der Prozess zukünftig wirtschaftlich einsetzbar wird, sind weitere Fragestellungen grundlegend zu erforschen: Um die Ausbeute an niedermolekularen, aromatischen Verbindungen aus der Ligninfragmentierung zu verbessern, wird die Produktfiltration mit der Fragmentierungsreaktion verbunden, so dass Zielmoleküle während der Reaktion aus dem Prozess entfernt und vor einem weiteren Abbau im Reaktor geschützt werden. Dazu müssen zunächst Filtrationsmembranen erforscht werden, die unter den harschen Reaktionsbedingungen eingesetzt werden können. Für die weiteren Schlüsselreaktionen zur Umsetzung von Lignin zu organischen Elektrolyten wird der elektrosynthetische Ansatz zur Reaktionsoptimierung untersucht. Die Einführung dieser Schritte in den Prozessablauf ist ein technisches Arbeitsziel des Projektes, wobei auch eine wissenschaftliche Verwertung der elektrochemischen Erkenntnisse geplant ist. Weiterhin befassen sich die Projektarbeiten mit der Aufklärung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen, um Effekte zu verstehen, die durch Substituenten an den redoxaktiven Verbindungen hervorgerufen werden. Aus diesen Arbeiten werden Vorhersagen zur elektrochemischen Performance von redoxaktiven Substanzen als Elektrolyte abgeleitet werden können. Darüber hinaus müssen für eine adäquate Lebensdauer der Batterien Untersuchungen zu Degradationsprozessen durchgeführt werden, denen z.B. durch stabilere Moleküle, geeignetere Betriebsparameter oder Regenerationsstrategien gezielt begegnen zu können. Zu guter Letzt wird im Hinblick auf eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit auch die Verwertung von Nebenströmen in einem eigenen Arbeitspaket untersucht.

Teilvorhaben 2: Trenn- und Reinigungsverfahren

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Trenn- und Reinigungsverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Mittelhessen (THM), Institut für Bioverfahrenstechnik und Pharmazeutische Technologie (IBPT), Arbeitsgruppe für Bioverfahrenstechnik, Membrantechnologie und Zellkulturtechnik (BVT) durchgeführt. Dieses Projekt ist die Fortführung und Erweiterung der Arbeiten aus dem vorangegangenen Projekt 'FOREST - Chemische und elektrochemische Verfahren zur Umsetzung nachwachsender Rohstoffe zu redoxaktiven Substanzen'. Alle wesentlichen Verfahrensschritte konnten in diesem Vorgängerprojekt erforscht werden. Damit der Prozess zukünftig wirtschaftlich einsetzbar wird, sind weitere Fragestellungen grundlegend zu erforschen: Um die Ausbeute an niedermolekularen, aromatischen Verbindungen aus der Ligninfragmentierung zu verbessern, wird die Produktfiltration mit der Fragmentierungsreaktion verbunden, so dass Zielmoleküle während der Reaktion aus dem Prozess entfernt und vor einem weiteren Abbau im Reaktor geschützt werden. Dazu müssen zunächst Filtrationsmembranen erforscht werden, die unter den harschen Reaktionsbedingungen eingesetzt werden können. Für die weiteren Schlüsselreaktionen zur Umsetzung von Lignin zu organischen Elektrolyten wird der elektrosynthetische Ansatz zur Reaktionsoptimierung untersucht. Die Einführung dieser Schritte in den Prozessablauf ist ein technisches Arbeitsziel des Projektes, wobei auch eine wissenschaftliche Verwertung der elektrochemischen Erkenntnisse geplant ist. Weiterhin befassen sich die Projektarbeiten mit der Aufklärung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen, um Effekte zu verstehen, die durch Substituenten an den redoxaktiven Verbindungen hervorgerufen werden. Aus diesen Arbeiten werden Vorhersagen zur elektrochemischen Performance von redoxaktiven Substanzen als Elektrolyte abgeleitet werden können. Darüber hinaus müssen für eine adäquate Lebensdauer der Batterien Untersuchungen zu Degradationsprozessen durchgeführt werden, denen z.B. durch stabilere Moleküle, geeignetere Betriebsparameter oder Regenerationsstrategien gezielt begegnen zu können. Zu guter Letzt wird im Hinblick auf eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit auch die Verwertung von Nebenströmen in einem eigenen Arbeitspaket untersucht.

Teilprojekt 2: Entwicklungspotenziale Energiewende

Das Projekt "Teilprojekt 2: Entwicklungspotenziale Energiewende" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) GmbH durchgeführt. Für die 'Energieregion Lausitz' gilt es, die Potenziale zur Transformation hin zu einer Energiewende-Region zu untersuchen. Dafür sind die verschiedenen Bereiche und Optionen der Energiewende (Strom, Wärme, Verkehr, Effizienz) hinsichtlich ihrer technischen Potenziale und die regionalökonomischen Effekte vor dem Hintergrund der vorhandenen Strukturen sowie der Rahmenbedingungen zu analysieren. Ziel dieses Teilprojekts ist es somit, die endogenen Entwicklungspotenziale im Bereich der Energiewende-Wirtschaft sowie deren regionalökonomische Effekte zu ermitteln.

Teilprojekt 2: Entwicklung gestickter Textilien mit auxetischem Verhalten für Anwendungen in Faserverbundbauteilen

Das Projekt "Teilprojekt 2: Entwicklung gestickter Textilien mit auxetischem Verhalten für Anwendungen in Faserverbundbauteilen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Embro GmbH durchgeführt. Wachsende globale Mobilität, eine sprunghafte Zunahme der weltweiten Nachfrage nach Rohstoffen sowie erhöhte ökologische Anforderungen führen zu einem anhaltend steigenden Bedarf an Investitions- und Gebrauchsgütern mit deutlich verbesserter Leistungs-, Energie- und Emissionsbilanz. Hier hat die Gewichtseinsparung eine Schlüsselfunktion mit hoher Breitenwirksamkeit, wobei diese nicht mit Einbußen bezüglich mechanischer Effizienz, aktiver und passiver Sicherheit, Schadenstoleranz, Wirtschaftlichkeit und Designfreiheit verbunden sein darf. Ziel des Projektes ist es, auf Basis numerischer Untersuchungen, neuartige Bauweisen mit wesentlich verbesserten mechanischen Eigenschaftsprofilen zu entwickeln. Der Schwerpunkt liegt dabei auf makroskopischen Strukturierungs- und Formgebungskonzepten zur Effizienzsteigerung von Leichtbaukonstruktionen, die dazu führen, dass Bauteile aus konventionellen und neuen Werkstoffen ein globales 'auxetisches' Systemverhalten aufweisen. Die Leichtbaufunktion soll dabei durch Bewehrungstextilien realisiert werden, die nach auxetischen Konstruktionsprinzipien entwickelt werden. Auxetische Materialien und Strukturen verhalten sich entgegen der Intuition: Während die alltägliche Wahrnehmung und Erfahrung lehrt, dass sich die Querschnitte eines Bauteils verkleinern, wenn man daran zieht (vgl. 'Gummiband'), verhalten sich auxetische Materialien und Strukturen umgekehrt. Hier werden Querschnitte unter Zugbelastung größer und unter Druckbelastung kleiner. Der auxetische Effekt entsteht durch die Ein- und Weiterleitung von Kräften in Bindungspunkten geometrischer Strukturen. Im Projekt soll das mechanische Verhalten von textilen Verbunden so optimiert werden, dass die Textilstruktur im Falle großer plötzlicher Energieeinträge viel Energie aufnimmt und umwandelt (Energiedissipation), z.B. durch Strukturkompaktierung bei Querkrafteintrag oder durch Volumenzunahme bei Längskrafteintrag. Derartige Effekte sollen mittels auxetischer Konstruktionsprinzipien (Text abgebrochen)

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