Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung der Offshore-Erzeugung von verflüssigtem Methan, der CO2-Bereitstellung aus Meerwasser, Untersuchung der H2-Produktion mithilfe der Meerwasserelektrolyse und das Wassermanagement auf einer Offshore Plattform" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie durchgeführt. Im Verbundprojekt 2 PtX-Wind - Offshore PtX-Prozesse soll eine offshore Versuchsplattform entwickelt werden, die es ermöglicht innovative und vielversprechende Elektrolyse- und Power-to-X-Konzepte unter realen Bedingungen offshore in einzelnen Prozessschritten und als integrierte Prozesskette zu testen und weiterzuentwickeln, mit dem Ziel Wechselwirkungen zwischen den ausgewählten Prozessen und Anlagenteilen zu untersuchen. Das hier beantragte Teilvorhaben, das vom DVGW-EBI durchgeführt wird, adressiert im Rahmen von H2Mare die CO2- und Wasserstoffgewinnung direkt aus Meerwasser, die anschließende Methanisierung, die Methanverflüssigung und die Bereitstellung von Verfahren zur Wasseraufbereitung für den gesamten offshore Betrieb. Im Folgenden werden die Prozesse entsprechend 'gasseitig' (CO2-Gewinnung, Wasserstoffelektrolyse, Methanisierung) und 'wasserseitig' (Wassermanagement) genannt. Gasseitig werden am DVGW-EBI die innovative Gewinnung von CO2 aus Meerwasser mit der Elektrodialyse bearbeitet. Darüber hinaus soll zusammen mit der TU Berlin das Potenzial und die Risiken (Fouling) der Meerwasserelektrolyse ermittelt werden. Darüber hinaus wird eine Demonstrationsanlage für die Methanisierung umgerüstet und im Verbund mit einer Methanverflüssigung betrieben. In der Methanisierung wird ein neues optimiertes Reaktordesgin im 100-kW-Maßstab getestet. Für das Wassermanagement werden verschiedenen Verfahren im Pilotmaßstab getestet. Dazu gehört die Bereitstellung von VE Wasser für die Elektrolyse und die Behandlung von Abwasser entsprechend den Anforderungen von Einleitungen von offshore Plattformen. Alle einzelnen Prozesse werden abschließend in einem Gesamtkonzept integriert, das sowohl die Masse- und Energieströme und deren Steuerung beinhalten wird.
Das Projekt "Teilvorhaben: Demonstration energieautarker Quartiere im systemischen Verbund" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von E.ON SE - Energy Networks - Research & Devolopment durchgeführt. Das Projekt SmartQuart wird von einem Konsortium geführt, das alle zentralen Akteure eines Quartieres von der Planung über die Bewohner bis hin zum Energieversorger miteinander vereint. Zentrales Projektziel ist die Entwicklung einer modularen Blaupause für eine dezentrale Energie- und Wärmewende auf Quartiersebene. Um die Klimaziele zu erreichen, muss aus der Stromwende eine 'richtige' Energiewende gemacht werden, die die Sektoren Energie, Wärme und Mobilität stärker als bislang miteinander verknüpft. SmartQuart soll zeigen, dass dies innerhalb eines Quartiers und im Zusammenspiel mit benachbarten Quartieren bereits heute technisch und wirtschaftlich möglich ist. Essen und Bedburg in Nordrhein-Westfalen sowie Kaisersesch in Rheinland-Pfalz bilden gemeinsam dieses Reallabor. Die Stadtquartiere werden jeweils in sich und auch miteinander vernetzt, damit die vorhandenen Energieinfrastrukturen effizient genutzt werden können. Smart-Grid-Lösungen koppeln Wärme, Kälte, 'grünen' Strom, Wasserstoff und den Bereich Mobilität intelligent miteinander. Ziel ist es, in den Modellregionen eine klimaneutrale Energieversorgung zu erreichen. In allen drei Stadtquartieren beteiligen sich Bewohner, Energieversorger sowie lokale Technologieanbieter. SmartQuart repräsentiert typische Stadtquartiere in einem eng verdichteten, ländlichen sowie städtischen Raum, sodass die Konzepte auf andere Quartiere übertragbar sind. Innogy SE wird den Aufbau einer Projektmanagementstruktur vornehmen. Fachlich wird sich die innogy SE in die Entwicklung der Use Cases, den Aufbau und Betrieb einer IKT-Infrastruktur und den systemischen Verbund der Quartiere einbringen. Alle Quartiere werden in ihrer Entstehung unter der Arbeitspaketleitung von innogy realisiert. Die identifizierten Potenziale zur Anschlussnutzung werden von innogy harmonisiert, dokumentiert und einer Verwertung zugeführt. Zudem verantwortet innogy die gebündelte Öffentlichkeitsarbeit.
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.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung von Signalanalyse-Methoden zur Betriebsüberwachung eines neuen Labor-Radialverdichters" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Antriebstechnik Köln, Abteilung Triebwerksakustik Berlin durchgeführt. Das Ziel des Verbundes AdPG ist es, Methoden und Technologien zum energieeffizienten Betrieb von Turbomaschinen für industrielle Anwendungen verfügbar zu machen. Mit Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) bzw. des maschinellen Lernens und neue digitale Lösungen soll die Flexibilität und Effizienz von Turbomaschinen durch eine adaptive Pumpgrenzregelung erhöht werden. Es werden Methoden entwickelt, die auf Basis von instationären Druckmessungen Indikatoren für Strömungsinstabilitäten in einer Turbomaschine erkennen und als Eingangsdaten in die adaptive Pumpgrenzregelung einspeisen.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.3b, 1.5b, 3.1b, 3.5 und 4.8b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Thermische Strömungsmaschinen und Maschinenlaboratorium durchgeführt. Die ursprünglich für konstanten Betrieb ausgelegten Turbomaschinen müssen heute im Verbund mit Erneuerbaren Energien neue Fahrweisen bewerkstelligen (häufige Start-/Stopp-Zyklen, Off-Design-Betrieb, schnelles Anfahren). Die geforderte Flexibilität geht bei den heutigen Turbomaschinen einher mit höherem Verschleiß, großen Wirkungsgradeinbußen im Teillastbereich und einer verkürzten Lebensdauer. Eine Ertüchtigung soll durch die im folgenden genannten Arbeitspakete erreicht werden. In AP1.3b werden kombinierte experimentelle und numerische Untersuchungen zum verbesserten Verständnis von selbst- und zwangserregten Schwingungen in Niederdruck-Endstufen durchgeführt, um effiziente und betriebssichere Beschaufelungen auslegen zu können. Ziel von AP1.5b ist es, effiziente und sichere axial-radial Diffusoren mittels numerischer Strömungssimulationen auslegen zu können. Hierfür werden für zwei verschiedene Konfigurationen umfangreiche Simulationen durchgeführt und mit von detaillierten Messdaten validiert. Des Weiteren erfolgt eine Untersuchung der Interaktion von Spaltleckage und Hauptströmung. In AP3.1b sollen lokale Wärmeübergangseigenschaften bezüglich der Strömungs- und Rotationskräfte durch optische Messverfahren in Turbomaschinenkühlsystemen bei relevanten Versuchsbedingungen experimentell analysiert werden. In AP3.5 werden Prüfkonzept und bestehender Prüfstand für die Prüfung von Endstufenschaufeln unter betriebsähnlichen Belastungen unter Berücksichtigung von Kontaktverhalten und Vorzyklierung erweitert. Gezielte experimentelle Untersuchungen werden an modifizierten realen Schaufeln durchgeführt. Bestehende strukturmechanische Auslegungsregeln der Schaufelfuß-/Rotornutanbindung werden weiterentwickelt und mittels experimenteller Daten verifiziert. In AP4.8b soll die numerische Berechnung von Innenströmungssystemen durch neuartige verbesserte Turbulenzmodelle, die auf maschinellen Lernmethoden basieren, für unterschiedliche Randbedingungen verbessert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Aufbereitung und Modellierung von Daten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ASCon Systems GmbH durchgeführt. In industriellen Metallbearbeitungsprozessen ist der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) zur Kühlung und Schmierung der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück weit verbreitet. Hierdurch soll ein leistungsfähiger Prozess mit hoher Werkzeugstandzeit und geringem Ausschuss ermöglicht werden. Der KSS wird innerhalb einer Aufbereitungsanlage gereinigt, temperiert und somit für den Prozess bereitgestellt, wobei entstandene KSS-Emissionen durch eine Abluftfiltration abgesaugt werden. Der Betrieb all dieser Systeme ist mit einem hohen Energiebedarf von durchschnittlich 30 bis 35 % des Gesamtenergiebedarfs verbunden. Obwohl verschiedene Ansätze bereits auf eine Erhöhung der Effizienz abzielen, betrachten diese Lösungen die Systeme meist unabhängig voneinander. Erst eine systemische Analyse ermöglicht es Zielkonflikte aber auch zusätzliche Einsparpotentiale aufzudecken. Das Projekt E-KISS zielt daher auf die ganzheitliche Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz von mit KSS verbundenen Produktionssystemen. Hierzu soll im Sinne des Gedankens 'Industrie 4.0' die informationstechnische Vernetzung zwischen den Systemen durch Messung von u.a. Energie, Durchfluss, Temperatur etc. und Aufbau einer Messdatenbank verbessert werden. Die entwickelte Messinfrastruktur wird in Demonstratoren an der Universität sowie den industriellen Anwendungspartnern eingesetzt. Basierend auf den erhobenen Messdaten werden Zusammenhänge in generischen Modellen abgebildet und ein Simulationsmodell zur Unterstützung bei der Neuplanung oder Verbesserung aufgebaut. Des Weiteren wird eine automatische und bedarfsorientierte Steuerung und Regelung des KSS-Systems unter Nutzung von Ansätzen des maschinellen Lernens und automatischen Modellbildung umgesetzt. Die Verifizierung des Konzepts erfolgt durch eine prototypische Realisierung in den Demonstratoren.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Motorentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wissenschaftlich-Technisches Zentrum für Motoren- und Maschinenforschung Roßlau gGmbH durchgeführt. Das vorliegende Verbundvorhaben liegt im Handlungsfeld 1 der Gesamtstrategie des TRAINS-Bündnisses 'Innovationen und Stärkung der Innovationsfähigkeit' und behandelt den zweiten der drei Innovationsbereiche der Strategie: (1) Digitalisierung für die Instandhaltung, (2) Energiewende für Diesel-Triebzüge und (3) Mobilität im ländlichen Raum. Ziele des vorliegenden Verbundvorhabens sind einerseits, einen neuartigen Verbrennungsmotor für den Erdgas-Wasserstoff Mischbetrieb zu entwickeln, welcher die Dieselmotoren in Bestandstriebzügen ersetzen kann. Unmittelbar hiermit verbunden ist die Entwicklung eines Tanksystems, welches die Anforderungen an den Betrieb mit Wasserstoff erfüllt und sich in bestehende Züge integrieren lässt. Andererseits soll konzeptionell eine wettbewerbsfähige Infrastruktur zur Versorgung der Bahnunternehmen mit grünem Wasserstoff entwickelt werden, welche die bestehende Versorgungsinfrastruktur für Dieselkraftstoff schrittweise ablösen kann. Darüber hinaus sind Sicherheit und Zulassung sowie eine Einbindung der regionalen Bevölkerung über eine Bürgerbeteiligung weitere essenzielle Bestandteile des Vorhabens. Schwerpunkt des Vorhabens wird die Entwicklung eines gänzlich neuen Brennverfahrens sein, welches mit beliebigen Mischungen (0 - 100 %) aus Wasserstoff und Erdgas umgehen kann.
Das Projekt "Teilvorhaben: Multikriterielle Prozessoptimierung und prototypische Implementierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. In industriellen Metallbearbeitungsprozessen ist der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) zur Kühlung und Schmierung der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück weit verbreitet. Hierdurch soll ein leistungsfähiger Prozess mit hoher Werkzeugstandzeit und geringem Ausschuss ermöglicht werden. Der KSS wird innerhalb einer Aufbereitungsanlage gereinigt, temperiert und somit für den Prozess bereitgestellt, wobei entstandene KSS-Emissionen durch eine Abluftfiltration abgesaugt werden. Der Betrieb all dieser Systeme ist mit einem hohen Energiebedarf von durchschnittlich 30 bis 35 % des Gesamtenergiebedarfs verbunden. Obwohl verschiedene Ansätze bereits auf eine Erhöhung der Effizienz abzielen, betrachten diese Lösungen die Systeme meist unabhängig voneinander. Erst eine systemische Analyse ermöglicht es Zielkonflikte aber auch zusätzliche Einsparpotentiale aufzudecken. Das Projekt E-KISS zielt daher auf die ganzheitliche Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz von mit KSS verbundenen Produktionssystemen. Hierzu soll im Sinne des Gedankens 'Industrie 4.0' die informationstechnische Vernetzung zwischen den Systemen durch Messung von u.a. Energie, Durchfluss, Temperatur etc. und Aufbau einer Messdatenbank verbessert werden. Die entwickelte Messinfrastruktur wird in Demonstratoren an der Universität sowie den industriellen Anwendungspartnern eingesetzt. Basierend auf den erhobenen Messdaten werden Zusammenhänge in generischen Modellen abgebildet und ein Simulationsmodell zur Unterstützung bei der Neuplanung oder Verbesserung aufgebaut. Des Weiteren wird eine automatische und bedarfsorientierte Steuerung und Regelung des KSS-Systems unter Nutzung von Ansätzen des maschinellen Lernens und automatischen Modellbildung umgesetzt. Die Verifizierung des Konzepts erfolgt durch eine prototypische Realisierung in den Demonstratoren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Integration der Messinfrastruktur zur Prozessüberwachung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ONLINE Industrieelektrik und Anlagentechnik GmbH durchgeführt. In industriellen Metallbearbeitungsprozessen ist der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) zur Kühlung und Schmierung der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück weit verbreitet. Hierdurch soll ein leistungsfähiger Prozess mit hoher Werkzeugstandzeit und geringem Ausschuss ermöglicht werden. Der KSS wird innerhalb einer Aufbereitungsanlage gereinigt, temperiert und somit für den Prozess bereitgestellt, wobei entstandene KSS-Emissionen durch eine Abluftfiltration abgesaugt werden. Der Betrieb all dieser Systeme ist mit einem hohen Energiebedarf von durchschnittlich 30 bis 35 % des Gesamtenergiebedarfs verbunden. Obwohl verschiedene Ansätze bereits auf eine Erhöhung der Effizienz abzielen, betrachten diese Lösungen die Systeme meist unabhängig voneinander. Erst eine systemische Analyse ermöglicht es Zielkonflikte aber auch zusätzliche Einsparpotentiale aufzudecken. Das Projekt E-KISS zielt daher auf die ganzheitliche Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz von mit KSS verbundenen Produktionssystemen. Hierzu soll im Sinne des Gedankens 'Industrie 4.0' die informationstechnische Vernetzung zwischen den Systemen durch Messung von u.a. Energie, Durchfluss, Temperatur etc. und Aufbau einer Messdatenbank verbessert werden. Die entwickelte Messinfrastruktur wird in Demonstratoren an der Universität sowie den industriellen Anwendungspartnern eingesetzt. Basierend auf den erhobenen Messdaten werden Zusammenhänge in generischen Modellen abgebildet und ein Simulationsmodell zur Unterstützung bei der Neuplanung oder Verbesserung aufgebaut. Des Weiteren wird eine automatische und bedarfsorientierte Steuerung und Regelung des KSS-Systems unter Nutzung von Ansätzen des maschinellen Lernens und automatischen Modellbildung umgesetzt. Die Verifizierung des Konzepts erfolgt durch eine prototypische Realisierung in den Demonstratoren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Konzeption und Systemsimulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik durchgeführt. In industriellen Metallbearbeitungsprozessen ist der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) zur Kühlung und Schmierung der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück weit verbreitet. Hierdurch soll ein leistungsfähiger Prozess mit hoher Werkzeugstandzeit und geringem Ausschuss ermöglicht werden. Der KSS wird innerhalb einer Aufbereitungsanlage gereinigt, temperiert und somit für den Prozess bereitgestellt, wobei entstandene KSS-Emissionen durch eine Abluftfiltration abgesaugt werden. Der Betrieb all dieser Systeme ist mit einem hohen Energiebedarf von durchschnittlich 30 bis 35 % des Gesamtenergiebedarfs verbunden. Obwohl verschiedene Ansätze bereits auf eine Erhöhung der Effizienz abzielen, betrachten diese Lösungen die Systeme meist unabhängig voneinander. Erst eine systemische Analyse ermöglicht es Zielkonflikte aber auch zusätzliche Einsparpotentiale aufzudecken. Das Projekt E-KISS zielt daher auf die ganzheitliche Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz von mit KSS verbundenen Produktionssystemen. Hierzu soll im Sinne des Gedankens 'Industrie 4.0' die informationstechnische Vernetzung zwischen den Systemen durch Messung von u.a. Energie, Durchfluss, Temperatur etc. und Aufbau einer Messdatenbank verbessert werden. Die entwickelte Messinfrastruktur wird in Demonstratoren an der Universität sowie den industriellen Anwendungspartnern eingesetzt. Basierend auf den erhobenen Messdaten werden Zusammenhänge in generischen Modellen abgebildet und ein Simulationsmodell zur Unterstützung bei der Neuplanung oder Verbesserung aufgebaut. Des Weiteren wird eine automatische und bedarfsorientierte Steuerung und Regelung des KSS-Systems unter Nutzung von Ansätzen des maschinellen Lernens und automatischen Modellbildung umgesetzt. Die Verifizierung des Konzepts erfolgt durch eine prototypische Realisierung in den Demonstratoren.
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