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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.

Teilvorhaben: 1.3b, 1.5b, 3.1b, 3.5 und 4.8b

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.

Teilvorhaben: 4.2b

Das Projekt "Teilvorhaben: 4.2b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Düsseldorf, Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik durchgeführt. Gegenstand des Vorhabens ist die Konzeption, Umsetzung und Bewertung einer KI- basierten, modellprädiktiven Turbomaschinenstrang-Regelung für einen energieoptimalen Betrieb - auch im Verbund mit den Erneuerbaren. Durch die Verknüpfung eines prädiktiven Turbomaschinenreglers mit Künstlicher Intelligenz (KI) soll ein Verbundregler für den gesamten Turbostrang verwirklicht werden, so dass alle Maschinen des Strangs ganzheitlich betrachtet und übergeordnet koordiniert werden. Die zugrundeliegenden neuronalen Netze der KI werden hierbei während des Betriebs mit aktuellen Messdaten trainiert und liefern einen präzisen aktuellen Parametersatz für das Modell des modellprädiktiven Reglers. Dies führt zur Maximierung des Anlagenwirkungsgrads über die gesamte Lebensdauer und damit zur Minimierung des Primärenergiebedarfs der Antriebsmaschinen, damit zur Reduktion der CO2-Emissionen. Weitere Projektziele sind eine bedarfsgemäße volatile Stromproduktion bei Turbogeneratoren, ein geringerer Verschleiß in den Stellorganen und geringere Wartungs- und Stillstandkosten durch bedarfsorientierte, prädiktive Instandhaltung.

Teilvorhaben: 4.7

Das Projekt "Teilvorhaben: 4.7" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ruhr-Universität Bochum, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermische Turbomaschinen und Flugtriebwerke durchgeführt. Im Verbundprojekt ' Robuste Turbomaschinen für den flexiblen Einsatz' sollen die in vorangegangenen Forschungsprojekten der AG Turbo begonnenen Aspekte der Auswirkungen des Betriebs der Turbomaschinen im Verbund mit den Erneuerbaren mit Blick auf Stabilität, Lebensdauer und Effizienz im fluktuierenden Lastfolgebetrieb vertiefend weitergeführt werden. Das Arbeitspaket 4.7 widmet sich der Weiterentwicklung eines Strömungslösers zur Untersuchung der aero-thermo-chemischen Vorgänge in der Brennkammer sowie in der Hochdruckturbine mithilfe der skalenauflösenden und hybriden Modellierungstechniken. Die im AP 4.7 durchgeführten Arbeiten leisten damit einen wesentlichen Beitrag zur Schaffung einer durchgängigeren Digitalisierung der Turbomaschinen Auslegungsprozesse, um die Entwicklung der Bauteile sowie die Bewertung kritischer Zustände zuverlässig im Vorfeld begleiten zu können.

Teilvorhaben 4: Kurze Kette und Modelle

Das Projekt "Teilvorhaben 4: Kurze Kette und Modelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsgesellschaft DIE AGRONAUTEN (FDA) e.V. durchgeführt. Hintergrund: Regionale Landwirtschaft und Nahrungsversorgung stellen traditionelle Bestandteile funktionaler Stadt-Land-Beziehungen dar, welche in Teilen verloren gegangen sind. Dabei besitzt die Regionalisierung und Kopplung der Nahrungsmittelproduktion an städtische Räume das Potenzial, zur nachhaltigen regionalen Entwicklung beizutragen (u.a. regionale Wirtschaftsprozesse und Ressourcenkreisläufe, gesellschaftliche Beteiligung). Neue Kooperations- und Poolingmodelle (KPM) zur gemeinsamen Nutzung städtischer und ländlicher Ressourcen und zum kollektiven Angebot von Gütern und Dienstleistungen werden aktuell zunehmend durch Landnutzer und Akteure in der Wertschöpfungskette erprobt, um strukturelle Barrieren und Herausforderungen zu überwinden. KPMs umfassen innovative Geschäftsmodelle, neue institutionelle und Netzwerkstrukturen oder kollaborative Governanceansätze unter kommunaler Beteiligung. Vorhabenziel: Das Projekt KOPOS zielt auf die konzeptionelle Entwicklung, beispielhafte Umsetzung und Bewertung von KPM in den Handlungsfeldern (HF)'Flächennutzung und -zugang' sowie 'kurze Wertschöpfungsketten in der nachhaltigen Regionalversorgung' ab. Darüber hinaus ist es Ziel, regionale Lernprozesse sowie einen überregionalen Wissenstransfer anzustoßen. Die zentrale Forschungsfragen von KOPOS sind (1) inwiefern KPM zur Generierung von ökonomischen, ökologischen und sozialen Skaleneffekte im Stadt-Land Verbund genutzt werden können und (2) welches geeignete Betriebs-, Organisations- und Governancemodelle hierzu sind.

Teilvorhaben: Wärme- und Gasnetze

Das Projekt "Teilvorhaben: Wärme- und Gasnetze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) durchgeführt. Im Projekt RegEnZell sollen die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben RegEnKibo durch die Kopplung von mehreren multimodalen Energiezellen weiterentwickelt werden. Ziel ist es, die in den intelligent kooperierenden, multimodalen Einzelzellen zur Verfügung stehenden erneuerbaren Energien dort auch möglichst optimal unter Beachtung der Flexibilitätsoptionen wie z.B. PtG und KWK sowie der Speicheroptionen im Gas- und Wärmenetz zu nutzen und eng zu verzahnen. Dadurch soll der Leistungsaustausch zwischen dem Verteilnetz und dem Übertragungsnetz minimiert werden. Diese Systemintegration der erneuerbaren Energien soll dann im Verbund Kirchheimbolanden und Alzey im realen Betrieb getestet werden. Hierbei wird ein Schwerpunkt seitens DVGW-EBI auf der Quantifizierung des Speicherbedarfs für Wärme und Gas innerhalb des optimierten Energiesystems sowie auf Handlungsempfehlungen für die Ausgestaltung der Gas- und Wärmenetze anhand von mit den realen Netzen validierten Simulationen für Stadtwerke und Kommunen gelegt.

Teilvorhaben 9: Kurze Kette

Das Projekt "Teilvorhaben 9: Kurze Kette" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ernährungsrat Freiburg & Region e.V. durchgeführt. Hintergrund: Regionale Landwirtschaft und Nahrungsversorgung stellen traditionelle Bestandteile funktionaler Stadt-Land-Beziehungen dar, welche in Teilen verloren gegangen sind. Dabei besitzt die Regionalisierung und Kopplung der Nahrungsmittelproduktion an städtische Räume das Potenzial, zur nachhaltigen regionalen Entwicklung beizutragen (u.a. regionale Wirtschaftsprozesse und Ressourcenkreisläufe, gesellschaftliche Beteiligung). Neue Kooperations- und Poolingmodelle (KPM) zur gemeinsamen Nutzung städtischer und ländlicher Ressourcen und zum kollektiven Angebot von Gütern und Dienstleistungen werden aktuell zunehmend durch Landnutzer und Akteure in der Wertschöpfungskette erprobt, um strukturelle Barrieren und Herausforderungen zu überwinden. KPMs umfassen innovative Geschäftsmodelle, neue institutionelle und Netzwerkstrukturen oder kollaborative Governanceansätze unter kommunaler Beteiligung. Vorhabenziel: Das Projekt KOPOS zielt auf die konzeptionelle Entwicklung, beispielhafte Umsetzung und Bewertung von KPM in den Handlungsfeldern (HF)'Flächennutzung und -zugang' sowie 'kurze Wertschöpfungsketten in der nachhaltigen Regionalversorgung' ab. Darüber hinaus ist es Ziel, regionale Lernprozesse sowie einen überregionalen Wissenstransfer anzustoßen. Die zentrale Forschungsfragen von KOPOS sind (1) inwiefern KPM zur Generierung von ökonomischen, ökologischen und sozialen Skaleneffekte im Stadt-Land Verbund genutzt werden können und (2) welches geeignete Betriebs-, Organisations- und Governancemodelle hierzu sind.

Teilvorhaben 5: Transfer

Das Projekt "Teilvorhaben 5: Transfer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ecologic Institut gemeinnützige GmbH durchgeführt. Hintergrund: Regionale Landwirtschaft und Nahrungsversorgung stellen traditionelle Bestandteile funktionaler Stadt-Land-Beziehungen dar, welche in Teilen verloren gegangen sind. Dabei besitzt die Regionalisierung und Kopplung der Nahrungsmittelproduktion an städtische Räume das Potenzial, zur nachhaltigen regionalen Entwicklung beizutragen (u.a. regionale Wirtschaftsprozesse und Ressourcenkreisläufe, gesellschaftliche Beteiligung). Neue Kooperations- und Poolingmodelle (KPM) zur gemeinsamen Nutzung städtischer und ländlicher Ressourcen und zum kollektiven Angebot von Gütern und Dienstleistungen werden aktuell zunehmend durch Landnutzer und Akteure in der Wertschöpfungskette erprobt, um strukturelle Barrieren und Herausforderungen zu überwinden. KPMs umfassen innovative Geschäftsmodelle, neue institutionelle und Netzwerkstrukturen oder kollaborative Governanceansätze unter kommunaler Beteiligung. Vorhabenziel: Das Projekt KOPOS zielt auf die konzeptionelle Entwicklung, beispielhafte Umsetzung und Bewertung von KPM in den Handlungsfeldern (HF)'Flächennutzung und -zugang' sowie 'kurze Wertschöpfungsketten in der nachhaltigen Regionalversorgung' ab. Darüber hinaus ist es Ziel, regionale Lernprozesse sowie einen überregionalen Wissenstransfer anzustoßen. Die zentrale Forschungsfragen von KOPOS sind (1) inwiefern KPM zur Generierung von ökonomischen, ökologischen und sozialen Skaleneffekte im Stadt-Land Verbund genutzt werden können und (2) welches geeignete Betriebs-, Organisations- und Governancemodelle hierzu sind.

Teilvorhaben: Aufbereitung und Modellierung von Daten

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.

Teilvorhaben 7: RPL Berlin Brandenburg und Modelle Flächensicherung

Das Projekt "Teilvorhaben 7: RPL Berlin Brandenburg und Modelle Flächensicherung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Netzwerk Flächensicherung e.V. durchgeführt. Hintergrund: Regionale Landwirtschaft und Nahrungsversorgung stellen traditionelle Bestandteile funktionaler Stadt-Land-Beziehungen dar, welche in Teilen verloren gegangen sind. Dabei besitzt die Regionalisierung und Kopplung der Nahrungsmittelproduktion an städtische Räume das Potenzial, zur nachhaltigen regionalen Entwicklung beizutragen (u.a. regionale Wirtschaftsprozesse und Ressourcenkreisläufe, gesellschaftliche Beteiligung). Neue Kooperations- und Poolingmodelle (KPM) zur gemeinsamen Nutzung städtischer und ländlicher Ressourcen und zum kollektiven Angebot von Gütern und Dienstleistungen werden aktuell zunehmend durch Landnutzer und Akteure in der Wertschöpfungskette erprobt, um strukturelle Barrieren und Herausforderungen zu überwinden. KPMs umfassen innovative Geschäftsmodelle, neue institutionelle und Netzwerkstrukturen oder kollaborative Governanceansätze unter kommunaler Beteiligung. Vorhabenziel: Das Projekt KOPOS zielt auf die konzeptionelle Entwicklung, beispielhafte Umsetzung und Bewertung von KPM in den Handlungsfeldern (HF)'Flächennutzung und -zugang' sowie 'kurze Wertschöpfungsketten in der nachhaltigen Regionalversorgung' ab. Darüber hinaus ist es Ziel, regionale Lernprozesse sowie einen überregionalen Wissenstransfer anzustoßen. Die zentrale Forschungsfragen von KOPOS sind (1) inwiefern KPM zur Generierung von ökonomischen, ökologischen und sozialen Skaleneffekte im Stadt-Land Verbund genutzt werden können und (2) welches geeignete Betriebs-, Organisations- und Governancemodelle hierzu sind.

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