Referenzprojekte

öffentliche Projekte (Auswahl)
PROFHET – Stoffdaten für alternative Arbeitsfluide basierend auf Hydrofluorethern und deren Gemischen (Laufzeit 01.09.2024 – 31.08.2027) In zahlreichen industriellen Prozessen werden umweltschädliche Fluide, wie zum Beispiel Fluorkohlenwasserstoffe oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe, als Arbeitsfluide oder sonstige Prozessstoffe eingesetzt, die zukünftig ersetzt werden müssen. Aus diesem Grund wird intensiv an der Entwicklung alternativer Wärmeübertragerfluide, Kältemittel, Lösungsmittel, etc. geforscht, wobei bislang noch keine zufriedenstellenden Lösungen gefunden wurden, die alle relevanten Kriterien erfüllen. Die Stoffgruppe der Hydrofluoroether (HFE, kommerzieller Name: Novec) sind in diesem Zusammenhang vielversprechende Fluide mit technisch günstigen Eigenschaften sowie niedrigem ökologischen Einfluss. Für die Ergründung von Einsatzmöglichkeiten dieser Fluide müssen deren Stoffdaten genau und zuverlässig bekannt sein. Das Gesamtprojekt zielt daher auf die Bestimmung von Referenzstoffdaten für HFEs und derer Gemische ab, was einerseits durch experimentelle Messungen und andererseits durch molekulare Simulation erfolgen wird. Auf Basis der Stoffdaten werden anschließend Zustandsgleichungen für HFEs erstellt. Die experimentell ermittelten Stoffdaten umfassen Dichten, Wärmekazitäten, Gas-Flüssigkeits-Gleichgewichte, Viskositäten und Oberflächenspannungen. Die experimentellen und simulierten Stoffdaten werden anschließend für die Erstellung von verschiedenen Zustandsgleichungen (kubische Zustandsgleichungen, SAFT, Lee-Kesler-Plöcker sowie hochgenaue Zustandsgleichungen) verwendet. Weiterhin werden Gemischmodelle für HFEs entwickelt und diese für ein umfassendes Fluidscreening für auszuwählende Anwendungen der Kältetechnik verwendet, um alternative Arbeitsfluide bzw. Arbeitsfluidmischungen zu identifizieren, die aktuell verwendete umweltschädliche Arbeitsfluide ersetzen können. Finanzierung: DFG Forschungspartner: Institute of Thermomechanics of the AS CR, University of Chemistry and Technology Prague

ESCO: Design und Betriebsverhalten von Energieanlagen mit überkritischem Kohlendioxid (sCO₂) als Arbeitsfluid. Teilvorhaben: Optimierung von Komponenten der sCO₂-Kraftwerkstechnologie und Stabilisierung des Prozesses (Laufzeit 01.04.2024 - 31.03.2027) Die Zielstellung des Vorhabens ESCO ist die grundlegende technische Konzeption von Systemen und Komponenten von sCO₂-Kreisläufen für die Abwärmerück-verstromung sowie für thermische Energiespeicher. Das Vorhaben stützt sich dabei auf die im Projekt CARBOSOLA gewonnenen Erkenntnisse insbesondere der Nutzung der am HZDR aufgebauten Versuchsanlage. Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele lassen sich in drei Themenbereiche untergliedern: 1) Entwicklung neuartiger Komponenten sowie Materialien und Beschichtungen für mit sCO₂ betriebene Energieanlagen 2) Betrieb, Prozessregelung und Messtechnik. 3) Systemcharakterisierung und techno-ökonomische Analysen für Kreisläufe mittels kontrollierter Wärmeabfuhr, mit thermischen Energiespeichern und mit Fluidgemischen. Die TU Dresden ist in die Themenbereiche 1) und 3) involviert. Projektwebseite: https://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=393&pOid=74825 Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) Forschungspartner: Siemens Energy Global GmbH & Co. KG, KI Keramik Institut GmbH, Kelvion Thermal Solutions Holding GmbH, SICK Engineering GmbH, Teletronic Rossendorf GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Archimedes – Oil-refrigerant multiphase flows in gaps with moving boundaries - Novel microscopic and macroscopic approaches for experiment, modeling, and simulation (Laufzeit Teilprojekt B2: 01.01.2024 – 31.12.2027) Öleingespritzte Kompressoren nach dem Verdrängerprinzip werden hauptsächlich für die Verdichtung von Kältemitteln in verschiedenen kältetechnischen Anwendungen eingesetzt. Die Effizienz solcher Maschinen hängt von größtenteils unvermeidlichen Verlustmechanismen ab, wie z. B. von Zweiphasenströmungen sowie Spaltströmungen. Die Modellierung dieser Strömungen stellt auch heute noch eine große Herausforderung dar, einerseits wegen der Komplexität der Simulation dieser Zweiphasenströmungen in den engen Spalten mit beweglichen Wänden und andererseits wegen des Mangels an genauen Modellen für die thermophysikalischen Eigenschaften der stark asymmetrischen Gemische aus Ölen und Kältemitteln. Dieser Herausforderung stellt sich die DFG-Forschungsgruppe FOR 5595, wobei verschiedene Partner aus unterschiedlichen Disziplinen an der Bearbeitung dieses Themas mitwirken. In diesem Konsortium befasst sich das Teilprojekt B2 mit der Beschreibung des Phasenverhaltens der Öl-Kältemittel-Stoffgemische. In diesem Zusammenhang werden vorhandene Modellierungsansätze für stark asymmetrische Gemische erprobt und neue Modellierungsansätze entwickelt. Das Gesamtziel besteht darin ein Modell zur entwickeln, dass einerseits in der Lage ist die besten verfügbaren Messdaten innerhalb der Messunsicherheit zu beschreiben und andererseits universell und prädiktiv auf andere Öle und Kältemittel übertragbar ist. Projektwebseite: https://www.for-archimedes.de Finanzierung: DFG (Forschungsgruppe 5595) Forschungspartner: Technische Universität Chemnitz, Technische Universität Dortmund, RWTH Aachen, Karlsruher Institut für Technologie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Ruhr-Universität Bochum

SHARP-sCO2 – Solar Hybrid Air-sCO2 Power Plants (Laufzeit 01.11.2022 – 31.10.2025) SHARP-sCO2 zielt auf die Entwicklung einer neuen Generation von hocheffizienten und flexiblen solarthermischen Kraftwerken in Verbindung mit Photovoltaik ab. An verschiedenen Standorten werden Schlüsselkomponenten (Receiver, Energiespeicher, elektrischer Erhitzer, Luft-CO₂-Wärmeübertrager) konzipiert, gefertigt und experimentell erprobt. Die TU Dresden leitet innerhalb des Projekts das Arbeitspaket 3 und ist verantwortlich für die theoretischen und experimentellen Betrachtungen eines Luft-CO₂-Wärmeübertragers, der in die Versuchsanlage des suCOO-Labs der TU Dresden integriert wird. Projektwebseite: https://www.sharpsco2.eu Finanzierung: EU (Horizon Europe) Forschungspartner: Kungliga Tekniska Hoegskolan (Schweden), Rina Consulting Spa (Italien), Odqa Renewable Energy Technologies Limited (UK), University of Oxford (UK), Fundacion IMDEA Energia (Spanien), Seico Heizungen GmbH (Deutschland), Ethniko Kentro Erevnas Kai Technologikis Anaptyxis (Griechenland), Maroccan Agency for Solar Energy SA (Marokko), Universita Degli Studi di Genova (Italien)

FutureHDrive - Innovatives, emmisions- und oberleitungsfreies Antriebssystem für die Schiene. Teilprojekt: Charakterisierung des FeRedox-Speichersystems und Entwicklung des Fahrzeug-Antriebsstrangs (Laufzeit 01.08.2021 – 30.07.2024) Eine der entscheidenden Herausforderungen für den Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff in mobilen Anwendungen ist die Entwicklung von sicheren und kompakten Speichersysteme. Ziel des Vorhabens FutureHDrive ist die Untersuchung und Optimierung der FEREDOX – Technologie für eine Anwendung im oberleitungsfreien Zugmaschinen. FEREDOX - Wasserstoffspeichern spalten hoch Temperatur Wasserdampfmoleküle, wobei die Wasserstoffmoleküle befreit wird. Sie können dann sowohl in Verbrennungsprozesse als auch in Brennstoffzellen angewandt werden. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Forschungspartner: NACOMPEX GmbH, Deutsche Eisenbahn Service AG (DESAG), TU Dresden – Institut für Automobiltechnik – Professur für Fahrzeugmechatronik.

SKAiB - Skalierbare Brennstoffzellensysteme für elektrische Antriebe Teilprojekt: Numerische und experimentelle Untersuchung der Zweiphasenkühlung von Brennstoffzellen und Leistungselektronik in Luftfahrtanwendungen LuFo VI-2, 01/2022 - 06/2025 Das Luftfahrtforschungs-Verbundprojekt SKAiB "Skalierbare Brennstoffzellensysteme für elektrische Antriebe" wird mit 12 Partnern und einer 42 monatigen Laufzeit (Start 01.01.22) bearbeitet. Verbundführer ist die Airbus Operations GmbH. Die beteiligten TUD Professuren für Thermische Energiemaschinen und -anlagen und für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik arbeiteten mit der Zielstellung, neue technische Möglichkeiten der Zweiphasenkühlung für das Thermomanagement von Brennstoffzellen und Leistungselektronik zu erschließen. Im Vorhaben SKAiB wird die Entwicklung eines Brennstoffzellensystems für den emissionsfreien Antrieb von Luftfahrzeugen in Richtung einer relevanten Leistungsklasse unter gleichzeitiger Erhöhung des Reifegrades bis zur Flugtauglichkeit vorangebracht. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz ( BMWK) Forschungspartner: TU Dresden/Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik, Airbus Operations GmbH, Diehl Aviation Gilching GmbH, Diehl Aviation Laupheim GmbH, Diehl Aerospace GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., TLK-Thermo GmbH, PACE Aerospace Engineering and Information Technology GmbH, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Busch SE, Aerostack GmbH

CARBOSOLA – Superkritisches Kohlendioxid (sCO₂) als alternatives Arbeitsfluid für Nachschaltprozesse und Solar-Thermische Anwendungen, 10/2019 - 09/2022 Verglichen mit herkömmlichen, auf Wasserdampf basierenden Prozessen zur Wärmenutzung verspricht der Einsatz von superkritischem Kohlendioxid (sCO₂) vielfältige Vorteile. Das sind z. B. höhere Wirkungsgrade, kleinere Abmessungen der Einzelkomponenten sowie ein breiterer Temperaturbereich möglicher Anwendungen. Das Vorhaben CARBOSOLA stellt den Einstieg in die sCO₂-Technologieentwicklung in Deutschland dar. Mit dem Fokus auf die Nutzung von Ab- und solarer Wärme erfolgt die Komponenten- und Systemauslegung eines Technologiedemonstrators im MW-Bereich. Darüber hinaus werden bestehende theoretische und experimentelle Methoden, die für die weitere Technologieentwicklung bis zur kommerziellen Reife benötigt werden, überprüft und weiterentwickelt. Damit verbunden wird eine leistungsfähige experimentelle Infrastruktur geschaffen, welche, verteilt auf die Standorte einzelner Forschungspartner, auch über das Projektende hinaus zur Verfügung steht. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Siemens AG Projektpartner: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, DLR Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt e. V., SIEMENS AG

Flex-Power-Plant-Pumps II - Entwicklung von Grundlagen für instationär betriebene hydraulische Pumpensysteme in flexiblen Kraftwerken II Verbundprojekt im Gesamtvorhaben „Flexible Kraftwerke“ des Verbunds Rhein Ruhr Power e. V., 12/2019 - 11/2022 Aktuelle und zukünftige Anforderungen an Dampfkraftwerke zur Stromerzeugung bestehen weltweit aufgrund des gegenwärtigen und weiter steigenden Anteils regenerativer Energien an der Stromerzeugung nicht mehr nur in der Erzielung höherer Wirkungsgrade und der Verringerung der Emission von Kohlendioxid. Vielmehr besteht das primäre Ziel schon heute und zukünftig noch stärker v.a. in einem stark flexibilisierten Betrieb, um die Differenz zwischen der wetter-, tageszeit- und jahreszeitbedingten stark variablen Einspeisung regenerativer Energien und der Stromnachfrage auszugleichen und so eine weitere Erhöhung des Anteils regenerativer Energien an der Stromerzeugung zu ermöglichen. Auch die Kesselspeisepumpen müssen diesen Anforderungen gerecht werden. Im Rahmen des Verbundprojektes Flex-Power-Plant-Pumps II wird das Teilprojekt „Thermomechanisch instationär belastete Pumpenbauteile“ bearbeitet. Ziel des Teilprojektes ist die Weiterentwicklung eines neuen Verfahrens zur schnellen Berechnung der Temperaturfelder, Gehäuse-Verkrümmung und Beanspruchungen und dessen Anwendung zur systematischen Untersuchung des thermischen und mechanischen Verhaltens der Pumpengehäuse und die Ableitung notwendiger Überwachungsmaßnahmen. Das neue Verfahren dient nicht nur dem robusten Design sondern soll auch Vorhersagen zur lastflexiblen und gleichzeitig schonenden Fahrweise der Pumpe ermöglichen. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, KSB SE Co. KGaA Frankenthal Forschungspartner: TU Darmstadt, TU Dortmund, TU Kaiserslautern, KSB SE Co. KGaA Frankenthal

Validierung TISG (Thermisch induzierte Spannungsgradienten), 04/2020 - 09/2020 Das Forschungsvorhaben soll dazu dienen, die erprobte unikale TISG-Versuchseinrichtung konstruktiv und hinsichtlich einzusetzender Temperatur- und Verformungsmesstechnik aufzurüsten und zu erweitern. Ziel ist es, dadurch die Interaktion von bauteilidentischen mechanischen mit thermisch induzierten Spannungsüberhöhungen als ein zentrales offenes Forschungsthema systematisch untersuchen zu können, um die Realitätsnähe der Auslegungs- und Bewertungsmethoden zu verbessern. Es sind dazu insbesondere Anpassungen der Beheizungseinrichtung notwendig, um die Option permanent austretender Kühlluft aus Probekörpern in Richtung der Heizquellen sicher beherrschen zu können, ohne dass es zum Versagen der Halogenlampen der Beheizungseinrichtung kommt. Es sind Designlösungen zu erarbeiten, umzusetzen und die Integrität der Beheizungseinrichtung nachzuweisen. Die notwendigen konstruktiven und messtechnischen Anpassungen bilden die Basis, um das geplante TISG II-Vorhaben (Kühlungsbohrung mit Luftaustritt in die Beheizungseinrichtung) durchführen zu können. Finanzierung: FVV- Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e. V.

KONRAD – Konzepte und Betriebsstrategien für lastflexible Feuerungs- und Dampfsysteme COORETEC-Verbundprojekt, 09/2016 - 02/2021 Im Verbundprojekt KONRAD werden die Auswirkungen der veränderten lastflexiblen Betriebsweise auf die Teilsysteme und Komponenten von kohlegefeuerten Kraftwerks-Bestandsanlagen sowie das gesamte Kraftwerk vertieft und systematisch untersucht. Gegenstand der Untersuchungen sind insgesamt das Verbrennungssystem, die beheizten Kesselbauteile (Feuerraum und Heizflächen) sowie die unbeheizten Bauteile des Wasser-Dampf-Systems, ausgenommen Turbine. Die Professur für Thermische Energiemaschinen und –anlagen bearbeitet federführend das Teilprojekt „Betriebsverhalten und Beanspruchung des Wasser-Dampf-Systems“. Gemeinsam mit den Forschungspartnern werden darin folgende Aufgaben bearbeitet: Analyse der bisherigen Betriebsweise bezüglich Beanspruchung und Lebensdauer sowie Definition der zu betrachtenden Lastfälle des künftigen Betriebs für das Referenz-Kraftwerk Charakterisierung und Bewertung degradationsrelevanter Auswirkungen der veränderten Betriebsweise auf die Komponenten des Wasser-Dampf-Systems (ausgenommen Turbine) Entwicklung einer fortschrittlichen Methodik zur bauteilspezifischen Beanspruchungs- und Lebensdaueranalyse bei Kriech-Ermüdungsschädigung auf der Grundlage von numerischen Simulationen und Parameterstudien mittels FEM und Verwendung fortschrittlicher Werkstoffmodelle Vergleichende Lebensdauerbewertung für bisherige Betriebsweise und die identifizierten Lastfälle auf Basis Regelwerk und fortschrittlicher Schädigungsmodelle Betriebsimplementierung der entwickelten Methodik und Erstellung einer "Best- Practice"-Empfehlung Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Forschungspartner der Industrie Hochschul-Forschungspartner: BTU Cottbus-Senftenberg/ Lehrstuhl Kraftwerkstechnik (Koordinator des Verbundprojektes) TU Dresden/ Prof. für Energieverfahrenstechnik Industrie-Forschungspartner: Lausitz Energie Kraftwerke AG (LEAG), RWE Power AG, Kraftanlagen München GmbH, GE Boiler Deutschland GmbH, Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH, TÜV Süd Industrie Service GmbH, ASCORI GmbH & Co. KG, CheMin GmbH, Allianz Risk Consulting GmbH, RECOM Services GmbH

Verbundvorhaben: ECOFLEX-Turbo: 4.3.4a Teilvorhaben: Untersuchung von Wärmeübergang in Dampfturbinenkomponenten – Generisch variable Geometrien von Turbinenseitenräumen, 11/2017 – 07/2020 Das Vorhaben adressiert das thermo-mechanische Verhalten von Dampfturbinen und dient der Weiterentwicklung des Wissensstandes zum Wärmeübergang in Seitenräumen von Dampfturbinengehäusen. Im Rahmen des Vorhabens sollen systematische experimentelle Untersuchungen an einem Totraumversuchsstand durchgeführt und allgemein gültige Ansätze zum Wärmeübergang entwickelt werden. Ausgewählte Seitenraumkonfigurationen werden durch numerische Strömungssimulation (CFD) nachgerechnet. Das Simulationsmodell soll darüber hinaus für die Betrachtung einer Fluidentnahme und -zugabe erweitert werden. Durch die genauere Kenntnis des Wärmeübergangs soll die Vorhersagequalität von strukturmechanischen Simulationen (FEM) bzgl. des thermischen Verformungsverhaltens des Gehäuses sowie der Teilfugendichtheit im instationären Betrieb verbessert und damit die Lastflexibilität der Turbinen erhöht werden. Außerdem werden Optimierungspotenziale bei der Gehäusegestaltung aufgezeigt. Zur Erweiterung des Anwendungsbereiches soll die verwendete rückwirkungsarme Wärmeübergangs-Messmethodik auch für Dampfatmosphären und industrierelevante Temperaturniveaus bis 600 °C qualifiziert werden. Erste Sensorprototypen sollen für Vergleichsmessungen in feuchter Luft bei über 100 °C eingesetzt werden. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Siemens AG Forschungspartner: TU Dresden, Institut für Strömungsmechanik, Professur für Magnetofluiddynamik, Siemens AG

KAMEL - Additiv gefertigte, hoch angepasste Micro-Channel Wärmeübertrager in einem hocheffizienten Kaltdampfkühlsystem für Flugzeug-Leistungselektronik LuFo V-3, 01/2018 - 12/2020 Es soll ein integriertes Elektronikkühlsystem (EKS) für zivile Passagierflugzeuge entwickelt werden. Die Verdampfung soll direkt an den Platinen stattfinden, also dort wo die Wärme am Elektronikbauteil entsteht. Es sollen moderne Mikrokanäle zum Einsatz kommen, in denen ein sorgsam auszuwählendes Kältemittel verdampft, welches den bestehenden Sicherheitsanforderungen und zukünftigen Klimazielen genügt. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Forschungspartner: TU Dresden, Institut für Energietechnik, Professur für Kälte- und Kryotechnik Airbus

LEBEMAN - Lebensdauermethoden, multiaxial und anisotherm IGF-Vorhaben Nr. 26 EWBR/1, 09/2017 - 05/2021 Im Mittelpunkt des Vorhabens sollen systematische experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss bauteilrelevanter mehrachsiger Belastungen auf die Ermüdungsschädigung im Einsatztemperaturbereich stehen. Dabei soll die Prüfung von Turbomaschinen- und Motorenwerkstoffen und die Lebensdauervorhersage von Hochtemperaturbauteilen um den wichtigen Beitrag der Mehrachsigkeit systematisch erweitert werden. Finanzierung: AiF, FVV Forschungspartner: TU Freiberg, Rolls-Royce Deutschland, MTU Aero Engines München, MAN Augsburg, Siemens Mühlheim

AMTEC-D: Entwicklung eines Alkalimetall-Konverters zur hoch effizienten Direktumwandlung von Wärme in elektrischen Strom, 03/2017 - 02/2020 Im Rahmen der Herausforderungen der durch die Energiewende gesetzten Ziele zum forcierten Ausbau der erneuerbaren Energien und zur Verhinderung des Wärmeeintrags in die Atmosphäre werden innovative Systeme zur effizienten Nutzung von Hochtemperatur-Abwärme benötigt. Das in dem Verbundvorhaben Entwicklung eines Alkalimetall- Konverters zur hoch effizienten Direktumwandlung von Wärme in elektrischen Strom zu entwickelnde AMTEC-D Gerät kann Abwärme aus technologischen Prozessen, Wärme aus Solar-Receivern, Abwärme aus Kraftfahrzeugmotoren oder Wärme, die bei der Wasserstoffherstellung entsteht, direkt in elektrische Energie wandeln. Das Prinzip wurde in ähnlicher Form bisher bereits für die Stromversorgung von Raumsonden eingesetzt. Bisher erschwerten nicht gelöste Material- und Fertigungsprobleme einen großtechnischen, terrestrischen Einsatz derartiger Konverter. Da solche Direktumwandlungsverfahren ohne bewegte Maschinenteile auskommen, sind sie praktisch wartungsfrei zu betreiben, verfügen über sehr flexible Einsatzmöglichkeiten und können sich hervorragend an schwankende Lastbedingungen anpassen. Als Antrieb wird lediglich eine hinreichende Temperaturdifferenz benötigt. Der von den Verbundpartnern erreichte Fortschritt auf den Gebieten der Materialforschung und innovativer Fertigungsverfahren eröffnet neue Möglichkeiten, AMTEC-Ds künftig für den Einsatz im Bereich von Technologien zur Nutzung regenerativer Energiequellen, von Abwärmequellen hoher Temperatur sowie in der Wasserstoffwirtschaft zu verwenden. Es ist das Ziel des Vorhabens, unter Nutzung neuartiger keramischer Werkstoffe und innovativer Laserverfahren einen hocheffizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlich wettbewerbsfähigen AMTEC-D zu entwickeln, als Prototyp zu bauen und diesen in verschiedenen Anwendungsfeldern zu testen. Angestrebt wird ein Umwandlungswirkungsgrad höher als 20 %. Finanzierung: SAB/EFRE Forschungspartner: TU Dresden, Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik TU Dresden, Institut für Automobiltechnik Dresden (IAD) TU Bergakademie Freiberg, Institut für Keramik, Glas, und Baustofftechnik (IKGB)Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institut für Fluiddynamik (HZDR] Fraunhofer, Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Link Projekt-Homepage

Beheizungsanlage für TISG (Thermisch induzierte Spannungsgradienten), 06/2015 - 04/2019 Das Projekt diente dem Aufbau und der Inbetriebnahme einer Beheizungseinrichtung zur Erzeugung höchster thermischer Gradienten. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass sich mit der Anlage die höchsten homogen verteilten Strahlungsdichten im Vergleich zu anderen Anlagen zur Ermüdungscharakterisierung in der aktuellen Forschung erzielen lassen. Finanzierung: FVV- Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e. V. Forschungspartner: Materialprüfungsanstalt Stuttgart Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik Freiburg

FLEXTURBINE - Flexible Fossil Power Plants for the Future Energy Market through new and Advanced Turbine Technology EU HORIZON 2020 Projekt, 01/2016-12/2018 Das EU-Projekt FLEXTURBINE wurde initiiert durch die Turbinenhersteller Siemens, Doosan-Skoda, MAN Diesel&Turbo, Alstom, Ansaldo und GE. Es adressiert Technologiefelder, die für eine höhere Betriebsflexibilität von Gas- und Dampfturbinen entscheidend sind. Das Projekt umfasst insgesamt 22 europäische Forschungspartner. Aufgabe der Professur für Thermische Energiemaschinen und –anlagen ist es, einen Prüfstand zu entwickeln und zu errichten, mit dem Heißgasbauteile von Gasturbinen unter betriebsnahen Bedingungen getestet werden können, da es entweder nicht möglich oder viel zu aufwendig ist, neue Designlösungen in der Gasturbine direkt zu testen.

Flex-Power-Plant-Pumps - Entwicklung von Grundlagen für instationär betriebene hydraulische Pumpensysteme in flexiblen Kraftwerken Verbundprojekt im Gesamtvorhaben „Flexible Kraftwerke“ des Verbunds Rhein Ruhr Power e.V., 09/2015 - 08/2018 Mit dem Einsatz von Dampfkraftwerksblöcken zur Deckung der Residuallast hat sich das Anforderungsprofil an diese Anlagen grundlegend geändert. Teillastbetrieb, häufige Lastwechsel und Start-Stopp-Zyklen mit zugleich steileren Leistungstransienten kennzeichnen den Kraftwerksbetrieb. Auch die Kesselspeisepumpen müssen diesen Anforderungen gerecht werden. Im Rahmen des Verbundprojektes Flex-Power-Plant-Pumps wird das Teilprojekt Instationär belastete Bauteile und Gehäuse von Pumpen und Armaturen bearbeitet. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur schnellen Berechnung der Temperaturfelder, Gehäuse-Verkrümmung und Beanspruchungen. Das neue Verfahren dient nicht nur dem robusten Design sondern soll auch Vorhersagen zur lastflexiblen und gleichzeitig schonenden Fahrweise der Pumpe ermöglichen. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, KSB Aktiengesellschaft, Frankenthal Forschungspartner: TU Darmstadt, TU Dortmund, KSB Aktiengesellschaft, Frankenthal

EHROD – Energieeffizienz im Heatset-Rollenoffset-Druck , 10/2015 - 03/2018 Der Heatset-Rollenoffset-Druck ist das weltweit am meisten verbreitete Druckverfahren für den Druck von Zeitschriften, Katalogen und Werbebroschüren bei mittleren bis großen Auflagen. Aufgrund des Anstiegs der Energiekosten an den Herstellkosten und aus ökologischen Gründen ist die Druckindustrie daran interessiert, die Effizienz des energieintensiven Trocknungsprozesses des Heatset-Rollenoffset-Druckverfahrens zu steigern. Dabei ist primär an der Beheizung der Trockner anzusetzen, die bisher durch Verbrennungsgas aus der Erdgas- und Lösemittelverbrennung erfolgt. Ein viel versprechendes und völlig neues Konzept stellt die Umstellung des Trocknungsprozesses auf eine indirekte Beheizung mit Prozessdampf aus einer flexiblen Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) basierend auf einem integrierten Gas-Dampf (GiD)-Prozess dar. Die Beheizung des Trockners mittels Dampf aus einer GiD-Anlage hat dabei auch den Vorteil, dass Wärmebedarfsschwankungen keine Rückwirkungen auf die Effizienz der KWK-Anlage haben. Der GiD-Prozess wurde an der TU Dresden im Rahmen des durch das BMWi geförderten Projektes FKZ 0327485A untersucht, und in einer mittelständischen Druckerei bietet sich nunmehr die Möglichkeit einer Umsetzung dieser KWK-Technologie in Verbindung mit einer weiteren Energieeffizienzmaßnahme im industriellen Umfeld. Das Vorhaben EHROD soll dazu dienen, diese neue Trocknungstechnologie verfahrens- und anlagentechnisch sowie bezüglich der Betriebsführung zu untersuchen und zu optimieren, um ihre technische Umsetzung im Heatset-Rollenoffset-Druck und auch darüber hinaus vorzubereiten. Zur Erreichung der Zielstellung des Vorhabens werden theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für die experimentellen Untersuchungen stehen an der TU Dresden eine GiD-Versuchsanlage mit Prozesswasserrückgewinnung und in der genannten Druckerei Versuchstrockner zur Verfügung, die aus dem Umbau von herkömmlichen Trocknern resultieren, ohne dass eine Entwicklung mit hinreichender Berücksichtigung ihrer Systemintegration und entsprechender wissenschaftlicher Begleitung stattgefunden hat. An diesen dampfbeheizten Versuchstrocknern sollen Untersuchungen zur Bestimmung optimaler Betriebsparameter für eine hohe Qualität der Druckerzeugnisse mit minimalem Energieeinsatz durchgeführt werden. Auf Basis der Versuchsergebnisse sollen Konzepte für die nächste Trocknergeneration entwickelt werden. Entsprechend der Wärmeanforderung der Trockner soll die Betriebsweise der GiD-Anlage hinsichtlich eines geringen Brennstoffeinsatzes optimiert werden. Zusätzlich sollen die Möglichkeiten zur Wasserrückgewinnung im GiD-Prozess und zur Verbesserung der Wärmenutzung der Druckerei untersucht werden. Den Abschluss bildet eine Bewertung der erreichbaren ökologischen und energiewirtschaftlichen Effekte der neuartigen Trocknungstechnologie. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Förderschwerpunkt Energieeffizienz in der Industrie LORATECH GmbH Forschungspartner: TU Dresden, Professur für Energieverfahrenstechnik, Professur für Hydroverfahrenstechnik

Thermisches und mechanisches Verhalten von Turbinengehäusen, COOREFLEX-Turbo-Verbundprojekt, 2013 - 2016 Das Vorhaben dient der Weiterentwicklung des Wissensstandes zu Strömung und Wärmeübergang in Seitenräumen von Dampfturbinengehäusen mit und ohne Dampfentnahme. Aufgrund der mehrdimensionalen Strömung mit sehr geringen Geschwindigkeiten gibt es hier erhebliche Wissenslücken. Für systematische Untersuchungen und Entwicklung allgemein gültiger Ansätze zum Wärmeübergang soll daher eine Messzelle entwickelt und in Betrieb genommen werden. Ein Schwerpunkt ist dabei der Test geeigneter Messverfahren. Die genauere Kenntnis von Strömung und Wärmeübergang in diesen Gehäusebereichen soll die auf strukturmechanischen Berechnungen basierende Vorhersage des thermo-mechanischen Verhaltens im instationären Betrieb verbessern und Optimierungspotentiale bei der Gehäusegestaltung aufzeigen. Als Anwendungsbeispiel für den Einfluss des Wärmeübergangs auf das thermo-mechanische Verhalten des Gehäuses sollen gleichzeitig Untersuchungen zur Flanschbeanspruchung bei thermischen Belastungen durchgeführt werden. Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Siemens AG Forschungspartner: TU Dresden, Institut für Strömungsmechanik, Professur für Magnetofluiddynamik, Mess- und Automatisierungstechnik

Regionaler zellularer Verbund von Versorgungseinheiten mit Netzregelaufgaben, Eigenforschungsprojekt im Rahmen der „Support the best“-Initiative der TU Dresden (Zukunftskonzept) 2014 - 2016 Im Rahmen des Projektes wird vor dem Hintergrund der sich vollziehenden Veränderungen in den Versorger- und Verbraucherstrukturen der interessante Aspekt der Übernahme von Systemdienstleistungen (Netzregelaufgaben) durch regionale zellulare Versorgungseinheiten untersucht. Die Untersuchungen werden am Beispiel der Infrastruktur des Zentrum für Energietechnik der TU Dresden durchgeführt, das mit seinen energetisch und stofflich verbundenen Versuchseinheiten, wie z. B. Kleinkraftwerk auf Basis einer 650kW-Gasturbine mit Dampfinjektion (GiD-Prozess), Solarthermie, Photovoltaik, Energiespeicher, Windkanal, BHKW sowie Haus- und Wohnungsanschlussstationen einen derartigen Verbund von Versorger-, Verbraucher- und Speichereinheiten repräsentiert. Das Projekt wird gemeinsam mit der Professur für Verbrennung, Wärme- und Stoffübertragung des Instituts für Energietechnik und der Professur für Elektroenergieversorgung des Instituts für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik durchgeführt.

HYGATE - Hybrid High Solar Share Gas Turbine Systems (BMWi/ BMU-Verbundprojekt, Förderung Forschungsarbeiten der TU Dresden durch BMWi) 2011 - 2014 Das Verbundprojekt wurde gemeinsam mit den Forschungspartnern MAN Diesel & Turbo, DLR und VGB PowerTech durchgeführt. HYGATE bildete die Fortführung des BMU-Projektes „Entwicklung eines Referenzkonzepts für eine Solarhybrid-GuD-Anlage (SHCC) der Leistungsklasse bis 20 MW“ und diente der weiteren Technologieentwicklung für solare Gasturbinensysteme mit hohem Solarwärmeanteil in Hinblick auf eine künftige Demonstrationsanlage. Die Arbeiten der TU Dresden konzentrierten sich auf die Technologiestudie zu Gasturbinenanlagen mit hohem Solarwärmeanteil, den Hochtemperatur-Fluidtransport, das Betriebsverhalten solar-hybrider Gasturbinenanlagen sowie MSR- und Sicherheits-Konzepte.

Neuartige vollkeramische Hochtemperatur-Wärmeübertrager für verschiedene Atmosphären (ECEMP - CerHeatEx, finanziert aus Mitteln der EU und des Freistaates Sachsen) 2009 - 2014 Ziel des Vorhabens war die Entwicklung vollkeramischer Wärmeübertragermodule einschließlich der notwendigen Anbindungstechnik. Die Module sollten flexibel in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt werden können, unempfindlich gegenüber schnellen Temperaturänderungen und resistent gegenüber verschiedenen Atmosphären sein. Das Projekt wurde gemeinsam mit der Professur für Verbrennung, Wärme- und Stoffübertragung (Projektleitung) und der Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik des Instituts für Energietechnik durchgeführt. Link Projekt-Homepage

Neuartige effiziente Methoden zur Entwicklung von Herstellprozessen für Hochleistungsturbinenschaufeln der Energie- und Antriebstechnik (ECEMP-ProbaCast, finanziert aus Mitteln der EU und des Freistaates Sachsen) 2009 - 2014 Das Projekt wurde mit den Instituten für Strömungsmechanik (Projektleitung) und für Werkstoffwissenschaft der TU Dresden sowie dem Institut für Werkstoffwissenschaft und dem Gießerei-Institut der TU Bergakademie Freiberg durchgeführt. Ziel des Projektes war die Entwicklung eines kombinierten Verfahrens für die Definition von Präzisionsgießprozessen zur deutlichen Verkürzung der heute üblichen Prozessentwicklungszeiten. Dies gelang durch Kombination von probabilistischen Methoden mit modernen Verfahren der numerischen Simulation von Gieß- und Erstarrungsvorgängen. Nach der Entwicklung und experimentellen Validierung des mit der numerischen Simulation gekoppelten Gießverfahrens wurden schaufelähnliche Modellkörper hergestellt und getestet. Link Projekt-Homepage

Oxyfuel-Komponentenentwicklung und Prozessoptimierung (ADECOS-Komponenten) (BMWi) 2011 - 2014 Dieses Projekt war Teil des ADECOS-Programms (Advanced development of the coal-fired oxyfuel process with CO₂ separation) innerhalb der COORETEC Initiative (CO₂ REduction TEChnologies) der Bundesregierung. Das Gesamtprojekt konzentrierte sich auf die Weiterentwicklung wichtiger Komponenten des Oxyfuel-Prozesses (z.B. CO₂-Verflüssigungsanlage, Wärmetauschermaterialien) und die Lösung betriebstechnischer Fragen (z.B. Brennkammerverschmutzung, Dampferzeugerregelung, Anlagenüberwachung). Außerdem wurden Möglichkeiten erforscht, den Wirkungsgrad des Gesamtprozesses zu verbessern. Die Untersuchungen umfassten sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen. Die Arbeit an der Professur für Thermische Turbomaschinen und -anlagen konzentrierte sich auf die Entwicklung von neuen Verfahren der Prozessgüteüberwachung. Dabei wurde ein besonderes Augenmerk auf die Identifizierung und Lokalisierung von Falschlufteinbrüchen gelegt. Dieser Aspekt gewinnt bei Oxyfuel-Kraftwerken im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken stark an Bedeutung, da Lufteinbrüche in viel stärkerem Maß zu Wirkungsgradverschlechterungen führen. Insbesondere datenbasierte Verfahren für die Anlagenüberwachung (z.B. Neuronale Netze, Fuzzy Pattern Classification) werden dafür eingesetzt. Gefördert von: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, ALSTOM Carbon Capture GmbH Babcock Borsig Steinmüller GmbH Clyde Bergemann GmbH EnBW Kraftwerke AG E.ON New Build & Technology GmbH EVN AG Vattenfall Europe Generation AG Projektpartner: TU Dresden, Professur für Verbrennung, Wärme- und Stoffübertragung (Koordinator); Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik, TU Dresden, Professur für Verbrennung, Wärme- und Stoffübertragung, Forschungszentrum Jülich, Institut für Energie- und Klimaforschung, TU Hamburg-Harburg, Institut für Energietechnik, TU Hamburg-Harburg, Institute Institut für Thermische Verfahrenstechnik Hochschule Zittau/Görlitz, Fachgebiet Kraftwerkstechnik

Optimum feed-in of solar heat for conversion of low-efficient fossil-fired steam power plants to low-emission solar hybrid power plants by example of Uzbekistan (Partnerschaftsprojekt der VolkswagenStiftung, Programm “Zwischen Europa und Orient–Mittelasien/ Kaukasus im Fokus der Wissenschaft“) 2012 - 2013 Um die F&E-Arbeiten auf dem Gebiet der solarthermischen Kraftwerke auszubauen, wurde eine Kooperation mit usbekischen Partnern gestartet. Usbekistan zählt zu den Ländern mit einem hohen Potential zur Solarenergienutzung, in dem gegenwärtig jedoch die fossilen Energieträger dominieren. Im Rahmen des Partnerschaftsprojekts, das durch die Professur für Thermische Energiemaschinen und –anlagen koordiniert und gemeinsam mit der TU Taschkent, dem Institut für Energietechnik und Automatisierung der Usbekischen Akademie der Wissenschaften und der TH Mittelhessen Gießen durchgeführt wird, sollen Möglichkeiten einer Umrüstung zu modernisierender fossiler Kraftwerke Usbekistans zu Solar-Hybrid-Kraftwerken untersucht werden. Es ist vorgesehen, dass auf der Grundlage des Partnerschaftsprojektes und mit Unterstützung der deutschen Hochschulen eine usbekische Nachwuchsforschergruppe zur verstärkten Nutzung von Solarenergie gebildet wird, die mit Ablauf des Vorhabens eigenständig arbeitsfähig ist und mit ihren Aufgaben und Projekten weiter wächst. VW-Stiftung

Reduzierung der CO₂-Emissionen durch Solarwärmeeinspeisung in bestehende fossile Kraftwerke (Alexander von Humboldt-Stiftung) 2011 - 2012 Die Alexander von Humboldt-Stiftung bewilligte zur Förderung der wissenschaftlichen Arbeit eines usbekischen Doktoranden an der TU Dresden auf dem Gebiet des solaren „Repowering“ fossiler Kraftwerke ein Internationales Klimaschutzstipendium.

Entwicklung eines Referenzkonzepts für eine hocheffiziente Energieanlage auf Basis eines neuartigen, integrierten Gas-Dampf-Prozesses (BMWi) 2008 - 2011 Im Rahmen des Projektes wurde der integrierte Gas-Dampf-(GiD-)Prozess prozessthermodynamisch und anlagentechnisch untersucht. Da bei sinkender oder fehlender Wärmelast der im Abhitzekessel erzeugte Dampf in die Gasturbine eingespeist wird, kann auf Wärmelastschwankungen flexibel reagiert werden. Die Dampfinjektion führte bei gleicher Leistung zu einer signifikanten Reduzierung des Brennstoffwärmeverbrauchs. Durch Rückkondensation des eingesetzten Wassers aus dem Abgas der Gasturbine und Wiederaufbereitung sind die Wasserverluste gering. Zur Überprüfung der Erkenntnisse und Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen erfolgte im Zentrum für Energietechnik der TU Dresden eine Demonstration auf Basis einer 600-kW-Gasturbine.

Predictive Methods for Combined Cycle Fatigue in Gas Turbine Blades (EU-Projekt PREMECCY, 6. Rahmenprogramm) 2006 - 2011 Das Projekt PREMECCY wurde von den europäischen Flugtriebwerksherstellern und wissenschaftlichen Einrichtungen durchgeführt. 15 Partner gehörten dem Konsortium an. Projektkoordinator ist Rolls-Royce plc. Ziel des Projektes war die Weiterentwicklung der Methoden zur Lebensdauervorhersage bei Überlagerung von hochzyklischer (HCF) und niederzyklischer Ermüdung (LCF) bei Temperaturen im Kriechbereich. Link Projekt-Homepage

Entwicklung eines Referenzkonzepts für eine Solarhybrid-GuD-Anlage (SHCC) der Leistungsklasse bis 20 MW (BMU) 2009 - 2010 Seit einigen Jahren ist eine überaus dynamische Entwicklung bei den sogenannten CSP (Concentrated Solar Power)-Kraftwerken zu verzeichnen, die künftig einen wesentlichen Beitrag für eine nachhaltige Energieversorgung im globalen Maßstab leisten sollen. Im Rahmen des Projektes SHCC^® (Solar Hybrid Combined Cycle), das gemeinsam mit MAN Diesel & Turbo (Projektleitung), DLR und VGB PowerTech durchgeführt wurde, wurden verschiedene Konzepte für ein Hybrid-CSP-Kraftwerk auf Basis von Gasturbinen in der Leistungsklasse bis 20 MW untersucht. Wesentliche Ziele dieser Vorstudie waren: Effiziente Nutzung solarer Hochtemperaturwärme Deutliche Senkung des spezifischen fossilen Brennstoffwärmeverbrauches bei maximaler Flexibilität und Verfügbarkeit Vermeidung des Baus von "Schattenkraftwerken" (Reservekapazitäten im Stromnetz) Hierzu wurden Kriterien für die Bewertung der zu untersuchenden Prozessvarianten aufgestellt und "Benchmark"-Prozesse definiert. Aus verschiedenen Prozessvarianten wurde eine Vorzugsvariante bestimmt und hinsichtlich der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit einer SHCC^®-Anlage in der vorgesehenen Leistungsgröße untersucht. Dabei wurde besonderer Wert auf ein vertretbares Risiko sowie die Ableitung von Anforderungen für die Technologieentwicklung einer Pilot- bzw. Demonstrationsanlage gelegt, die Gegenstand eines Anschlussvorhabens ist.

Lebensdauerberechnungsverfahren für gekühlte, thermisch-mechanisch beanspruchte Bauteile mit anisotropen Werkstoffeigenschaften (BMWi/AiF-FVV) 2005 - 2009 Im Ergebnis des Projektes konnte die im Vorgängerprojekt entwickelte Versuchsdatenbasis aus TMF-Untersuchungen an turbinenschaufelähnlichen Modellkörpern durch weitere Langzeitversuche erweitert werden. Dazu wurden Modellkörper der Ni-Basis-Legierungen MARM-247 und CMSX-4 im Heißgasprüfstand thermisch-mechanisch beansprucht und bis zum Anriss untersucht. Die Analyse der Versuchsdaten erfolgte mit dem eigenen TMF-Berechnungsmodell sowie dem CNOW-Modell der MPA Stuttgart. Projektpartner: MPA Stuttgart

Weitere Projekte führen wir in folgenden Bereichen durch:
Thermisches Verhalten der Gehäuse von Industriedampfturbinen Festigkeit von Schaufelfußverbindungen Turbomaschinen für die dezentrale Energieversorgung

Referenzprojekte

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