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Forschung & Entwicklung

Hier finden Sie einen Überblick zu bereits abgeschlossenen und zu aktuellen F&E-Projekten.

Energietechnik

  • Kraftwerkstechnik
  • Energetische Nutzung von Biomasse: Schadstoffarme Verbrennung und Vergasung
  • Anwendbarkeit von thermoelektrischen Generatoren (TEG)
  • Entwicklung von Brennkammern und Brennern für biogene Schwachgase (Industrieprojekte)
  • Beheizung von Hochtemperaturprozessen in der Verfahrenstechnik auf der Basis von Erdgas und Schwachgas (Industrieprojekte)
  • Industrielle Trocknungstechnik (Industrieprojekte)

Kraftwerkstechnik

  • BEER, S.; BRAITSCH, W.; KLEINSTEUBER, W., 1997. Maßnahmen zur Steigerung des Netto-Wirkungsgrades an einem bestehenden 300-MW-Block. In: VGB Kraftwerkstechnik, 77 Nr. 5, S.358-362.
  • BEER, S., 1996. Überwachung und Optimierung des Betriebes von Kondensationsanlagen in thermischen Kraftwerken. In: VGB Kraftwerkstechnik, 76 Nr. 9, S.739–744.
  • BEER, S., 1994. Untersuchung des Wärme- und Stoffaustauschvorgangs zwischen einem unterkühlten Wasserspray und überhitztem Wasserdampf [Dissertation]. München: Technische Universität
  • BEER, S. u.a., 1993. Regelung eines Wasserstoff/Sauerstoff-Dampferzeugers mit Hilfe eines modifizierten Zirkondioxidsensors. In: Chem.-Ing.-Tech., 65 Nr. 8.
  • BEER, S. 1990. Theoretische Untersuchung über das Einspritzen und Verdampfen von Wasser beim Wasserstoff/Sauerstoff-Dampferzeuger. DLR-Forschungsbericht. 90-20.

Mikro-Kraft-Wärmekopplung mit Biomasse

Basierend auf einem Gegenstromvergaser und einem Stirlingmotor von Microgen (1 kWel) wurde im Rahmen mehrerer öffentlich geförderter Forschungsprogramme eine Mikro-KWK-Anlage für Hackgut und Pellets entwickelt.

Veröffentlichungen zum Projekt

Untersuchung der Gegenstromvergasung nach dem “stratified-down-flow”- Prinzip (sdf) bzw. auch “open-top”-Pinzip

Die Idee zu diesem Forschungsprojekt entstand aus der eingehenden Beschäftigung mit der klassischen Gegenstromvergasung nach dem Imbert-Prinzip. Durch die Eindüsung der Luft über einzelne Düsen/Öffnungen in der Engstelle des Vergasers entstehen Ungleichmäßigkeiten in der Sauerstoff- und Temperaturverteilung über dem Querschnitt, was zu erhöhter Teerproduktion im Gas führt. Die Vergasung nach dem sdf-Verfahren vermeidet die Nachteile der Verwendung von Düsen, wodurch sich aber das neue Problem ergibt, die Oxidationszone auf einer gewissen Höhe zu stabilisieren. Die Eigenschaften des sdf-Verfahrens wurden sowohl experimentell als auch simulativ untersucht.

Veröffentlichungen zum Projekt

  • NEUBERT, M. und andere, 2017. Experimental comparison of solid phase adsorption (SPA), activated carbon test tubes and tar protocol (DIN CEN/TS 15439) for tar analysis of biomass derived syngas. In: Biomass and Bioenergy, (105), S.443-452.
  • REIL, S. und andere, 2016. Thermochemical air-steam gasification of biomass and biomass chars in an updraft gasifier: Effect of air/steam ratio. In: Integration of Sustainable Energy Conference iSEneC. Nürnberg, 11. und 12. Juli 2016.
  • REIL, S. und andere, 2016. Thermochemical gasification of char from biomass with subsequent combustion for heat supply in endothermal biomass conversion processes. In: 24th European Biomass Conference. Amsterdam, 06.-09.06.2016.
  • REIL, S. und andere, 2015. Tar Sampling - Comparison of SPA, BTX and DIN CEN/TS 15439 analysis. In: Gas Analysis Workshop at the European Biomass Conference and Exhibition Vienna. Wien, 05. Juni 2015.
  • REIL, Stefanie, Jürgen KARL und Stefan BEER, 2015. Experimentelle Untersuchung zur Kinetik bei der thermochemischen Biomassevergasung in “stratified downdraft“ Reaktoren. In: Forschungskolloquium Bioenergie. Straubing, 11. und 12. Februar 2015.
  • REIL, S., J. KARL und S. BEER, 2014. Impact of Gasification Conditions on the tar yield of stratified downdraft gasifiers. In: Hoffmann, C.; Baxter, D.; Maniatis, K.; Grassi, A. & Helm, P. (Eds.): Papers of the 22nd European Biomass Conference, Setting of the course for a biobased economy. Extracted from the Proceedings of the International Conference held in Hamburg, Germany, 23 - 26 June 2014, S.585-590.
  • REIL, Stefanie und andere, 2014. Comparison of different methods for tar analysis based on SPA and wet-chemical tar sampling for thermochemical gasification of biomass. In: Gas Analysis Workshop at the European Biomass Conference and Exhibition. Hamburg, 26.06.2014.
  • REIL, Stefanie, Jürgen KARL und Stefan BEER, 2014. Experimental study on the impact of gasification conditions on process stability and tar yield in stratified downdraft gasifiers. In: 4th International Symposium on Gasification and its Applications. Vienna, 3rd September 2014.
  • REIL, S. und andere, 2013. Vergleich verschiedener Methoden zur Teeranalytik auf Basis von SPA und nasschemischen Verfahren bei der thermochemischen Biomassevergasung. In: Programmbegleitung des BMU-Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ (Ed.): Konferenzreader 5. Statuskonferenz 5 Jahre BMU-Förderprogramm "Energetische Biomassenutzung" - Wege zur effizienten Bioenergie! Leipzig, 14.-15.11.2013, S.182-190.
  • BEER, Stefan und Stefanie REIL, 2013. Betriebserfahrungen bei kleinen Festbettvergasern. In: OTTI Profi-Seminar „KWK mit Biomasse“. Neumarkt, 07. und 08. November 2013.
  • REIL, Stefanie und Stefan BEER, 2010. Experimentelle Untersuchung zur Festbettvergasung nach dem „open top“-Verfahren. In: Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e. V. (Hrsg.): Bioenergie, Festbrennstoffe, Flüssigkraftstoffe, Biogas. Neunzehntes Symposium. Kloster Banz, 25.-26. November 2010. Regensburg: OTTI, S.68-73. ISBN 978-3-941785-37-3

Entwicklungsprojekte zur effizienten und schadstoffarmen Verbrennung und Vergasung von Biomasse

Die insbesondere im Breich der Kraftwerkstechnik gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen auf dem Gebiet der Verbrennungstechnik werden auf Feuerungsanlagen für biogene Brennstoffe (Hackgut, Scheitholz, Pellets, Energiepflanzen) übertragen.

Veröffentlichungen zum Projekt

  • BEER, Stefan, 2010. Emissionsminderung durch Primärmaßnahmen, Effiziente Verbrennung und Emissionskontrolle bei kleinen und mittleren Biomassefeuerungen. In: DENEX®. Wiesbaden, 9.07.2010.
  • BEER, Stefan, 2009. Betrachtungen zur Brennwerttechnik für Biomassefeuerungen. In: 18. Symposium „Bioenergie, Festbrennstoffe, Biokraftstoffe, Biogas“. Kloster Banz, Bad Staffelstein, 19. und 20.11.2009.
  • BEER, Stefan und andere, 2007. Kleinfeuerungsanlage für Getreide und Stroh – eine Gemeinschaftsentwicklung im Raum Amberg-Sulzbach. In: Bilitewski, B., Urban, A., Faulstich, M. (Hrsg.), Thermische Abfallbehandlung 2007, Schriftenreihe des Fachgebiets Abfalltechnik, Band 12. Universität Kassel.
  • BEER, Stefan, 2005. Vermessung und Bewertung einer kleinen Festbettvergasungsanlage für Holzhackschnitzel. In: Holzvergasungstechnik, 14. Symposium Bioenergie. Kloster Banz, Bad Staffelstein.

Anwendbarkeit von thermoelektrischen Generatoren (TEG)

Thermoelektrische Generatoren nutzen den bekannten Seebeck-Effekt zur Umwandlung von thermischer in elektrische Energie. Die realisierbaren Umwandlungswirkungsgrade liegen je nach Temperaturniveau der Wärmequelle bei ca. 6%. Der Untersuchungsschwerpunkt liegt hier bei der Applikation, d.h. welche technischen Parameter (Wärmeein- und auskopplung, Qualität des Kontaktwiderstands, Anpressdruck etc.) sind bei der Anwendung zu berücksichtigen. Anwendungsgebiete liegen z.B. in der Abwärmenutzung.

Entwicklung von Brennern und von Brennkammern für biogene Schwachgase (Industrieprojekte)

Für große Biomassevergasungsanlagen mit Feuerungswärmeleistungen im Bereich von mehreren MW wurden Brennverfahren, Brennkammern und Brenner entwickelt, die eine möglichst schadstoffarme Verbrennung der Schwachgase ermöglichen. Auf dem Markt sind hierzu keine Standardlösungen vorhanden. Eine ganze Reihe von Randbedingungen sind hierbei zu beachten: CO- und C-Gesamt-Minimierung, NOx-Minimierung, thermische Belastung der Brenner, Stabilität der Flamme über einen großen Leistungsbereich und schließlich Brennkammerschwingungen. Eine besondere Herausforderung stellte dabei das Design einer Druckbrennkammer für Pyrolyseöle dar. Die Lösungsansätze und Parametrevariationen wurden mit Hilfe von Strömungssimualtionen (CFD) durchgeführt. Die in enger Kooperation mit einem Industriepartner (Gammel-Engineering GmbH, bzw. ReGaWatt GmbH) entwickelten Konzepte werden inzwischen erfolgreich in der Praxis eingesetzt.

Veröffentlichungen zum Projekt

  • BEER, S., 2017. Theorie der funktionierenden Vergasung oder auch der sauberen Vergasung. In: Fördergesellschaft Erneuerbare Energien (FEE) e.V., AG Vergasung von Biomasse, FAU. Nürnberg, 03.04.2017.
  • RÖHRMOSER, K., 2017. Kraft-Wärmekopplung mit Biomassegegenstromvergasern in der Leistungsklasse 250 – 2.000 kWel. In: Fördergesellschaft Erneuerbare Energien (FEE) e.V., AG Vergasung von Biomasse, FAU. Nürnberg, 03.04.2017.

Instationäre Strömungssimulation von Be- und Entladevorgängen von metallbasierten Phasenwechselspeichern

Zur zeitlichen Entkopplung der Wärme- und Stromproduktion in thermischen Energiewandlungsystemen erlangen thermische Energiespeicher eine immer größer werdende Bedeutung.

Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu salzbasierten Speichern, der hohen Energiedichte und der in einem weiten Bereich durch die gewählten Legierungsbestandteile einstellbaren Schmelztemperaturen stellen metallbasierte Speicher eine interessante Option im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung mit CRC bzw. ORC-Anlagen dar. Weiterhin eignen sie sich für die üblichen Dampfparameter einer Prozessdampfversorgung.
 
Zur Auslegung metallbasierter Phasenwechselspeicher werden basierend auf der Simulationssoftware OpenFOAM numerische Modelle entwickelt, die schließlich einen Beladevorgang durch überhitzten Wasserdampf und einen Entladevorgang durch Erzeugung von leicht überhitztem Wasserdampf beschreiben können. Eine Übertragung der Modelle auf organische Arbeitsmittel ist angedacht.

Zur Validierung der numerischen Modelle wurde der Schmelzvorgang von N-Oktadekan 3-dimensional simuliert.

Ansprechpartner: M.Sc. Daniel Hummel, B.Eng. Peter Stüber

Veröffentlichungen zum Projekt

  • KOMOGOWSKI, L. und andere, 2018. Metallbasierte Latentwärmespeicher zur Integration in Kraftwerke mit gekoppelter Wärme- und Prozessdampfversorgung. In: 50. Kraftwerkstechnisches Kolloquium. Dresden, Oktober 2018.

  • KOMOGOWSKI, L. und andere, 2017. Flexibilisierung von Kraftwerken durch thermische Energiespeicher auf Basis metallbasierter Phasenwechselmaterialien. In: 49. Kraftwerkstechnisches Kolloquium. Dresden, Oktober 2017.

  • HUMMEL, D., S. BEER and A. HORNUNG, 2018. Three-Dimensional Numerical Investigation of Constrained Melting of N-Octadecane in a Spherical Enclosure. In: Proceedings of the 3rd World Congress on Momentum, Heat and Mass Transfer. April 2018.

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