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Forschung

Forschungsfelder

Im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung werden eine Vielzahl verschiedener Brennstoffe wie Erdgas, Biogas, biogene Flüssigkraftstoffe, Produkte aus der thermochemischen Vergasung von Biomasse mit unterschiedlichen Qualitäten oder auch synthetische Kraftstoffe wie Wasserstoff (H2) eingesetzt.

Insbesondere beim Einsatz neuartiger Brennstoffe ist das Abgasemissionsverhalten bisher nur unvollständig erforscht. Zur Reduzierung der Emissionen wird der gesamte KWK-Prozess vom Brennstoff über die innermotorischen Prozesse bis hin zur Abgasnachbehandlung betrachtet und optimiert.

Übergeordnetes Ziel der Forschungsarbeiten ist die Steigerung der elektrischen und thermischen Effizienz von KWK-Systemen durch:

  • Innermotorische Verbesserungen
  • Optimierung der peripheren Komponenten
  • Abwärmeverstromung
  • Mikro-BHKW

Im Rahmen dieses Handlungsfelds wird der Einsatz von biogenen Brennstoffen als Kraftstoff für KWK-Systeme untersucht.

  • Anpassung und Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren für den Einsatz mit biogenen Brennstoffen
  • Zündstrahltechnologie
  • Heißluftturbinenprozesse für Biomasse-Heizkraftwerke

Die zunehmend dezentrale Energiebereitstellung erfordert die Weiterentwicklung des KWK-Gesamtsystems. Dazu zählen:

  • Vernetzung von KWK-Anlagen zur intelligenten Bereitstellung von Strom und Wärme
  • Einbindung vom Speichertechnologien in KWK-Systeme zum Ausgleich eines schwankenden Strom- und Wärmebedarfs
  • Bereitstellung von Regelenergie zur Netzstabilisierung im Hinblick auf den zunehmenden Einsatz regenerativer Energien

Für die anwendungsorientierte Forschung von besonderem Interesse sind innovative und zukunftsweisende Technologien, wie zum Beispiel:

  • Einsatz von Brennstoffzellen im Bereich Kraft-Wärme-Kopplung
  • Mikroexpansionsturbinen für KWK-Prozesse und Mikrodampfprozessen auf Basis organischer Fluide (Organic Rankine Cycle)

Publikationen

2021

  • A. Röll, F. Luo, N. O’Connell, R. Lechner, C. Wang, M. Brautsch: Hydraulic stability of micro injections using a two-layered 8-hole solenoid injector with PODE, Fuel 2021, Vol. 297, DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120748
  • S. Ishikawa, N. O`Connell, R. Lechner, R. Hara, H. Kita, M. Brautsch: Load response of biogas CHP systems in a power grid. In: Renewable Energy 2021, Vol. 170, DOI: doi.org/10.1016/j.renene.2021.01.120
  • J. Spale, V. Novotny, M. Vojtech, A.P. Weiß: 3D printed radial impulse cantilever micro-turboexpander for preliminary air testing. AIP Conference Proceedings 2323, 070002 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0041433
  • V. Novotny, J. Spale, D. Suchna, J. Pavlicko, M. Kolovratnik, A.P. Weiß: Absorption power cycle with a 3D-printed plastic micro turboexpander- Considerations, design and firstexperimental results. AIP Conference Proceedings 2323, 070003 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0041429
  • P. Streit, T. Popp, J. Winkler, R. Scharf, A.P. Weiß: Numerical and experimental investigation of different technologies for adjusting the swallowing capacity of a cantilever ORC turbine. AIP Conference Proceedings 2323, 070001 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0041483

2020

  • A. P. Weiß, P. Streit, T. Popp, P. Shoemaker, T. Hildebrandt, V. Novotny, J. Spale: Uncommon turbine architectures for distributed power generation – development of a small velocity
    compounded radial re-entry turbine. In: Archieves of Thermodynamics 2020, Vol. 41, DOI: 10.24425/ather.2020.135862
  • C. Wang, M. Adams, T. Jin, Y. Sun, A. Röll, F. Luo, M.Gavaises: An analytic model of diesel injector`s needle valve eccentric motion. In: International Journal of Engine Research 2020. https://doi.org/10.1177/1468087420987367
  • R. Lechner, A. Hornung, M. Brautsch: Prediction of the knock propensity of biogenous fuel gases: Application of the detonation theory to syngas blends. In: Fuel 2020, Vol. 267. doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117243
  • A.P. Weiß, V. Novotny, T. Popp, P. Streit, J, Spale, G. Zinn, M. Kolovratmik: Customized ORC micro turbo-expanders - From 1D design to modular construction kit and prospects of additive manufacturing. In: Energy 2020, In press. doi.org/10.1016/j.energy.2020.118407
  • J. Oischinger, M. Steiner, M. Meiller, M. Hebauer, S. Beer, R. Daschner, A. Hornung, J. Kramb: Optimization of the fractional collection efficiencies for electrostatic precipitators used in biomass-fired boilers. In: Biomass and Bioenergy 2020, Vol. 141. doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105703
  • C. Wang, A. Röll, K. Kolovos, A. V. Roncero, Y. Sun, P. Koukouvinius, M. Gavaises, M. Brautsch, R. Lechner, N. O`Connell, Z. He, F. Luo: Transient flow characteristics within a diesel injector using a compressible density-based solver. ILASS-Asia 2020, Oct. 13-26, Zhenjiang, China

2019

2018

2017

2016

2015

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