Wasserstoffnutzung

Anwendung von Wasserstoff

quadrate-web_03

Der Fokus dieses Teilprojekts liegt auf der effizienten Nutzung von aus regenerativen Quellen stammendem Wasserstoff für die Erzeugung elektrischer Energie. Dafür werden energieeffiziente Kleinst-Wasserstoffturbinen und Hubkolbenmotoren erforscht und entwickelt. Diese sollen in Gebäuden oder auch Blockheizkraftwerken zum Einsatz kommen.

Mit Verbrennung können große Energiemengen rasch umgesetzt werden. Auf diese Weise erreichen thermisch basierte Maschinen wie Gasturbinen und Motoren sehr hohe Leistungsdichten und hierüber auch günstige Investitions- und Betriebskosten. In der heute zu einem hohen Anteil fossil basierten Energiewirtschaft werden mehr als 85% der weltweit umgesetzten Energie über Verbrennungsprozesse umgesetzt. Es ist zu erwarten, dass auch in einer Wasserstoffwirtschaft erhebliche bis dominante Anteile der Bereitstellung von Energie über Verbrennungsprozesse geschehen werden. Leistungsdichte Maschinen sind dabei sowohl für die dezentrale als auch für die zentrale Umsetzung von Wasserstoff, Synthesegasen und Mischungen dieser Gase mit Bio- und Erdgasen erforderlich.

Im Rahmen des Bavarian Hydrogen Center werden deshalb an der FAU Erlangen-Nürnberg sowie an der Technischen Universität München mit Wasserstoff betriebene Verbrennungsmotoren sowie Mikrogasturbinen entwickelt.

Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Michael Wensing
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik der FAU Erlangen-Nürnberg
Telefon: +49 (0) 9131 / 85 – 29782
E-mail: michael.wensing@ltt.uni-erlangen.de

Teilprojekt III

Im Teilprojekt III wird die (Rück-)Verstromung von Wasserstoff mit thermischen Maschinen betrachtet. Es werden die drei in der Energietechnik wesentlichen thermischen Maschinen – Gasturbinen (TP III.1.1), Hubkolbenmotoren (TP III.1.2) und Dampfkraftprozesse (TP III.1.3) betrachtet. Für alle drei Anlagentypen ist die wärmetechnische Integration der Maschinen in das Gesamtsystem entscheidend für die erreichbaren Wirkungsgrade. Spezifisch für die drei Wärmekraftprozesse müssen die Maschinen für den Energieträger Wasserstoff und die im Projektverbund ermittelten Randbedingungen der betrachteten Energieszenarien betrachtet werden.

TP III.1.1 Gasturbinen: Prof. Dr.-Ing. Thomas Sattelmayer (TU München)

Ziele des Teilprojektes sind die Erreichung höchster Effizienz im Systemverbund, die Bedienung einer Leistungsklasse von 300kW thermisch (100kW elektrisch), die Integration der LOHC Dehydrierung, die Beurteilung und Analyse verschiedener technischer Szenarien mit Hilfe der Simulation sowie der Aufbau einer funktionsfähigen Demonstrator-Anlage.

Herausforderungen liegen in der geringen Leistung, der geringen volumetrischen Energiedichte von Wasserstoff, dem sicheren Betrieb sowie den Stickoxidemissionen die gemeinsam ein spezielles Brennverfahren erfordern. Lösungsweg ist eine rekuperierte Mikrogasturbine mit sub-ppm-Stickoxid Brennverfahren, Entwicklung an eigens aufgebauten Einzelbrenner und Injektorprüfständen, Dehydriereinheit in enger Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten (II).

TP III.1.2 Wasserstoffmotor: Prof. Dr.-Ing. Michael Wensing
(FAU Erlangen-Nürnberg)

Ziele des Teilprojektes sind die Erreichung maximaler Effizienz im Systemverbund, die Bedienung einer Leistungsklasse von 37kW thermisch (15kW elektrisch), die Integration der LOHC Dehydrierung, die Beurteilung und Analyse verschiedener technischer Szenarien mit Hilfe der Simulation sowie der Aufbau einer funktionsfähigen Demonstratoranlage.

Herausforderungen liegen in der geringen volumetrischen Energiedichte von Wasserstoff, dem sicheren Betrieb, den Stickoxidemissionen, sowie der weitgehenden Ausnutzung des Abgasenthalpie; Lösungsweg ist ein Motor mit verlängerter Expansion, eine Nieder-Druck-Wasserstoff-Direkteinblasung mit spezieller Einblasetechnik (und spezieller Wasserstoffkompression (s. TP IV)) sowie einer Wärmeintegration in enger Zusammenarbeit Teilprojekt III.1.3 und TPII.

Video: Gaseindüsung mit Schlieren-Messtechnik und High-Speedkamera

TP III.1.3 Wärmerekuperation über CR Prozesse: Prof. Dr.-Ing. Michael Wensing
(FAU Erlangen-Nürnberg)

Ziele des Teilprojektes sind die Nutzung von Abwärmen zur weiteren Stromgewinnung über CR-Prozesse im BHC-Energieverbund (insbes. des Wasserstoffmotors) in einer Leistungsklasse von 1..10kW thermisch mit möglichst einfacher Technik.

Herausforderungen liegen in der niedrigen Leistungsklasse, den geringen Temperaurniveau, verfügbaren Komponenten sowie dem späteren Kostenszenario; Lösungsweg ist ein CR-Prozess mit isentropen oder trockenem Verlauf der Taulinie; einer (dyn.) Simulation mit detaillierter Abbildung des Stoffverhaltens und Aufbau eines Prüfstandes zum Test von CR-Anlagen der angestrebten Leistungsklasse.