SimPleShip

Laufzeit: 2022-2025

Das Projekt SimPleShip ist ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des „Maritimen Forschungsprogramm“ gefördert Verbundvorhaben. Das Ziel ist die Entwicklung einer Simulationsplattform zur digitalen Gesamtanalyse und energetischen Betriebsoptimierung komplexer Passagierschiffe.
Mittels eines digitalen Abbildes (digital twin) können so Optimierungsmöglichkeiten bestehender Energiesysteme an Bord von Schiffen analysiert und Potentialanalysen zukünftiger neuer Energieerzeugungs- und -speichersysteme durchgeführt werden.

Das Projekt legt bei der Entwicklung, neben den Hauptkomponenten zur Energieumwandlung auf der Erzeugerseite, der Energiespeicherung und den antriebsseitigen Verbrauchern, einen besonderen Fokus auf passagierschifftypischen Anlagen wie zum Beispiel Klimatisierung und Wasseraufbereitung. Die Modellbibliothek enthält neben konventionellen Energiewandelsystemen Modelle neuartiger Systeme wie zum Beispiel Dual-Fuel-Motoren, Brennstoffzellen und Energiespeichersysteme in Form von elektrochemischen Batterien und thermischen Speichern.

Anhand der Modelle, die mit der Simulationsplattform erstellt werden, werden Untersuchungen hinsichtlich der Effizienzsteigerung in transienten Betriebszuständen wie z.B. dem Hotelbetrieb im Hafen, bei An- und Ablegemanöver oder das Verhalten des Systems unter verschiedenen klimatischen Bedingungen durchgeführt werden.


CAMPFIRE: Teilvorhaben CF08_2.3 und CF10_3

Laufzeit: 2020-2023

Das CAMPFIRE-Bündnis gehört zum Leitprojekt TransHyDE des BMBFs. Das Projekt bündelt Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für die Umsetzung der gesamten Transportkette von grünem Ammoniak am Standort Energiehafen Rostock-Poppendorf in der Region Nord-Ost. Ziel ist die Entwicklung von Energieumwandlungs- und Speichersystemen auf der Basis von grünem Ammoniak.

Neben Logistikstrukturen für den Ammoniak-Import und den Betrieb von Schiffen werden Lösungen für die Versorgungssicherheit durch regionale Erzeugung und Speicherung benötigt. Es werden dynamische Wandlungstechnologien für stationäre und mobile Energieversorgung sowie Versorgung von Tankstellen und Leitungen entwickelt.

Das Teilvorhaben CF08_2.3 befasst sich mit der thermischen Kopplung innerhalb eines Systems aus Ammoniak-Gasmotor und Ammoniak- Zersetzungseinheit. Die Zersetzungseinheit wird für die Aufbereitung des Ammoniaks benötigt, um ein gut zündfähiges Gemisch zu erzeugen. Sowohl die thermische Kopplung als auch die Zersetzungseinheit werden am LTT mittels verschiedener Simulationen analysiert und optimiert. Im Teilvorhaben CF10_3 wird die landseitigen Betankung von Schiffen mit grünem Ammoniak untersucht. Der LTT bearbeitet dabei die Fragestellung der thermischen Aufbereitung des Ammoniaks für den Tankvorgang. Dazu wird eine Modellierung des Prozesses vorgenommen, um die auftretend Wärmeströme zu analysieren und verschiedenen Betankungskonzepte bewerten zu können.


ESTAWIK-3D – Entwicklung eines stationären Wirbelschichtverfahrens zur dezentralen Verwertung von Klärschlämmen im kleinen Leistungsbereich auf Basis multiphysikalischer 3D-CFD-Methoden

Laufzeit: 2020-2023

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Abwässer von Städten und Kommunen werden üblicherweise zentral gelegenen Kläranlagen zugeführt. Bei der Wasserreinigung fallen Schlämme an, die zur Düngung von landwirtschaftlich genutzten Flächen verwendet werden können. Gemäß der aktualisierten Klärschlammverordnung werden jedoch die reine Einlagerung sowie die Bodenaufbringung spätestens ab dem Jahr 2029 stark eingeschränkt, sodass Rohstoffe wie Phosphor teilweise zurückgewonnen werden müssen. Daher wird in diesem Projekt die Verwertung des Klärschlamms in dezentralen Wirbelschicht-Feuerungsanlangen kleiner Leistung untersucht, um trotz der inhomogenen und variablen Zusammensetzung des Klärschlamms eine ökonomisch und ökologisch nachhaltige Nutzung als alternativen Brennstoff zu ermöglichen. Um die detaillierte Auflösung aller multi-physikalischen Prozesse während der thermochemischen Konversion und Konvektion des stark wasserhaltigen Brennstoffs zu ermöglichen, kommen CFD-, CHT- sowie FEM-Simulation zum Einsatz. Dieser kombinierte Simulationsansatz ermöglicht die Erfassung der thermischen Belastung der Stahlkonstruktion und somit erst eine effektive Beurteilung und Reduktion der resultierenden Spannungen innerhalb des gesamten Wirbelschichtreaktors.


Dynamisches Exergiekonzept für eine effizientere transiente Betriebsweise gekoppelter thermisch-elektrischer Energieversorgungsstrukturen

Laufzeit: 2019-2022

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird beabsichtigt, mit Hilfe von instationären Modellierungs- und Simulationsansätzen eine innovative Methodik zur dynamischen Bilanzierung von Exergieinhalten thermisch-elektrischer Energieversorgungsstrukturen zu entwickeln und ihren Nutzen zu demonstrieren. Die Problemstellung begründet sich durch die mit transienten Betriebsweisen verbundenen Wärmeübergänge und die damit einhergehenden Exergieverluste, die bisher bei der Untersuchung von Energiesystemen nicht berücksichtigt werden. Aufgrund des fortschreitenden Ausbaus von fluktuierend einspeisenden erneuerbaren Energien in das Stromnetz kommt es bei der gekoppelten Bereitstellung von Strom und Wärme zu häufigeren Laständerungen. In der Konsequenz erfolgen dadurch ein höherer Verbrauch von fossilen Energieträgern und höhere Kohlendioxidemissionen im Vergleich zum stationären Betrieb. Als Demonstrationsobjekt für das Konzept soll eine typische Gas- und Dampfturbinenanlage mit Wärmespeicher dienen, wie in sie in großer Zahl sowohl in Deutschland als auch international zur Bereitstellung von thermischer und elektrischer Energie genutzt wird. Durch die Untersuchung von transienten Exergieverlusten lassen sich neue Bewertungsparameter zum Betrieb und zur Dimensionierung von Energieversorgungsstrukturen ableiten. Im ersten Ansatz kann damit für die Auswahl einer geeigneten Erzeugungsanlage die für den tatsächlich auftretenden dynamischen Betrieb optimale Anlage gewählt werden und nicht wie derzeit üblich die für den Nominalbetriebspunkt optimale Anlage, wodurch eine Reduzierung von Emissionen und Energieeinsatz erfolgt. Darüber hinaus soll durch den Einsatz innovativer Regelkonzepte aktiv das Auftreten von transienten Wärmeströmen und damit einhergehender Exergieverluste vermieden werden.

gefördert durch:


Abgeschlossene Projekte

Abgeschlossene Projekte

  • Netz-Stabil: Netzstabilität durch thermische Anlagen und Sektorenkopplung
     
  • MEmBran - Modellierung von Emissionen und Brennstoffverbrauch beim Manövrieren von Schiffen (BMWi)
     
  • Eta-Up: Steigerung des Gesamtnutzungsgrades und Reduzierung der Reibverluste am mittelschnelllaufenden Dieselmotor (BMWi)
     
  • LEDF-II (Low Emission Dual Fuel - Konzepte) - Innovative Brennverfahrenskonzepte für effiziente und emissionsarme Schiffsdieselmotoren der nächsten Generation (BMWi)
     
  • Mehrfacheinspritzstrategien Optimierung Gemisch/Verbrennung Großdieselmotor (DFG)
     
  • VESTAadd - Entwicklung einer Simulationsmethodik zur Überprüfung und Optimierung verschiedener Anlagenkonzepte für die Anwendung stark fluktuierender Ersatzbrennstoffe (BMWi)
     
  • THERRI: Ermittlung von Kennwerten zur Bewertung thermischen Ermüdungsrisswachstums in Kraftwerken (BMWi)
     
  • VESTAplus - Simulationsgestützte numerische Untersuchungen von Wärmeübergangseffekten in stationären Wirbelschichtanlagen unter Berücksichtigung verschiedener Brennstoff- und Anlagenkonzepte (AiF)
     
  • Wear investigation model for primary and secondary controlled thermal power plants of the Entso-E-grid, VGB PowerTech 362
     
  • Auswirkungen von fluktuierender Windenergieeinspeisung auf das regel- und thermodynamische Betriebsverhalten konventioneller Kraftwerke in Deutschland, Teil II, VGB PowerTech 333
     
  • Auswirkungen von fluktuierender Windenergieeinspeisung auf das regel- und thermodynamische Betriebsverhalten konventioneller Kraftwerke in Deutschland, VGB PowerTech 283
     
  • J.Safarov, Thermodynamische Eigenschaften von Meerwasser, DFG
     
  • S.Herrmann, Schwingdrahtviskosimeter mit integriertem Ein-Senkkörper-Dichtemessverfahren für Untersuchungen an Gasgemischen in größeren Temperatur- und Druckbereichen, DFG
  • R.Bank, Theoretische und experimentelle Untersuchungen von Katalysatorenzur dieselmotorischen Abgasnachbehandlung zur Unterstützung von On-Board-Diagnose-Systemen, Drittmittel
  • M.Epp, MAPRO - Maritime Allianz Profile - Untersuchung des Verbrennungsverhaltens schwerölbetriebener Dieselmotoren am Beispiel eines Einzylinder-Forschungsmotors mit Hilfe laseroptischer Messverfahren mit dem Hintergrund schwankender Kraftstoffqualitäten, BMBF
     
  • M.Reißig, Untersuchungen zum Kaltstartverhalten eines direkteinspritzenden Ottomotors, Drittmittel
  • J.Turnow, Analyse der physikalischen Mechanismen zur Erhöhung des Wärmeübergangs auf Dellenoberflächen, DFG
  • G.Steffen, Berechnungen zum Wärmehaushalt eines wassergekühlten E-Motors, Drittmittel
     
  • M.Walter, N. Kornev, Untersuchung von turbulenten Mischungsvorgängen mit chemischer Reaktion mittels RANS und LES, Haushalt
     
  • N.Kornev, A.Taranov, E.Shukin, ShipLESBMWI
     
  • E.Sixel, CFD Berechnung von Strömung und Verbrennung in der Vorkammer eines Otto-Gas-Motors
     
  • U.Walter, Untersuchung des Wärmehaushalt eines Nassläufer-E-Motors
     
  • A.Schulze, Grundlagenuntersuchungen am Rostocker Ringbrenner
     
  • J. Safarov, Examination of thermal properties of heat transfer substances and the resulting optimization of concepts of technical installations, ASE 1073355, Alexander von Humboldt Stiftung
     
  • C.Janssen, Thermodynamische Modellrechnung zur Simulation der verbrennungsmotorischen Prozesse und der Schadstoffbildung, Drittmittel
     
  • N.Chindaprasert, Two-Zone Combustion Model in Spark Ignition Engine, Drittmittel
     
  • S.Jahnke & V. Zhdanov & M.Walter, Untersuchung von Mischungsvorgängen in Strahlmischern mit der Grobstruktursimulation unter Berücksichtigung von Wärmeübertragung und chemischer Reaktion, DFG-SPP 1141
     
  • H.Kröger & D.Wendig, Flammenrückschlag durch verbrennungsinduziertes Wirbelaufplatzen in freien Wirbelröhren, DFG
     
  • F.Gottelt,Kraftwerksbetrieb bei Einspeisung von Windparks, Drittmittel
     
  • D.Buttig, Untersuchung zur Diffusion von Gasen und Dämpfen in einer Loschmidt-Zelle mittels holografischer Interferometrie, DFG
     
  • D.Webersinke, Optimierung der Kühlung elektronischer Baugruppen, Drittmittel