Test von Injektoren für überkritische Gasturbinen

TEC4FUELS entwickelt aktuell sein Konzept für dynamische Hardware-in-the-Loop (HiL) Testings zur Sicherung der Kompatibilität von Energieträgern und den Materialien technischer Komponenten weiter. Die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten des Testverfahrens zeigt sich aktuell im EU-Forschungsprojekt HERMES, in dem TEC4FUELS marktübliche GDI-Injektoren (Gasoline Direct Injection), wie sie in Gasturbinen zum Einsatz kommen, mit Methanol unter überkritischen CO2-Bedingungen testet. Der Test war erfolgreich, denn die Injektoren arbeiteten 200 Stunden lang in der CO2-Atmosphäre bei 100 bar Einspritz-Druck.

Für diesen Test hat TEC4FUELS einen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand so modifiziert, dass er über einen Hochdrucktank und eine Einspritzkammer verfügt, die mit superkritischem CO2 gefüllt werden. Da das Hauptaugenmerk der Untersuchungen auf dem Injektor selbst liegt, kommen für die Hochdruckpumpe, die Vordruckpumpe und das Rail herkömmliche und marktgängige Komponenten aus dem Hochleistungseinspritzsystem zum Einsatz. Um den Injektor dauerhaft zu belasten und schließlich die Wirkung von Methanol auf den Injektor zu untersuchen, wird der Kraftstoff in einem Kreislauf durch die Komponenten gepumpt. Die Temperatur der Einspritzdüse wird auf bis zu 300 °C erhöht, um die Wirkung einer Gasturbinen-Brennkammer zu simulieren. Dieses Prinzip bildet den realen Betrieb nach und ermöglicht so, mögliche Probleme im Zusammenspiel des Kraftstoffsystems zu erkennen. Außerdem vermeidet diese Vorgehensweise übermäßigen Kraftstoffverbrauch.

Das HERMES-Energiesystem besteht aus einer Gasturbine, die mit austauschbaren erneuerbaren Brennstoffen wie flüssigem Methanol oder gasförmigem Wasserstoff arbeiten kann und überkritisches Kohlendioxid oder Xenon als Trägermedium (Super Critical Fluid, SCF) verwendet. Aufgrund der hohen Dichte des SCF wird die Kompressionsarbeit der Gasturbinenanlage deutlich reduziert, was zu einer erheblichen Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads führt. Durch Wind- oder Solarenergie erzeugter Überschussstrom wird zur Synthese von Methanol oder Wasserstoff unter Verwendung von Kohlendioxid und Wasser verwendet, die aus den Verbrennungsprodukten abgeschieden werden. Dies gewährleistet einen geschlossenen erneuerbaren Kohlenstoffkreislauf. Der in diesem Prozess erzeugte reine Sauerstoff wird gespeichert und für die Verbrennung in der überkritischen Gasturbine verwendet. Da nur reiner Sauerstoff und schwefelfreie Brennstoffe verbrannt werden, erzeugt HERMES keine Schadstoffe.

Das EU-Forschungsprojekt "HERMES" wird von der Europäischen Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON EUROPE unter dem Förderkennzeichen Nr. 101083748 gefördert.

(Die Bildrechte liegen bei dem Verfasser der Mitteilung.)

16. Juli 2024 | ID: 17022 | Artikel löschen

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