Vor dem Hintergrund der beschlossenen Energiewende in Deutschland und immer strikteren EU - Verordnungen für Kraftfahrzeuge, ist eine der größten zukünftigen Herausforderungen die Sicherstellung einer emissionsarmen und effizienten Energieversorgung.
Bereits heute wird ein Großteil des Energiebedarfs im Primärenergiesektor durch erneuerbare Energien aus Solar- und Windkraftanlagen abgedeckt. Diese Technologien sind allerdings in ihrer Erzeugung von elektrischem Strom limitiert, da sie von Wetter und Tageszeiten abhängig sind. Eine Alternative bieten unter anderem Brennstoffzellen, welche schadstofffrei und geräuscharm arbeiten. Weiterhin bilden diese eine Alternative zu konventionellen Energiespeichern (Akkumulatoren), da höhere Energiedichten erreicht werden können. Um jedoch bedarfsgerecht eingesetzt werden zu können, müssen die Brennstoffzellensysteme möglichst klein sein und unter dynamisch schwankender Last eingesetzt werden können. Ein Ansatz dafür ist die Arbeit mit vorverdichteter Luft, womit ein dynamischerer Betrieb und kleinere Baugrößen ermöglicht werden. Um die Luft zu verdichten, werden aufgrund des guten Spitzenwirkungsgrades vermehrt Radialverdichter eingesetzt. Wenn diese jedoch aufgrund des dynamischen Betriebs im Teillastbereich betrieben werden, fällt der Wirkungsgrad teils stark ab. Den Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten insbesondere im Teillastbereich zu erhöhen, ist somit ein wichtiger Baustein für den effizienten Einsatz.
Weiterhin profitieren auch die mittelfristig weiterhin eingesetzten konventionellen Verbrennungsmotoren von agileren Verdichtern (Turboladern) mit höheren Wirkungsgraden. Gerade die durch den neuen WLTP-Fahrzyklus verschärften Forderungen nach weniger Emissionen und das damit verbundene Downsizing der Motoren führt, zu einer immer höheren Aufladung bei gleichzeitig stark wechselnden Betriebsbedingungen. Zusätzlich kann durch ein besseres Ansprechverhalten der Turbolader in niedrigen Drehzahlbereichen die Marktakzeptanz verbessert werden. Realisiert werden kann der höhere Aufladegrad beispielsweise über eine zweistufige Aufladung, bei welcher zu dem Abgasturbolader ein weiterer Kompressor in Reihe geschalten wird. Wenn dieser elektrisch betrieben wird, können über innovative Konzepte, wie zum Beispiel Roots- oder Schraubenkompressoren, das Transientenverhalten verbessert und die Emissionen des Gesamtsystems verringert werden.
Innerhalb des EFRE Projektes „Prüfstandsmodule für dynamische Aufladesysteme“ wird ein am TFD existierender Heißgasprüfstand um modulare Komponenten zur experimentellen Untersuchung von Aufladesystemen für mobile und stationäre Anwendungen erweitert. Ein Modul ist dabei die Zuluftkonditionierung, mit welcher möglichst reale Betriebsbedingungen eingestellt werden können. Dazu gehört auch ein elektrischer Heizer, um auch kleine Heißgasmasseströme und niedrigere Temperaturen darstellen zu können. Zur Messung der instationären, aerodynamischen Strömungsgrößen wird ein hochgenaues Messsystem angeschafft, mit welchem eine Prüfmethode für transiente und hochdynamische Betriebsbedingungen entwickelt werden soll. Weiterhin soll die Wellenleistung gemessen werden, um zusätzlich zu den aerodynamischen Kenngrößen eine redundante Wirkungsgradbestimmung zu ermöglichen und die Belastung der Antriebswelle zu untersuchen.
Die geplanten Erweiterungen dienen somit der Spitzenforschung auf dem Bereich zukünftiger Energiewandlersysteme.
Projektnummer ZW 6-85012291
