2021-07-01  –  2024-06-30

377.399,89 EUR

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 4 - Maschinenwesen - Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, Aachen, Nordrhein-Westfalen

03EE5074C

Konventionelle Kraftwerkstechnik - Komponentenentwicklung [EA1312]

01232664/1  –  3DOxOxTurbine - Steigerung der Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit von stationären Gasturbinen durch den Einsatz 3D-geflochtener oxidkeramischer Faserverbundwerkstoffe

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Ein Schlüsselelement zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende liegt in der Transformation des von fossilen Energieträgern geprägten bundesdeutschen Kraftwerkparks, hin zur nachhaltigen Energieproduktion aus erneuerbaren Energieträgern. Einen Beitrag hierzu können Gasturbinenkraftwerke leisten, die durch ihre hohe Flexibilität die Sicherung der Grundlastversorgung bei witterungsbedingten Schwankungen erneuerbarer Energieträger gewährleisten. Eine Steigerung der Effektivität und Reduktion der Abgasemissionen, insbesondere der Minimierung des CO2-Ausstoßes, ist durch den Einsatz neuer Turbinenwerkstoffe möglich. Ein großes Potential hierzu bieten 3D-faserverstärkte Oxidkeramiken. Dank ihrer hohen oxidativen Beständigkeit in Kombination mit herausragenden strukturmechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen können 3D-geflochtenen Faserverbundkeramiken (engl. Ceramic Matrix Composite - CMC) die Leistungsfähigkeit thermischer Prozesse steigern. Dies ermöglicht die Entwicklung neuer Turbinengenerationen, sodass effizienzgesteigerte und wartungsarme Turbinen, befeuert mit Synthesegasen (bspw. erneuerbarer Wasserstoff und Biogas) zur Energiewandlung eingesetzt werden können. Das Forschungsprojekt 3DOxOxTurbine umfasst die Entwicklung einer 3D-geflochtenen Al2O3(f)/Al2O3-CMC sowie der hierzu notwendigen Anlagentechnik für die Herstellung des Verbundes. Die Ermittlung der leistungssteigernden Potentiale des neuen Werkstoffs für die Turbinenanwendung erfolgt hierbei auf Grundlage von Materialkennwerten durch Strukturvergleichsanalysen und Prozesssimulation. Die Materialkennwerte werden dazu in mechanischen Kurzzeittests bei hohen Temperaturen sowie in Prüfungen zur Bestimmung thermophysikalischen Eigenschaften erhoben. Um den industriellen Einsatz des neuen Werkstoffs aufzuzeigen, schließt das Vorhaben in der Fertigung eines Demonstrator-Turbinenbauteils, wie bspw. einer Brennkammerverkleidung oder einer Turbinenschaufel, ab.