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24.09.2018 | SynErgie

Flexible Kompressoren für die Luftzerlegung

Quelle: UniBwM
Messstrecke mit dem zentral zwischen den blauen Stützen verbauten Drallerzeuger und optischen Zugängen im Zu- und Ablauf.
Quelle: UniBwM

Luft in ihre Hauptbestandteile zu zerlegen verbraucht viel Energie, da sie stark verdichtet werden muss. Damit Energie hier flexibler genutzt werden kann, forschen die Universität der Bundeswehr und MAN an einem neuen zentralen Regelorgan der Kompressoren, dem sogenannten Drallerzeuger.

Die Trennung der Luft in ihre Hauptbestandteile Stickstoff, Sauerstoff und Argon ist besonders energieintensiv. Über ein Prozent des deutschen Stromverbrauchs geht zulasten dieses Prozesses. Damit dafür künftig Energie aus erneuerbaren satt aus fossilen Quellen genutzt werden kann, muss das Verfahren der Luftzerlegung flexibler werden. Wie das gelingen kann, wird im FlexASU-Projekt mit der Unterstützung des Kopernikus-Projekts SynErgie erforscht.

Ein Knackpunkt für die Flexibilisierung der Luftzerlegungsanlagen stellt die Kompression der zu zerlegenden Luft dar. Nahezu der gesamte elektrische Energiebedarf des Luftzerlegungsprozesses wird in den für die Druckerhöhung zuständigen Kompressoren aufgewendet. Bisher wurden Luftzerlegungsanlagen möglichst unverändert im Auslegungspunkt bei höchstem Wirkungsgrad des Verdichters gefahren. Signifikante Abweichungen von diesem Betriebspunkt höchster Effizienz hatten bisher ein starkes Ansteigen der Energieverluste im Kompressor zur Folge. Ein flexibler Kompressorbetrieb führt so unweigerlich zu höherem Energieverbrauch und erheblichen Mehrkosten. Um die Luftzerlegung weiter effizient und dennoch flexibel zu gestalten, rückt die Notwendigkeit eines deutlich erweiterten verlustarmen Betriebsbereichs in den Fokus der Verdichterauslegung.

Aus diesem Anlass wurde in einer Kooperation des Instituts für Strahlantriebe der Universität der Bundeswehr und der Firma MAN ein neues Konzept für das zentrale Regelorgan der Kompressoren, dem sogenannten Drallerzeuger, entwickelt. In ersten grundlegenden Untersuchungen wurde ein neues Konzept für den Drallerzeuger ausgearbeitet. Mithilfe dessen konnten verlustintensive Effekte in der Umströmung des Drallerzeugers drastisch reduziert werden. Speziell abseits des Auslegungspunktes wurden beträchtliche Verbesserungen nachgewiesen. Um diese Untersuchungen im Detail fortführen zu können, wurde an der Universität der Bundeswehr München im Rahmen des SynErgie-Projekts ein spezieller Prüfstand ausgelegt und aufgebaut. Die alte Drallerzeugergeometrie kann hier mit der neu entwickelten verglichen und bewertet werden. Unter maschinennahen Betriebsbedingungen soll das Potenzial des neuen Drallerzeugers untersucht und weitere Verbesserungspotenziale identifiziert werden. Hierzu werden sowohl klassische Strömungsmesssonden als auch fortschrittliche optische Messverfahren angewandt.

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