ACCEPT - Advanced Clean Combustion for hydrogen-basEd Power Technology
Motivation und Hintergrund
Turbinen leisten aufgrund ihrer hohen, flexibel einsetzbaren Leistungsdichte einen zentralen Beitrag zur Stromversorgung, insbesondere im Zuge der Dekarbonisierung des Energiesektors und der Integration erneuerbarer, volatiler Energiequellen.
Derzeit werden Gasturbinen überwiegend mit Erdgas betrieben. Langfristig ist der Einsatz von Wasserstoff oder H2/CH4-Gemischen als klimaneutrale Alternativen anzustreben, um CO2-Emissionen signifikant zu senken und die Energieerzeugung nachhaltiger zu gestalten.
Die technologische Umsetzung wasserstoffbasierter Turbinen wird jedoch durch erhebliche Wissens- und Datenlücken erschwert, insbesondere hinsichtlich der turbulenten Wasserstoffverbrennung unter erhöhtem Druck.
Verfügbare Modelle und Reaktionsmechanismen schaffen es bisher nicht, das Flammenverhalten unter realistischen Betriebsbedingungen zuverlässig abzubilden. Dies stellt eine wesentliche Hürde für die sichere, stabile und effiziente Auslegung von Hochdruck-Brennkammern zur Wasserstoffverbrennung dar.
Projektziele
Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Schließung bestehender Wissenslücken im Bereich der turbulenten Wasserstoffverbrennung unter erhöhtem Druck. Dazu werden im Rahmen des Projekts folgende Maßnahmen verfolgt:
- Erhebung experimenteller Daten zur Verbrennung von Wasserstoff und H2/CH4 -Gemischen unter Druck im Rahmen fundamentaler Untersuchungen.
- Entwicklung und Validierung neuartiger Reaktionsmechanismen und numerischer Modelle, die das Verhalten turbulenter Flammen unter realistischen Hochdruckbedingungen mit höherer Genauigkeit und Effizienz abbilden können.
- Systematische Parameterstudien zur Bewertung verschiedener Brenner- und Düsendesigns, um deren Einfluss auf Flammenstabilität, Thermoakustik und Emissionsverhalten zu analysieren.
- Experimentelle Charakterisierung ausgewählter Konfigurationen in einem druckbeaufschlagten Modellreaktor mit Betriebsdrücken bis zu 10 bar zur praxisnahen Bewertung von Stabilität und Skalierbarkeit
Druck-Gegenstrombrenner mit Beispielflamme
Am KIT
Am KIT stehen grundlagenorientierte, experimentelle Untersuchungen zur Beschreibung und Quantifizierung von Schlüsselfaktoren der Hochdruckverbrennung im Fokus:
- Bestimmung chemischer Zeitskalen und Stabilitätsgrenzen für Wasserstoff- und H2/CH4-Flammen unter Druck mittels eines Gegenstrombrenners.
- Einsatz eines Druck-Reaktors zur gezielten Untersuchung ausgewählter Brenner- und Düsenkonfigurationen bei Betriebsdrücken von bis zu 10 bar.
Hochdruck-Versuchsanlage mit optischem Zugang
Projektleitung und Kontaktpersonen:
Prof. Dr.-Ing. Dimosthenis Trimis
Email: dimosthenis.trimis∂kit.edu
Dr.-Ing. Björn Stelzner
Email: bjoern.stelzner∂kit.edu
Dr.-Ing. Stefan Harth
Email: Stefan.Harth∂kit.edu
Hanna Hülsmann, M.Sc.
Email: Hanna.Huelsmann∂kit.edu
Disclaimer: Finanziert von der Europäischen Union. Die hier geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch ausschließlich die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Union oder des Clean Hydrogen Joint Undertaking wider. Weder die Europäische Union noch die gewährende Behörde können für sie verantwortlich gemacht werden.