Rückgewinnung der Abwärme aus Flugzeugen senkt Kraftstoffverbrauch
Mit der immer komplexeren Elektrik werden Flugzeugtriebwerke effizienter und sicherer. Nun soll die Energieversorgung elektrischer Systeme durch Wärmerückgewinnung auch nachhaltiger werden. Im Rahmen von RENERGISE (Innovative management of energy recovery for reduction of electrical power consumption on fuel consumption) entwickelten Forscher zwei Stromerzeugungseinheiten, die durch Energierückgewinnung Strom aus Abwärme produzieren. Diese Einheiten können entweder herkömmliche Systeme ersetzen, die über das Hauptgetriebe mit Strom versorgt werden, oder mit ihnen kombiniert werden. Zur Umwandlung von Abwärme in Strom wurden zwei Ad-hoc-Verfahren eingesetzt: ein statisches und ein dynamisches Energierückgewinnungssystem. Bei der statischen Rückgewinnung wurde die Abwärme durch einen an der Motorabdeckung installierten thermoelektrischen Generator direkt in Strom umgewandelt. Dabei wurde aus dem Temperaturunterschied auf beiden Seiten Spannung erzeugt. Da die Spannung des thermoelektrischen Moduls sinkt, je mehr Strom erzeugt wird, wurde MPP-Tracking (Maximum Power Point) eingesetzt, um die maximale Leistung zu erzielen. Ein weiterer Projektschwerpunkt war der Einsatz eines Superkondensator-Teilsystems, das als Energiezwischenspeicher zwischen thermoelektrischem Modul und DC-Bus-Hauptversorgung fungiert. Mit diesem Subsystem wurden vor allem transiente Lasten kompensiert und damit die Nennleistung reduziert. Beim dynamischen Rückgewinnungssystem wurde mit der kinetischen Energie der Abgase eine Gasturbine angetrieben, die mit einem Permanentmagnet-Synchrongenerator gekoppelt ist, was eine sehr hohe Stromleistung ergab. Mit einem Drei-Phasen-Wechselrichter im Gleichrichterbetrieb wurde Wechsel- in Gleichstrom umgewandelt. Weiterhin wurde eine Rückkopplungssteuerung zur Stabilisierung der Generatorleistung implementiert. Für den Kühler wurden mehrere für die Leistungsdichte geeignete Lösungsansätze getestet. Da durch Nutzung von Abwärme aus Abgasen und Umwandlung in Elektrizität die Gesamtenergieeffizienz verbessert und der Treibstoffverbrauch gesenkt werden kann, trug RENERGISE mit den Abwärmerückgewinnungssystemen viel dazu bei, Flugzeuge effizienter zu machen.
Schlüsselbegriffe
Abwärme, Flugzeuge, Abgas, Stromerzeugung, Elektrizität, Energierückgewinnung, thermoelektrisch
