Einzigartige Forschungsinfrastruktur für grüne Energie- und Transportlösungen

Der Klimawandel schreitet voran, der weltweite Energiebedarf und das Transportaufkommen steigen. Gemeinsam mit PartnerInnen aus Wissenschaft und Industrie wird am LEC-Firmenstandort Campus Inffeld der Technischen Universität Graz auf Hochtouren daran gearbeitet, Energie- und Transportsysteme nachhaltiger, effizienter, robuster und flexibler zu machen, um die Klimaziele zu erreichen.

Dazu braucht es neben exzellentem Know-how und Erfahrung eine leistungsstarke hochflexible Infrastruktur, mit der individuell und rasch auf unterschiedliche Anforderungen und Fragestellungen aus der Industrie eingegangen werden kann. Das LEC hat sich diesbezüglich weltweit einen Namen gemacht. Die Infrastruktur wird von Expertinnen und Experten aus aller Welt als einzigartig eingestuft. Die virtuelle Designmethodik wurde mehrfach ausgezeichnet. Diese Basis ermöglicht es dem LEC, neue Trends und Ideen früher als andere auszuprobieren und zu erproben. Wie zum Beispiel Antriebslösungen mit Wasserstoff oder anderen E-Fuels.

Die hohe Flexibilität bezüglich unterschiedlicher Anforderungen an die Infrastruktur, gepaart mit umfassendem Simulations-Know-how, machen das LEC zum Vorreiter und ersten Ansprechpartner für die Industrie, wenn es es um nachhaltige Lösungen für die Zukunft geht.

 

Die Infrastruktur: Hochflexible Prüfstände & Anlagen

einzigartige LEC-Prüfstandsinfrastruktur

Am LEC befinden sich vier Einzylinder-Prüfstände, die für Vorentwicklung und Komponententests genutzt werden. Darüber hinaus wird seit Frühjahr 2020 einer der flexibelsten und innovativsten Motorenprüfstände Europas betrieben, der auch weltweit im Spitzenfeld liegt. Aufgrund seiner Flexibilität und der Möglichkeit zur Analyse von Gesamtkonzepten wird er als „Systemprüfstand“ bezeichnet. Er verfügt nicht nur über einen hochflexiblen Mehrzylinder-Motor in der Leistungsklasse von bis zu 3,5 Megawatt, sondern auch über neue Anlagen zur Kraftstoffaufbereitung, umfangreiche messtechnische Einrichtungen und alle erforderlichen Sicherheitssysteme.

Derzeit wird dieser Prüfstand mit seinen Zusatzkomponenten als Demonstrator für das Konzept von HyMethShip genutzt. Dieses Konzept kombiniert einen Membranreaktor, ein System zur CO2-Abscheidung, ein Speichersystem für CO2 und Methanol sowie einen Wasserstoffverbrennungsmotor zu einem innovativen Gesamtsystem, das nahezu ohne CO2-Emissionen funktioniert. Eine Referenzfähre (sie verkehrt zwischen Göteborg und Kiel) wurde definiert und anhand ihres Fahrprofils wird am LEC in Graz demonstriert, wie sich das entwickelte Antriebssystem verhalten würde. Weitere Folgeprojekte, für die dieser innovative Systemprüfstand genutzt wird, sind bereits in Planung.

Dieses innovative Gesamtsystem macht es möglich, dass mit unterschiedlichen Kraftstoffen – von Wasserstoff über E-Fuels bis hin zu Hybridlösungen – gearbeitet werden kann. So können Konzepte für emissionsfreie Hochseeschifffahrt ebenso erforscht werden wie eine grüne Energiegewinnung in Kraftwerken.

 

Quick Facts
  • 4 Prüfstände mit Einzylinder-Forschungsmotoren
  • Hochflexibles Forschungsmotor-Konzept (>16 Konfigurationen verfügbar)
  • Ladeluftkompressoranlage zur Simulation von zweistufiger Aufladung (bis zu 10 bar)
  • Betrieb mit unterschiedlichsten flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen
  • Hocheffizientes Sicherheitssystem (für Betrieb mit H2, CO, etc.)
  • Umfassende messtechnische Ausrüstung
  • Hochdruck Gasanlage (bis zu 600 bar)

Die Infrastruktur: Hochflexible Prüfstände & Anlagen

Am LEC befinden sich vier Einzylinder-Prüfstände, die für Vorentwicklung und Komponententests genutzt werden. Darüber hinaus wird seit Frühjahr 2020 einer der flexibelsten und innovativsten Motorenprüfstände Europas betrieben, der auch weltweit im Spitzenfeld liegt. Aufgrund seiner Flexibilität und der Möglichkeit zur Analyse von Gesamtkonzepten wird er als „Systemprüfstand“ bezeichnet. Er verfügt nicht nur über einen hochflexiblen Mehrzylinder-Motor in der Leistungsklasse von bis zu 3,5 Megawatt, sondern auch über neue Anlagen zur Kraftstoffaufbereitung, umfangreiche messtechnische Einrichtungen und alle erforderlichen Sicherheitssysteme.

Derzeit wird dieser Prüfstand mit seinen Zusatzkomponenten als Demonstrator für das Konzept von HyMethShip genutzt. Dieses Konzept kombiniert einen Membranreaktor, ein System zur CO2-Abscheidung, ein Speichersystem für CO2 und Methanol sowie einen Wasserstoffverbrennungsmotor zu einem innovativen Gesamtsystem, das nahezu ohne CO2-Emissionen funktioniert. Eine Referenzfähre (sie verkehrt zwischen Göteborg und Kiel) wurde definiert und anhand ihres Fahrprofils wird am LEC in Graz demonstriert, wie sich das entwickelte Antriebssystem verhalten würde. Weitere Folgeprojekte, für die dieser innovative Systemprüfstand genutzt wird, sind bereits in Planung.

Dieses innovative Gesamtsystem macht es möglich, dass mit unterschiedlichen Kraftstoffen – von Wasserstoff über E-Fuels bis hin zu Hybridlösungen – gearbeitet werden kann. So können Konzepte für emissionsfreie Hochseeschifffahrt ebenso erforscht werden wie eine grüne Energiegewinnung in Kraftwerken.

Die einzigartige LEC-Prüfstandsinfrastruktur

  • 4 Prüfstände mit Einzylinder-Forschungsmotoren
  • Hochflexibles Forschungsmotor-Konzept (>16 Konfigurationen verfügbar)
  • Ladeluftkompressoranlage zur Simulation von zweistufiger Aufladung (bis zu 10 bar)
  • Betrieb mit unterschiedlichsten flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen
  • Hocheffizientes Sicherheitssystem (für Betrieb mit H2, CO, etc.)
  • Umfassende messtechnische Ausrüstung
  • Hochdruck Gasanlage (bis zu 600 bar)

Umfassende Forschung und Entwicklung aus einer Hand

Mit dieser weltweit wohl einzigartigen Forschungsinfrastruktur kann das LEC auf flexible Fragestellungen seiner Forschungs- und EntwicklungspartnerInnen reagieren und Lösungen aus einer Hand bieten. Unternehmen können die Ergebnisse der LEC-Forschung, etwa unter Einsatz der VirtuellenDesign Methode des LEC (LDM) zur simulationsbasierten Optimierung von Großmotoren, schnell übernehmen und in ihre Anwendungen, also in reale Anlagen, integrieren. Sei es für emissionsarme Energiegewinnung in Kraftwerken oder für grüne Antriebslösungen im Transportsektor, von Frachtschiffen über Lokomotiven bis hin zu LKWs.

  • Gesamtes Forschungsspektrum von der Grundlagenforschung bis zur Umsetzung in reale Anwendungen und Demonstration von Gesamtsystemen
  • Analyse von Teilbereichen (z. B. Flammenausbreitung) bis hin zum gesamten Motorensystem – vom Kraftstoff bis zur Abgasnachbehandlung
  • Untersuchung von Konzepten für unterschiedliche flüssige und gasförmige Kraftstoffe: von Ammoniak über Wasserstoff und Erdgas bis hin zu synthetischen Kraftstoffen, sogenannten E-Fuels, inklusive der dafür notwendigen hocheffizienten Sicherheitssysteme (für Betrieb mit Wasserstoff, Kohlenmonoxid, etc.)
  • Einzigartige Einrichtungen für die Grundlagenforschung (Test Rigs): Im IIC-Lab des LEC mit seinem Einhubtriebwerk (RCEM) können spezielle Abläufe in Verbrennungsmotoren mit modernster Lasermesstechnik untersucht werden. Dies ermöglicht besonders effiziente und genaue Visualisierung von Abläufen in einem Brennraum. Mit dem Einhubtriebwerk kann unter anderem die Strömungssituation in einer Vorkammer analysiert werden, was in dieser Form einzigartig ist.

Die Key Features der LEC-Infrastruktur

Test Facility

  • 4 SCE Prüfstände (bis max. 600 KW)
  • New: MCE Prüfstand (bis max. 3.500 KW)
  • 10 bar Ladeluft-Kompressoranlage (gesamte Leistung 1.100 KW)
  • Konditionieranlagen Öl, Kühlwasser und Ansaugluft (bis max. 250°C)
  • Zentrales Sicherheits- und Haustechniksystem
  • Dynamik- und Dauerlauffähigkeit SCE Prüfstände
  • IIC-Lab (RCEM, Einspritzkammer, …)

Fuels

  • Gasförmige Kraftstoffe: NG, NNG, CNG (600 bar), H2, CO, Propan
  • Flüssige Kraftstoffe: Diesel, Benzin, Methanol, NH3
  • Gasmischer für NNG
  • NG/Propan Mischer für MZ Variation<

Engines

  • SCE 2.4 .. 26.4 dm³
  • Xx Konfigurationen
  • Flexibilität (Brennverfahren, Konfiguration, Drehzahl, …)
  • PFP max. 300 bar (max. 200 mm Bohrung)
  • New: MCE Jenbacher 612 als Basismotor (2 MW)

Test Rigs

  • Zündungsprüfstand
  • Zündfunkenprüfstand
  • Einspritzlabor
  • RCEM 10K-Gasmischer
  • NH3- und H2-Tauglichkeit

Measurement Techniques

  • Standardmesstechnik (p, T, mass, Blow-By, …)
  • Druckindizierung
  • Optische Messtechnik
  • Leistungsmessung mit HBM Flansch auf allen Prüfständen
  • Abgasmesstechnik
  • Partikelmesstechnik
  • Ölverbrauchsmesstechnik
  • Instrumentierte Motorbauteile bis hin zu Telemetriesystemen an bewegten Bauteilen

Data and Quality Management

  • Standardisierung
  • Messdatenserver
  • LEC MCheck wird eingesetzt

Virtual lab-tour