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Strom- und Wärmeerzeugung mit Thermoelektrischen Generatoren
Um den Klimawandel zu begrenzen, ist die erneuerbare Energieversorgung ein zentraler Baustein. Diese ist aktuell jedoch starken Schwankungen unterworfen und kann insbesondere im Winter den Energiebedarf nicht dezentral decken. Thermoelektrische Generatoren (TEGs) haben das Potenzial diese Energieversorgungslücke klimaneutral und wirtschaftlich zu schließen.
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Recovery+: Industrielle Abwärmenutzung erweitert durch Thermoelektrische Generatoren
Neben der Nutzung von erneuerbaren Energien ist auch die Effizienzsteigerung in allen Sektoren ein zentrales Instrument, um CO2-Emissionen zu reduzieren und den Klimawandel zu stoppen. Der Industriesektor bietet dafür ein besonders hohes Potenzial: Rund 30 Prozent des Endenergieverbrauchs in Deutschland wird für die Industrie benötigt. Zwei Drittel davon sind Prozesswärme (ca. 460 TWh), wobei prozessbedingt ein hoher Anteil dieser Energie ungenutzt als Abwärme verloren geht
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Antriebsentwicklung für den Next Generation Train (NGT)
Zentrale Komponenten des NGT Fahrwerks sind die radindividuell angetriebenen Räder und der zugehörige Radträger, der radial in einen Gleisbogen eingelenkt werden kann. Die elektrischen Motoren bilden hierbei gleichzeitig Antriebsaggregat und Aktuator zur Spurhaltung. So lässt sich das Fahrwerk über lediglich eine Komponente im Spurkanal ausrichten und in Bögen einlenken.
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The free-piston linear generator
Fuel is combusted in the free-piston linear generator, which speeds up the floating piston. The piston unit features permanent magnets. The linear relative movement between the permanent magnets and the coils enables the energy supplied by combustion to be extracted as electric power. The piston is braked by compression of a medium in a gas spring chamber and pushed back towards the combustion cylinder. Due to its design, the piston unit swings freely and is restricted by the combustion cylinder on one side and by the gas spring on the other.
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FPLG - SyncSim – Synchronization in Simulation
The Free-Piston Linear Generator (FPLG) is a freely oscillating power conversion unit which consists of three subsystems: the combustion chamber, the linear generator and the gas spring. One of the most important steps in the development of the FPLG is to reduce the vibration and noise through using a second piston unit.
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HD-TEG: Effizienzsteigerungspotenzial bei Nutzfahrzeugen durch den Einsatz eines Abwärmenutzungssystems − Thermoelektrik
Bei Verbrennungsmotoren gehen rund 2/3 der im Kraftstoff gespeicherten chemischen Energie durch Abwärme ungenutzt verloren. Davon entfällt etwa die Hälfte auf das Abgas. Thermoelektrische Generatoren (TEG) können einen Teil dieser Abwärme direkt in nutzbaren elektrischen Strom umwandeln und damit den Kraftstoffverbrauch reduzieren.
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Induktive Energieübertragung für fremderregte Traktionsantriebe
Forschungsschwerpunkt des Projektes ist die Substitution von Schleifringen in fremderregten Traktionsmotoren durch eine kontaktlose, induktive Energieübertragung. Grundsätzlich sind damit neben einem verschleißarmen Betrieb höhere Drehzahlen und damit gesteigerte Leistungsdichten von rotorseitig elektrisch erregten Antriebssystemen denkbar.
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Kombinierte Antriebs-Bremseinheit
Das Zurückführen von kinetischer Energie in den Energiespeicher mit einem elektrischen Antrieb, bringt die Möglichkeit mit sich die mechanische Bremse zu verkleinern. Die Leistung eines elektrischen Antriebs ist in der Regel jedoch nicht ausreichend, um die mechanische Bremse vollständig zu ersetzen.
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RExTEG: Strom aus Abwärme: Thermoelektrik macht Hybridfahrzeuge effizienter
Thermoelektrische Generatoren (TEG) wandeln Wärme in elektrischen Strom um. Ein vielversprechendes Einsatzgebiet für diese Art von Generatoren ist der Automobilbereich: Die dort verwendeten Verbrennungsmotoren nutzen nur rund ein Drittel der im Kraftstoff gebundenen Energie für den Antrieb, die restlichen zwei Drittel gehen als Abwärme verloren. Im Zuge des Projekts RExTEG hat das Institut das Potenzial dieser Technologie für den Einsatz in Hybrid- und Range-Extender-Fahrzeugen (REx) untersucht und erstmalig für diese ein Funktionsmuster entwickelt.
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RExTEG: Thermoelectric generator (TEG) for increasing efficiency in range extender vehicles
One of the key research areas of the Institute of Vehicle Concepts is increasing efficiency in vehicle power trains. One promising approach is the use of heat loss emitted from vehicles with combustion engines. The Institute of Vehicle Concepts has already shown ways in which thermoelectric generators can be integrated into vehicles in several projects. Together with scientists from the Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques IPM, the DLR is now investigating how thermoelectric generators can also be used in electric vehicles with range extenders in a beneficial way.
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THS-Bus: Thermische Hochleistungsspeicher für Elektrobusse
Im Projekt THS-Bus soll erstmalig das Potential Thermischer Hochleistungsspeicher (THS) auf Basis metallischer Phasenwechselmaterialien (mPCM) für den Einsatz als Innenraumheizsystem in batterieelektrischen Bussen demonstriert werden.
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Thermal high-performance storage unit for vehicle application
A generally known problem for electric vehicles is the range reduction during winter months. The implementation of high-performance thermal storage units offers an attractive solution to provide the thermal energy for interior heating and increase range in winter term conditions. The storage unit, developed by the Institute of Vehicle Concepts at DLR in Stuttgart, is using metallic Phase Change Materials (mPCM) for this purpose.
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Thermoelectric energy conversion and Thermoelectric Generator (TEG)
The conversion of thermal energy into electrical energy is based on the Seebeck effect, which states that an electric voltage will arise in a conductor if it is subjected to a temperature difference. This effect is technically implemented in flat thermoelectric modules (TEM) also called Peltier elements. The current will flow if these modules are positioned between a heat source and a heat sink and an electric device is connected. The modules' efficiency not only depends on the material quality, but also increases as the temperature difference grows.
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Hochleistungswirbelstrombremse zur Verschleiß- Wartungs- und Feinstaubreduktion für Fahrzeuganwendungen
Schwere Nutzfahrzeuge emittieren bei einer Fahrleistung von 69 Mrd. Kilometern 2253 Tonnen Bremsstaub bei einem Emissionsfaktor von 32,7 mg/km. Plakativ entspricht dies der Gesamtmasse von 55 LKW mit 40 Tonnen Gesamtmasse. Das Institut forscht deshalb an einer verschleißfreien Wirbelstrombremse, um die Benutzung der emissions- und verschleißbehafteten mechanischen Bremse auf ein Minimum zu reduzieren.
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ESPESA – Electromechanical System and Power Electronics for Sustainable Applications
Das EU-Projekt ESPESA ist ein Wissensaustauschprojekt zwischen verschiedenen Forschungsinstituten, Universitäten und Unternehmen im Bereich von elektrischen Maschinen und Leistungselektronik. Im Rahmen des Projektes werden Workshops und Austauschforen bei den Partnern angeboten, um jungen Wissenschaftlern, die an ihrer Doktorarbeit arbeiten, bzw. diese gerade abgeschlossen haben, einen internationalen Austausch zu ermöglichen. Für vertieftes Interesse können auch Kurzbesuche bis zu einem Monat realisiert werden.
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Contact
Dr.-Ing. Frank Rinderknecht
Forschungsfeldleiter, Head of Research Area
Institute of Vehicle Concepts
Alternative Energiewandler, Alternative Energy Conversion
Stuttgart
Tel.: +49 711 6862 288
Fax: +49 711 6862-258
Downloads
DuoTherm®
(0.93 MB)
MonoTherm®
(1.31 MB)
RExTEG - Neuartiger Thermoelektrischer Generator zur Steigerung der Effizienz von Range Extender Fahrzeugen
(0.93 MB)
Handout Thermoelektrischer Generator
(0.19 MB)
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