Wasserstoffverbrennung in stationären Gasmotoren

Dieses vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Verbundprojekt (H2VKM) beschäftigt sich mit der Verbrennung von gasförmigem Brennstoff aus reinem Wasserstoff in stationären Verbrennungsmotoren zur dezentralen Stromerzeugung.

Das Teilprojekt der WTZ Roßlau gGmbH hat das übergeordnete Ziel, ein Hochleistungs-Erdgas-Genset für den sauberen und sicheren Betrieb mit 100% Wasserstoff in Zusammenarbeit mit der Caterpillar Energy Solutions GmbH umzurüsten und zu betreiben. Dieses Ziel lässt sich in drei einzelne Entwicklungsziele untergliedern, welche im Forschungsverbund erarbeitet werden.

Das erste Ziel ist die Gewinnung eines tiefgreifenden Einblickes in die Unterschiede des Brennverhaltens zwischen Erdgas und Wasserstoff durch die Betrachtung des Motorbetriebes mit schrittweiser Substitution von Erdgas durch Wasserstoff. Die theoretische Grundlage wird durch eine Literaturrecherche und dem Erfahrungsaustausch der Projektpartner erarbeitet. Dieses Wissen soll bei der Auslegung und Entwicklung einer Gasversorgungsstrecke für den Motorbetrieb im WTZ Roßlau genutzt werden. Im Fokus der ersten Untersuchungen steht die Motorperformance in verschiedenen Betriebsmodi mit variablen Wasserstoffanteilen.

Das zweite Ziel ist der Umbau und der Betrieb des Versuchsträgers mit Fokus der Optimierung des Wirkungsgrades im 100% Wasserstoff-Gasmischer-Betrieb und die Umsetzung des entwickelten Sicherheitskonzeptes auf einem Motorenprüfstand der WTZ Roßlau gGmbH. Zur Umsetzung des Sicherheitskonzeptes für den sicheren Umgang mit Wasserstoff am Motorenprüfstand werden entsprechende technologische Anpassungen erarbeitet und umgesetzt, sowie Mitarbeiter geschult. Neben Anpassungen am Gasversorgungs-, Auflade- und Sicherheitssystem werden Änderungen an Bauteilen der Motormechanik wie Kolben und Ventilsteuerung vorgenommen.

Das dritte Ziel ist die Auslegung, Beschaffung und Anpassung eines Port-Fuel-Injection Gaseinblasungssystems, sowie dessen Implementierung am Vollmotor zur Steigerung der Motorleistung und weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades. Im Versuchsbetrieb werden entsprechende Anpassungen in der Motorsteuerung vorgenommen und auf die Anforderungen des Einblasesystems übertragen. Die erhaltenen Daten, sowie die Versuchsbauteile werden hinsichtlich der Motorperformance, Emission, Wasserstoffbeständigkeit und Sicherheit untersucht.