Concept study – using a hybrid vehicle as a CHP plant

Decentralisation and increasing energy efficiency are factors of success of the 'Energiewende'. Sensible interlinking of various energy markets will support and speed up the energy system transformation process. This concept study looks at and discusses an innovative approach to integrate power, heat and the mobility market using hybrid vehicles. Automobile electrification is steadily rising and goes hand-in-hand with qualitative (larger energy storage options) and quantitative storage capacity (much more hybrid vehicles). Further utilisation options of electrical storage units in e-vehicles for intermediate storage to compensate volatile renewable energy sources are being discussed and tested. The innovative approach of integrating future full-hybrid vehicles with the principle of 'combined heat and power' to supply energy to buildings is not being pursued in depth, or even at all. In this approach both the electrical and also the thermal energy produced would be used as supply sources for the building

Investigations on aerodynamically induced vibration of low pressure rotor blades at extreme part load operation

Die heutigen Marktanforderungen führen bei Dampfturbosätze zu einem stark variablen Betrieb, der in der Gesamtturbine oder in einzelnen Stufen häufiger eine sehr geringe oder sogar gar keine Durchströmung hervorruft. Dieser Betriebszustand wird Ventilation genannt, er stellt für den Turbosatz durch die auftretenden thermischen und dynamischen Belastungen eine zusätzliche Beanspruchung dar, die berücksichtigt werden muß. An einer dreistufigen Niederdruck-Modelldampfturbine wurden umfangreiche Untersuchungen im Betriebsbereich der extremen Teillast durchgeführt, wobei neben der Ermittlung der thermischen Belastung im Bereich der letzten drei Stufen die Bestimmung der dynamischen Schaufelbelastung der letzten Laufschaufelreihe das Ziel war. Die Untersuchungen ergaben maximale Temperaturen von bis zu 300°C zwischen der Vorstufe (L-1) und der Endstufe (L-0) bei geschlossenem Frischdampfschieber. Die Gegenüberstellung der gemessenen Ventilationsverluste von ein- und dreistufigem Modellaufbau zeigte, daß die Verluste des einstufigen Aufbaus in der gleichen Größenordnung wie beim dreistufigen Aufbaus lagen. Bei einem Volumenstrom kleiner 23% von der Auslegung stellt sich bei beiden Versuchskonfigurationen für das letzte Laufrad eine nahezu konstante Leistungsaufnahme ein. Pneumatische Strömungsfeldmessungen im Bereich der letzten Stufe zeigen, daß sich vor dem Endstufenlaufrad bei abnehmendem Volumenstrom eine starke Zunahme der Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung ausbildet; das Fluid wird, beginnend vom Spitzenschnitt, durch die Laufschaufel mitgerissen. Im Bereich der extremen Teillast wurde, neben einer moderaten Zunahme der Wechseldeh-nungsbelastung durch eine stochastische Anregung aller Schwingungs-Eigenformen der Endstufenlaufschaufel, in einem schmalbandigen Bereich des Volumenstromes eine dominante Anregung der zweiten und der dritten Eigenform festgestellt. Während bei der dritten Schwingungsform ein nur mäßiger Anstieg des Amplitudenniveaus gemessen wurde, zeigte sich bei der zweiten Eigenform eine bis zu sechsfache Amplitudenüberhöhung gegenüber dem sonst niedrigen Niveau. Die dynamische Belastung lag in allen Betriebsbereichen unter der Dauerschwingfestigkeit der Laufschaufel. Bei instationären Strömungsfeldmessungen wurden im äußeren Bereich des Strömungskanals vor und nach der letzten Laufreihe in einem Lastbereich zwischen 11 und 22% des Auslegungsvolumenstromes stark fluktuierende Wechseldruckanteile gemessen. Hierbei handelt es sich um pulsierend umlaufende Druckzellen, die im Relativsystem generiert werden. Der Entstehungsort und der Volumenstrombereich fallen mit der bereits erläuterten starken Zunahme der Strömungsgeschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung zusammen. Die mit abnehmendem Volumenstrom geringere Differenz zwischen Fluidgeschwindigkeit und Umlaufgeschwindigkeit der Laufschaufel führt im Relativ- sowie im Absolutsystem zu einer starken Frequenzänderung dieser Wechseldruckanteile. Weiterhin vergrößert das Auftreten von höheren Ordnungen der Pulsationsfrequenz die Bandbreite der möglichen Erregerfrequenz. Dadurch stellt dieses Strömungsphänomen eine nicht zu unterschätzende Gefährdung der Laufbeschaufelung von Endstufen dar, hervorgerufen durch eine zu hohe Schwingbelastung infolge aerodynamisch induzierter Zwangsanregung.Today’s market requirements for steam generators calls for a strong increase in the range and severity of operation conditions. As a result of this, steam turbines, or specific rows within the steam turbines are required to operate more frequently under conditions with little or no steam flow. This extreme part load condition, known as windage, results in an increases in the thermal and dynamic load on the blading, which must be considered in the design. Extensive investigations on extreme part load conditions were carried out using a model of a three stage low pressure steam turbine. The primary goals were to determine the resulting thermal conditions in the last three stages and to evaluate the dynamic vibration in the last rotating blade row. The investigations showed with closed steam valve temperature up to 300°C between the preliminary stage (L-1) and the last stage (L-0). A comparison of results from a single stage model and the three stage model showed that the windage losses are similar. At volumetric flow below 23% of the rated condition, the power absorption rate was almost constant at the last running blade row. This was the case for both test configurations. Pneumatic flow field measurements in the last stage showed a strong increase in circumferential flow for a corresponding decrease in volumetric flow up stream from the last rotating row (the fluid is carried along by the rotating blade). This flow phenomena starts at the tip section of the blade and propagates down the blade with further decrease in flow. At part load condition, in addition to the moderate increase of the alternating stress through the stochastic excitation of all natural frequencies of the last running blade in a small range of the volumetric flow, a dominate excitation appeared at the second and third natural frequencies. For the third vibration mode only, a moderate increase in amplitudes occurred, in contrast an enhancement up to the sixth of the normal low level was measured for the second mode. The dynamic stress in the blades, were below the vibration fatigue strength limit under all excitation conditions. Measurements of flow field fluctuations in front of and behind the last running blade indicates strong unsteady flow close to the outer flow boundary between 11% up to 22% of the design volumetric flow. It is a matter of rotating pressure cells generated in the relative system. The geometric area as well as the operation range are obviously connected with the strong increase of the circumferential velocity component as aforementioned. The decreasing circumferential velocity difference between fluid and rotating blade at declining volumetric flow leads in the relative- and absolute system to a strong change of frequency for the pressure fluctuation. Additionally the occurrence of higher modes of the fluctuation frequency increases the bandwidth of the excitation frequencies. Thereby this flow phenomena can be a endangerment of the running blade of last stages, arouse by high blade vibration through forced aerodynamic induced excitation

Electricity price forecasting at Virtual Power Plant Neckar-Alb

This paper describes the analysis of day-ahead power market data from the European Power Exchange (EPEX) SPOT over a period of 17 months till October 2020 and the forecasting model for electricity prices. High volatility of the DE-LU (Germany and Luxembourg) power market in order to improve the planning of the bidding strategy and maximize benefits was reflected. Forecasting models based on the Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) approach and artificial neural networks are developed to predict Day-Ahead prices up to a week ahead. Models are built for a virtual power plant Neckar-Alb and will be used as a part of an optimization tool for the operationtimetable of connected distributed energy device

Energiewirtschaft im regionalen Kreislauf

Virtuelle Kraftwerke sind geeignet, künftig das Rückgrat der dezentralen und nachhaltigen Energiewirtschaft zu bilden. Zudem können sie ein Motor der regionalen Wertschöpfung sein. In Reutlingen werden die Energiegewinnung und Netzintegration in einem Forschungs- und Demonstrationsprojekt erprobt

Digital twin of distributed energy devices

A digital twin - a replica of energy devices - was established in the computing environment of MATLAB and Simulink. It simulates continuously their operation and is time synchronized and connected to the cenral energy management and control system of a virtual power plant. The model can be used as a platform for testing device performance in various conditions, working schedules and new optimization options

Virtual power plant demonstration platform

The Virtual Power Plant Neckar-Alb is a demonstration platform for operation, optimization and control of distributed energy resources, which are able to produce, store or consume electric energy. A heterogeneous set of distributed energy devices has been installed at the Campus of Reutlingen University by the Reutlingen Energy Centre (REZ) of the School of Engineering. The distributed energy devices have been combined to local microgrids and connected to an operative central power plant with additional participants. The demonstration platform serves students, researchers and industry experts for education and investigation of new technologies, devices and software

A virtual power plant demonstration platform for multiple optimization and control systems

The demonstration project Virtual Power Plant Neckar-Alb is constructing a Virtual Power Plant (VPP) demonstration site at the Reutlingen University campus. The VPP demonstrator integrates a heterogeneous set of distributed energy resources (DERs) which are connected to control the infrastructure and an energy management system. This paper describes the components and the architecture of the demonstrator and presents strategies for demonstration of multiple optimization and control systems with different control paradigms

Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb: eine Demonstrations- und Versuchsanlage

Ein virtuelles Kraftwerk ist ein Verbund von Energieanlagen, koordiniert von einem gemeinsamen Leitsystem, um eine bessere Ausnutzung wetterabhängiger Energiequellen oder die gemeinsame Vermarktung von erzeugtem Strom zu ermöglichen. Der Demonstrator Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb ist eine Demonstrationsplattform für Forschung und Lehre, die Anlagen auf dem Campus der Hochschule Reutlingen und verteilte Anlagen in der Region Neckar-Alb integriert

Das Reutlinger Energiezentrum (REZ) - für die Energiewende gewappnet

Das Thema Energiewende ist in aller Munde. Sie soll eine sichere, umweltverträgliche und wirtschaftlich erfolgreiche Zukunft ermöglichen. Ein Ansatz dafür ist die dezentrale, also verbrauchernahe Energieversorgung. Der Trend geht weg vom konventionellen Kraftwerk und hin zur Kraft-Wärme-Koppelung und erneuerbaren Energien. Für einen absehbaren Zeitraum geht es auch darum, zentrale und dezentrale Elemente sinnvoll miteinander zu verknüpfen. Mit der Frage, wie Energiesysteme angepasst und kombiniert werden müssen, um den Energiehaushalt – den nationalen wie den von Unternehmen und Privatpersonen – optimieren zu können, beschäftigt sich das Reutlinger Energiezentrum für Dezentrale Energiesysteme und Energieeffizienz in Lehre und Forschung. Es ist die Kombination aus Technik und Betriebswirtschaft, aus einzelwirtschaftlicher Optimierung und aus Gesamtsicht, die das Reutlinger Energiezentrum ausmacht. Im Folgenden werden die Schwerpunkte des Forschungsteams dargestellt