Verbrennungsforschung in der Schweiz

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1 Tagung Verbrennungsforschung in der Schweiz 6. November 2013 GEP-Pavillon an der ETH in Zürich

2 Verbrennungsforschung in der Schweiz 6. November :00 bis 17:10 Uhr GEP-Pavillon ETH Zürich Die Verbrennung ist nach wie vor der weitaus wichtigste Energieumwandlungsprozess, um die nutzbaren Energieformen Kraft (Antrieb, Strom) und Wärme zu erzeugen. Geänderte Rahmenbedingungen wie Reduktion des Ressourcenverbrauchs und Verminderung von Schadstoffemissionen stellen neue Herausforderungen an die Verbrennungsforschung. CO 2 -arme oder -neutrale Brennstoffe, hohe Effizienz und geringe Emissionen sind Themen, denen sich hochqualifizierte Forschende an Hochschulen und in der Industrie stellen. Die Schweizer Verbrennungsforschung ist durch Forschungszentren weltweit agierender Unternehmen sowie an Hochschulen international gut positioniert und in diversen Themen sogar führend. Die öffentliche Hand sowie private Organisationen unterstützen die Verbrennungsforschung in der Schweiz auch finanziell. Damit werden Projekte, welche deren energiepolitischen Zielen entsprechen, erforscht oder neue Produkte zur Marktreife entwickelt werden. An der Tagung erfahren Sie Neues aus aktuellen Forschungsprojekten von Hochschulen und der Industrie. Zudem lernen Sie die anzugehenden Herausforderungen aus der Sicht der Industrie und von Förderinstitutionen kennen. Nicht zuletzt soll die Tagung Netzwerkaktivitäten dienen und jungen Forschenden Kontakte zur Industrie ermöglichen. Die Tagung wird im 2-Jahresrhythmus durchgeführt. Am Anlass 2011 nahmen rund 100 Personen teil. Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme am diesjährigen Event. Der Eintritt ist frei. Bitte melden Sie sich bis zum 30. Oktober 2013 an. Kontaktadresse und Anmeldung ETH Zürich Institut für Energietechnik, Sekretariat Prof. K. Boulouchos Laboratorium für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme Sonneggstrasse 3, 8092 Zürich meyerfi@ethz.ch, Tel , Fax Organisation Prof. Dr. K. Boulouchos, Institut für Energietechnik - Laboratorium für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETH Zürich Dr. P. Jansohn, Labor für Verbrennungsforschung, Paul Scherrer Institut (PSI) Dr. S. Hermle, Forschungsprogramm Verbrennung, Bundesamt für Energie (BFE) St. Renz, Forschungsprogramm Verbrennung, Bundesamt für Energie (BFE)

3 Programm 08:30 Registrierung & Kaffee 09:00 Begrüssung 09:05 Verbrennungsforschung im Kontext der Energiestrategie 2050 des Bundes R. Schmitz, Leiter Sektion Energieforschung, Bundesamt für Energie (BFE), Bern Forschungsprojekte aus Industrie und Hochschulen 09:25 Pilot Ignition in Lean Burn Gas Engines St. Schlatter, Labor Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETHZ, Zürich 09:50 Efficient Gas-Exchange Valve Actuation P. Soltic, Empa, Dübendorf 10:15 Influence of Nozzle Hole Eccentricity on Spray Morphology A. Schmid, Wärtsilä Schweiz AG, Winterthur 10:40 Kaffeepause Poster - Networking 11:05 Investigation of Knock in an Ethanol-Fueled Sprak Ignition Engine K. Steurs, Labor Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETHZ, Zürich 11:30 Frontiers in Engine Simulations: Approaches with LES and DNS J. Koch, M. Schmitt, Labor Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETHZ, Zürich 12:10 Gemeinschaftsforschung der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen D. Goericke, Geschäftsführer, FVV, Frankfurt 12:40 Mittagessen Poster - Networking 14:00 Prediction of Flashback in H 2 -rich Fuel Gases Yu-Chun Lin, Paul Scherrer Institute (PSI), Villigen 14:25 Experimental and Numerical Modeling of Flame Dynamics F. Biagioli, Alstom (Schweiz) AG, Birr 14:50 Staged Gas Turbine Combustion System for Enhanced Operational Flexibility S. Daniele, Fachhochschule Nordwestschweiz, FHNW, Windisch 15:15 Kaffeepause Poster Networking 15:45 Mikrogasturbinen und Heissluftturbinen für die Schwachgasnutzung M. Schmid, Ökozentrum, Langenbruck Forschungsziele der Industrie 16:10 16:35 Herausforderungen und Ziele an die Verbrennungsforschung aus der Sicht der Liebherr Machines Bulle SA R. Ellensohn, Direktor, Liebherr Machines Bulle SA, Bulle Herausforderungen und Ziele an die Verbrennungsforschung aus der Sicht der FTP Motorenforschung AG P. Krähenbühl, Leiter Technologie Entwicklung, FTP Motorenforschung AG, Arbon 17:00 Zusammenfassung, Verabschiedung 17:10 Schluss der Veranstaltung

4 Anreise mit dem öffentlichen Verkehr Verbindung vom Hauptbahnhof Zürich zur ETH Zürich: MIT DEM TRAM/POLYBAHN Ab Haltestelle "Bahnhofstrasse/HB": Tram Nr. 6 (Richtung Zoo) bis Haltestelle "ETH/Universitätsspital". Ab Haltestelle "Bahnhofplatz/HB": Tram Nr. 10 (Richtung Flughafen oder Bahnhof Oerlikon) bis Haltestelle "ETH/Universitätsspital" oder Tram Nr. 3 (Richtung Klusplatz) bis Haltestelle "Central", ab "Central" mit der Polybahn bis zur Polyterrasse. Sie benötigen ein gültiges Ticket für die Zone 10 (Stadt Zürich). ZU FUSS Hauptbahnhof - Central; beim Central Treppe zum Hirschengraben benutzen; nach ca. 150 m links abbiegen: Aufstieg zur ETH via Schienhutgasse; Künstlergasse; Der GEP-Pavillon befindet sich auf der Polyterrasse, zwischen Polybahn und Hauptgebäude. GEP Eingang Anreise mit dem Auto VON BERN / BASEL: Autobahn A1; beim Limmattalerkreuz Spur St. Gallen / Zürich-Nordring folgen; Spur Zürich-City folgen; beim Dreieck Zürich-Nord Ausfahrt Zürich-City nehmen; beim Dreieck Zürich-Ost Ausfahrt Zürich-City nehmen, Einfahrt in die Autostrasse; erste Ausfahrt Schwamendingen / Irchel / Überlandstrasse / Universitätsspital nehmen; immer Schild Universitätsspital folgen; unmittelbar vor Hauptgebäude ETH rechts in Tannenstrasse einbiegen, unmittelbar nach Hauptgebäude, bei Leonhardstrasse links abbiegen, Strasse führt in Unterführung und direkt in Parkgarage ETH (kostenpflichtig, keine Parkplatzgarantie)

5 Abstracts Liste Verbrennungsforschung in der Schweiz 6. November 2013 ETH Zürich, GEP Pavillon Nr. Titel Autor 1 Verbrennungsforschung im Kontext der Energiestrategie 2050 des Bundes Rolf Schmitz Bundesamt für Energie, Bern 2 Pilot Ignition in Lean Burn Gas Engines Stéphanie Schlatter ETH Zürich 3 Efficient Gas-Exchange Valve Actuation Patrik Soltic EMPA, Dübendorf 4 Influence of Nozzle Hole Eccentricity on Spray Morphology Andreas Schmid Wärtsilä Schweiz AG, Winterthur 5 Investigation of Knock in an Ethanol-Fueled Spray Ignition Engine Karel Steurs ETH Zürich 6 Frontiers in Engine Simulations: Approaches with LES and DNS Jann Koch, Martin Schmitt ETH Zürich 7 Gemeinschaftsforschung der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen Dietmar Goericke FVV, Frankfurt 8 Prediction of Flashback in H 2 -rich Fuel Gases Yu-Chun Lin PSI, Villigen 9 Experimental and Numerial Modeling of Flame Dynamics Fernando Biagioli Alstom Schweiz AG, Birr 10 Staged Gas Turbine Combustion System for Enhanced Operational Flexibility Salvatore Daniele FHNW, Windisch 11 Mikrogasturbinen und Heissluftturbinen für die Schwachgasnutzung Martin Schmid Ökozentrum, Langenbruck 12 Herausforderungen und Ziele an die Verbrennungsforschung aus der Sicht der Liebherr Machines Bulle SA Stephan Haas Liebherr Machines SA, Bulle 13 Herausforderungen und Ziele an die Verbrennungsforschung aus der Sicht der FPT Motorenforschung AG Peter Krähenbühl FPT Motorenforschung AG, Arbon

6 Verbrennungsforschung im Kontext der Energiestrategie 2050 des Bundes BFE Forschungsprogramm Verbrennung und WKK Rolf Schmitz Leiter Sektion Energieforschung, Bundesamt für Energie, Bern Forschungsziele Erhöhung des exergetischen Wirkungsgrads von Verbrennungssystemen Um den Verbrauch der Energieträgervorkommen und die CO 2 -Emissionen zu reduzieren muss die Gewinnung der Exergie und damit der mechanische Arbeit verbessert werden. Dazu gehört die Optimierung bei variablen Lastzuständen oder die Nutzung der Abgasenergie Reduktion der Schadstoffemissionen insbesondere von NOx und Partikel Eine besondere Herausforderung ist die Reduktion der Emissionen bei variablen Lastzuständen. Neben den Partikelemissionen sind Metalloxide und Aerosole relevant Reduktion des spezifischen CO 2 -Ausstosses Die Reduktion des CO 2 -Ausstosses impliziert die Erhöhung des Wirkungsgrads und/oder die Verwendung CO 2 -armer Brennstoffe. In der Anwendung kommen auch neue Antriebskonzepte wie die diversen hybriden Systeme zum Einsatz. Optimierung der Systeme für die Nutzung von gasförmigen Energieträgern Gasförmige Brennstoffe werden vermehrt für motorische Anwendungen eingesetzt. Neben Erdgas sind Biogas und Wasserstoff sowie Gemische davon relevant Nutzung von und Anforderungen an biogene und synthetische Energieträger Neben den Auswirkungen der Brennstoffe auf die Verbrennung sind auch die Anforderungen der Verbrennung an die Brennstoffe zu erforschen Weiterentwicklung der Grundlagen und Instrumente für die Verbrennungsforschung Zur Verbesserung der Verbrennungssysteme müssen die hochkomplexen Vorgänge im Verbrennungsprozess besser verstanden und abgebildet werden können. Die Weiterentwicklung der Grundlagen und der Forschungsinstrumente wie Simulationsmodelle oder Versuchsträger ist eine dauernde Aufgabe Optimierung von WKK-Anlagen als Gesamtsystem inkl. Einbindung in die Strom- und Wärmeversorgung Der Wirkungsgrad und der Nutzen als Teil des Energieversorgungssystems von WKK-Anlagen werden in der Zukunft verstärkt durch deren Einbindung in die vor- und nachgelagerten Energiesysteme bestimmt Forschungsschwerpunkte Weiterentwicklung der Forschungsmethoden und -instrumente für konventionelle und biogene Energieträger der 2. Generation 2. Variable Brennstoffnutzung und Schadstoffreduktion in grossen Dieselmotoren (Dualfuel) 3. Verbesserung des Wirkungsgrads und Reduktion der Schadstoffe bei der Nutzung von gasförmigen Brennstoffen in Ottomotoren 4. Erweiterte Kenntnisse über massgeschneiderte Brennstoffe für Dieselmotoren 5. Optimierung des Gesamtsystems umfassend die Prozesskette Gemischbildung Zündung Verbrennung Abgasnachbehandlung 6. Erhöhung des exergetischen Wirkungsgrads durch Abgasenergienutzung 7. Optimierung von WKK-Systemen als Ergänzung zu variablen erneuerbaren Stromerzeugungsanlagen (VRE) unter Berücksichtigung der Wärmenutzung 8. Kommunikation und Vernetzung Akteure in der Schweizer Verbrennungsforschung Mehr erfahren Sie hier:

7 Pilot Ignition in Lean Burn Gas Engines Stéphanie Schlatter Labor für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETH Zürich Natural gas as fuel for engines has gained significant importance in recent years due to its widespread availability and potential for emission reduction such as NOx and particulate matter. Lower combustion temperatures due to lean burn operation, Miller/Atkinson valve timings and/or EGR lead to a lower knock tendency and hence allow for a higher compression ratio or boost pressure level. All these measures however lead to adverse conditions for the initiation of the combustion process and slower flame propagation which can cause combustion instabilities, incomplete combustion or misfire. To overcome these effects, ignition systems which provide sufficient ignition energy, fast inflammation and stable combustion are required such as pilot ignition. The ignition and combustion behavior of pilot ignition in a lean methane/air atmosphere was studied using an optically accessible Rapid Compression Expansion Machine (RCEM). Filtered OH-chemiluminescence images of the ignition and combustion were taken with a UV intensified high speed camera through the piston window. Pressure signals along with filtered photomultiplier signals of the total emitted light for three different radicals (OH, CH, C 2 ) were recorded for engine like operating points over a wide range of methane equivalence ratios, thermomechanical states of the mixture and EGR rates. Additionally, the influence of injection pressure for the Diesel pilot spray on the ignition and combustion characteristics was investigated. In order to eliminate the effects of the multi-component diesel fuel, increase the observable domain and generate pilot spray data, a new set of experiments with a modified setup and operating conditions was conducted. Pilot injection was realized by a single hole injector using n-heptane as the pilot fuel and EGR was chosen to consist of 100% N 2. A modified cylinderhead design allowed the application of the Schlieren technique to visualize the gaseous and liquid phase of the pilot spray and an additional visualization of the premixed flame front. The ignition delays of the pilot spray were seen to increase with increasing amounts of methane, decreasing temperature and pressure and the presence of EGR in the ambient mixture. While increasing methane equivalence ratios show a high impact on the ignition delay for cold conditions, the influence thereof is observed less for higher temperatures and pressures, therefore suggesting that methane has an inhibiting effect on the low temperature reactions leading to high temperature ignition. Also, increasing ignition delays lead to higher heat release rates during ignition and combustion of the pilot spray, since more of the surrounding methane can entrain in the spray and mix with the pilot fuel. Finally, the Schlieren images provide useful spray data and valuable insights into the transition phase between auto ignition of the pilot spray and the onset of premixed flame propagation. Figure 1: OH chemiluminescence images for engine like operating conditions Figure 2: Schlieren images for the modified setup with n-heptane single hole pilot injection

8 Efficient Gas-Exchange Valve Actuation (EVA) Patrik Soltic EMPA, Dübendorf Voll Flexible Betätigung von Gaswechselventilen in Verbrennungsmotoren bringt ganz neue Freiheitsgrade für Brennverfahren, Gaswechsel, transientes Verhalten (inkl. Aufladeaggregate), etc. Diverse Ansätze wurden erfunden. Im Serieneinsatz befinden sich heutzutage mechanische und mechanisch-hydraulische Systeme, alle nutzen eine Nockenwelle. Das Weglassen der Nockenwelle würde Vorteile bieten, z.b. würden weniger hoch additivierte Motorenöle ermöglicht, was weniger Vergiftung moderner Abgasnachbehandlungssysteme mit sich bringen würde. Eine Möglichkeit dafür wären beispielsweise elektrohydraulische Systeme. Viele dieser Systeme sind zwar flexibel, bieten aber üblicherweise den Nachteil eines hohen Energiebedarfes. Das hier vorgestellte Efficient Valve Actuation (EVA) System umgeht das Problem des hohen Energiebedarfes, indem es Energie hydraulisch rekuperiert. Abb. 1 zeigt die Funktionsweise. Abb. 1: Die drei möglichen Phasen einer Ventilöffnungsbewegung Beschleunigung (links), ballistischer Freiflug (Mitte), Rekuperation (rechts). Blau stellt ein tiefes Druckniveau dar (zur Verhinderung von Kavitation), rot ein hohes. Mit Hilfe von Simulationen (verwendete Software: LMS Amesim) wurde das System für das Beispiel eines PKW Ottomotor Einlassventils dimensioniert und ausgelegt. Die Simulationen zeigen das Potenzial des Systems gut auf, die hydraulische Arbeit für die Betätigung aller Ventile einer 4-Ventil Motors liegt, je nach Betriebsstrategie, im Bereich von nur 0.02 bis 0.14 bar Mitteldruck. Das System wurde in einem Funktionsmuster umgesetzt. Abb. 2 zeigt als Beispiel den gemessenen Hubverlauf ohne ballistische Phase (bei 90 bar Differenz zwischen den zwei Druckniveaus). Abb. 2: Am Funktionsmuster gemessener Hubverlauf Man erkennt, dass ein vollständiger Ventilhub innerhalb von 3.5ms realisierbar ist. Dies ermöglicht Motordrehzahlen von über min -1.

9 Influence of Nozzle Hole Eccentricity on Spray Breakup Andreas Schmid Wärtsilä Schweiz AG, Winterthur Introduction Computational fluid dynamics tools supporting the optimization of combustion systems of large Marine Diesel engines require sub-models different from those generally applied today in other engine sectors (e.g. automotive). Not only the size of the orifices of the injectors used for such engines is different (up to one order of magnitude larger in size) compared to automotive applications but also their orientation. Large two stroke Diesel engines have up to three injectors protruding from the side of the cylinder head into the combustion chamber. The orientation of the orifices is such that they are pointing under a small range of horizontal angles from the side of the nozzle tip into the cylinder. As a consequence, the nozzle holes are not necessarily perpendicular to the central bore of the nozzle tip, which has some impact on the in-nozzle flow and spray breakup. In a preliminary study [CIMAC2013] it could be shown that the eccentricity has a non-negligible effect on the breakup process of the spray and the resulting morphology. Based on these findings the parameter map was extended and the spray was examined in more detail. Experimental test-rig Figure 3. Spray Combustion Chamber Figure 1 shows a schematic of the test facility. A pressure vessel equipped with fast opening valves feeds process gas via a heater, the so-called regenerator, into the Spray Combustion Chamber (SCC). Pressure and temperature levels as well as swirl in the spray combustion chamber are adjustable by changing accumulator pressure and/or duration of the blow down process and heater core temperature. For the current work the following conditions were applied: Gas temperature 400 K, pressure 4 MPa, without swirl. The pressure of the light fuel oil in the rail has been varied from 60 to 100 MPa. For the investigations of the effect of eccentricity on spray morphology a set of special nozzles has been designed. The generic setup consists in a central bore, from which, via a single orifice at about midheight, the fuel is injected into the SCC. However, in order to allow the investigation of realistic internal flow conditions, a second, larger orifice at the tip of the central bore is discharged into a collector plenum. Results and Discussion e / (D-d) = 0.0 e / (D-d) = 0.29 e / (D-d) = 0.5 Figure 4. Influence of eccentricity on Spray angle and penetration direction The influence of eccentricity on spray angle or/and penetration direction can be seen in Figure 2 (e is eccentricity, D is the diameter of the central bore, and d the diameter of the nozzle hole). The flow through the nozzle changes such that a lateral momentum is transferred to the spray. Therefore, the plume is tilted away from the central bore (and the nozzle hole) to the side of the nozzle. Towards larger eccentricity, the spray also tends to be subject to higher instability in the early phase of the injection. Within a range of about ±7 the spray tip quickly changes its direction. After 450 to 500µs the spray stabilizes and the plume exits the nozzle hole with the above described angle. This effect is supposed to be related to the evolution of the injector-internal flow and will be the subject of further investigat Andreas Schmid 1, Beat von Rotz 1, Reiner Schulz, 1 Kai Herrmann 1, German Weisser 1, Rolf Bombach 2 1: Wärtsilä Switzerland Ltd., Winterthur, Switzerland 2: Paul Scherrer Institute, Villigen PSI, Switzerland

10 Investigation of Knock in an Ethanol-Fueled Spray Ignition Engine Karel Steurs Labor für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETH Zürich The use of ethanol as a fuel for spark ignition engines has gained increasing interest in recent years because of the ability to produce alcohol fuels in a sustainable way and its favorable physical and chemical properties. Even though the knock resistance of ethanol is excellent, the future design of ethanol engines will benefit greatly of the thorough understanding of knock phenomena and the availability of accurate knock prediction methods for these engines. Experiments have been carried out on a 250cc single cylinder direct injection spark ignition engine with variable intake temperatures at wide open throttle and stoichiometric premixed ethanol-air mixtures. At different speeds and intake temperatures spark angle sweeps have been performed at non-knocking conditions and varying knock intensities. The in-cylinder pressure traces have been recorded for all operating points. A 1-D engine simulation model has been built up and calibrated to the measurement data. Heat release rates and two zone temperatures are computed for both the mean and single cycle data. Special attention is given to the heat transfer in the cylinder and the intake port during the intake and compression strokes as well as the evaporation characteristic to accurately determine the temperature of the unburned mixture. The in-cylinder pressure traces are analyzed during knocking combustion and have led to a definition of knocking conditions both for every single cycle as well as the mean engine cycle for a single operating point. Knocking cycles are detected using the pressure oscillations typical for knocking combustion The timing for the onset of knock as a function of degree crank angle and the mass fraction burned is determined using the knocking heat release rate. It is observed that knock occurs for the faster burning cycles and relatively late in the cycle. At very late timings the probability of knock is reduced significantly due to the vicinity of the walls. A detailed chemical kinetic model for ethanol combustion is used to compute ignition delay times for stoichiometric ethanol-air mixtures at pressures and temperatures relevant to the conditions measured on the engine test bench. A multi-step Arrhenius type correlation has been fit to the data including the observed flattening of the ignition delay time for ethanol at relatively low temperatures (<850K) and compared to other data available in literature. In a last step empirical knock models for ethanol available in literature are applied to the gathered data leading to partially poor agreement with the measurements. The importance of accurate auto-ignition delay time values at engine relevant conditions for the predictive capability of the knock model is illustrated with a much better agreement to the measurement data. A model definition is proposed to take into account the thermal boundary layer of the wall. The obtained parameter values fit well with the cylinder geometry.

11 Frontiers in Engine Simulations: Approaches with LES and DNS Jann Koch, Martin Schmitt Labor für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETH Zürich In the last decade 3D CFD calculations became an important tool for a more profound understanding of fundamental processes in IC-engines and supporting the development of new engines. The traditional RANS approach is commonly used in research and industry to get information about the average cycle. State of the art are the currently emerging LES engine simulations, which directly resolve the large scale turbulent motion whereas only the small scale turbulence is modeled. Therefore LES is able to simulate individual cycles, which allows the investigation of cycle-to-cycle variations (CCV) and herewith related phenomena (e.g. knocking in SI engines). Velocity Magnitude [m/s] Figure 6: Instantaneous flame front 40 CA after ignition coloured by the velocity magnitude Using the commercially available CRFD code STAR-CD a LES of a small SI engine was carried out. Up to 45 consecutive cycles were computed for a fired operating point close to full load at rpm. Experimental data were used in order to assess the validity of the predicted variations which were then probed for their origin by statistical methods. A good agreement with the measurement has been found in terms of the bandwidth defined by the observed pressure traces. The CCV proofed to be already present at the early inflammation phase which is primarily characterized by the local turbulence field. Based on the motivation of decreasing the computational cost, different grid representations have been investigated. Due to the fact that RANS and LES depend on model assumptions (turbulence, combustion and wall flow, etc.) a validation with commonly experimental data is necessary. Reactive direct numerical simulations (DNS) can be an alternative to the experiments, since the results are not dependent on model assumptions and therefore can be seen as high-quality numerical experiment (Moin & Mahesh 1998). The big advantage of DNS data is that all relevant quantities (velocity, temperature and chemical species) are fully resolved available, which can be used for model validation or an improved understanding of the physical processes. In this work, a highly scalable parallel, spectral element low Mach number code based on the flow solver nek5000 is employed to perform multiplecycle simulations in the axisymmetric piston-cylinder assembly investigated experimentally by Morse et al. (1979). Up to now eleven cycles were computed and the comparison between the experiments and the DNS data for the mean and rms velocities show very good agreement for all measured times and locations. The flow field remaining at top dead center from the previous cycle and its effect on the jet breakup and the vortex ring dynamics below the valve are found to have a dominant effect on the observed significant cyclic variations. Figure 5: Instantaneous vorticity magnitude during the intake stroke

12 Gemeinschaftsforschung der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen Dietmar Goericke Geschäftsführer Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen FVV, Frankfurt kein Abstract, Prospekte liegen auf

13 Prediction of Flashback in H 2 -rich Fuel Gases Yu-Chun Lin Paul Scherrer Institut PSI, Villigen The turbulent flame speed (S T ) is proposed to be an indicator of flashback propensity for hydrogen-rich fuel gases at gas turbine relevant conditions. Flashback is an inevitable issue to be concerned about when introducing fuel gases containing high hydrogen content to gas turbine engines, which are conventionally fueled with natural gas. These hydrogen-containing fuel gases are present in the process of the integrated gasification combined cycle (IGCC) with and without pre-combustion carbon capture, and both syngas (H 2 + CO) and hydrogen with various degree of inert dilution fall in this category. More understanding on the flashback phenomenon for these mixtures is thus necessary in order to evolve the IGCC concept (either with or without carbon capture) into a promising candidate for clean power generation. Compared to syngas, the hydrogen-rich fuel mixtures exhibit an even narrower operational envelope between the occurrence of lean blow out and flashback. When flashback occurs, the flame propagation is found to happen exclusively in the boundary layer of the pipe supplying the premixed fuel/air mixture to the combustor. This finding is based on the experimental investigation of turbulent, lean-premixed, nonswirled, confined jet flames for three fuel mixtures with H 2 > 70 vol. %. Measurements were performed up to 20 bar at various preheat temperature (T 0 = K) and a fixed bulk velocity at the combustor inlet (u 0 = 40 m/s). Flame front characteristics were retrieved via OH-PLIF diagnostics, and turbulent flame speed (S T ) was derived, accordingly, from the perspective of a global consumption rate. Concerning the flashback limit, the operational range of the hydrogen-rich mixtures is found to be well represented by the velocity gradients prescribed by the flame (g c ) and the flow (g f ), respectively. The former (g c ) is determined as S T /(Le δ L0 ), where Le is the Lewis number and δ L0 is the calculated thermal thickness of the one-dimensional laminar flame. The latter (g f ) is predicted by the Blasius correlation for fully developed turbulent pipe flow, and it indicates the capability with which the flow can counteract the opposed flame propagation. Our results show that the equivalence ratios at which the two velocity gradients reach similar levels correspond well to the flashback limits observed at various pressures. The methodology is also found to be capable of predicting the aforementioned difference in the operational range between syngas and hydrogen-rich mixtures.

14 Experimental + numerical modelling of flame dynamics in heavy duty gas turbines Fernando Biagioli Alstom Schweiz AG, Birr The presentation is focused on the use of Large Eddy Simulation (LES) to address combustion dynamics in heavy duty gas turbines. More in details, it will explained how the Flame Transfer Function, i.e. the dynamic response of unsteady heat release to air flow rate fluctuations, is related to the vortex breakdown structure generated by lean premixed burners. A novel methodology based on the Proper Orthogonal Decomposition will also be introduced. The need of advanced combustion diagnostic is finally emphasized. Some recent experimental work from PSI in the direction will be mentioned. CV F. Biagioli I have obtained my PhD in Theoretical and Applied Mechanics from Rome University in From 1992 to 1998 I have worked at CRS4 a research center in Sardinia, Italy as Research Engineer in the field of Combustion Modelling. Since 1998 I work for Alstom, initially in Lincoln UK and from 2001 in Baden, Switzerland. I m presently the Principal Engineer in Aerodynamics of the Combustor Department.

15 Staged Gas Turbine Combustion System for Enhanced Operational Flexibility Salvatore Daniele Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW, Windisch With an increasing amount of electricity being generated by renewable sources (wind, sun, etc.), gas turbine power plants with power control over a wide range gain importance as promising systems to cover fluctuations in the grid. Conventional gas turbines suffer from low efficiency and high emissions at low load operation. The proposed staged combustion system is assumed to provide a stable and flexible performance with reduced CO and NOx emissions over a wide load range. The main focus of the current work is to design and test a lean-lean staged gas turbine combustor in a laboratory scale atmospheric pressure test rig at the FHNW. A staged combustion concept was designed, with a swirl stabilized burner in the first stage and a non-swirled annular flow channel as second stage. The combustion liners are exclusively cooled by the process air. The concept behind the design pursues the idea of an upstream stage (first stage) delivering a stable combustion at low load GT operation at low emissions while the downstream stage (second stage) will be ignited at higher loads. Ignition and supporting of the second stage reaction is mainly maintained by hot gas leaving the first stage. The test rig can be operated at adiabatic combustion temperatures from 1200 K (only first stage burning, mixed with second stage air) up to 1850 K (both stages at maximum temperature). A power turn down ratio of 1:4 was realized without need for a pilot flame. For all conditions the NOx emissions of 10 ppm (@15% O 2 ) meet the goal while for some conditions the CO emissions exceed the goal of 20 ppm (@15% O 2 ). (F. Piringer, D. Winkler, F. Bolaños, S. Daniele, T. Griffin)

16 Mikrogasturbinen und Heissluftturbinen für die Schwachgasnutzung Martin Schmid Ökozentrum, Langenbruck Seit Ende der 1980er Jahre wird die FLOX -Verbrennungstechnik (aus flameless-oxidation) eingesetzt, um bei Hochtemperatur-Prozessen hohe Effizienz durch Luftvorwärmung und gleichzeitig niedrige Stickoxid- Emissionen (NO x ) ermöglichen. Die Stahl- und Glasindustrie sowie weitere Hochtemperaturprozesse profitierten in den letzten 25 Jahren durch die Reduktion des Energieverbrauchs und die tiefen Emissionen ohne aufwändige Abgasnachbehandlung. Zusammen mit dem Ökozentrum wurde diese Technik ab 1994 in weitere Nutzungsbereiche geführt, namentlich der Hochtemperatur-Wärmeübertragung, der Bioraffinerien und der Nachverbrennung. Bei der FLOX-Technik tritt an Stelle der Flammenstabilisierung die Stabilisierung eines Torus-Wirbels. Diese interne Abgasrückführung führt gleichzeitig zur Reduktion der Partialdrücke aller Reaktanden, eine Rückführung der Aktivierungsenergie, sowie zur Ausbildung einer stabilen Oxidationszone. Dadurch entstehen zu den bereits geschilderten Vorteilen auch noch die folgenden: Erstens entsteht durch die gleichmässige Oxidation eine Temperaturverteilung mit geringsten Gradienten bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten, sodass empfindliche Hochtemperatur-Wärmeübertrager effizienter und näher an ihrer Belastungsgrenze genutzt werden können. Zweitens kann diese stabile Oxidations-zone sämtliche Brennstoffe verarbeiten, die einen autothermen Weiter-Betrieb der Oxidation erlauben: Somit wird das Verbrennungs-System extrem flexibel gegenüber wechselnder Zündwilligkeit, Reaktionsgeschwindigkeit, Luftüberschusszahl und Brennstoffleistung, sowie wechselndem Heizwert. So entstand das Geschäftsfeld der Schwachgasverbrennung und Nachverbrennung. Mittlerweile sind kontinuierlich operierende (rekuperative) Anlagen für Heizwerte von Schwachgasen mit 0.9 MJ/m3 (z.b. 2.5% CH 4 -Gehalt) auf dem Markt, Systeme mit regenerativer Wärmerückgewinnung erreichen sogar noch tiefere Werte. Während der Entwicklung von Schwachgasabfackelungsanlagen entstand früh der Wunsch, die erzeugte saubere Hitze möglichst wirtschaftlich in elektrische Energie zu wandeln. Dies sollte sowohl durch die Weglassung des teuersten Bauteiles, nämlich eines heissen Wärmeübertragers, als auch durch die Weglassung einer aufwändigen Brennstoff-Vorbehandlung und Kompression möglich werden. Die atmosphärische Mikroturbine Aactor!GT, eine inverse Gasturbine, soll diese Anforderungen auch für kleine Leistungen erfüllen: Die Gase werden heiss und drucklos angesaugt, aus einer Abfackelungsanlage oder einem sonstigen, bestehenden Hochtemperaturprozess, und in ein Teilvakuum expandiert. Die Abgase werden nach einer Abkühlung mit dem Kompressor der Turbine wieder Umgebungsdruck rückverdichtet und ausgestossen. Die Turbine ist also gleichzeitig Stromerzeuger, Verbrennungsluft- und Abgasgebläse. Die Kühlung reicht je nach Aggressivität des Abgases, der Anforderungen an die Wärmenutzung und an die Effizienz über oder unter die Dampfkondensations-Grenze. Die Prototypenanlage des Ökozentrums wird dieser Tage für den Einsatz auf einer Deponie vorbereitet. Während sich diese Lösung für partikelarme, korrosive heisse Gase eignet, favorisieren Ökozentrum und seine Industriepartner auch für die saubere Nutzung von Feststoff-Biomasse, insbesondere waldfrischem Holz die Mikroturbine, nämlich die extern befeuerte Gasturbine EFGT, oder Heissluftturbine. Durch die indirekte Befeuerung wird der Turbinenkreis nur mit Luft betrieben. Entsprechende Rekuperatoren übertragen die Abwärmen intern und erhöhen die Effizienz. Die erreichbaren Wirkungsgrade mit bestehender Mikroturbinentechnik liegen deutlich über jenen von Dampfprozessen kleinerer Leistung, sowie nur wenig unter den Angaben von Holzvergaseranlagen. Gegenüber letzten bestechen sie jedoch durch Einfachheit und Robustheit sowie einer enormen Brennstoff-Flexibilität, die mit einem konventionellen Biomasse-Heizkessel vergleichbar ist. Eine entsprechende Pilotanlage aus England, welche in Rümlang 2007 bis 2010 in Betrieb war, bestätigte die Eignung und Robustheit der Technologie und führte zur Entwicklung eines Produktes mit 100 kw elektrischer Nennleistung bei einem namhaften Schweizer Biomasse-Kesselhersteller. In Zukunft sollen aber auch bei dieser Anwendung zur Erreichung höchster Effizienz bei gleichzeitig minimierter Wärmeübertragerfläche wiederum die erwähnten Vorteile der FLOX- Verbrennungstechnik zum Zuge kommen; entsprechende Projekte sind in der Startphase.

17 Herausforderungen und Ziele an die Verbrennungsforschung aus der Sicht der Liebherr Machines Bulle SA Stephan Haas Liebherr Machines Bulle SA, Bulle Hochleistungs-Industriedieselmotoren - Vergleich der Lösungen für heutige Herausforderungen Kurzfassung: Das Liebherr-Industriemotoren-Portfolio ist bisher auf die Liebherr-eigenen Anwendungen massgeschneidert worden und kann mit einem konventionellen Verbrennungssystem mit Common-Rail- Einspritzung, einstufiger Aufladung und hocheffizienter NOx-Nachbehandlung die zukünftigen Emissionsgrenzwerte Stufe IV / Tier4f sowie die spezifischen Leistungsanforderungen bei sehr wettbewerbsfähigen Kraftstoffverbräuchen einhalten. Neue Anwendungen der Liebherr-V-Motorbaureihe für Geräte ausserhalb des Liebherr-Konzerns mit deutlich höheren spezifischen Mitteldrücken bedeuten, sich aus dem bekannten Umfeld der Verbrennungssystem-Konfiguration zu bewegen und eine neue Hochleistungsdieselmotor-Basis zu entwickeln. Das neue Verbrennungssystem muss effektive Mitteldrücke bis 32 bar bei Nenndrehzahl abdecken, unter Berücksichtigung einer 30%igen Drehmomentüberhöhung lässt sich dies nur mit einer Absenkung des Verdichtungsverhältnisses, einer 2-stufigen Aufladung sowie Detailarbeit an der Ansaugluftführung, der Brennraumgeometrie und der Düsenkonfiguration realisieren. Um die deutlich höhere spezifische Leistung dauerhaft darstellen zu können, muss auch das Motorkühlsystem lokal und gesamtheitlich optimiert werden, da die Basisversion dafür nicht genug Reserven aufweist. In diesem Vortrag werden eingangs die gemeinsamen Anforderungen der drei neuen Anwendungen, sowie die gemeinsamen Massnahmen im Detail vorgestellt. Neben der Bestätigung der simulierten Betriebswerte durch Motorversuche wird auch gezeigt, dass die neuen Massnahmen auch zur Produktoptimierung der Motoren des bestehenden Leistungsportfolios genutzt werden können. R. Ellensohn, A. Pfeifer, S. Haas, G. Rizzo, B. Méalier

18 Herausforderungen und Ziele Verbrennungsforschung aus der Sicht der FTP Motorenforschung AG Peter Krähenbühl Leiter Technologie und Entwicklung, FPT Motorenforschung AG, Arbon kein Abstract, Prospekte liegen auf

19 Verbrennungsforschung in der Schweiz 6. November 2013, ETH Zürich, Alumni Pavillon Teilnehmerinnen und Teilnehmer Christian Bach Empa Überlandstrasse Dübendorf Christophe Barro Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich barro@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Rainer Bendel Helbling Beratung+Bauplanung AG Hohlstrasse Zürich rainer.bendel@helbling.ch Simone Bernasconi ABB Turbo Systems Ltd Bruggerstrasse 71A 5401 Baden simone.bernasconi@ch.abb.com Fernando Biagioli Alstom Schweiz AG 5242 Birr fernando.biagioli@power.alstom.com Hannes Biffiger Empa Überlandstrasse Dübendorf hannes.biffiger@empa.ch Felipe Bolaños Chaverri Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW Klosterzelgstrasse Windisch felipe.bolanos@fhnw.ch Christopher Blomberg Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich blomberg@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Michele Bolla Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich mbolla@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Rolf Bombach Paul Scherrer Institut OVGA/ Villigen PSI rolf.bombach@psi.ch Konstantinos Boulouchos Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich boulouchos@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Clemens Brückner Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich brueckner@la.vmavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Urs Cabalzar EMPA Überlandstrasse Dübendorf urs.cabalzar@empa.ch Claudio Christen ABB Turbo Systems AG Bruggerstrasse 71A 5400 Baden claudio.christen@ch.abb.com Luca Cornolti Politecnico di Milano luca.cornolti@mail.polimi.it 1

20 Jan Czerwinski Berner Fachhochschule Gwerdtstrasse Nidau jan.czerwinski@bfh.ch Salvatore Daniele Paul Scherrer Institut 5232 Villigen PSI salvatore.daniele@fhnw.ch Alexey Denisov Paul Scherrer Institut OVGA/ Villigen PSI alexey.denisov@psi.ch Panayotis Dimopoulos Empa Überlandstrasse Dübendorf panayotis.dimopoulos@empa.ch Eggenschwiler Peter Eberli Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich eberli@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Urs Eberli Adumex Zelglistrasse Fehraltorf urs.eberli@adumex.com Rudolf Ellensohn Liebherr Machines Bulle SA 45, rue de l'industrie 1630 Bulle rudolf.ellensohn@liebherr.com E. Geoffrey Engelbrecht Engelbrecht GmbH Badstrasse 18b 5408 Ennetbaden geoff@engelbrecht.ch Daniele Farrace Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich dfarrace@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Nicolò Frapolli fnicolo@student.ethz.ch Christos Frouzakis Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich frouzakis@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Alessandro Ganser Ganser CRS AG Industriestrasse Winterthur alessandro.ganser@ganser-crs.ch Arce Garcia Ganser CRS AG Industriestrasse Winterthur arce.garcia@ganser-crs.ch Beat Gasser Erdöl-Vereinigung Spitalgasse Zürich gasser@erdoel.ch Thomas Gerber Paul Scherrer Institut OVGA/ Villigen thomas.gerber@psi.ch Payam Ghorbani, Ganser CRS AG Industriestrasse Winterthur payam.ghorbani@ganser-crs.ch Dietmar Goericke Forschungsvereinigung Lyonerstrasse 18 D Frankfurt goericke@fvv-net.de Verbrennungskraftmaschinen Timothy Griffin Fachhochschule Nordwestschweiz 4132 Muttenz timothy.griffin@fhnw.ch Felix Grygier Paul Scherrer Institut 5232 Villigen PSI felix.grygier@psi.ch Tagung Verbrennungsforschung in der Schweiz Mittwoch, 6. November 2013 ETH Zürich, Alumni Pavillon - Teilnehmende 2

21 Stephan Haas Liebherr Machines Bulle SA 45, rue de l'industrie 1630 Bulle Lucien Halada Student ETH Peter Häusler HEXmodul AG Technoparkstrasse Zürich haeusler.peter@bluewin.ch Jaan Hellat ALSTOM (Schweiz) 5401 Baden jaan.hellat@power.alstom.com Sandra Hermle Bundesamt für Energie (BFE) 3003 Bern sandra.hermle@bfe.admin.ch Kai Herrmann Wärtsilä Schweiz AG Thomas Hilfiker Empa Überlandstrasse Dübendorf thomas.hilfiker@empa.ch Alphons Hintermann ehemals BFE alphons.hintermann@gmx.ch Hansulrich Hörler ehemals ETH Zürich - LAV hoerlerhu@bluewin.ch Daniel Hosang DEAG Dillier Energie AG Allmendstrasse Sarnen daniel.hosang@deag.ch Melanie Hubacher ABB Turbo Systems AG Bruggerstrasse 71A 5400 Baden melanie.hubacher@ch.abb.com Walter Hubschmid Paul Scherrer Institut (PSI) OVGA/ Villigen walter.hubschmid@psi.ch Peter Jansohn Paul Scherrer Institut (PSI) OVGA/105A 5232 Villigen peter.jansohn@psi.ch Dirk Kadau Wärtsilä Switzerland Ltd Zürcherstrasse Winterthur dirk.kadau@wartsila.com Boris Kniazev Ammann Schweiz AG Eisenbahnstrasse Langenthal boris.kniazev@ammann-group.com Jann Koch Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich jann.koch@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Mahdi Kooshkbaghi Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich kooshkbaghi@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Peter Krähenbühl FPT Motorenforschung AG Schlossgasse Arbon peter.kraehenbuehl@fptindustrial.com Postfach 80 Zaira Künsch FPT Motorenforschung AG Schlossgasse 2 Postfach Arbon zaira.künsch@fptindustrial.com Tagung Verbrennungsforschung in der Schweiz Mittwoch, 6. November 2013 ETH Zürich, Alumni Pavillon - Teilnehmende 3

22 Panos Kyrtatos Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich kyrtatos@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Christian Laemmle combustion and flow solutions GmbH Technoparkstrasse Zürich laemmle@combustion-flow-solutions.com Anthi Liati EMPA Überlandstrasse Dübendorf anthi.liati@empa.ch Yu-Chun Lin Paul Scherrer Institut (PSI) 5232 Villigen PSI yu-chun.lin@psi.ch George Lustgarten Technology & Management Consulting Rebbergstrasse Feldmeilen george@lustgarten.onmicrosoft.com James Mannekutla Paul Scherrer Institut OVGA/ Villigen PSI james.mannekutla@psi.ch Ioannis Mantzaras Paul Scherrer Institut 5232 Villigen PSI ioannis.mantzaras@psi.ch Lebius Matthews Swissmid GmbH Postfach Zürich LM@swissmid.com Artiom Miroschnitschenko FPT Motorenforschung AG Schlossgasse Arbon stage_arbon3@fptindustrial.com Postfach 80 Roman Möller ABB Turbo Systems AG Bruggerstrasse 71a 5400 Baden roman.moeller@ch.abb.com Pascal Mühlebach combustion and flow solutions GmbH Technoparkstrasse Zürich muehlebach@ combustion-flow-solutions.com Ulf Christian Müller Hochschule Luzern Werftestrasse Luzern ulfchristian.mueller@hslu.ch Stefan Oberholzer Bundesamt für Energie 3003 Bern stefan.oberholzer@bfe.admin.ch Peter Obrecht Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich schlatter@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Daniel Peitz Wärtsilä Schweiz AG Zürcherstrasse Winterthur daniel.peitz@wartsila.com Felipe Piringer Fachhochschule Nordwestschweiz Klosterzelgstrasse Windisch felipe.piringer@fhnw.ch Marco Poletti DUAP AG Waldgasse Herzogenbuchsee marco.poletti@duap.ch Nikolaos Prasianakis Paul Scherrer Institut 5232 Villigen PSI nikolaos.prasianakis@psi.ch Philippe Prêtre MEMS AG Bruggerstrasse Birmenstorf philippe.pretre@mems.ch Tagung Verbrennungsforschung in der Schweiz Mittwoch, 6. November 2013 ETH Zürich, Alumni Pavillon - Teilnehmende 4

23 Matthias Reber Ghelma AG Spezialtiefbau Sandstrasse Meiringen Stephan Renz Beratung Renz Consulting Elisabethenstrasse Basel Felix Reutimann Bundesamt für Umwelt BAFU 3003 Bern Theo Rindlisbacher Federal Office for Civil Aviation FOCA 3003 Bern Thierry Robert-Nicoud haute école inénierie arc 7, Rue de la Serre 2610 St-Imier Thomas Roth AVESCO AG Energiesysteme Grüngenstrasse Bubendorf Raul Rodriguez FPT Motorenforschung AG Schlossgasse Arbon raul.rodriguez@fptindustrial.com Johannes Ruchti DUAP AG Waldgasse Herzogenbuchsee johannes.ruchti@duap.ch Arne Sankowski Oranto GmbH Bänschstrasse 77 D Berlin cranto.sankowski@daimler.com Benjamin Schatz FPT Motorenforschung AG Schlossgasse Arbon benjamin.schatz@fptindustrial.com Postfach 80 Lars Schira Ganser CRS AG Industriestrasse Winterthur lars.schira@ganser-crs.ch Stéphanie Schlatter Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich schlatter@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Martin Schmid ö k o z e n t r u m Schwengiweg Langenbruck martin.schmid@oekozentrum.ch Andreas Schmid Wärtsilä Schweiz Sulzer Allee Winterthur andreas.schmid@wartsila.com Martin Schmitt Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich schmitt@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Rolf Schmitz Bundesamt für Energie (BFE) 3003 Bern rolf.schmitz@bfe.admin.ch Bruno Schneider Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich schneider@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Andreas Schulte DUAP AG Waldgasse Herzogenbuchsee andreas.schulte@duap.ch Avinash Shingnahalli Bhat bhata@student.ethz.ch Tagung Verbrennungsforschung in der Schweiz Mittwoch, 6. November 2013 ETH Zürich, Alumni Pavillon - Teilnehmende 5

24 Patrik Soltic EMPA Überlandstrasse Dübendorf Ales Srna Master Student ETH-LAV Juerg Stadler Kistler Instrumente AG Eulachstrasse Winterthur Karel Steurs Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich steurs@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Kilian Stoffel Ganser CRS AG Industriestrasse Winterthur kilian.stoffel@ganser-crs.ch Peter Stuber Fachhochschule Nordwestschweiz Klosterzelgstrasse Windisch peter.stuber@fhnw.ch Robert Stucki Acrona Systems AG Laurenzenvorstadt Aarau robert.stucki@acrona-systems.com Beat von Rotz Wärtsilä Switzerland Ltd Sulzer Allee Winterthur beat.vonrotz@wartsila.com Benedikt Vogel Dr. Vogel Kommunikation Kopenhagener Str. 37 D Berlin vogel@vogel-komm.ch Jean-Claude Weber Erdgas Zürich AG Aargauerstrasse Zürich jeanclaude.weber@erdgaszuerich.ch German Weisser Wärtsilä Switzerland Ltd PO Box Winterthur german.weisser@wartsila.com Zürcherstrasse 12 Pascal Wilhelm FPT Motorenforschung AG Schlossgasse Arbon pascal.wilhelm@fptindustrial.com Postfach 80 Dieter Winkler Fachhochschule Nordwestschweiz Klosterzelgstrasse Windisch dieter.winkler@fhnw.ch Yuri Wright Laboratorium für Aerothermochemie und Sonneggstr Zürich wright@lav.mavt.ethz.ch Verbrennungssysteme Johannes Wüthrich ABB Turbo Systems AG Bruggerstrasse 71A 5400 Baden johannes.wuethrich@ch.abb.com Dario Wüthrich Paul Scherrer Institut OVGA / Villigen PSI dario.wuethrich@psi.ch Solomon Zewdie FPT Motorenforschung AG Schlossgasse 2 Postfach Arbon solomon.zewdie@fptindustrial.com Tagung Verbrennungsforschung in der Schweiz Mittwoch, 6. November 2013 ETH Zürich, Alumni Pavillon - Teilnehmende 6

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26 Posterausstellung Verbrennungsforschung in der Schweiz 6. November 2013 ETH Zürich, Alumni Pavillon Nr. Titel Autor 1 DNS in engine-like geometries Martin Schmitt ETH Zürich 2 Aactor!GT Strom und Klimaschutz von der Deponie Martin Schmid Ökozentrum 3 4 Turbulent Flame Speed as an Indicator for Flashback Propensity An example for Wet Gas Turbine Applications Gestuftes, Gasturbinen-Verbrennumssystem für verbesserte Betriebsflexibilität Y.C. Lin, P. Jansohn, K. Boulouchos PSI / ETH Zürich FHNW 5 Large Engine Research Facility Reaching IMO Tier III No x Emission Limits through Engine internal means ETH - PSI - ccem.ch - ABB Turbo Systems - Wärtsilä 6 Large Eddy Simulation of a Small SI Engine J. Koch, Y. Wright, K. Boulouchos ETH Zürich 7 8 Pilot Ignition in Lean Burn Gas Engine Investigation of Knock in an Ethanol Fueled Spark Ignition Engine St. Schlatter, B. Schneider, Y. Wright, K. Boulouchos ETH Zürich K. Steurs, K. Boulouchos ETH Zürich

27 Der Bundesrat Le Conseil fédéral Il Consiglio federale Il Cussegl federal Faktenblatt zur Medienmitteilung Datum: Botschaft zur Energiestrategie 2050: Ziele und Massnahmen in der Übersicht

28 Faktenblatt zur Medienmitteilung Bundesrat verabschiedet Botschaft zur Energiestrategie 2050 Übersicht der Massnahmen Gebäude: Das Gebäudeprogramm zur Förderung von energetischen Sanierungen wird verstärkt. Der Abgabesatz der CO 2 -Abgabe soll auf 84 Franken pro Tonne CO 2 steigen und die Mittel aus der Teilzweckbindung der CO 2 -Abgabe (ein Drittel des Ertrags aus der CO 2 -Abgabe, höchstens 450 Millionen Franken pro Jahr) werden den Kantonen künftig ausschliesslich in Form von Globalbeiträgen ausbezahlt. Die Gesamtmittel des Bundes und der Kantone für das Gebäudeprogramm betragen ab Inkraftsetzung des neuen Energiegesetzes und des geänderten CO 2 -Gesetzes jährlich rund 525 Millionen Franken. Die Mittel stammen zu zwei Dritteln aus der CO 2 -Teilzweckbindung und zu einem Drittel aus den kantonalen Staatshaushalten. Industrie und Dienstleistung: Anstelle der ursprünglich vorgesehenen Einbindung von Grossverbrauchern in Zielvereinbarungsprozesse wird die Lösung gemäss der im Juni vom Parlament beschlossenen parlamentarischen Initiative übernommen. Demnach können sich Strom- Grossverbraucher von der CO 2 -Abgabe und vom Netzzuschlag befreien, wenn sie sich zur Steigerung ihrer Stromeffizienz sowie zur Verminderung ihrer CO 2 -Emissionen verpflichten. Mobilität: Die CO 2 -Emissionsvorschriften für neue Personenwagen werden auf durchschnittlich 95 g CO 2 /km bis Ende 2020 verschärft (heute 130 g CO 2 /km bis 2015) und neu CO 2 -Zielwerte für Lieferwagen und leichte Sattelschlepper (175 g CO 2 /km bis 2017 und 147 g CO 2 /km bis 2020) eingeführt. Die Schweiz geht hier im Gleichschritt mit der EU. Elektrogeräte: Die Effizienzvorschriften werden auf weitere Gerätekategorien ausgeweitet und entsprechend dem Stand der Technik periodisch verschärft. Stromlieferanten: Stromlieferanten mit einem jährlichen Absatz von 30 GWh oder mehr werden zu Effizienzzielen mittels weissen Zertifikaten verpflichtet. Der Kostendeckel zur Finanzierung der Einspeisevergütung (KEV) wird auf 2,3 Rappen pro Kilowattstunde erhöht. Heute liegt der gesetzlich festgelegte maximale Netzzuschlag bei 1,0 Rp./kWh, ab 2014 wird er auf maximal 1,5 Rp./kWh erhöht (siehe: Parlamentarische Initiative ). Der KEV-Fonds ist derzeit mit positiven Bescheiden vollständig ausgelastet. Es gibt eine Warteliste mit Gesuchen ( Photovoltaik; 365 Wind, 226 Biomasse, 389 Wasserkraft, 4 Geothermie Stand ). Der Umbau des Systems zur Einspeisevergütung zu mehr Direktvermarktung schafft Anreize für eine bedarfsgerechte Produktion. Steuerbare Anlagen erhalten künftig einen flexiblen Vergütungstarif wenn sie den Strom dann einzuspeisen, wenn dieser auch benötigt wird. Kleine Photovoltaik-Anlagen (< 10 kw) erhalten neu einmalige Investitionsbeiträge (Einmalbeiträge) anstelle der KEV in Höhe von maximal 30 % der Investitionskosten von Referenzanlagen (analog Parlamentarische Initiative ). Das gilt auch für Projekte auf der heutigen Warteliste (inklusive Anlagen auf der Warteliste, die bereits in Betrieb genommen wurden), die bisher noch keinen positiven Entscheid erhalten haben. Betreiber von Anlagen ab 10 und bis unterhalb 30 kw können zwischen Einspeisevergütung und Einmalvergütung wählen Als Bestandteil der Energiestrategie 2050 lässt der Bundesrat eine eigenständige Strategie Stromnetze und darauf aufbauend bis Herbst 2014 eine separate Gesetzesvorlage ausarbeiten. Energieforschung: Das Parlament hat bereits im März 2013 den Aktionsplan Koordinierte Energieforschung Schweiz verabschiedet, mit dem die Energieforschung für die Periode mit 202 Millionen Franken an zusätzlichen Fördermitteln verstärkt wird. Ausserdem hat der Bundesrat das bestehende Energie-Pilot- und Demonstrationsprogramm finanziell aufgestockt und ein über zehn Jahre laufendes Programm für Leuchtturmprojekte geschaffen, das in diesem Jahr gestartet wurde. 2/10