TEG for energieffektivisering i tunge køretøjer

Elektricitet kan blive genereret baseret på varmen fra motorer og udstødninger på tunge køretøjer. Termoelektriske generatorer forbedrer energi effektiviteten på køretøjer så en brændstofbesparelse kan opnås. Formålet med dette projekt er at udvikle og for første gang demonstrere en termoelektrisk generator i et køretøj på koncept basis.

Elektrisk energi kan indvindes fra motorer og udstødninger i tunge køretøjer. Termoelektriske generatorer (TEG) forbedrer den traditionelle drive-train effektivitet med reduceret brændstofforbrug til følge. Et nyt termoelektrisk materiale udviklet af Aarhus Universitet samt German Aerospace har egenskaber, som er lovende for anvendelse i tunge køretøjers udstødsgas. Formålet med projektet var at udvikle og demonstrere det første proof-of-concept modul til anvendelse i transportsektoren via afprøvning i test-bænk af et 100 W modul ved 400 ⁰C. Dette mål blev ikke nået i fuldt omfang i projektet.

Projektbeskrivelse

Det overordnede formål med dette projekt er at udvikle og demonstrere en effektiv og billig termoelektrisk generator for tunge køretøjer baseret på Zn4Sb3/Mg2SiSn termoelektriske materialer. I starten af projektet vil flådeejere for tunge køretøjer bliver inviteret for at komme med input til projektet. Senere vil det termoelektriske materiale blive forbedret i stræben efter lang tids pålidelighed, når det udsættes for høje temperaturer, det samme gælder for de termoelektriske moduler. Bestræbelser vil finde sted for at beskytte det termoelektriske materiale mod oxidation ved hjælp af coating. Potting tekniker såvel som alternative samlingsteknikker for det termoelektriske modul vil ligeledes blive undersøgt. Computer simulering vil sikre den optimale virkningsgrad for det termoelektriske modul. Senere i projektet vil termoelektriske moduler blive integreret i termoelektriske generatorer. I starten af denne fase vil design parametre blive identificeret. Så vil først en 20W - siden en 100W generator blive bygget for at demonstrere konceptet. De termoelektriske generatorer vil blive testet ved hjælp af varm luft, svarende til udstødningsgas, i en testbænk. Projektet vil bane vejen for at termoelektriske elementer vil blive en integreret del af fremtidens udstødningssystemer, hvorved en brændstofbesparelse på 1% vil kunne opnås, da en traditionel generator vil kunne udelades.

Læs mere her. 

Resultater

Hovedformålet med projektet var at producere en funktionsdygtig termoelektrisk generator egnet til montering på en lastvogn. Ved starten af projektet blev det underforstået, at TEGnology havde videreudviklede termoelektriske materialer opfundet af Aarhus Universitet og var tæt på en kommerciel modul. Det blev forudset, at der vil være behov for tilpasninger af materiale og samlingsteknikker for at tilvejebringe en egnet løsning. Der var forventet en lille risiko for, at materialet ikke kunne levere som forventet. Det viste sig efter de indledende test hos MAHLE, at der var alvorlige problemer med materialestabiliteten ved  400 ⁰C. De materielle problemer blev løst ved udgang 2016. Svagheder identificeret med substraterne og samlinger blev behandlet parallelt, hvilket resulteret i en forbedret udformning, også ved udgangen af 2016. Yderligere høj-temperatur-test afslørede et uventet problem med de elektriske kontakter til et af materialerne (magnesium silicid). Symptomet er en langsom stigning i kontaktmodstand, ved 400⁰C. Det samme forekommer ikke for det andet materiale (zink antimonide) Omfattende arbejde har hidtil tilladt drift ved 400 C i op til 100 timer, hvilket er tilstrækkeligt til prototyper men kræver forbedring for en kommerciel løsning. Arbejdspakke 1 blev først færdig ved udgangen af 2016. Konsekvensen heraf er, at der ikke var ressourcer tilbage i projektet til at indlede Arbejdspakke 2. Resultaterne har vist, at målet med en kommerciel termoelektrisk generator fortsat er inden for rækkevidde.  DTU har produceret en førsteklasses teoretisk modellering af et termo-elektrisk modul, som er et godt redskab til udvikling af nye designs.

Key figures

Periode:
2013 - 2016
Bevillingsår:
2013
Egen finansiering:
2,97 mio.
Støttebeløb:
6,05 mio.
Støtteprocent:
64 %
Projektbudget:
9,46 mio.

Kategori

Program
EUDP
Fælles overordnet teknologiområde
Energieffektivitet
Projekttype
Demonstration
Journalnummer
64013-0169

Deltagere

TEGnology Aps (Main Responsible)
Partner og Økonomi
Partner Tilskud Eget bidrag
TEGnology Aps 2.92 mio. 1.95 mio.
PANCO GmbH - Physics Technology – Development & Consulting 0.49 mio. 0.32 mio.
Volvo Technology AB (VTEC) 0.13 mio. 0.19 mio.
Behr GmbH & Co. KG 0.39 mio. 0.14 mio.
Aarhus Universitet 0.47 mio. 0.08 mio.
Danmarks Tekniske Universitet (DTU) 1.66 mio. 0.29 mio.

Energiforskning.dk - en fælles informationsportal for energiteknologiske forsknings- og udviklingsprogrammer.

Logo innovationsfonden
Logo for EUDP
Logo for elforsk