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Kleintechnische Vergärungsversuchsanlage (KTVA)

Das Institut für Abfall- und Kreislaufwirtschaft verfügt seit dem Jahr 2010 über eine 'Kleintechnische Vergärungsversuchsanlage' (KTVA) zur Durchführung langfristiger, anaerober Vergärungsversuche im kontinuierlichen Vergärungsverfahren. Hauptbestandteil ist ein Edelstahlreaktor (Vol. = 1.100 l), welcher beheizbar, durchmischbar und kontinuierlich beschickbar ist. Zusätzlich verfügt die KTVA über einen Vorlage- bzw. Hydrolysebehälter und einen Nachgärbehälter. Derzeit befindet sich die KTVA im Probebetrieb und wird zeitnah für orientierende Versuche genutzt. Mit Hilfe kontinuierlicher Messungen der Zusammensetzung des produzierten Biogases können die Vergärungsprozesse überwacht und optimiert werden.

Digitalisierung als Wegbegleiter für die Flexibilisierung in der Energiewirtschaft - enera - Der nächste große Schritt der Energiewende, Teilvorhaben: Flexibilitätsbereitstellung aus Windenergie- und Power-to-Gas-Anlagen sowie Laborerprobung neuer Netzbetriebskonzepte

Für die Felderprobung neuer Netzbetriebskonzepte auf Mittelspannungsebene, die Bereitstellung regionaler Systemdienstleistungen und zur Teilnahme an regionalen Energiemärkten werden Windenergieanlagen für ein flexibles Blindleistungsmanagement umgerüstet und sogenannte STATCOM-Container errichtet. Die Umrüstung der Windenergieanlagen ermöglicht eine wirkleistungsunabhängige Bereitstellung von Blindleistung (STATCOM-Fähigkeit) sowie eine Erweiterung des Blindleistungsstellbereichs (Q+-Aufrüstung). Eine weitere Option zur Kompensation von Spannungsschwankungen bieten STATCOM-Container - auch an Standorten, an denen keine STATCOM-fähigen Windenergieanlagen vorhanden sind. Zur Minimierung wirtschaftlicher Risiken werden die zu untersuchenden Netzbetriebskonzepte vor der Felderprobung im Labor getestet. Dies gilt insbesondere für das Konzept eines 'Intelligenten Dispatcher' sowie für neue Netzregelungskonzepte zur Spannungs-Blindleistungsoptimierung.

TEMPRO: Ganzheitliches Energiemanagement in professionellen Rechenzentren

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die ganzheitliche Steigerung der Energie- und Rohstoffeffizienz von Rechenzentren in Deutschland unter Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Wertschöpfungsstufen. Zur Operationalisierung können zwei Hauptziele formuliert werden: 1 Schaffung einer Bewertungsgrundlage für die ganzheitliche Energie- und Rohstoffeffizienz von Rechenzentren. 2 Erforschung und Entwicklung neuer Effizienztechnologien in Rechenzentren, die zu erheblichen Energieeinsparungen führt. Durch TEMPRO werden wissenschaftliche Grundlagen geschaffen, um eine ganzheitliche Bewertung der Energieeffizienz von Rechenzentren zu ermöglichen. Die Ergebnisse werden den Rechenzentrumsbetreibern u.a. als Softwaretool zur Verfügung gestellt. Das Vorhaben teilt sich in 5 Arbeitspakete (AP) auf, die zum Teil parallel bearbeitet werden. Im AP1 wird die Zusammensetzung der Rechenzentrumskomponenten (RZK) sowie deren Demontage und Laboranalyse auf kritische und wirtschaftsstrategische Rohstoffe untersucht, die Lebenszyklusbetrachtung der RZK steht im Fokus von AP2. In AP3 wird u.a. ein Softwaretool prototypisch entwickelt, mit dem eine Erstbewertung von Rechenzentren hinsichtlich ihrer Energieeffizienz möglich sein wird. Mit dem Tool werden dazu bspw. folgende Inputparameter erhoben: Art/Funktion des Rechenzentrums, IKT-Ausstattung, Baujahr und Art der Kühlung. Bei der Bewertung der Energieeffizienz wird sowohl der Energiebedarf in der Nutzungsphase als auch die graue Energie berücksichtigt. Im AP4 werden die aktuellen technologischen Entwicklungen, die einen besonderen Einfluss auf die Energieeffizienz von Rechenzentren haben, analysiert und bewertet. In AP5 werden Effizienztechnologien, die besonders hohe Energieeinsparungen ermöglichen, konzipiert und prototypisch von Rechenzentrumsbetreibern getestet. Die drei geplanten Prototypen teilen sich auf in: Energieeffiziente Kühlung, Energieeffiziente Cloudlösungen und Störfallkonzepte für energieeffiziente Infrastrukturen.

Forschungscampus Elektrische Netze der Zukunft - Projekt 2: Anlagen- und Netztechnik für Mittelspannungs-Gleichspannungsanwendungen

In diesem Projekt des Forschungscampus Elektrische Netze (FEN) der Zukunft werden die elektrischen Komponenten und Systeme, die für den Aufbau und den Betrieb von Gleichspannungsnetzen erforderlich sind, weiterentwickelt. Gleichspannungsnetze versprechen eine Reihe von technologischen Vorteilen gegenüber herkömmlichen Drehspannungsnetzen, unter anderem eine höhere Effizienz und höhere Flexibilität bei der Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Im Forschungscampus Elektrische Netze der Zukunft werden in einem Projektverbund verschiedene Aspekte von Gleichspannungsnetzen mit einem Fokus auf die Mittelspannungsebene erforscht. Die Forschungsarbeiten aller vier Projekte des Projektverbundes werden an der RWTH Aachen in direkter Kooperation mit einer Gruppe von assoziierten Partnern durchgeführt. Die einzelnen Projekte sind in den Forschungscampus eingebunden und stehen untereinander in Beziehung. Die technologischen und wirtschaftlichen Entwicklungen der Leistungselektronik offerieren über die bekannten Anwendungen hinaus neue Potenziale. Es kann heute davon ausgegangen werden, dass elektronische Komponenten und die Gleichspannungstechnik insgesamt auch in den Spannungsebenen der Verteilungsnetze (Mittelspannung, Niederspannung) interessante Lösungsoptionen bieten. Allerdings sind für einen breiten Einsatz der Gleichspannungstechnik in diesen Spannungsebenen noch wesentliche Fragestellungen zu klären, die sowohl die Systemintegration (Regelung, Schutztechnik etc.) als auch die Entwicklung leistungsfähiger, effizienter und zuverlässiger Komponenten und Anlagen betreffen. Dieses Vorhaben hat zum Ziel, die Anforderungen an die benötigten Komponenten und Systeme zu analysieren und zu identifizieren und darauf basierend neue Komponenten zu entwickeln und zu testen. Die einzelnen Arbeitspakete des Vorhabens sind: AP1 Gleichspannungswandler - AP2 Leistungshalbleiterbauelemente - AP3 Transformatoren für Mittelfrequenz - AP4 Schalten von DC, Schutztechnik - AP5 Isolation bei hochfrequenter Belastung - AP6 Kabelsysteme.

TEMPRO: Ganzheitliches Energiemanagement in professionellen Rechenzentren, Teilvorhaben: Bedarfsermittlung an grauer Energie zur Rückgewinnung von wirtschaftsstrategischen Rohstoffen

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die ganzheitliche Steigerung der Energie- und Rohstoffeffizienz von Rechenzentren in Deutschland unter Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Wertschöpfungsstufen. Zur Operationalisierung können zwei Hauptziele formuliert werden: 1 Schaffung einer Bewertungsgrundlage für die ganzheitliche Energie- und Rohstoffeffizienz von Rechenzentren. 2 Erforschung und Entwicklung neuer Effizienztechnologien in Rechenzentren, die zu erheblichen Energieeinsparungen führt. Durch TEMPRO werden wissenschaftliche Grundlagen geschaffen, um eine ganzheitliche Bewertung der Energieeffizienz von Rechenzentren zu ermöglichen. Die Ergebnisse werden den Rechenzentrumsbetreibern u.a. als Softwaretool zur Verfügung gestellt. Das Vorhaben teilt sich in 5 Arbeitspakete (AP) auf, die zum Teil parallel bearbeitet werden. Im AP1 wird die Zusammensetzung der Rechenzentrumskomponenten (RZK) sowie deren Demontage und Laboranalyse auf kritische und wirtschaftsstrategische Rohstoffe untersucht, die Lebenszyklusbetrachtung der RZK steht im Fokus von AP2. In AP3 wird u.a. ein Softwaretool prototypisch entwickelt, mit dem eine Erstbewertung von Rechenzentren hinsichtlich ihrer Energieeffizienz möglich sein wird. Mit dem Tool werden dazu bspw. folgende Inputparameter erhoben: Art/Funktion des Rechenzentrums, IKT-Ausstattung, Baujahr und Art der Kühlung. Bei der Bewertung der Energieeffizienz wird sowohl der Energiebedarf in der Nutzungsphase als auch die graue Energie berücksichtigt. Im AP4 werden die aktuellen technologischen Entwicklungen, die einen besonderen Einfluss auf die Energieeffizienz von Rechenzentren haben, analysiert und bewertet. In AP5 werden Effizienztechnologien, die besonders hohe Energieeinsparungen ermöglichen, konzipiert und prototypisch von Rechenzentrumsbetreibern getestet. Die drei geplanten Prototypen teilen sich auf in: Energieeffiziente Kühlung, Energieeffiziente Cloudlösungen und Störfallkonzepte für energieeffiziente Infrastrukturen.

GreT - Ganzheitliches ressourceneffizientes Turmkonzept für Windenergienanlagen mit großen Nabenhöhen für Onshore-Schwachwindstandorte, Teilvorhaben: Füge- und Montagekonzept für WEA-Turm (FüMoKo)

Im Rahmen des Teilvorhabens sollen zur Realisierung eines wirtschaftlichen Stahlrohrturmkonzeptes für Nabenhöhen der Windenergieanlage von größer als 120 m Aspekte des Fügens von Bauteilen und darauf aufbauend zur Montage des gesamtes Turmes entwickelt werden. Durch Materialversuche sowie klein- und großmaßstäbliche Modellversuche verschiedener Materialien und Aussteifungs- bzw. Turmvarianten sollen die unterschiedlichen Aussteifungsvarianten insbesondere im Hinblick auf das Beulverhalten experimentell untersucht und durch numerische Berechnungen begleitet werden. Teilarbeitspakete Fraunhofer IPA: ' Entwicklung und fertigungsgerechte Umsetzung von Konzepten zur Erhöhung der FAT-Klasse für Turmschalen aus S355 (AP 1.05 / 1.06) ' Entwicklung alternativer Sektionsverbindungen zum Verbinden von Stahlrohrsegmenten (AP 1.07/AP 3.04/AP 3.05) ' Entwicklung von Fügeverbindungen durch neuartige reibbeiwerterhöhende Maßnahmen in GV-Verbindungen (AP 1.08) ' Demonstration und Test von alternativen Sektionsverbindungen (AP 1.10) ' Bewertung automatisierter Herstellbarkeit von dünnwandigen, beulsteifen Bauelementen (AP 2.07) ' Verbindungstechnologie, Verwendbarkeit bandverzinkter und höherfester Stähle (AP 2.08/AP 2.09/AP 2.10) ' Definition des benötigten Maschinenpark und Fertigungsprozess (AP 2.11) ' Diskussion Zertifizierbarkeit (Baugruppen und Verbindungen) (AP 2.13) ' Entwicklung und Demonstration eines automatisierten Trägersystems für Verbindungswerkzeuge an Längsteilungen (AP 3.06/AP 3.07) ' Entwicklung eines Transport- und Montagekonzepts, sowie Montagevorrichtungen für die Baustelle (AP 3.10/AP 3.11) ' Mitwirkung bei der grundlegenden Technologiezusammenführung (AP 4.09) Teilarbeitspakete Fraunhofer IWES: ' Detaillierte Planung aller Versuche (AP 2.04) ' Statische Tests an kleinmaßstäblichen Turmmodellen (AP 2.05) ' Statische Tests an großmaßstäblichen Turmsegmenten (AP 2.14) ' Dynamische Tests an ausgesteiften Blechproben (AP 2.15).

EnOB: Fmopt - Verfahren zur Ressourcenminimierung im technischen Gebäudebetrieb, Teilvorhaben: Modellentwicklung und Optimierung

Für sektorübergreifende Effizienzmaßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs im Gebäudebereich sind präzise Vorhersagemodelle zur Berechnung des zukünftigen Verbrauchs als Kurzfrist- und Langfristprognose notwendig. Durch die Visualisierung zukünftiger Verbräuche und durch modellgestützte What-If-Analysen werden Betreiber von technischer Gebäudeausrüstung bei der Abschätzung und Verbesserung der Energieeffizienz unterstützt. In dem Verbundvorhaben wird mit der Erforschung und Entwicklung von Grey-Box-Modellen für die Abbildung des Verhaltens von Gebäude und Energiesystem die Lücke zwischen modellbasierter Vorhersage und tatsächlichem Verbrauch geschlossen. Erstmalig wird dabei auch der Einfluss der Alterung von technischen Anlagen und ihr Einfluss auf die Energieeffizienz berücksichtigt. Es entsteht eine Softwareumgebung als Mehrwert für bestehende Gebäudeleittechnik. Mit der Einbettung in BIM-Prozesse (BIM: Building Information Modeling) folgt das Vorhaben dem Trend zur Digitalisierung von Prozessen im Baugewerbe. Dabei lassen sich vorhandene BIM-Daten vorteilhaft in die Parametrisierung der Grey-Box-Modelle einbeziehen. Der Arbeitsplan des Fraunhofer IIS/EAS enthält folgende Aufgaben: Arbeitspaket 1 (AP1) Anforderungsanalyse: Anforderungen an Verfahren und Werkzeuge; AP2 Datenanalyse: Verfahren zur Extraktion von Lerndatensätzen; AP3 Modellbibliothek: Methodik, Modelle, Modellbibliothek; AP4 BIM-Prozesse und Daten: Prozessdefinition für Technisches Gebäudemanagement, Datenschemata, Model View Definition, Exchange Requirements, BIM-basierte Modellkonfiguration und -aggregation; AP5 Modellerstellung, Prognose, Optimierung: Erzeugung valider Lerndatensätze und Prognosemodelle für Energieverbrauch und Alterung, Energie- und Verschleißoptimierung; AP6 Werkzeugintegration: API (Application Programming Interface) aus Modellsicht; AP7 Demonstrator: BIM-Modell, Lerndatensätze, Modellgenerierung, Test und Inbetriebnahme; Die Bearbeitungsschwerpunkte von Fraunhofer IIS/EAS liegen in AP3 und AP5.

Teilprojekt D, Teilprojekt A

Im Projekt soll gezeigt werden, wie die mittelkettigen Carbonsäuren Capron- und Caprylsäure aus bestehenden Biogasanlagen in die chemische Industrie integriert werden können. Capron- und Caprylsäure sind Spezialchemikalien mit einem breiten Anwendungsspektrum. Mit dem neuen Verfahren soll Biogasanlagenbetreibern eine alternative Nutzungsmöglichkeit in Form von zusätzlichen Wertschöpfungsketten im Sinne einer Bioraffinerie eröffnet werden. Das neue Nutzungskonzept verbindet dabei bestehendes Knowhow der Anlagenbetreiber und vorhandene Infrastrukturen am Standort mit einer innovativen Betriebsweise und zusätzlichen technischen Komponenten zur Produktion und Extraktion der Carbonsäuren. Gleichzeitig wird eine alternative, nachhaltige Möglichkeit zur Herstellung der Carbonsäuren aus heimischen Biomassen sowie Rest- und Abfallstoffen entwickelt, so dass die Nutzung tropischer Pflanzenöle (Palm- und Kokosöl) als Basis vermieden werden kann. Anhand zweier Anwendungsmöglichkeiten soll im Projekt gezeigt werden, wie der Weg von der Produktion der Carbonsäuren mittels anaerober Fermentation über die Separation (Fest-Flüssig- und Flüssig-Flüssig-Trennung, Destillation), die chemische Modifikation (Veresterung, Sulfonierung) bis zur Verwendung in Reinigungs- und Schmiermitteln funktioniert. Darüber hinaus wird im Projekt ein Anlagenkonzept zur Umrüstung einer bestehenden Biogasanlage in eine Bioraffinerie entwickelt. Darauf aufbauend erfolgen ein Basic Engineering sowie die Darstellung der rechtlichen Rahmenbedingungen am Bioraffineriestandort. Über den gesamten Projektverlauf wird in enger Zusammenarbeit mit einem Wirtschaftsexperten eine Verwertungsstrategie entwickelt, wobei die Marktpotenziale sowie weitere Anwendungsfelder für Capron- und Caprylsäure recherchiert und präzisiert werden.

IBÖM02: CapAcidy: Bio-basierte Capron- und Caprylsäure - Herstellung, Aufreinigung, Vermarktungsstrategie, Teilprojekt B

Im Projekt soll gezeigt werden, wie die mittelkettigen Carbonsäuren Capron- und Caprylsäure aus bestehenden Biogasanlagen in die chemische Industrie integriert werden können. Capron- und Caprylsäure sind Spezialchemikalien mit einem breiten Anwendungsspektrum. Mit dem neuen Verfahren soll Biogasanlagenbetreibern eine alternative Nutzungsmöglichkeit in Form von zusätzlichen Wertschöpfungsketten im Sinne einer Bioraffinerie eröffnet werden. Das neue Nutzungskonzept verbindet dabei bestehendes Knowhow der Anlagenbetreiber und vorhandene Infrastrukturen am Standort mit einer innovativen Betriebsweise und zusätzlichen technischen Komponenten zur Produktion und Extraktion der Carbonsäuren. Gleichzeitig wird eine alternative, nachhaltige Möglichkeit zur Herstellung der Carbonsäuren aus heimischen Biomassen sowie Rest- und Abfallstoffen entwickelt, so dass die Nutzung tropischer Pflanzenöle (Palm- und Kokosöl) als Basis vermieden werden kann. Anhand zweier Anwendungsmöglichkeiten soll im Projekt gezeigt werden, wie der Weg von der Produktion der Carbonsäuren mittels anaerober Fermentation über die Separation (Fest-Flüssig- und Flüssig-Flüssig-Trennung, Destillation), die chemische Modifikation (Veresterung, Sulfonierung) bis zur Verwendung in Reinigungs- und Schmiermitteln funktioniert. Darüber hinaus wird im Projekt ein Anlagenkonzept zur Umrüstung einer bestehenden Biogasanlage in eine Bioraffinerie entwickelt. Darauf aufbauend erfolgen ein Basic Engineering sowie die Darstellung der rechtlichen Rahmenbedingungen am Bioraffineriestandort. Über den gesamten Projektverlauf wird in enger Zusammenarbeit mit einem Wirtschaftsexperten eine Verwertungsstrategie entwickelt, wobei die Marktpotenziale sowie weitere Anwendungsfelder für Capron- und Caprylsäure recherchiert und präzisiert werden.

IBÖM02: CapAcidy: Bio-basierte Capron- und Caprylsäure - Herstellung, Aufreinigung, Vermarktungsstrategie, Teilprojekt D

Im Projekt soll gezeigt werden, wie die mittelkettigen Carbonsäuren Capron- und Caprylsäure aus bestehenden Biogasanlagen in die chemische Industrie integriert werden können. Capron- und Caprylsäure sind Spezialchemikalien mit einem breiten Anwendungsspektrum. Mit dem neuen Verfahren soll Biogasanlagenbetreibern eine alternative Nutzungsmöglichkeit in Form von zusätzlichen Wertschöpfungsketten im Sinne einer Bioraffinerie eröffnet werden. Das neue Nutzungskonzept verbindet dabei bestehendes Knowhow der Anlagenbetreiber und vorhandene Infrastrukturen am Standort mit einer innovativen Betriebsweise und zusätzlichen technischen Komponenten zur Produktion und Extraktion der Carbonsäuren. Gleichzeitig wird eine alternative, nachhaltige Möglichkeit zur Herstellung der Carbonsäuren aus heimischen Biomassen sowie Rest- und Abfallstoffen entwickelt, so dass die Nutzung tropischer Pflanzenöle (Palm- und Kokosöl) als Basis vermieden werden kann. Anhand zweier Anwendungsmöglichkeiten soll im Projekt gezeigt werden, wie der Weg von der Produktion der Carbonsäuren mittels anaerober Fermentation über die Separation (Fest-Flüssig- und Flüssig-Flüssig-Trennung, Destillation), die chemische Modifikation (Veresterung, Sulfonierung) bis zur Verwendung in Reinigungs- und Schmiermitteln funktioniert. Darüber hinaus wird im Projekt ein Anlagenkonzept zur Umrüstung einer bestehenden Biogasanlage in eine Bioraffinerie entwickelt. Darauf aufbauend erfolgen ein Basic Engineering sowie die Darstellung der rechtlichen Rahmenbedingungen am Bioraffineriestandort. Über den gesamten Projektverlauf wird in enger Zusammenarbeit mit einem Wirtschaftsexperten eine Verwertungsstrategie entwickelt, wobei die Marktpotenziale sowie weitere Anwendungsfelder für Capron- und Caprylsäure recherchiert und präzisiert werden.

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