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s/elektrische leitung/Elektrische Leistung/gi

Skalierbare Produktions-Erforschung für kostengünstige Thermoelektrische Generatoren mit Realanwendungstests und Untersuchung von Modularisierungskonzepten, Teilvorhaben: Entwicklung und Aufbau von Thermoelektrischen Generatoren mit modularisiertem Herstellungsprozess

Um den Klimawandel zu begrenzen, ist neben dem Ausbau erneuerbarer Energien, auch die Steigerung der Energieeffizienz ein zentraler Baustein. Ein hohes Potenzial für Einsparungen liegt bei thermischen Prozessen. Thermoelektrische Generatoren (TEG) bieten eine branchenübergreifende Lösung die Effizienz dieser Prozesse zu erhöhen. Durch einen Halbleitereffekt wandeln sie Wärme ohne bewegliche Bauteile in Strom und können so zur Abwärmenutzung oder Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden. Aktuelle Untersuchungen zeigen das hohe technische und wirtschaftliche Potenzial der Technologie. Jedoch kann durch die Vielfältigkeit der Anwendungen bisher kein Skaleneffekt bei der Produktion erreicht werden. Um den Zielkonflikt zwischen individuellen Anforderungen und hoher Produktionsmenge zu lösen, wird im Projekt ein modularisierter Herstellungsprozess untersucht. Es wird die gesamte Prozesskette von der Definition der Randbedingungen, über die (teil-)automatisierte Auslegung und Herstellung, bis hin zur Integration in verschiedene Anwendungen demonstriert. Der Herstellungsprozess und die Laboruntersuchungen der TEG finden am DLR Institut für Fahrzeugkonzepte mit Thermoelektrischen Modulen der Fa. Isabellenhütte statt. Die Projektziele werden durch die Integration in einen Pelletkessel der Fa. Ritter, in einen Bioreaktor der Fa. DMT und in ein Biogas-BHKW mit der Fa. BITZER demonstriert. Dabei wird das Einsparpotenzial der Herstellkosten um 55%, insgesamt 10.000 Betriebsstunden mit über 80% der elektrischen Leistung und die realen Einsparungen von bis zu 40 t/Jahr CO2 durch die drei Anwendungen nachgewiesen. Darüber hinaus werden virtuelle TEG für eine Abgasreinigung der Fa. Bayer, eine Zinkschmelzanlage der Fa. Föhl, eine Bioraffinerie zur Wasserstofferzeugung der Fa. ProCone und den Verkehrssektor aufgezeigt. So wird der Technologietransfer von TEG in die Praxis ermöglicht, wodurch die Effizienz von thermischen Prozessen erhöht und der Klimawandel abgemildert werden kann.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Konzeption und Validierung des skalierbaren Bipolarplattendesigns

In dem Vorhaben wird ein vorhandenes Bipolarplattendesign mit einer aktiven Fläche von 73 cm2 auf eine aktive Fläche von 340 cm2 und eine aktive Fläche von 1020 cm2 übertragen und den Partner für die Erprobung und Weiterentwicklung verschiedener Umformtechniken verwendet. Zusätzlich werden in dem Projekt neue Beschichtungen, ein neues Verfahren zur Aufbringung der Dichtung und die Verspannung eines großen Stacks entwickelt sowie die Laserschweißtechnik für Bipolarplattenhälften zu kompletten Bipolarplatten für große Flächen weiterentwickelt. Im Rahmen des Projektes werden für die Beschichtungen und die Dichtungsapplikation auch Vorversuche an vorhandenen Bipolarplatten durchgeführt. In dem Projekt werden zur Prüfung der verschiedenen Herstellschritte und des hochskalierten Designs Bipolarplatten in den Größen einer aktiven Fläche von 340 cm2 und 1020 cm2 hergestellt. Die Bipolarplatten mit der Größe von 340 cm2 werden in Shortstacks mit einer elektrischen Leistung bis maximal 7 kW getestet, um so den Nachweis für die verschiedenen neu- bzw. weiterentwickelten Schritte bei der industriellen Herstellung von Bipolarplatten zu erbringen als auch den Nachweis für das Funktionieren des skalierbaren Bipolarplattendesigns zu erbringen.

Skalierbare Produktions-Erforschung für kostengünstige Thermoelektrische Generatoren mit Realanwendungstests und Untersuchung von Modularisierungskonzepten, Teilvorhaben: Entwicklung und Aufbau von Thermoelektrischen Modulen

Um den Klimawandel zu begrenzen, ist neben dem Ausbau erneuerbarer Energien, auch die Steigerung der Energieeffizienz ein zentraler Baustein. Ein hohes Potenzial für Einsparungen liegt bei thermischen Prozessen. Thermoelektrische Generatoren (TEG) bieten eine branchenübergreifende Lösung die Effizienz dieser Prozesse zu erhöhen. Durch einen Halbleitereffekt wandeln sie Wärme ohne bewegliche Bauteile in Strom und können so zur Abwärmenutzung oder Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden. Aktuelle Untersuchungen zeigen das hohe technische und wirtschaftliche Potenzial der Technologie. Jedoch kann durch die Vielfältigkeit der Anwendungen bisher kein Skaleneffekt bei der Produktion erreicht werden. Um den Zielkonflikt zwischen individuellen Anforderungen und hoher Produktionsmenge zu lösen, wird im Projekt ein modularisierter Herstellungsprozess untersucht. Es wird die gesamte Prozesskette von der Definition der Randbedingungen, über die (teil-)automatisierte Auslegung und Herstellung, bis hin zur Integration in verschiedene Anwendungen demonstriert. Der Herstellungsprozess und die Laboruntersuchungen der TEG finden am DLR Institut für Fahrzeugkonzepte mit Thermoelektrischen Modulen der Fa. Isabellenhütte statt. Die Projektziele werden durch die Integration in einen Pelletkessel der Fa. Ritter, in einen Bioreaktor der Fa. DMT und in ein Biogas-BHKW mit der Fa. BITZER demonstriert. Dabei wird das Einsparpotenzial der Herstellkosten um 55%, insgesamt 10.000 Betriebsstunden mit über 80% der elektrischen Leistung und die realen Einsparungen von bis zu 40 t/Jahr CO2 durch die drei Anwendungen nachgewiesen. Darüber hinaus werden virtuelle TEG für eine Abgasreinigung der Fa. Bayer, eine Zinkschmelzanlage der Fa. Föhl, eine Bioraffinerie zur Wasserstofferzeugung der Fa. ProCone und den Verkehrssektor aufgezeigt. So wird der Technologietransfer von TEG in die Praxis ermöglicht, wodurch die Effizienz von thermischen Prozessen erhöht und der Klimawandel abgemildert werden kann.

Regionaler zellularer Verbund von Versorgungseinheiten mit Netzregelaufgaben

Für einen stabilen Netzbetrieb muss das Angebot an elektrischer Leistung stets dem Verbrauch entsprechen. Dazu halten die Übertragungsnetzbetreiber Regelleistung zur Primär- und Sekundärregelung sowie Minutenreserve vor. Mit der Zunahme der Leistungseinheiten mit volatiler Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraft und Photovoltaik, erhöht sich permanent der Bedarf an Regelleistung. Gleichzeitig wird die eingespeiste Leistung aus konventionellen Großkraftwerken und damit die zur Verfügung stehende Regelleistung abnehmen. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass in der Primärregelung künftig signifikant kürzere Reaktionszeiten und höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die so entstehende Bedarfslücke kann künftig durch regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten abgedeckt werden. Sie sind gekennzeichnet durch eigene dezentrale Versorger-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten , insbesondere Industriebetriebe mit eigenen Heizkraftwerken auf Basis von Gas, Biomasse oder Kohle mit Priorität der Wärmeversorgung, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen sowie elektrische Batteriesysteme und thermische Speicher. Sie stellen nach außen einen Verbund mit positiver und negativer Regelreserve dar. Der Netzbetreiber kann die einzelnen Verbünde gestuft einsetzen und abrufen. Hierdurch entstehen zusätzliche Redundanzen, welche die Gesamtsystemstabilität erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es zunächst, Lösungsansätze zu entwickeln, so dass regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten auch hochdynamische Netzregelaufgaben erfüllen können. Das komplexe Zusammenwirken von Energiebereitstellungs-, Nutzungs- und Speichereinheiten unterschiedlicher Energieformen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Übernahme von Netzregelaufgaben muss ohne Abstriche bei Prozess- und Versorgungsstabilität, Betriebszuverlässigkeit und Anlagenlebensdauer erfolgen. Nur durch die Integration geeigneter Speicher, einer intelligenten Nutzung systeminhärenter Speicherkapazitäten sowie einer übergeordneten Steuerung und Überwachung des komplexen dezentralen Systems können die Anforderungen erfüllt werden. Als Entwicklungsplattform und Demonstrator soll das Technikum des Zentrum für Energietechnik (ZET) der TUD dienen. Es repräsentiert einen derartigen Verbund dezentraler Erzeuger- und Verbrauchereinheiten von Elektroenergie und Wärme mit Kopplung zum Strom- und Wärmenetz des lokalen Energieversorgers im Universitätscampus.

Entwicklung von Basistechnologien für 100% Wasserstoffgasturbinen zur Beschleunigung der Energiewende in Deutschland, Teilvorhaben: Hochdruckverbrennungstests Einzeljet

Energieautarke, digital adaptierbare Möbel zur Steigerung der Wohngesundheit durch Monitoring der menschlichen Biomechanik mit ökoeffizienter Sensorik, Teilvorhaben 5: Modellbasierte Ermittlung und experimentelle Validierung der elektrischen Leistungsgeneration von Piezoelektretfolien in Möbeln

Das skizzierte Vorhaben verfolgt das übergeordnete Ziel der Steigerung der Wohngesundheit unter den sich wandelnden Nutzungsanforderungen von Möbelkunden und Gewährleistung der Nachhaltigkeit elektrisch vernetzbarer Möbel zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der heimischen Möbelindustrie. Vor dem Hintergrund des enormen volkswirtschaftlichen Schadens, der durch Rückenschmerzen und mangelnden Schlaf entsteht, soll durch die wachsenden Möglichkeiten der Digitalisierung mit diesem Vorhaben der Grundstein für die Entwicklung innovativer Möbel gelegt werden, die sowohl gesundheitsfördernd als auch ökoeffizient sind. Das Fraunhofer LBF verfolgt das übergeordnete Ziel der Ermittlung der generierbaren elektrischen Leistung mit Piezoelektretfolien aus untersuchten Bewegungsmustern durch Interaktion eines Menschen mit dem Möbelstück und die Realisierung einer Energieautarkie. Es erfolgt zudem die Beantwortung der Forschungsfrage, welche elektrischen Verbraucher unter realistischen Belastungen von Möbeln betrieben werden können.

Lithium-Batterie mit hoher elektrochemischer Performance und Sicherheit, LiBEST3 - Lithium-Batterie mit hoher elektrochemischer Performance und Sicherheit

Detektion und Quantifizierung von Leistungspotenzialen von Windturbinen mittels KI-gestützter Diagnoseverfahren, WindKI: Detektion und Quantifizierung von Leistungspotenzialen von Windturbinen mittels KI-gestützter Diagnoseverfahren

Entwicklung und Qualifikation einer PROzesskette zur industriellen Herstellung Hochtemperatur ThermoElektrischer Module zur Abwärmenutzung, Energieeffizienzsteigerung und Senkung von CO2- Emissionen, Teilvorhaben: Effizientes Trennen der TE-Quader mittels Vieldrahtsägetechnologie

Ziel ist die Entwicklung einer Pilotlinie zur automatisierten Herstellung von Hochtemperatur - thermoelektrischen (TE-) Modulen (TEM). TEM wandeln Wärme direkt in Elektrizität. Durch Abwärmenutzung mittels TEM ist eine Senkung der CO2 - Emission und eine Steigerung der Energieeffizienz möglich. Dies ist nur realisierbar, wenn die Herstellung von TEM auf ein kosteneffizientes industrielles Niveau gehoben wird. In ProTEM ist eine Senkung der Produktionskosten um 80% und ein Durchsatz von 12500 TEM/Jahr vorgesehen. Mit dem angestrebten, auf die elektrische Leistung bezogenen Preis von kleiner als 1 €/W stellen TE-Generatoren eine wirtschaftliche Alternative zur indirekten Abwärmenutzung dar. Das Konsortium bietet die Chance für eine Umsetzung der Ergebnisse sowie einen Technologietransfer und eine wirtschaftliche Verwertung und Vermarktung nach Projektende. Für kostengünstige TEM eröffnen sich zahlreiche Anwendungsfelder, da in Europa keine Technologie dieser Art existiert. Durch Nutzung industrieller Abwärme in Deutschland könnten jährlich 5 Milliarden € an Energiekosten eingespart werden.

Entwicklung und Qualifikation einer PROzesskette zur industriellen Herstellung Hochtemperatur ThermoElektrischer Module zur Abwärmenutzung, Energieeffizienzsteigerung und Senkung von CO2- Emissionen, Teilvorhaben: Kosteneffizientes, serientaugliches Sintern der TE-Materialien

Ziel ist die Entwicklung einer Pilotlinie zur automatisierten Herstellung von Hochtemperatur - thermoelektrischen (TE-) Modulen (TEM). TEM wandeln Wärme direkt in Elektrizität. Durch Abwärmenutzung mittels TEM ist eine Senkung der CO2 - Emission und eine Steigerung der Energieeffizienz möglich. Dies ist nur realisierbar, wenn die Herstellung von TEM auf ein kosteneffizientes industrielles Niveau gehoben wird. In ProTEM ist eine Senkung der Produktionskosten um 80% und ein Durchsatz von 12500 TEM/Jahr vorgesehen. Mit dem angestrebten, auf die elektrische Leistung bezogenen Preis von kleiner als 1 €/W stellen TE-Generatoren eine wirtschaftliche Alternative zur indirekten Abwärmenutzung dar. Das Konsortium bietet die Chance für eine Umsetzung der Ergebnisse sowie einen Technologietransfer und eine wirtschaftliche Verwertung und Vermarktung nach Projektende. Für kostengünstige TEM eröffnen sich zahlreiche Anwendungsfelder, da in Europa keine Technologie dieser Art existiert. Durch Nutzung industrieller Abwärme in Deutschland könnten jährlich 5 Milliarden € an Energiekosten eingespart werden.

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