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INSPIRE: Information system salt: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air) - double saline and flat salt layers (InSpEE-DS) (WMS)

Which salt formations are suitable for storing hydrogen or compressed air? In the InSpEE-DS research project, scientists developed requirements and criteria for the assessment of suitable sites even if their exploration is still at an early stage and there is little knowledge of the salinaries’ structures. Scientists at DEEP.KBB GmbH in Hanover, worked together with their project partners at BGR and the Leibniz University Hanover, Institute for Geotechnics, to develop the planning basis for the site selection and for the construction of storage caverns in flat layered salt and multiple or double saliniferous formations. Such caverns could store renewable energy in the form of hydrogen or compressed air. While the previous project InSpEE was limited to salt formations of great thickness in Northern Germany, salt horizons of different ages have now been examined all over Germany. To estimate the potential, depth contour maps of the top and the base as well as thickness maps of the respective stratigraphic units were developed. Due to the present INSPIRE geological data model, it was necessary, in contrast to the original dataset, to classify the boundary lines of the potential storage areas in the Zechstein base and thickness layers, whereby the classification of these lines was taken from the top Zechstein layer. Consequently, the boundary element Depth criterion 2000 m (Teufe-Kriterium 2000 m) corresponds on each level to the 2000 m depth of Top Zechstein. However, the boundary of national borders and the boundary of the data basis could not be implemented in the data model and are therefore not included in the dataset. Information on compressed air and hydrogen storage potential is given for the identified areas and for the individual federal states. According to the Data Specification on Geology (D2.8.II.4_v3.0) the content of InSpEE-DS (INSPIRE) is stored in 18 INSPIRE-compliant GML files: InSpEE_DS_GeologicUnit_Isopachs_Zechstein.gml contains the Zechstein isopachs. InSpEE_DS_GeologicUnit_Isobaths_Top_Zechstein.gml and InSpEE_DS_GeologicUnit_Isobaths_Basis_Zechstein.gml contain the isobaths of the top and basis of Zechstein. The three files InSpEE_DS_GeologicStructure_ThicknessMap_Zechstein, InSpEE_DS_GeologicStructure_Top_Zechstein and InSpEE_DS_GeologicStructure_Basis_Zechstein represent the faults of the Zechstein body as well as at the top and at the basis of the Zechstein body. InSpEE_DS_GeologicUnit_Boundary_element_Potential_areas_Zechstein.gml contains the boundary elments of the potential areas at the top and the basis of Zechstein as well as of the Zechstein body. The three files InSpEE_DS_GeologicUnit_Uncertainty_areas_ThicknessMap_Zechstein.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Uncertainty_areas_Top_Zechstein.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Uncertainty_areas_Basis_Zechstein.gml represent the uncertainty areas of the Zechstein body as well as at the top and at the basis of the Zechstein body. InSpEE_DS_GeologicUnit_Potentially_usable_storage_areas_Storage_potential_in_the_federal_states.gml comprises the areas with storage potential for renewable energy in the form of hydrogen and compressed air. The six files InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Malm.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Keuper.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Muschelkalk.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Roet.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Zechstein.gml and InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Rotliegend.gml represent the salt distribution of the respective stratigraphic unit. InSpEE_DS_GeologicUnit_General_salt_distribution.gml represents the general salt distribution in Germany. This geographic information is product of a BMWi-funded research project "InSpEE-DS" running from the year 2015 to 2019. The acronym stands for "Information system salt: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air) - double saline and flat salt layers".

Energieoptimiertes Reallabor Jena mittels in Echtzeit skalierbarer Energiespeicher, Teilvorhaben: Virtuelle Kraftwerksstrukturen im regulatorischen Umfeld eines Netzbetreibers

JenErgieReal versteht sich als 'Blaupause' für die zukünftig ganzheitliche Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie sowie der Integration der Mobilität als Bindeglied. Dabei werden die Haupttreiber des Energieverbrauchs Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen sektorenübergreifend betrachtet. JenErgieReal wird als Reallabor der Energiewende die für die deutsche Energiepolitik wesentlichen systemischen Herausforderungen in einem klar umrissenen Großvorhaben exemplarisch angehen und die Rolle der Infrastrukturbetreiber im Energiewendeprozess verdeutlichen. JenErgieReal hat Pioniercharakter für die Transformation des Energiesystems und widmet sich Forschungsfragestellungen, die eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen. Die Demonstration der Ergebnisse erfolgt als Reallabor in der Stadt Jena. Das primäre Ziel des Teilprojektes 1 (TP 1) im Verbundprojekt JenErgieReal liegt in der Entwicklung, der Untersuchung sowie der technischen und wirtschaftlichen Umsetzung des Virtuellen Kraftwerks unter den regulatorischen Bedingungen eines regionalen Netzbetreibers. Die langfristigen Ziele sollen sein, das aufgebaute Virtuelle Kraftwerk vom Labormaßstab auf die Stadt Jena zu skalieren und die neu zu entwickelnden Energieversorgungsprodukte (Geschäftsmodell 'Virtuelles Kraftwerk Jena') zu etablieren, um die Energiewende für das Unternehmen und die Region klimafreundlich, wirtschaftlich, nachhaltig und somit zukunftssicher zu gestalten.

Entwicklung und Validierung von geothermischen Modellen und Anlagenkonzepten mit innovativen oberflächennahen Elementen für dynamisch geregelte Wärmepumpensysteme, Teilvorhaben: Vertikalabsorber und Materialoptimierung

Im Projekt lnnoFlaG sollen neuartige oberflächennahe Wärmetauscherelemente in Kombination mit Latentwärmespeichern, Energiespeichern und Hydraulikmodulen als funktionsfähige Einheit vom Firmenkonsortium entwickelt, getestet und in Wechselwirkung mit dem oberflächennahen Erdreich (inkl. Feuchtetransport und Gefrierprozessen) sowie multimodaler Regenerierung modelliert werden. Hierbei geht es um erhöhte Planungssicherheit bezüglich der Erträge, aber auch um Schadensvermeidung, denn gerade bei flachen Geo-Kollektoren sind in der Vergangenheit durch Gefrieren des Bodens Schäden entstanden. In diesem Teilvorhaben wird von der GeoCollect GmbH untersucht, wie der Einsatz von 100 % Recyclingmaterialien für die kunststoffbasierten Absorber und verbindenden Rohrleitungen ermöglicht werden kann. Neben einer Materialoptimierung von gängigem Polypropylen in Richtung Polyethylen wird die GeoCollect GmbH insbesondere die Eignung und Zertifizierbarkeit von Recycling-Granulaten und daraus hergestellten Komponenten für die Anwendung im Rahmen der oberflächennahen Geothermie untersuchen. Desweiteren werden von der GeoCollect GmbH die Absorberform und die Gesamtgeometrie bezüglich der thermischen Performance und der Langzeitbeständigkeit optimiert. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Gesamt-Ökobilanz des Systems gelegt. Entsprechende Optimierungsrechnungen werden in Zusammenarbeit mit dem SIJ der FH Aachen durchgeführt, wobei die C02- Emissionen als Leitparameter der Ökobilanzierung gewählt werden. Zudem führt die GeoCollect GmbH in enger Zusammenarbeit mit dem SIJ und der WKG Energietechnik GmbH die Neuentwicklung eines zwangsdurchströmten Trennwärmetauschers zur Wärmerückgewinnung aus Oberflächen-, Ab- und Grundwasser bis zu einem Funktionsmuster durch. Basis der Neuentwicklung ist der Plattenabsorber der GeoCollect GmbH. Die für die Versuche an der FH Aachen benötigten Kollektor-Elemente und Anschlussmaterialien werden von der GeoCollect GmbH bereitgestellt.

KI unterstützte Kommunikationstechnologien zur dynamischen Optimierung von Mobilität und Energiespeichern zur Frequenzstabilisierung und Energieversorgung, Teilvorhaben SAP SE: Interzellurare Echtzeit Energie Optimierung

Das Energieökosystem ist auf dem Weg zu einem dezentralisierten Energieversorgungs- und Verteilungssystem, in dem der Privatkunde mehr als nur ein Verbraucher ist. In den heutigen Stromnetzen wird eine zentralisierte Stromverteilungsarchitektur verwendet bei der die Energieunternehmen für die Stromerzeugung und -verteilung an die Endverbraucher verantwortlich sind. Allerdings entscheiden sich immer mehr Bürger für die Anschaffung von Energieerzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energien. Von der Bundesregierung auf Grund von ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Vorteilen gefördert, können Haushalte mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenkollektoren oder Windgeneratoren, die auch als verteilte Energieressourcen (DERs - Distributed Energy Resources) bezeichnet werden, unabhängig von den Stromanbietern operieren und überschüssige Energie zurück an das Hauptnetz verkaufen, was zu einer Transformation des Stromnetzes führt. Die Realisierung dieser Transformation ist nur durch eine kompetente Kommunikationsinfrastruktur möglich, welche die Fernüberwachung, das Management und die Koordination des Stromnetzes ermöglicht. Die Einführung einer neuen Generation von Mobilfunknetzen gemäß dem Standard 5G erleichtert die Entwicklung zukünftiger Energieverwaltungslösungen.

Energieoptimiertes Reallabor Jena mittels in Echtzeit skalierbarer Energiespeicher, Teilvorhaben: Messdienstleistung als Basiskomponente der Energiewende

JenErgieReal versteht sich als 'Blaupause' für die zukünftig ganzheitliche Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie sowie der Integration der Mobilität als Bindeglied. Dabei werden die Haupttreiber des Energieverbrauchs Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen sektorenübergreifend betrachtet. JenErgieReal wird als Reallabor der Energiewende die für die deutsche Energiepolitik wesentlichen systemischen Herausforderungen in einem klar umrissenen Großvorhaben exemplarisch angehen und die Rolle der Infrastrukturbetreiber im Energiewendeprozess verdeutlichen. JenErgieReal hat Pioniercharakter für die Transformation des Energiesystems und widmet sich Forschungsfragestellungen, die eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen. Die Demonstration der Ergebnisse erfolgt als Reallabor in der Stadt Jena. Wesentliche Ziele dieses Teilprojektes sind Mitgestaltung, Weiterentwicklung und Einbindung von gebäudeinternen IKT-Infrastrukturen, die bis auf Raumebene von Wohn- und Gewerbenutzeinheiten herabreichen. Der Fokus liegt auf Ausbau wohnungsinterner Infrastruktur, die sich wesentlich und gleichzeitig nach den objektiven Bedürfnissen einer demographisch alternden Gesellschaft und den Erfordernissen effektiver Sektorenkopplung ausrichtet. Diese 'Intelligenten IT-Infrastrukturen', IITI, sollen sowohl multiple Mess- und Regelprozesse und variable Dienstleistungen tragen können sowie Schnittstellen und Kommunikation, sowohl zwischen Nutzer und technischen Systemen als auch hin zum Verbund übergeordneter Systeme wie einem virtuellen Kraftwerk, bieten.

Echtzeiterkennung von gesundheitszustandsrelevanten Prozessen in Lithiumionenbatterien durch KI-gestützte Charakterisierung zur ressourceneffizienten Erschließung des Nachnutzungspotenzials

Synergetische Optimierung von Wasser- und Energieressourcen mittels Künstlicher Intelligenz, Teilprojekt 4

Entwicklung umweltfreundlicher und kostengünstiger Lithium-Schwefel-Batterien für eine nachhaltige Energiewende, LiSSy - Entwicklung umweltfreundlicher und kostengünstiger Lithium-Schwefel-Batterien für eine nachhaltige Energiewende

Solar getriebene Energieversorgungskonzepte für die Keramikindustrie, Teilvorhaben: Dekarbonisierung des keramischen Brennprozesses

Solare Energien für klimaneutrale Bestandsquartiere - ein ganzheitlicher Systemansatz am Beispiel des historischen Adlerareals, Teilvorhaben: Arealkonforme Entwicklung und Umsetzung von Druckluftspeichersystemen

Im Vorhaben 'SEKB-Adlerareal' werden bekannte wie auch in Teilen weiter oder neu zu entwickelnden Komponenten zur Gewinnung, Nutzung und Speicherung von Umweltenergien zum Einsatz gebracht und durch eine thermische und intelligente Vernetzung zusammengeführt, um in einem systemischen Gesamtansatz die klimaneutrale Wärmeversorgung des 'Kleinstquartiers Adlerareal' zu realisieren. Ziel ist es, die aufeinander auf die gebäude- und quartiersspezifischen Systemanforderungen abzustimmenden Komponenten so anzupassen, weiterzuentwickeln, realmaßstäblich zu skalieren und umzusetzen, dass nicht nur eine bilanzielle, sondern eine über den ganzen Jahresverlauf hinweg klimaneutrale Versorgung des Kleinstquartiers auf der Basis der Gewinnung, Nutzung und Speicherung der auf dem Gelände des 'Adlerareals' verfügbaren erneuerbaren Energien sicherzustellen. Die g4a GmbH trägt mit der Weiterentwicklung und Anpassung eines elektrischen Speichersystems zur Umsetzung der Vorhabenziele bei und wird hierbei einen bereits als prototypische Entwicklung realisierten und mit Patentrechten geschützten hydraulisch-pneumatischen Druckluftenergiespeicher von 7 kWhel auf eine für das Vorhaben erforderliche Speicherkapazität von 15 MWhel skalieren. Zudem werden maschinentechnische Weiterentwicklungen, die bereits von der g4a mit Schutzrechten versehen wurden, vornehmen, um eine Optimierung des Wirkungsgrads von Strom-zu-Strom auf über 40 % anzuheben. Die im Adlerareal vorgesehene Einbindung des neuartigen Druckluftenergiespeichers in einem ganzheitlichen Quartierskonzept bietet der g4a GmbH vielfältige Möglichkeiten, im realen Betrieb des Speichersystems nicht nur dessen Funktionsfähigkeit und hohe Effizienz mit der Nutzung der Prozesswärme für die Gebäudebeheizung unter Beweis zu stellen, sondern erlaubt auch die Potenziale Netzdienlichkeit des elektrischen Speichers zu analysieren.

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