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Demonstrationsvorhaben zur umweltschonenden Herstellung verbrauchsminimierter Kühl- und Gefriergeräte mittels innovativer Vakuumtechnologie

Die Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH ist die deutsche Produktionsgesellschaft der Sparte Hausgeräte der familiengeführten Liebherr-Unternehmensgruppe. Liebherr-Hausgeräte zählt als Spezialist im Bereich Kühlen und Gefrieren zu den europäischen Marktführern. Mit dem Vorhaben sollte der von der Liebherr beschrittene Weg der Energieeinsparung, Umweltschonung und Nachhaltigkeit von der Entwicklung über die Produktion bis hin zum Recycling konsequent fortgesetzt werden. Über 90 Prozent des Energieverbrauchs von Kühl- und Gefriergeräten werden zur Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz zwischen Geräteinnenraum und Geräteumgebung aufgebracht. Zur Reduzierung des Energieverbrauchs ist daher die Verbesserung der thermischen Isolierung ein wesentlicher Ansatzpunkt. Das Vorhaben zielte auf die erstmalige großtechnische Umsetzung eines vollkommen neuartigen Fertigungsprozesses für Kühl- und Gefriergeräte. Die Anlage sollte eine hohe Ressourcen- und Energieeffizienz im Fertigungsprozess wie auch einen gegenüber dem Stand der Technik signifikant niedrigeren Energieverbrauch in der Gerätenutzung über die gesamte Lebensdauer ermöglichen. Weiterhin sollten eine verbesserte Reparierbarkeit und Recycelbarkeit der Geräte erreicht werden. Der Lösungsansatz umfasste im Kern einen neuartigen, technisch komplexen, hochautomatisierten Struktur- und Formgebungsprozess zur Umsetzung eines neuartigen Konstruktionsprinzips zur thermischen Isolation von Kühl- und Gefriergeräten. Unter innovativer Anwendung des Prinzips der Vakuumwärmedämmung (BluRoX-Technologie) wird dabei – dem Aufbau und dem Funktionsprinzip herkömmlicher Vakuumisolationspaneele (VIP) folgend – ein geometrisch komplexer, thermisch hocheffizient isolierender Vakuumgerätekörper nebst Vakuumgerätetür aufgebaut. Die Ergebnisse des Messprogramms zeigen, dass gegenüber einem repräsentativen Referenzgerät über Herstellung und mindestens 17-jähriger Nutzungsphase pro Gerät insgesamt rd. 1,6 Megawattstunden Energie und 800 Kilogramm Treibhausgas- Emissionen (THG-Faktor: 0,498 Kilogramm pro Kilowattstunde) eingespart werden, davon rd. 500 Kilowattstunden bzw. 247 Kilogramm im Herstellprozess. Auf Basis aktueller Stückzahlenprognosen lässt sich dadurch eine kumulierte Energieeinsparung von mindestens 450 Gigawattstunden und eine Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen in Höhe von mindestens 224 Kilotonnen durch das Vorhaben erzielen, davon entfallen 33 Prozent der Einsparungen auf die Herstellung und 67 Prozent auf die Nutzungsphase der Geräte. Weiterhin lässt sich gegenüber herkömmlichen Geräten eine deutlich verbesserte Reparierbarkeit und Recyclingfähigkeit erzielen. Dies wird insbesondere durch die modulare Kapselung der Kühltechnik wie auch durch den Entfall von PU-Schaum als Dämmstoff möglich. Die BluRoX-Technologie lässt über den Bereich der Haushaltsgroßgeräte hinaus einen hohen Multiplikatoreffekt erwarten. Eines der einzigartigen Merkmale der Perlit-Vakuumisolationstechnologie besteht darin, dass das folienbasierte System mit Perlitfüllung beliebige Formen wie Rohre, Paneele, Boxen und Kessel kosteneffizient umhüllen und mit Vakuum isolieren kann. Das vakuumtechnologiebasierte Fertigungsverfahren mit seinen flexiblen Formgebungsmöglichkeiten erleichtert den Technologietransfer auf Anwendungen in andere Branchen und Märkte, wie Bauindustrie, Energietechnik, Logistik, Fahrzeugbau und Schienenfahrzeuge. Um die positiven Effekte und das profunde Wissen im Zusammenhang mit der Perlit-Vakuumisolationstechnologie über die Hausgeräteindustrie hinaus früh in die Breite zu tragen, wurde von Liebherr vorabensbegleitend die TerraVac GmbH gegründet, die intensiv an der Übertragbarkeit der Technologie auf andere Anwendungsbereiche arbeitet. Branche: Sonstiges verarbeitendes Gewerbe/Herstellung von Waren Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH Bundesland: Baden-Württemberg Laufzeit: 2021 - 2024 Status: Abgeschlossen

Warmepumpen-unterstuetztes Kollektor-Doppelspeicherkonzept fuer die ganzjaehrige solare Raumheizung von Wohnhaeusern

Fuer die ganzjaehrige aktiv-solare Raumheizung freistehender, sehr gut waermegedaemmter Einfamilienhaeuser der Standardgroesse (130 bis 150 m2 beheizte Flaeche) sollte ein Konzept entwickelt und praxisnah getestet werden, bei dem der winterliche Raumwaermebedarf ohne fossilen Heizkessel bzw ohne Elektro-Direktheizung gedeckt werden kann. Dabei sollte eine moeglichst einfache Technik verwirklicht werden.

Fusionsexperiment WENDELSTEIN 7-X

Ziel der Kernfusionsforschung ist es, die Energieproduktion der Sonne auf der Erde nachzuvollziehen: Ein Fusionskraftwerk soll Energie aus der Verschmelzung (Fusion) von Atomkernen gewinnen. Brennstoff ist ein duennes ionisiertes Gas, ein sogenanntes 'Plasma' aus den Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium. Zum Zuenden des Fusionsfeuers muss das Plasma in Magnetfeldern eingeschlossen und auf hohe Temperaturen ueber 100 Millionen Grad aufgeheizt werden. In Fusionsexperimenten vom Typ 'Stellarator' wird das Plasma durch Magnetfelder eingeschlossen, die durch Magnetspulen ausserhalb des Plasmabereichs erzeugt werden. Weltweit sind die meisten der heute betriebenen Fusionsexperimente dagegen vom Typ 'Tokamak', die einen Teil des Feldes durch einen starken, im Plasma fliessenden elektrischen Strom herstellen. Das Stellaratorprinzip laesst jedoch gerade dort Staerken erwarten, wo die Tokamaks Schwaechen zeigen. Zum Beispiel sind Stellaratoren fuer Dauerbetrieb geeignet, waehrend Tokamaks ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen nur pulsweise arbeiten. Stellaratoren koennten also die vorteilhaftere Loesung fuer ein Fusionskraftwerk sein. Kernstueck des Experimentes ist das Spulensystem aus 50 nicht-ebenen und supraleitenden Magnetspulen. Mit ihrer Hilfe soll WENDELSTEIN 7-X die wesentliche Stellaratoreigenschaft zeigen, den Dauerbetrieb. Der erzeugte Magnetfeldkaefig soll ein Plasma einschliessen, das mit Temperaturen bis 50 Millionen Grad ueberzeugende Schluesse auf die Kraftwerkseigenschaften der Stellaratoren ermoeglicht, ohne ein bereits energielieferndes Fusionsplasma herzustellen. Da sich die Eigenschaften eines gezuendeten Plasmas vom Tokamak zum grossen Teil auf Stellaratoren uebertragen lassen, kann das Experiment mit grosser Kostenersparnis auf den Einsatz des radioaktiven Fusionsbrennstoffes Tritium verzichten.

Untersuchung von Solarzellen mit geeigneter Anpasselektronik, Wechselrichter und rechnergestuetzter Messwerterfassung

1) Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine Anlage zur photovoltaischen Energiewandlung beschafft und auf dem Dach eines Laborgebaeudes der Fachhochschule Bochum installiert. Kenndaten und Leistungsmerkmale verschiedener Module werden untersucht, um Aussagen ueber Einsatzmoeglichkeiten am Standort Gelsenkirchen treffen zu koennen. Nachgeschaltete Anlagenkomponenten zur Speicherung und Wandlung der elektrischen Energie werden in bezug auf ihren Wirkungsgrad und auf Oberwellen oder weitere Stoersignale untersucht. Daneben dient die Anlage der Ausbildung von Studenten in diesem neuen Arbeitsgebiet der Energietechnik. Es ergeben sich Ausbildungs- und Entwicklungsmoeglichkeiten aus dem Bereich der Leistungselektronik und der Informationsverarbeitung.2) Die vorhandene Solaranlage besteht aus 16 Solarzellenmodulen mit je 50 Watt Peak-Leistung. Zur Zeit wird die maximale Leistung der Anlage auf 1600 Watt erweitert. Ueber einen angeschlossenen Rechner kann die Solaranlage wahlweise entweder im Inselbetrieb oder alternativ in Verbindung mit einem Wechselrichter im Netzparallelbetrieb arbeiten. Im Inselbetrieb sind die Module mit einem Laderegler verbunden, der sie je nach Ladezustand mit einem angeschlossenen Bleiakkumulator-Speicher oder einem Gleichstromverbraucher verbindet. Verbraucher koennen auch ueber einen Wechselrichter im Inselbetrieb mit der gespeicherten Energie des Akkus betrieben werden.

ReFlex: Replicability Concept for Flexible Smart Grids, Wüstenrot Germany

Introduction: By 2020, the community Wuestenrot wants to cover its energy needs through the utilization of renewable energy sources, such as biomass, solar energy, wind power and geothermal energy, within the town area of 3000 hectares. In order to elaborate a practicable scheme for realizing this idea in a 'real' community and to develop a roadmap for implementation, the project 'EnVisaGe' under the leadership of the Stuttgart University of Applied Sciences (HFT Stuttgart) was initiated. Accompanying particular demonstration projects are a) the implementation of a plus-energy district with 16 houses connected to a low exergy grid for heating and cooling, b) a biomass district heating grid with integrated solar thermal plants. Project goal: The aim of the project is to develop a durable roadmap for the energy self-sufficient and energy-plus community of Wüstenrot. The roadmap shall be incorporated in an energy usage plan for the community, that shall be implemented by 2020 and brings Wüstenrot in an energy-plus status on the ecobalance sheet. A main feature within the EnVisaGe project is the implementation of a 14,703-m2 energy-plus model district called 'Vordere Viehweide'. It consists of 16 residential houses, supplied by a cold local heating network connected to a large geothermal ('agrothermal') collector. Here PV systems for generating electricity are combined with decentralised heat pumps and thermal storage systems for providing domestic hot water as well as with batteries for storing electricity. Another demonstration project is a district heating grid fed by biomass and solar thermal energy in the neighbourhood 'Weihenbronn'. It's based on a formerly oil-fired grid for the town hall and was extended to an adjacent residential area.

FP4-NNE-THERMIE C, Variable speed technology for low heat hydropower systems

Objective: Aim is to modify two small hydropower plants to variable speed operation in order to increase annual energy output by improved part load efficiency and design flow. A 100 kW vertical axis Francis turbine (Kaltenburg, DE) and a new 18 kW waterwheel (Bettborn, LU) will be modified to variable speed operation by use of a AC-AC converter. There will be installed a movable free-overfall weir at the waterwheel. By an expected increase of the electricity production in the range of 10 to 20 per cent , the aim is to proof viability of improving existing low head hydro sites with this technology. Especially low head sites have high variation of head and flow. Variable speed technology allows the system to operate at maximum efficiency for a wide range of hydraulic conditions. Modern power electronics replaces complex mechanical control systems with a high need for maintenance. In wind energy, variable speed technology has already proven its advantages compared to other mechanical technologies. General Information: Unlike earlier approaches with a combination of double regulated turbines and variable speed in a new installation, in this project the combination of a Francis turbine (respectively a water wheel) in existing plants together with a frequency converter will be used to increase part load efficiency and design flow of the system. Only the new IGBT controlled converters which are now used in wind energy as well as in motive power industry appliances can guarantee a reliable variable speed operation of a normal asynchronous generator. The combination of the movable weir and variable speed operation of the water wheel will allow to optimise the power output of the plant under all conditions. The use of an IGBT converter makes it possible to compensate reactive power to improve the mains performance. Due to detailed theoretical analysis and according to the positive experience with variable speed operation in wind energy and motive power technology, the expected increase of the annual power output of the two plants is in the range of 10 to 20 per cent of the actual value. This will reduce the specific cost of the electricity by the same range. For the actual payback tariffs of many European countries, this will increase the number of feasible low head sites. The top water level control by variation of turbine speed (and so flow) will be demonstrated to show a simple, reliable and energy saving alternative to the old hydraulic systems, which are still installed in many sites. The success of the variable speed system in this plants will open a big European SME market for cheap technological improvement of small hydropower plants and low head sites. The monitored performance of the plants data will be stored in a data logger with a modem, to allow automatic down-loading from a server-PC via modem. ... Prime Contractor: Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik/Informatik, Institut für Elektrische Energietechnik - IEE; Kassel; Germany.

Computergestuetzte Messwerterfassung und Optimierung an Photovoltaikanlagen

Zielsetzung: Als Gemeinschaftsprojekt der Maerkischen Fachhochschule, Fachbereich Elektrotechnik in Hagen und dem Energieversorgungsunternehmen Elektromark wurde eine netzgekoppelte 1 kW Photovoltaikanlage mit computergestuetzter Messwerterfassung errichtet. Ziel dieses Projektes ist die Optimierung dezentraler netzgekoppelter Anlagen, die Bewertung der Einzelkomponenten, insbesondere auch der Wechselrichter, die Beratung von Interessenten, die Steigerung des oeffentlichen Interesses an der Problematik der Energieerzeugung und des -verbrauchs, sowie ein Beitrag zur Versachlichung der oeffentlichen Diskussion. Arbeitsprogramm: Es wird ein Langzeit-Messprogramm durchgefuehrt. Gemessen werden sowohl elektrische Kenngroessen, wie zB verschiedene Gleichspannungen und -stroeme der Solarmodule, Wechselspannung, Wechselstrom und Wirkleistung am Ausgang des Wechselrichters, als auch Modultemperaturen, Umgebungstemperatur und strahlungsphysikalische Groessen. Zudem werden verschiedene Statusinformationen des Wechselrichters erfasst und exemplarisch der Leistungsbedarf einer Wohnung gemessen. Eine komfortable, interaktive Praesentation der Messdaten und daraus errechneter Daten ermoeglicht eine schnelle Information ueber die Leistungsfaehigkeit der Anlage und deren Einzelkomponenten. Waehrend des Langzeitprogramms werden sowohl die Anlage als auch das Messprogramm veraendert und optimiert.

Europaeischer Pool Informations- und Schulungsmaterialien Solartechnik (EUPOS)

Schwerpunktprogramm (SPP) 1569: Erzeugung multifunktioneller anorganischer Materialien durch molekulare Bionik

norganische Funktionsmaterialien spielen innerhalb der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, etwa im Bereich der Informationstechnik oder der Energieerzeugung und -speicherung, eine zentrale Rolle. Dabei sind komplex strukturierte multifunktionelle Materialien auf rein anorganischer Basis sowie im Verbund mit organischen Anteilen zur Weiterentwicklung dieser Technologien von wesentlicher Bedeutung. Die Erzeugung solcher Materialien mit definierter Struktur und Stöchiometrie über die konventionelle Prozesstechnik, die in der Regel bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken sowie unter erheblichem verfahrenstechnischen Aufwand abläuft, stößt hierbei jedoch an ihre Grenzen. Demgemäß ist die Suche nach neuen Verfahren, die eine Generierung von diesen Materialien bei Umgebungsbedingungen und mit reduziertem prozesstechnischen Aufwand ermöglichen, derzeit Gegenstand weltweiter Forschungsanstrengungen. Für die Bildung von komplex strukturierten anorganischen Festkörpern bei Umgebungsbedingungen liefert die belebte Natur eindrucksvolle Beispiele. So entstehen durch Biomineralisationsprozesse Stoffe wie etwa Calciumphosphat oder -carbonat, deren Bildung genetisch determiniert ist und durch die Wechselwirkung mit Biomolekülen gesteuert wird, wobei unter anderem Selbstorganisationsprozesse eine Rolle spielen. Die hierdurch entstehenden anorganischen Materialien besitzen multifunktionelle Eigenschaften, wobei deren Eigenschaftsspektrum durch den Einbau von bioorganischen Komponenten erweitert wird. Wenngleich viele technisch relevante Materialien bei diesen natürlichen Prozessen keine Rolle spielen, ergeben sich hieraus unmittelbar aussichtsreiche Perspektiven zur Generierung neuer anorganischer Funktionsmaterialien durch spezifische molekulare Interaktionen zwischen bioorganischen und anorganischen Stoffen. Das Hauptziel dieses Schwerpunktprogramms ist daher die Übertragung von Prinzipien der Biomineralisation auf die Generierung von anorganischen Funktionsmaterialien und von deren Hybriden mit bioorganischen Anteilen. Zur Erreichung dieses Ziels werden Arbeiten durchgeführt (1) zur In-vitro- und In-vivo-Synthese anorganischer Funktionsmaterialien und deren Hybride mit bioorganischen Molekülen in Form von Schichten oder 3D-Strukturen, (2) zur Charakterisierung der Bildungsprozesse und der Struktur der Materialien sowie (3) zur Bestimmung und zum Design von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese experimentellen Untersuchungen werden weiterhin durch Arbeiten zur Modellierung der Materialbildung, -struktur und -eigenschaften begleitet.

Deutsche Wissenschaftliche Begleitung des IEA Technology Collaboration Programm on Energy Technology System Analysis, Teilvorhaben: Koordination und weltweites Energiesystemmodell TIAM

Das 'Energy Technology Systems Analysis Programme (ETSAP)' der Internationalen Energie Agentur (IEA) wurde als Technology Collaboration Programme (TCP) initiiert, um durch eine systemanalytische Herangehensweise die Weiterentwicklung des globalen Energiesystems durch Untersuchungen zu aktuellen energiepolitischen Fragestellungen voranzutreiben. Seither werden alle 3 Jahre im ETSAP TCP Arbeitsprogramme (sog. Annexes) vereinbart, um im Rahmen eines gemeinsam zu bearbeitendem Projekt die Energiesystemanalyse methodisch weiterzuentwickeln und Studien durchzuführen. Der kommende Annex XVI 'Aligning energy security with zero emissions energy systems' beschäftigt sich mit u.a. mit Fragen der Energiesicherheit, Materialeffizienz und der Weiterentwicklung des globalen Energiesystemmodells TIAM. Das Vorhaben verfolgt das Ziel, das ETSAP TCP wissenschaftlich zu begleiten, indem es Beiträge zur Modellierung emissionsfreien Energieträgern in der Industrie, deren Konkurrenz zur Materialeffizienz sowie Kreislaufwirtschaft und der Rolle von neuen Industriezweigen in das Energiesystemmodell ETSAP TIAM zu integrieren liefert. Mittels Szenarienanalysen sollen diese Rückwirkungen der Fragen der Versorgungssicherheit, der Materialeffizienz und deren Auswirkungen auf den Energieverbrauch der Industrie auf möglich Pfadabhängigkeiten emissionsfreier Energieträger, im Kontext der Einhaltung des 1,5 Grad C Ziels untersucht werden. Im Weiteren soll es durch eine Serie von Workshops dazu beitragen, dass Ergebnisse der Forschungsarbeiten im Annex national und mit gleichzeitiger Einbindung der ETSAP Community diskutiert werden. Neben der Koordination des Projektes und der Zusammenarbeit mit dem TCP ETSAP ist das Ziel des IER TIAM hinsichtlich der Industrieprozesse zu erweitern um Aussagen über den weiteren Einsatz von Wasserstoff und Synfuels, sowie möglicher Pfadabhängigkeiten zu treffen. Die Ergebnisse sollen im Rahmen von Workshops, Veröffentlichungen und als open Data Verbreitung finden.

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