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Energiemanagement für Supercap-Brennstoffzellenfahrzeuge

Eine Brennstoffzelle als Primärenergiequelle mit einem Doppelschichtkondensator (Supercap) als Zwischenspeicher zu kombinieren ist ein vielversprechender Ansatz für zukünftige Elektrofahrzeuge. In Kooperation mit einem Fahrzeughersteller wurden verschiedene Strategien für ein Energiemanagement für die Kombination einer Brennstoffzelle mit einem Doppelschichtkondensatormodul entworfen und verglichen. Basierend auf der aktuellen Geschwindigkeit und Beschleunigung werden verschiedene Fahrzeugzustände bezüglich kinetischer Energie und Leistungsbedarf unterschieden. In Abhängigkeit von der verfügbaren Leistung von Supercaps und Brennstoffzelle wird eine optimale Leistungsaufteilung zwischen den beiden Energiequellen ermittelt. In Bremsphasen wird durch Rekuperation Energie zurückgewonnen und in den Supercaps gespeichert. Wenn die Supercaps vollgeladen sind oder ihre maximale Ladeleistung erreicht haben, übernehmen mechanische Bremsen die übrige Ladeleistung. Da diese Situation zu einem Energieverlust führt, sollte sie möglichst vermieden werden. Um immer die notwendige Beschleunigungsleistung und gleichzeitig auch ein Maximum an Rekuperation zu garantieren, wird der Ladezustand der Supercaps kontinuierlich und dynamisch an die kinetische Energie des Fahrzeugs angepasst. Verschiedene Strategien wurden in Matlab/Simulink mit einem Stateflow-Chart zur Abbildung der Zustände implementiert. Die verfügbare Supercapleistung wird mit Hilfe eines impedanzbasierten Modells für Supercaps berechnet. Mit diesen Strategiemodellen können die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Strategien verglichen und die Einflüsse von Parametern untersucht werden. Ziel eines Energiemanagements ist es, den Wasserstoffverbrauch zu minimieren und die notwendige Leistung zu jeder Zeit sicherzustellen. Bei der Bewertung der Strategien wird der Wasserstoffverbrauch, die verlorene Bremsenergie und eine mögliche Geschwindigkeitsreduzierung verglichen. Mit einer optimalen Strategie können bis zu 23 Prozent Wasserstoff während eines definierten Fahrprofils gespart werden.

Nachweis der technischen und wirtschaftlichen Anwendung von Niedertemperaturwärme aus Geothermie (60°C) für die Beheizung und Warmwasserbereitung in einem aktuell mit Hochtemperatur versorgten Wohnquartier

Die NEUWOBA Neubrandenburger Wohnungsbaugenossenschaft eG bewirtschaftet, baut und betreibt Bauten in allen Rechts- und Nutzungsformen. Der Zweck der Genossenschaft ist vorrangig die Förderung seiner Mitglieder, indem eine gute, sichere und sozial verantwortbare Wohnungsversorgung gewährleistet wird. Mit dem Vorhaben soll der Nachweis der technischen und wirtschaftlichen Anwendung von Niedertemperaturwärme in einem aktuell mit Hochtemperatur versorgten Wohnquartier erbracht werden, ohne dass die bestehende Hausinstallation umgerüstet werden muss. Bisher erfolgt die Beheizung der Gebäude durch erdgasbasierte Fernwärme des örtlichen Versorgers. Das Wohnquartier umfasst 52 Gebäude mit über 1.600 Wohnungen. Bei den Gebäuden handelt es sich um modular sanierte Häuser. Für eine weitergehende CO 2 -neutrale Beheizung und Warmwasserbereitung des Quartiers will die Neuwoba die heimische erneuerbare Energiequelle der Tiefengeothermie (60° C) nutzen. Das Thermalwasser soll aus einer ca. 1.300 m tiefen Gesteinsschicht gewonnen werden. Ergänzend wird ein mit Biogas betriebenes BHKW errichtet, das für die Erzeugung von Spitzenlastwärme und zur Eigenstrom- versorgung dient. Die Wärme soll über ein zu errichtendes Vier-Leiter-Netz an die Gebäude verteilt werden. Zwei Leiter dienen der direkten Bereitstellung der Geothermie-Wärme mit ca. 55° C Vorlauftemperatur, zwei weitere Leiter dienen der zusätzlichen Nachheizung für die Trinkwassererwärmung mit ca. 80° C Vorlauftemperatur. An energetisch unterdurchschnittlichen (Dämmstandard, Ausrichtung des Gebäudes) Wohngebäuden des Typs WBS 70 wurde im Rahmen eines Messprogramms eine Heizkennlinie für Wohngebäude am Standort ermittelt, die zeigt, dass eine Beheizung der Wohneinheiten mit 50° C Vorlauftemperatur bis 0° C Außentemperatur und mit 60° C Vorlauftemperatur bis - 4° C Außentemperatur ohne Umrüstung der Heizungsanlage in den Wohnräumen möglich ist. Im Vergleich zur aktuellen Nutzung von Hochtemperatur (bis 130° C) können durch Vorlauftemperaturen von 55° C bzw. 80°C Energieverluste gemindert werden und die bisher auf fossiler Basis erfolgte Wärmeversorgung auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Insgesamt können mit dem Vorhaben rund 1.260 Tonnen Treibhausgas-Emissionen pro Jahr (78 Prozent) vermieden werden. Eine Übertragbarkeit der Technologie auf den Gebäudebestand anderer Wohnquartiere, insbesondere bei Plattenbauweise, ist möglich. Das Vorhaben leistet einen Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele und der Ausbauziele erneuerbarer Energien in der Wärmeversorgung. Branche: Grundstücks- und Wohnungswesen und Sonstige Dienstleistungen Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: NEUWOBA Neubrandenburger Wohnungsbaugenossenschaft eG Bundesland: Mecklenburg-Vorpommern Laufzeit: seit 2017 Status: Laufend

Weiterentwicklung und Erprobung eines Hochtemperaturwärmespeichers mit innovativer Füllkörpertechnologie und Luft als Wärmeträger in der Keramikindustrie, Teilvorhaben: Untersuchung zur Filtration und Zwischenspeicherung hochtemperierter Abwärme zur Nutzung im keramischen Brennprozess

Ziel des Teilprojektes ist die Untersuchung der Möglichkeit zur Nutzung der direkten Abluft aus den Brennprozessen der Comet Schleiftechnik GmbH. Die direkte Nutzung bringt Kostenvorteile, da Wärmeübertrager wegfallen und erhöht das Potential an rückgewonnener Energie, da Verluste durch Wärmeübertrager vermieden werden. Durch die direkte Nutzung der Abluft kann es jedoch über die Zeit zu Ablagerungen von Stäuben oder Kondensaten auf den Leitungen und Speicherkomponenten kommen, die die Performance des Speichers beeinträchtigen. Daher müssen zunächst die Verschmutzungsmechanismen analysiert werden. Im weiteren Verlauf muss die die Spezifikation für das Speichersystem inklusive gegebenenfalls erforderlichem Filtersystem erstellt werden. Darauf basierend koordiniert Comet den Aufbau und die Inbetriebnahme eines Demonstrators. Im laufenden Betrieb untersucht Comet das Potential unterschiedlicher verfahrenstechnischer Betriebsführungen des Demonstrators und der Möglichkeit eines Power-To-Heat Moduls. Abschließend wird die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems bewertet.

Energieeffizienzbasierte Regelung von dezentral gespeisten Wärme- und Kältenetzen unter Berücksichtigung von Lebensdauereffekten, Teilvorhaben Begleitung des Vorhabens, Praxisumsetzung und Wissenstransfer

Ziel des Vorhabens ist es, die Grundlagen für den energieeffizienz- und lebensdaueroptimalen Betrieb von Fernwärme- und Fernkältenetze zu erarbeiten. Berücksichtigt werden dabei die zukünftig regenerative und eher dezentrale Erzeugungsstruktur, niedrigere Vorlauftemperaturen sowie ein zunehmender Ausbau der Sensorik durch Smart Metering. Zur Erreichung dieser Ziele sollen Modelle zur Ermittlung von Energieverlusten sowie Stressfaktoren entwickelt und durch Messungen von z.B. Temperatur und Feuchtigkeit im Boden kalibriert werden. Weiterhin soll ein vorhandenes, hydraulisches Netzberechnungsverfahren um die thermische Komponente erweitert sowie für die Anwendung auf Kältenetze angepasst werden. Lebensdauerverluste sollen auf Basis von Erkenntnissen aus dem Forschungsvorhaben 'FW-lnstandhaltung' abgeschätzt werden. Zudem sollen diesbezüglich neue, Kl-basierte Algorithmen entwickelt werden. Das Verfahren zur Netzberechnung soll um diese Lebensdauerprognose erweitert werden, sodass jederzeit die hydraulischen und thermischen Zustandsgrößen sowie Stressfaktoren vorliegen und bei der Netzregelung berücksichtigt werden können. Auf Basis dessen sollen sowohl ein modellprädiktiver als auch ein Kl-basierter Ansatz zur optimalen Netzregelung entwickelt und im praktischen Einsatz erprobt werden. Teilvorhaben: Begleitung des Vorhabens, Praxisumsetzung und Wissenstransfer Im Rahmen dieses Teilvorhabens begleitet der AGFW die forschenden Verbundpartner und unterstützt die Umsetzungen der entwickelten Ansätze und Verfahren in der Praxis. Der Beitrag des Branchenverbands umfasst die Einbringung von zusätzlicher Messtechnik, die Durchführung von Messungen, die Begleitung bei der Dokumentation und die Veröffentlichung der Ergebnisse sowie die Verbreitung der Forschungsergebnisse in der Fernwärmebranche. Weiterhin prüft der AGFW eine Einbindung in eine bestehende Umgebung zur Verfügung und führt Veranstaltungen für die Zielgruppe durch.

Energieeffizienzbasierte Regelung von dezentral gespeisten Wärme- und Kältenetzen unter Berücksichtigung von Lebensdauereffekten, Teilvorhaben: Realisierung und Erprobung

Ziel des Vorhabens ist es, die Grundlagen für den energieeffizienz- und lebensdaueroptimalen Betrieb von Fernwärme- und Fernkältenetze zu erarbeiten. Berücksichtigt werden dabei die zukünftig regenerative und eher dezentrale Erzeugungsstruktur, niedrigere Vorlauftemperaturen sowie ein zunehmender Ausbau der Sensorik durch Smart Metering. Zur Erreichung dieser Ziele sollen Modelle zur Ermittlung von Energieverluste sowie Stressfaktoren entwickelt und durch Messungen von z.B.Temperatur und Feuchtigkeit im Boden kalibriert werden. Weiterhin soll ein vorhandenes, hydraulisches Netzberechnungsverfahren um die thermische Komponente erweitert sowie für die Anwendung auf Kältenetze angepasst werden. Lebensdauerverluste sollen auf Basis von Erkenntnissen aus dem Forschungsvorhaben 'FW-Instandhaltung' abgeschätzt werden. Zudem sollen diesbezüglich neue, KI-basierte Algorithmen entwickelt werden. Das Verfahren zur Netzberechnung soll um diese Lebensdauerprognose erweitert werden, sodass jederzeit die hydraulischen und thermischen Zustandsgrößen sowie Stressfaktoren vorliegen und bei der Netzregelung berücksichtigt werden können. Auf Basis dessen soll sowohl ein modellprädiktiver als auch ein KI-basierter Ansatz zur optimalen Netzregelung entwickelt und im praktischen Einsatz erprobt werden. Teilvorhaben: Hard-/Softwaretechnische Umsetzung und Praxiserprobung Im Rahmen dieses Teilvorhabens werden die von den forschenden Verbundpartnern entwickelten Ansätze und Verfahren zur Praxistauglichkeit gebracht und in realen Anlagen erprobt. Dies umfasst sowohl die Unterstützung der Verbundpartner bei den Entwicklungsarbeiten mit Expertenwissen zu Fernwärme- und Kältenetzen als auch die Bereitstellung von Netz- und Betriebsdaten, wie beispielsweise Messdaten zu Druck, Durchfluss oder Temperatur. Weiterhin muss die für den Betrieb der entwickelten Ansätze erforderliche Hard- und Softwareinfrastruktur geschaffen und bereitgestellt werden.

Energieeffizienzbasierte Regelung von dezentral gespeisten Wärme- und Kältenetzen unter Berücksichtigung von Lebensdauereffekten

Ziel des Vorhabens ist es, die Grundlagen für den energieeffizienz- und lebensdaueroptimalen Betrieb von Fernwärme- und Fernkältenetze zu erarbeiten. Berücksichtigt werden dabei die zukünftig regenerative und eher dezentrale Erzeugungsstruktur, niedrigere Vorlauftemperaturen sowie ein zunehmender Ausbau der Sensorik durch Smart Metering. Zur Erreichung dieser Ziele sollen Modelle zur Ermittlung von Energieverluste sowie Stressfaktoren entwickelt und durch Messungen von z.B.Temperatur und Feuchtigkeit im Boden kalibriert werden. Weiterhin soll ein vorhandenes, hydraulisches Netzberechnungsverfahren um die thermische Komponente erweitert sowie für die Anwendung auf Kältenetze angepasst werden. Lebensdauerverluste sollen auf Basis von Erkenntnissen aus dem Forschungsvorhaben 'FW- Instandhaltung' abgeschätzt werden. Zudem sollen diesbezüglich neue, KI-basierte Algorithmen entwickelt werden. Das Verfahren zur Netzberechnung soll um diese Lebensdauerprognose erweitert werden, sodass jederzeit die hydraulischen und thermischen Zustandsgrößen sowie Stressfaktoren vorliegen und bei der Netzregelung berücksichtigt werden können. Auf Basis dessen soll sowohl ein modellprädiktiver als auch ein KI-basierter Ansatz zur optimalen Netzregelung entwickelt und im praktischen Einsatz erprobt werden. Teilvorhaben: Physikalische Modellierung und Regelungsentwurf Im Rahmen dieses Teilvorhabens werden bestehende Netzmodelle zur hydraulischen Simulation von Fernwärmenetzen um thermische Komponenten (Temperaturverläufe, Energieverluste) erweitert. Zudem wird das Simulationsmodell für die Verwendung im Rahmen modellprädiktiver Regelungen angepasst, welche ebenfalls in diesem Teilvorhaben entwickelt und implementiert werden soll. Neben dem modellprädiktiven Ansatz werden die vorhandenen Messdaten verwendet, um den KI-basierten Ansatz zu trainieren. Die beiden Ansätze sollen abschließend beim Projektpartner Stadtwerke München implementiert und ausgiebig getestet werden.

Energieeffizienzbasierte Regelung von dezentral gespeisten Wärme- und Kältenetzen unter Berücksichtigung von Lebensdauereffekten, Teilvorhaben: Optimale Netzregelung

Ziel des Vorhabens ist es, die Grundlagen für den energieeffizienz- und lebensdaueroptimalen Betrieb von Fernwärme- und Fernkältenetze zu erarbeiten. Berücksichtigt werden dabei die zukünftig regenerative und eher dezentrale Erzeugungsstruktur, niedrigere Vorlauftemperaturen sowie ein zunehmender Ausbau der Sensorik durch Smart Metering. Zur Erreichung dieser Ziele sollen Modelle zur Ermittlung von Energieverluste sowie Stressfaktoren entwickelt und durch Messungen von z.B.Temperatur und Feuchtigkeit im Boden kalibriert werden. Weiterhin soll ein vorhandenes, hydraulisches Netzberechnungsverfahren um die thermische Komponente erweitert sowie für die Anwendung auf Kältenetze angepasst werden. Lebensdauerverluste sollen auf Basis von Erkenntnissen aus dem Forschungsvorhaben 'FW- Instandhaltung' abgeschätzt werden. Zudem sollen diesbezüglich neue, KI-basierte Algorithmen entwickelt werden. Das Verfahren zur Netzberechnung soll um diese Lebensdauerprognose erweitert werden, sodass jederzeit die hydraulischen und thermischen Zustandsgrößen sowie Stressfaktoren vorliegen und bei der Netzregelung berücksichtigt werden können. Auf Basis dessen soll sowohl ein modellprädiktiver als auch ein KI-basierter Ansatz zur optimalen Netzregelung entwickelt und im praktischen Einsatz erprobt werden. Teilvorhaben: Physikalische Modellierung und Regelungsentwurf Im Rahmen dieses Teilvorhabens werden bestehende Netzmodelle zur hydraulischen Simulation von Fernwärmenetzen um thermische Komponenten (Temperaturverläufe, Energieverluste) erweitert. Zudem wird das Simulationsmodell für die Verwendung im Rahmen modellprädiktiver Regelungen angepasst, welche ebenfalls in diesem Teilvorhaben entwickelt und implementiert werden soll. Neben dem modellprädiktiven Ansatz werden die vorhandenen Messdaten verwendet, um den KI-basierten Ansatz zu trainieren. Die beiden Ansätze sollen abschließend beim Projektpartner Stadtwerke München implementiert und ausgiebig getestet werden.

Heissentfluorierung von reduzierenden Gasen mit Absorbern auf Kalkbasis

In der Industrie, z.B. bei der Muellvergasung oder bei GuD-Kraftwerken, entsteht unter anderem Fluorwasserstoff (HF). Da HF extrem umweltschaedlich und giftig ist, muss es aus dem Gas entfernt werden. Im Gegensatz zu den konventionellen Nassgasreinigungen kann das Gas trocken bei moeglichst hohen Temperaturen gereinigt werden. Energieverluste infolge des Abkuehlens und Wiederaufheizens koennen vermieden und so der Wirkungsgrad um einige Prozentpunkte erhoeht werden. Zudem entfaellt die Aufbereitung der anfallenden Abwaesser bei der Nassgasreinigung. Die Entwicklung derartiger Verfahren ist Gegenstand dieses Projektes.

Extraktion von Lithium aus thermalen Solen, Teilvorhaben: Analyse und Optimierung des elektrochemischen Lithiumextraktionsverfahren

Energie- und CO2-Einsparpotential von Industriedämmungen in der EU27

Die EU-Energieeffizienzrichtlinie sieht bis zum Jahr 2020 eine Verringerung des Energieverbrauchs um 20 Prozent vor. Bleibt es jedoch bei der aktuellen Entwicklung, wird Europa nur die Hälfte davon tatsächlich erreichen. Deshalb sind beste verfügbare Techniken, die zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs innerhalb der EU beitragen können, notwendiger denn je. Die technische Dämmung von Industrieanlagen ist eine solche beste und bereits seit Jahren verfügbare Technik. Eine von der European Industrial Insulation Foundation (EiiF) in Auftrag gegebene Ecofys-Studie belegt, dass eine bessere Dämmung von Industrieanlagen großes Potential für Energie- und CO2-Einsparungen birgt. Die dazu erforderlichen Maßnahmen könnten kosteneffizient umgesetzt werden. Der Studie zufolge sind mindestens 10 Prozent der Oberflächen in industriellen Anlagen ungedämmt oder weisen eine beschädigte Isolierung auf. Darüber hinaus sind die meisten existierenden Dämmsysteme auf Basis von allgemeinen und heute deutlich zu hohen Wärmeverlustraten oder Minimalstandards für Oberflächentemperaturen angelegt. Anforderungen wie Wirtschaftlichkeit oder maximale Energieeffizienz werden dabei in der Regel nicht berücksichtigt. Würde die Industrie in der EU auf kosteneffiziente Dämmsysteme umstellen, wären - so die Studie - jährliche Energieeinsparungen von 620 PJ und eine Reduktion der CO2-Emissionen um 49 Mt CO2 pro Jahr möglich. Die vollständige Studie kann beim EiiF angefordert werden: http://www.eiif.org/?Extra/50/14.

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