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Sondergebiet Technologieentwicklung, Anlagenbau und Produktion

Bebauungsplan "Sondergebiet Technologieentwicklung, Anlagenbau und Produktion"

Multiskalen- und multiphysikalische Modelle und Simulation für die Windenergie

Die Windenergie liefert bereits heute einen bedeutenden Beitrag zum Strommix in Deutschland und wird eine der tragenden Säulen des Energiesystems sein. Damit die Energiewende gelingen kann, sind bei allen erneuerbaren Energien weitere Reduktionen der Stromgestehungskosten (LCoE) notwendig. In den vergangenen Jahren haben technologische Entwicklungen in der Anlagenauslegung, der Regelung und der Vorhersage der Windressource bereits zu signifikanten Reduktionen der LCoE geführt. Dabei spielt der Trend zu immer größeren Windenergieanlagen und Windparks, insbesondere auf See, eine wichtige Rolle. Hieraus ergeben sich enorme Herausforderungen für die zukünftigen Entwicklungen im Bereich der Anlagenauslegung, der Betriebsführung und der Netzeinspeisung. Numerische Strömungssimulationen und insbesondere die skalenübergreifende Modellierung und die gekoppelte Betrachtung multiphysikalischer Prozesse sind hier besonders relevant. In diesem Vorhaben werden skalenübergreifende Ansätze im Bereich mesoskaliger und mikroskaliger Simulation für die Standortbewertung, die Berechnung der Windressource und die Anlagenauslegung untersucht und erweitert. Dabei werden einerseits meteorologische, aeroelastische, ozeanografische und Wellenmodelle in einer Simulationsumgebung miteinander gekoppelt und anderseits werden die Modelle durch Machine Learning Methoden ergänzt, um sehr detaillierte und damit rechenaufwändige Simulationen zu beschleunigen und ihre Präzision zu verbessern. Die gekoppelten Methoden werden im Vorhaben zur Entwicklung neuartiger adaptiver Windparkregler eingesetzt und für die verbesserte Beschreibung der Dynamik von Lasten erprobt. Darüber hinaus werden neue Simulationsansätze höherer Ordnung für die Windenergieanwendung erforscht, die eine weitere Rechenzeitoptimierung versprechen. Um die aufwendigen numerischen Untersuchungen in diesem Vorhaben zu ermöglichen, soll ein Hochleistungsrechner der neuesten Generation an der Universität Oldenburg erweitert werden.

Resiliente und effiziente Verbundhalbleiter für ein nachhaltiges Europa - OptoSuRe

Energiepark Herzogenrath Forschung und Entwicklung, Teilvorhaben: Floating PV

Die Dekarbonisierung des Energiesystems ist eine große und komplexe Herausforderung. In Deutschland wird bis zum Jahr 2030 eine Vervierfachung der installierten Photovoltaik-Leistung auf 200 GWp angestrebt. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, alle verfügbaren Potenziale zu nutzen. Während weltweit bereits 2021 über 2,6 GWp schwimmende Solaranlagen mit einer Gesamtleistung von 2,6 GWp installiert waren und auch im benachbarten Ausland bereits großflächig Floating-PV-Anlagen installiert wurden, sind es in Deutschland nur wenige MWp. Das Potenzial allein auf künstlichen Seen wird hierzulande auf 44 GWp geschätzt. So gibt es in Deutschland nur wenig Erfahrung mit solchen Anlagen, was hohe Unsicherheiten bei Genehmigung und Betrieb mit sich bringt und die Umsetzung verzögert. Aus diesem Grund soll im beantragten Vorhaben ein vereinfachtes und weitestgehend automatisiertes Konzept zum Bau von Floating-PV-Anlagen entwickelt werden. Dabei werden auf einem See der Nivelsteiner Sandwerke und Sandsteinbrüche vorinstallierte PV-Modulsysteme eingesetzt. Weiter soll auf Basis eines intensiven Monitorings die Ertragsprognose verbessert werden, um eine zuverlässige Auslegung zu ermöglichen und optimale Leistungsprognosen im Energiepark Herzogenrath liefern zu können. Bislang wird ggü. konventionellen PV-Anlagen pauschal eine Ertragssteigerung von 4,5 % angesetzt, ohne die spezifischen mikroklimatischen Bedingungen zu berücksichtigen, die die See-Situation mit sich bringt. Grundlagen für eine effektive Fernwartung werden erarbeitet.

Beschleunigung der Energiewende durch Grid Forming mit Windparks und Strategien für kritische Netzsituationen zur Ablösung von Synchronmaschinen, Teilvorhaben: Technologielösungen für Grid Forming mit Windenergieanlagen

Erneuerbare Energien Anlagen werden perspektivisch die Energieerzeugung dominieren. Um bei zunehmend dezentraler Erzeugung, der Außerbetriebnahme fossiler Kraftwerke und flexiblem Systembetrieb eine zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen, müssen dezentrale Erzeugungsanlagen wie z.B. Windenergieanlagen (WEA) einen signifikanten Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes leisten. Insbesondere die Bereitstellung netzbildender Eigenschaften aus WEA steht hierbei im Fokus der Forschung und Entwicklung. Das 8. Energieforschungsprogramm sieht die Entwicklung netzbildender Eigenschaften von Stromrichtern als wesentliche Voraussetzung auf dem Pfad in Richtung 100% erneuerbare Energien. Die im Dezember 2023 veröffentlichte 'Roadmap Systemstabilität' beschreibt netzbildende Eigenschaften von Umrichtern als Schlüsseltechnologie zum Erreichen dieser Ziele. Allerdings erfordert diese neue Technologie umfassende und tiefgreifende Anpassungen und Neuentwicklungen auf der Anlagenseite. Das Projekt BesGASa stellt sich der Herausforderung und will mit der Entwicklung von WEA mit netzbildenden Eigenschaften einen notwendigen Beitrag zur Beschleunigung der Energiewende leisten. Für die Formulierung der Anforderungen an dezentrale Erzeugungsanlagen mit netzbildenden Umrichtern, welche in Zukunft die Netzanschlussregeln (Grid Codes) darstellen sollen, ist abgeschlossenes Wissen über die Fähigkeiten und Möglichkeiten der Technologie vonnöten. Derzeit liegt dieses Wissen in der gesamten Windenergiebranche nicht vor. Weder bei den WEA-Herstellern, noch bei den Windpark-Betreibern oder bei den Netzbetreibern. Fortschritte sind schwer zu erzielen, da jede Partei auf die Erkenntnisse der anderen Parteien angewiesen ist. Hier liegt ein klassisches 'Henne-Ei'-Problem vor. Das Vorhaben möchte den Zirkelbezug durch die wissenschaftliche Begleitung des Projektes bereits während der WEA-Entwicklungsphase aufbrechen, es sollen Erkenntnisse publiziert und die Standardisierung unterstützt werden.

Beschleunigung der Energiewende durch Grid Forming mit Windparks und Strategien für kritische Netzsituationen zur Ablösung von Synchronmaschinen, Teilvorhaben: Netzdynamische Stabilitätsbewertung für Grid Forming mit Windenergieanlagen

Erneuerbare Energien Anlagen werden perspektivisch die Energieerzeugung dominieren. Um bei zunehmend dezentraler Erzeugung, der Außerbetriebnahme fossiler Kraftwerke und flexiblem Systembetrieb eine zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen, müssen dezentrale Erzeugungsanlagen wie z.B. Windenergieanlagen (WEA) einen signifikanten Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes leisten. Insbesondere die Bereitstellung netzbildender Eigenschaften aus WEA steht hierbei im Fokus der Forschung und Entwicklung. Das 8. Energieforschungsprogramm sieht die Entwicklung netzbildender Eigenschaften von Stromrichtern als wesentliche Voraussetzung auf dem Pfad in Richtung 100% erneuerbare Energien. Die im Dezember 2023 veröffentlichte 'Roadmap Systemstabilität' beschreibt netzbildende Eigenschaften von Umrichtern als Schlüsseltechnologie zum Erreichen dieser Ziele. Allerdings erfordert diese neue Technologie umfassende und tiefgreifende Anpassungen und Neuentwicklungen auf der Anlagenseite. Das Projekt BesGASa stellt sich der Herausforderung und will mit der Entwicklung von WEA mit netzbildenden Eigenschaften einen notwendigen Beitrag zur Beschleunigung der Energiewende leisten. Für die Formulierung der Anforderungen an dezentrale Erzeugungsanlagen mit netzbildenden Umrichtern, welche in Zukunft die Netzanschlussregeln (Grid Codes) darstellen sollen, ist abgeschlossenes Wissen über die Fähigkeiten und Möglichkeiten der Technologie vonnöten. Derzeit liegt dieses Wissen in der gesamten Windenergiebranche nicht vor, weder bei den WEA-Herstellern noch bei den Windpark-Betreibern oder bei den Netzbetreibern. Fortschritte sind schwer zu erzielen, da jede Partei auf die Erkenntnisse der anderen Parteien angewiesen ist. Hier liegt ein klassisches 'Henne-Ei'-Problem vor. Das Vorhaben möchte den Zirkelbezug durch die wissenschaftliche Begleitung des Projektes bereits während der WEA-Entwicklungsphase aufbrechen; es sollen Erkenntnisse publiziert und die Standardisierung unterstützt werden.

HyFaB-Stack Industrialisierung für Großserien, Teilvorhaben: Entwicklung eines serientauglichen Konzepts für die Verspannung und Einhausung von Brennstoffzellenstacks

Ceramide - von Obstreststoffen zu biobasierten Gesundheitsprodukten, Teilvorhaben F

Reifegradsteigerung von Festphasenfügeprozessen für ressourceneffiziente E-Mobilitätskonzepte durch multilateralen Technologietransfer, Teilvorhaben 1: Entwicklung und Erprobung von Reibschweißkonzepten zur prozesssicheren Fertigung von hochintegrativen Komponenten f. d. Elektromobilität

Anreize umweltpolitischer Instrumente zu Adaption und Innovation von Vermeidungstechnologien

Es geht um die Frage, welche umweltpolitischen Politikinstrumente wie Steuern, Standards, handelbare Emissionszertifikate, Subventionen und gemischte Instrumente staerkere Anreize zu Forschung und Entwicklung (FuE) aber auch zur Uebernahme (Adaption) neuer Technologien liefern. Dabei wird auch untersucht, bei welchen Instrumenten es in Abhaengigkeit von der Marktform zu staerkeren allokativen Verzerrungen kommt. Die theoretische Forschung zur Adaption bei vollkommenem Wettbewerb ist dabei weitgehend abgeschlossen. Da empirische Studien ausweisen, dass hoechstens 15 Prozent der Industrieinnovationen selbst verwendet werden, 85 Prozent jedoch an Dritte weiterverkauft werden, ist es wichtig zu erforschen, welche Rueckkopplungen von der Regulierung einer verschmutzenden Industrie auf die Forschung in anderen Industrien ausgeht. Diese Fragestellung ist augenblicklich zentraler Gegenstand dieses Forschungsprojektes. Vorgehensweise: Der Ansatz ist in der ersten Phase des Projektes theoretisch: Das heisst, es werden Methoden aus der oekonomischen Gleichgewichts- und der Spieltheorie verwendet, um Markt und Verhaltensgleichgewichte zu identifizieren. Spaeter sollen Vermeidungskosten in verschiedenen wirtschaftlichen Sektoren oekonometrisch geschaetzt und die theoretisch abgeleiteten Hypothesen ueberprueft werden. Untersuchungsdesign: Panel.

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