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Biogas-fired Combined Hybrid Heat and Power Plant (Bio-HyPP)

Das Projekt "Biogas-fired Combined Hybrid Heat and Power Plant (Bio-HyPP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) durchgeführt. To reach the goals of improving the efficiency of CHP systems while simultaneously widening the biomass feedstock base as well as increasing operational flexibility, the project aims to develop a full scale technology demonstrator of a hybrid power plant using biogas as main fuel in lab environment. A combined hybrid heat and power plant combines a micro gas turbine (MGT) and a solid oxide fuel cell (SOFC). The focus of the technology demonstration plant is to prove the functional capability of the plant concept, followed by detailed characterization and optimization of the integration of both subsystems. The main objective is to move the technology beyond the state of the art to TRL 4. Electrical efficiencies of more than 60% and total thermal efficiencies of more than 90% are intended to reach at base load conditions. An operational flexibility ranging from 25% to 100% electric power should be achieved. The emission levels should not exceed 10 ppm NOx and 20 ppm CO (at 15% vol. residual oxygen). The system should allow the use of biogas with methane contents varying from 40-75%, thus covering the biogas qualities from the fermentation of the entire biomass feedstock range. To achieve the objectives the subsystems MGT and SOFC including their subcomponents have to be adjusted and optimized by a multidisciplinary design approach using numerical and experimental measures to ensure a proper balance of plant. In addition an integrated control system has to be developed and implemented to achieve a reliable operation of the coupled subsystems. A detailed analysis of different European markets, economic and technical constraints in terms of biogas production potentials will clarify the regional suitable sizes and attractive performance conditions of the power plant system. To identify cost reduction potentials a thermo-economic analysis will be performed. Here, an internal rate of return (IRR) of the system of higher than 15% should be achieved over a 20 years.

Upscaling of Solar-hybrid Cogeneration Units for Power and Water - USHYNE

Das Projekt "Upscaling of Solar-hybrid Cogeneration Units for Power and Water - USHYNE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Das Projekt hat die Entwicklung solar-hybrider Gasturbinen-Systeme zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wasser zum Ziel. Es gliedert sich in 3 Phasen, wovon bisher lediglich für Phase 1 eine Projektförderung durch das BMU vorgesehen ist. Die Phase 1 umfasst im Wesentlichen eine Machbarkeitsstudie zu solar-hybriden Gasturbinensystemen mit integrierter Meerwasserentsalzung. Im Einzelnen sollen in Phase 1 die folgenden Themen bearbeitet werden: Analyse des Bedarfs an Meerwasserentsalzung in den Arabischen Staaten, Auswertung des solaren Strahlungsangebots, Bewertung thermischer Meerwasserentsalzungsprozesse für die Kopplung mit Gasturbinen, Auslegung solar-hybrider Gasturbinensysteme mit integrierter Entsalzung, Auswertung des Leistungs- und Betriebsverhaltens, wirtschaftliche Bewertung, Analyse der Marktperspektive, Vorbereitung eines Konsortiums aus Industrie und Forschungsinstituten zur Weiterentwicklung und Markteinführung der Technologie. Die weiteren Projektphasen werden erst nach Abschluss von Phase 1 genauer definiert.

Neue Technologien für integrierte CSP/PV Hybridkraftwerke (ICPH)

Das Projekt "Neue Technologien für integrierte CSP/PV Hybridkraftwerke (ICPH)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Fraunhofer ISE, Frenell GmbH, John Cockerill / CMI UVK GmbH und BASF New Business GmbH werden im Projekt Hybrid Kraft zur Hybridisierung von solarthermischen Kraftwerken (CSP) und Photovoltaik (PV) mittels Elektroerhitzern neue Technologienentwickeln, die zum Ausbau dieser Art von Kraftwerken beitragen werden. Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung eines Elektroerhitzers für Salzschmelze, der sich für den Einsatz in Großkraftwerken eignet. Zu diesem Zweck wird ein Elektroerhitzer mit einer Leistung von 1 MW entworfen, hergestellt und in einer Testschleife mit Salzschmelze als Wärmeträgermedium getestet. Auf der Grundlage des Designkonzepts des Prototyps, der Testergebnisse und der Simulationsstudien wird ein Design für Elektroerhitzer mit großen Kapazitäten entworfen. Anschließend werden die erwartete Steigerung der Systemeffizienz, der Flexibilität und der technisch-wirtschaftlichen Gesamtleistung eines integrierten CSP/PV-Hybridkraftwerks (ICPH) durch den Einsatz des entwickelten Elektroerhitzers untersucht. Während in anderen industriellen Prozessen kleinere Erhitzer bereits eingesetzt werden, ist ein kostengünstiger und leistungsstarker Elektroerhitzer, der für ICPH-Kraftwerke von 50-100 MW benötigt wird, noch nicht verfügbar. Dieser modulare Elektroerhitzer im Nutzmaßstab wird in den Bereichen optimierte mechanische Stabilität und Strömungsführung, verbesserte Anschlussfähigkeit an die Strominfrastruktur, Einspeisekompatibilität von PV-Stromquellen und ein erhöhtes Betriebsspannungsniveau zur Verringerung des Bedarfs an teuren Spannungstransformatorenevaluiert werden. Mit diesen Bewertungen können weitere Optimierungen von ICPH-Anlagen in den Bereichen Betriebsbedingungen, wirtschaftliche Empfindlichkeit und Vereinfachung der Anlage durchgeführt werden.

Erweiterung der bestehenden Anlage auf Pellworm mit zusaetzlichen 300 kWp Photovoltaik

Das Projekt "Erweiterung der bestehenden Anlage auf Pellworm mit zusaetzlichen 300 kWp Photovoltaik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Telefunken System Technik GmbH durchgeführt. Aufbauend auf die seit nunmehr 7 Jahren bestehende 300 kWp Solaranlage auf Pellworm soll eine Erweiterung um weitere 300 kWp Photovoltaik durchgefuehrt werden. Der technische Fortschritt auf diesem Gebiet kann in hervorragender Weise durch den Parallelbetrieb zweier Generationen von Solaranlagen demonstriert werden. Aufgrund des gemeinsamen Betriebes mit Windenergiekonvertern (nicht Bestandteil dieses Antrages) kann der Anstellwinkel der Solarmodule auf den hohen Sonnenstand im Sommer optimiert und somit der Platzbedarf reduziert werden. Die Gesamtanlage soll mit dem EVU-Netz parallel arbeiten. Hierbei sollen Erfahrungen gesammelt werden, welche Auswirkungen hohe und im Spitzenwert schwankende Energiewerte aus regenerativen Energieumwandlern (zum Teil ueber statische Wechselrichter) auf ein relativ schwaches Netz ausueben. Die enge Zusammenarbeit mit einem Energieversorgungsunternehmen soll hierbei Erfahrungen und Hinweise auf die Konzeptionen zukuenftiger Anlagen geben.

Teilvorhaben: Regelung, Steuerung und Überwachung von PV-Kraftwerken im Verbund mit fossilen Energieerzeugern und Speichern

Das Projekt "Teilvorhaben: Regelung, Steuerung und Überwachung von PV-Kraftwerken im Verbund mit fossilen Energieerzeugern und Speichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Padcon GmbH durchgeführt. Das Projekt soll Solarkraftwerke durch die Kombination mit einem Batteriespeicher und einem Dieselgenerator zu einem vollwertigen, regelbaren Kraftwerk erweitern. Die technische und wissenschaftliche Herausforderung besteht darin, die Besonderheiten jeder einzelnen Energiequelle in das Gesamtsystem einzubauen und in der Regelung der jeweils anderen Energiequelle zu berücksichtigen. Das grundlegende Arbeitspaket 220ff beinhaltet die Entwicklung einer Softwareplattform und Hardwareinfrastruktur um die zukünftigen Anforderungen im Bereich der Regelung, Steuerung und Überwachung von PV-Kraftwerken im Verbund und unter Berücksichtigung fossiler Energieerzeugern und Speicher zu erfüllen. Im Arbeitspaket 140 wird sich intensiv mit den anspruchsvollen Regelungsaufgaben im Bereich Netzregelung beschäftigt. Besonderes Augenmerk liegt hier auf dem Thema Netzunterstützung und Netzregelung. Des Weiteren wird sich im Arbeitspaket 214 mit der Ertragsoptimierung von PV-Kraftwerken auseinandergesetzt. Ziel ist es hier, ein aktives Bauelement zur Verringerung der PV-Moduldegradation zu entwickeln. Durch geringerer Degradation der Module erhöht sich der Ertrag und somit die ins Netz eingespeiste Energie. Das Arbeitspaket 310 ist eine Analyse und Recherche der normativen Anforderungen und technischen Rahmenbedingungen für den Anschluss von PV-Kraftwerken aber auch von Hybridkraftwerken auf internationaler Ebene. Besonderes im Fokus dieser Untersuchung sind Länder die einen sehr hohen Dieselanteil an der Stromerzeugung aufweisen.

Teilvorhaben: Entwicklung und Test eines Elektroerhitzers

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Test eines Elektroerhitzers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von John Cockerill UVK GmbH durchgeführt. Fraunhofer ISE, Frenell GmbH, John Cockerill / CMI UVK GmbH und BASF New Business GmbH werden im Projekt HybridKraft zur Hybridisierung von solarthermischen Kraftwerken (CSP) und Photovoltaik (PV) mittels Elektroerhitzern neue Technologien entwickeln, die zum Ausbau dieser Art von Kraftwerken beitragen werden. Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung eines Elektroerhitzers für Salzschmelze, der sich für den Einsatz in Großkraftwerken eignet. Zu diesem Zweck wird ein Elektroerhitzer mit einer Leistung von 1 MW entworfen, hergestellt und in einer Testschleife mit Salzschmelze als Wärmeträgermedium getestet. Auf der Grundlage des Designkonzepts des Prototyps, der Testergebnisse und der Simulationsstudien wird ein Design für Elektroerhitzer mit großen Kapazitäten entworfen. Anschließend werden die erwartete Steigerung der Systemeffizienz, der Flexibilität und der technisch-wirtschaftlichen Gesamtleistung eines integrierten CSP/PV-Hybridkraftwerks (ICPH) durch den Einsatz des entwickelten Elektroerhitzers untersucht. Während in anderen industriellen Prozessen kleinere Erhitzer bereits eingesetzt werden, ist ein kostengünstiger und leistungsstarker Elektroerhitzer, der für ICPH-Kraftwerke von 50-100 MW benötigt wird, noch nicht verfügbar. Dieser modulare Elektroerhitzer im Nutzmaßstab wird in den Bereichen optimierte mechanische Stabilität und Strömungsführung, verbesserte Anschlussfähigkeit an die Strominfrastruktur, Einspeisekompatibilität von PV-Stromquellen und ein erhöhtes Betriebsspannungsniveau zur Verringerung des Bedarfs an teuren Spannungstransformatoren evaluiert werden. Mit diesen Bewertungen können weitere Optimierungen von ICPH-Anlagen in den Bereichen Betriebsbedingungen, wirtschaftliche Empfindlichkeit und Vereinfachung der Anlage durchgeführt werden.

Teilvorhaben: Simulation und Meteo

Das Projekt "Teilvorhaben: Simulation und Meteo" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Solarforschung (SF), Standort Stuttgart durchgeführt. Die Projektpartner erstellen in diesem Projekt eine Machbarkeitsstudie, deren Ziel es ist, zu zeigen, dass die Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid, Wasser und Solarenergie im großtechnischen Maßstab möglich und wirtschaftlich ist. Der Prozess umfasst die Umwandlung von Sonnenstrahlung in Strom und Wärme. Diese beiden Energieträger decken vollständig den Bedarf der Subsysteme Hochdruck-Elektrolyse, Methanolsynthese und -destillation. Auch die Gewinnung reinen Kohlendioxids aus Abgasströmen kann durch solare Energieeinkopplung betrieben werden. Das DLR Institut für Solarforschung und das DLR-Institut für Future Fuels begleiten das Projekt aus wissenschaftlicher Sicht, um offene Fragestellungen zu bearbeiten und F&E-Bedarf zu identifizieren. Darüber hinaus soll das Potential des Technikansatzes an sich bewertet werden und damit als Orientierung für die weitere Markteinführung dienen.

Teilvorhaben: Netzdienliche Lösungen aus dem Bereich der Ladeinfrastruktur, der SMGW und Hybridkraftwerks

Das Projekt "Teilvorhaben: Netzdienliche Lösungen aus dem Bereich der Ladeinfrastruktur, der SMGW und Hybridkraftwerks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadtwerke Walldorf GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Projekt SynergieQuartier Walldorf untersucht Möglichkeiten einer resilienten und kosteneffiziente Gestaltung der fortschreitenden Energiewende. Wesentliches Ziel ist die systemische Konzeption eines Rollenmodells, das eine effektive und sichere Kommunikation zwischen energiewirtschaftlichen Akteuren und technischen Systemen zur Flexibilisierung dezentraler Energieanwendungen wie Ladesäulen oder Wärmepumpen ermöglicht. Dies soll insbesondere dazu beitragen, kritische Netzsituationen im Verteilnetz zu vermeiden und klassischen Netzausbau zu verringern. Der systemische Charakter des Projekts wird durch die enge Begleitung sozialwissenschaftlicher Forschung, energierechtliche Betrachtungen in Bezug auf Datenschutz, Entgeltsystematiken und Anreizregulierung sowie durch umfassende Bedrohungsanalysen deutlich. Die praktische Evaluation im Rahmen eines Feldtests gewährleistet eine hohe Aussagekraft und Verwertbarkeit der Ergebnisse. Die nächste Entwicklungsstufe der Energiewende soll damit zwar in begrenztem Raum, aber mit wesentlichen Akteuren und Energietechnologien erforscht und demonstriert werden. Die Stadtwerke Walldorf widmen sich im Projekt der Feldtestkoordination der Pilothaushalte, der Netzmodellierung sowie der Modernisierung der Heizzentrale zu einem hybriden, netzdienlichen Heizkraftwerk. Die Stadtwerke Walldorf installieren dabei die Hardware (SMGW, Ladeinfrastruktur, Heizzentrale) und modellieren gemeinsam mit der MVV Netze das individuelle Mobilitäts- und Ladeverhalten sowie das Verteilnetz.

Vorhersage von und Optimierte Versorgung mit Erneuerbaren Energien in Chile

Das Projekt "Vorhersage von und Optimierte Versorgung mit Erneuerbaren Energien in Chile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. In diesem Vorhaben wird eine Vernetzung der deutschen und chilenischen Forschergruppen angestrebt. Dies geschieht in Form von Wissenschaftleraustausch. Während gegenseitiger Besuche arbeiten beide Gruppen an gemeinsamen Themen im Bereich Erneuerbarer Energien. In den Arbeitsgruppen wird die Verbesserung, Ausbau und operationelle Anwendung einer Echtzeit-Windleistungsvorhersage in Chile angestrebt, für die bereits ein Prototyp existiert. Weiterhin soll die Entwicklung eines analogen Vorhersagesystems für Photovoltaik(PV)-Leistungsprognosen für chilenische Solarparks vorangetrieben werden. Unter Berücksichtigung dieser Wind- und PV-Leistungsprognosen werden dann Fallstudien zur (teil-)autonomen Erneuerbare-Energien-Versorgung von Minenanlagen und/oder Ortschaften/Kommunen im Norden Chiles mit Hilfe einer Hybridkraftwerks-Simulation und -Optimierung berechnet. Diese können auch für eine optimierte Energiespeicherbewirtschaftung und Kraftwerkseinsatzplanung heran gezogen werden. Zunächst muss die für die Vorhersageentwicklung notwendige Datengrundlage aus numerischen Wettermodelldaten, Messdaten von Wetterstationen und historischen Wind- und PV- Einspeisungsdaten neu beschafft bzw. erweitert werden. Anschließend wird der Prognose-Prototyp in ein in operationelles System überführt und im Pilotbetrieb getestet. Parallel erfolgt mit Projektbeginn die Suche nach geeigneten Modellregion(en). In der 2. Projekthälfte wird mindestens eine Simulation mit dem Hybridkraftwerk-Simulations- und Optimierungsmodell P2IONEER durchgeführt, mit deren Hilfe ein optimaler Mix erneuerbarer Energiequellen unter Berücksichtigung von fossilen Bestandskraftwerken, Übertragungskapazitäten, verschiedenen Formen der Energiespeicherung sowie ggf. des Wärmebedarfs ermittelt wird. Gegen Projektende werden die Ergebnisse in Form eines Stakeholder-Workshops verbreitet.

Teilvorhaben: Entwicklung und Herstellung des innovativen Füllstoffs

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Herstellung des innovativen Füllstoffs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kraftblock GmbH durchgeführt. Der Ausbau erneuerbarer Energie ist erklärtes Ziel der Bundesregierung und erfordert die Entwicklung von Speicherlösungen, um fluktuierende Energiequellen, wie Sonne und Wind, von der ebenfalls fluktuierenden Nachfrage der Stromverbraucher zu entkoppeln. Hochtemperaturspeicher basierend auf Flüssigsalzschmelzen sind eine erprobte Technik, die sich vielfältig einsetzen lässt. Ursprünglich für solarthermische Kraftwerke entwickelt, können Hochtemperaturspeicher auch in konventionellen Kraftwerken und in Prozessanlagen zur Flexibilisierung des heimischen Strommarktes beitragen. Auch in neuesten Hybridkraftwerken aus Parabolrinnen- und Photovoltaik-Anlagen kann durch den Flüssigsalzspeicher als zentrales Element jederzeit bedarfsgerecht Strom bereitgestellt werden. Dieses Vorhaben bezieht sich auf solarthermische Kraftwerke, wobei sich durchaus Synergien zur konventionellen Kraftwerkstechnik und Industrieprozesswärme mit diesem Forschungsprojekt ergeben. Stand der Technik sind Zweitankspeicher mit Flüssigsalz. Mit diesem Vorhaben soll ein neuartiges Eintankspeicher-Konzept erforscht werden, bei dem das heiße und kalte Flüssigsalz zusammen in einem Tank gespeichert werden. Das Eintankkonzept hat generell einige Vorteile, wie geringeren Platzbedarf, Einsparung eines Tanks, kostengünstigere Pumpen, Vermeidung eines großen Gasvolumens und geringere Wärmeverluste. Im vorliegenden Projekt soll das Eintank-Konzept mit Füllstoff (engl. Thermocline filler) an der DLR TESIS:store Anlage untersucht werden. Ziel ist es, neue Füllstoffe bzw. Inventarlösungen zu entwickeln, die auf strukturierten keramischen Füllstoffen und Latentwärmespeichermaterialien (engl. Phase change materials - PCM) basieren. Das PCM dient der Stabilisierung der Austrittstemperatur des Speichers.

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