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Weiterentwicklung der Chemical-Looping-Verbrennung von heimischen Brennstoffen, Teilvorhaben: Pilotversuche und Prozessbilanzierung

Netzstabilität durch Momentanreserve in stromrichterdominierten Netzen (Umbruch zwischen stromrichter- und generatorbasiertem Energiesystem), Teilvorhaben: Ertüchtigung von Batteriespeichern und PV-Speicher-Kombikraftwerken mittels virtueller Synchronmaschinen

LaBreVer - Last- und Brennstoffflexible Verbrennung, Teilvorhaben: Optimierung der Luftzufuhr zu neuartigen Strahlbrennern, Betriebsflexibilitätserweiterung von Kombikraftwerken und Untersuchung der Dynamik von Sprayflammen.

Das Vorhaben umfasst die drei Aktivitäten an den Lehrstühlen für Thermodynamik bzw. für Energiesysteme der TU-München zum Verbundvorhaben 'Last- und Brennstoffflexible Verbrennung (LaBreVer)'. Im Rahmen der ersten Teilaktivität wird ein neues fluiddynamisches Problem bearbeitet, das sich mit dem geplanten Generationswechsel von den traditionell eingesetzten großen Drallbrennern zu zahlreichen kleineren Strahlbrennern ergeben hat. Konkret geht es um die gleichmäßige und zeitlich stabile Versorgung der zahlreichen Einzelelemente solcher Brenner mit Verbrennungsluft nach der Strömungsumkehr im Kopf von Rohrbrennkammern. Die zweite Teilaktivität beschäftigt sich mit der thermoakustischen Verbrennungsinstabilität von Sprayflammen, die im Zusammenhang mit der Erhöhung der Brennstoffflexibilität von Kombikraftwerken von Bedeutung ist. Bisher nur für vorgemischte Gasflammen etablierte Berechnungsansätze sollen auf den deutlich komplexeren Fall mit Zerstäubung, zweiphasiger Mischung und Vorverdampfung ausgedehnt werden. Die dritte Teilaktivität ist auf Systemebene angesiedelt und beschäftigt sich mit der Betriebsflexibilitätserweiterung von Kombikraftwerken durch lokale Energiespeicherung, die im Zusammenhang mit der vermehrten Nutzung erneuerbaren Energien von steigendem Interesse ist.

LaBreVer - Last- und Brennstoffflexible Verbrennung, Teilvorhaben: Betriebsflexibilitätserweiterung von Kombikraftwerken durch lokale Energiespeicherung

Ziel des Vorhabens ist, Konzepte zur Erweiterung der Betriebsflexibilität von Kombikraftwerken - insbesondere zur Absenkung der Minimallast - durch lokale Energiespeicherung zu entwerfen und eine geeignete Methodik zu entwickeln, um diese für verschiedene Marktszenarien optimal auszulegen. In Ergänzung zu den herkömmlichen prozeßtechnischen Designkriterien soll dabei das Augenmerk auf die Nachrüstbarkeit gelegt werden, und insbesondere soll die Integration im bestehenden Kraftwerk eine Optimierung bezüglich Energieeffizienz und Treibhausgasemissionen bei transienten Betriebsweisen ermöglichen. Als eine der bevorzugten Lösungen ist dabei vorgesehen, die in Zeitperioden geringerer Nachfrage überschüssige Energie lokal durch Elektrolyse in Wasserstoff zu konvertieren und diesen zu speichern. Mit dem Konzept lässt sich die im Netz eingespeiste Leistung bei Bedarf bis (und unter) Null reduzieren, während der gespeicherte Wasserstoff sowohl als zusätzlicher Brennstoff bei hoher Energienachfrage als auch zur Verbrennungsstabilisierung und Emissionsminderung im niedrigen Lastbereich wieder zur Anwendung kommen kann.

Befähigung von PV-Kraftwerken zur Übernahme einer ganzheitlichen Energieversorgung in Kombination mit fossilen Erzeugern und Speichern, Teilvorhaben: Zentralwechselrichter mit erweiterter Funktionalität

Das Ziel des Verbundprojektes ist die Erweiterung der Fähigkeiten von PV-Kraftwerken. Diese müssen zukünftig mit anderen Erzeugerarten kombinierbar sein und als solche Hybridkraftwerke zur Verfügung stehen. Zusätzlich müssen Technologien entwickelt werden, die die Spezifika der internationalen Märkte stärker berücksichtigen. Das bedeutet neben einer ganzheitlichen Kostenoptimierung der Kraftwerke auch die Fähigkeit von PV-Kraftwerken, notwendige Netzdienstleistungen bereitstellen zu können. Diese Anforderungen reichen vom teilweisen Substitutionsbetrieb konventioneller Erzeugeranlagen mit entsprechenden Anforderungen an die Regelfähigkeit bis hin zur kompletten Übernahme der Netzführung mit erneuerbaren Energien in lokalen Netzen und damit der alleinigen Versorgung ganzer Städte oder Regionen. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten der GE Energy Power Conversion besteht deshalb in der Entwicklung und Erprobung einer ganzen Reihe von Funktionen für Zentralwechselrichter. Dieser soll befähigt werden, die erweiterten Anforderungen bezüglich der Netzbildung in Insel- und schwachen Netzen, des Substitutionsbetriebes für konventionelle Erzeuger sowie die Integration von Batteriespeichern zu erfüllen. Mit dieser Entwicklung soll der Grundstein für eine nächste Generation von PV-Wechselrichtern gelegt werden. Im Detail umfasst das Teilvorhaben die Entwicklung von aktiven Netzregelungsfunktionen als Einzelwechselrichter oder im Verbund mit mehreren Solarumrichtern, die Entwicklung von Konzepten zum Umgang mit Netzfehlern und Schieflasten, die Entwicklung eines Netzschutzkonzeptes und die Entwicklung der Schwarzstartfähigkeit von Wechselrichtern. Zusätzlich wird der nahtlose Übergang zwischen den einzelnen Erzeugungsquellen, ins besondere das Zusammenspiel zwischen PV, Batterie und Wechselrichter adressiert.

VORKAST - Optimierung der Auslegung und Betriebsführung von Kombikraftwerken und Speichertechnologien mittels Kürzestfristvorhersagen der Wind- und PV-Leistung, Teilvorhaben: Prognosen

Kürzestfirstvorhersagen der Wind- und PV-Leistung sind wichtige Parameter für die optimale Betriebsführung von Kombikraftwerken (KB). Im Rahmen dieses Vorhabens sollen die notwendigen Kürzestfirstvorhersagen (Wind und PV) für den Zeitbereich 0-60 Minuten mit hoher zeitlicher Auslösung entwickelt werden. Die Kürzestfirstprognosen zusammen mit aus Wettervorhersagen stammenden, langfristigeren Prognosen der Wind- und PV-Einspeisung sowie der Last dienen dann u.a. als Eingangsparameter für das am ZSW vorhandene Modell P2IONEER für eine optimierte Auslegung und Betriebsführung von KB. Nach Entwicklung und Erprobung der neuen Verfahren wird ein mehrmonatiger Onlinetest mit realen Wind- und PV-Anlagen in einem Testgebiet durchgeführt in den auch Anlagenbetreiber und regionale Energieversorger eingebunden werden. Ein Abschlussworkshop mit allen Beteiligten und Interessenten findet am Ende des Vorhabens statt. Für die Windleistungsvorhersagen wird ein Long-Range-Lidar mit einer Reichweite von bis zu 10 km eingesetzt und erprobt. Vorhersagen der Windleistung über den Zeithorizont der Lidarmessungen hinaus werden mit Maschinellen Lernverfahren (ML) erstellt und anhand unabhängiger Daten validiert. Für den Onlinetestbetrieb wird das Lidargerät auf der Gondel einer Windkraftanlage montiert, um für die Onlinevorhersagen Messdaten zu liefern. Für die Einstrahlungs- und PV-Leistungsprognosen wird eine neue Wolkenkamera mit Fischaugenoptik eingesetzt. Die Daten der Wolkenkamera werden mit viertelstündlichen Satellitendaten verschnitten. Zusammen mit Daten von Wettermodellen werden mit ML-Verfahren Kürzestfristprognosen der solaren Einstrahlung und PV-Einspeisung generiert. Für den Onlinetest wird die Wolkenkamera in der Nähe einer PV-Anlage betrieben. Die Prognosen (Wind, PV) dienen als Eingangsparameter für die optimale Regelung und Steuerung von verteilten Kombikraftwerken, die über Strom- und Gasnetz verbunden sind.

VORKAST - Optimierung der Auslegung und Betriebsführung von Kombikraftwerken und Speichertechnologien mittels Kürzestfristvorhersagen der Wind- und PV-Leistung, Teilvorhaben: Lidar

Kürzestfristvorhersagen der Wind- und Photovoltaik(PV)-Leistung sind wichtige Parameter für die optimale Betriebsführung von Kombikraftwerken (KB). Im Rahmen des Vorhabens sollen die notwendigen Kürzestfristvorhersagen für den Zeitbereich von 0 bis 60 Minuten mit hoher zeitlicher Auslösung entwickelt werden. Nach Entwicklung und Erprobung der neuen Verfahren wird ein mehrmonatiger Onlinetest mit realen Wind- und PV-Anlagen in einem Testgebiet durchgeführt, in dem Anlagenbetreiber und regionale Energieversorger eingebunden sind. Für die Windleistungsvorhersagen wird ein Long-Range-LiDAR (Light-Detection-and-Ranging) mit einer Reichweite von bis zu 10 Kilometern eingesetzt und erprobt. Windleistungs-Vorhersagen über den Zeithorizont hinaus werden mit Maschinellen-Lernen-Verfahren erstellt.

Entwicklung, Aufbau und dynamischer Betrieb eines PEM-Druckelektrolyseurs der Megawattklasse

Das Vorhaben ist ein Teil des Gesamtvorhabens 'Entwicklung, Aufbau und dynamischer Betrieb eines PEM-Druckelektrolyseurs der Megawattklasse'. Primäres Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung und Umsetzung der Anlagenkomponenten des zu entwickelnden Elektrolyseurs aufgrund der Anforderungen des Elektrolysestacks. Darüber hinaus soll ein technisches Anlagenkonzept für ein Kombikraftwerk, bei dem Wasserstoff vorwiegend aus erneuerbaren Stromquellen über den Elektrolyseur erzeugt, in einem Drucktank gasförmig gespeichert und über ein bestehendes Biogas-BHKW durch Beimischung zum Biogas zeitlich versetzt wieder verstromt wird, entwickelt werden. Vom Vorhabenpartner H-TEC wird in enger Zusammenarbeit mit North-Tec anhand der Anforderungen des Elektrolysestacks das Anlagenkonzept für den Elektrolyseur entwickelt. Anhand des Anlagenkonzepts werden dann durch North-Tec die einzelnen Peripheriekomponenten des Elektrolyseurs entwickelt und aufgebaut. Anhand der Anforderungen des Elektrolyseurs und der Anforderungen anhand des Betriebskonzepts (GP JOULE) wird durch North-Tec das Kombikraftwerk bestehend aus den zentralen Einheiten Elektrolyseur und Biogas-Anlage entwickelt und aufgebaut werden.

Entwicklung, Aufbau und dynamischer Betrieb eines PEM-Druckelektrolyseurs der Megawattklasse

Weiterentwicklung von Kraftwerksprozessen mit Druckkohlenstaubfeuerung, Analyse von Kraftwerksprozessen mit Druckkohlenstaubfeuerung

Projektziel ist eine Gegenueberstellung verschiedener Kraftwerksprozesse mit Druckkohlenfeuerung. Darueber hinaus sollen Vergleiche mit anderen Kraftwerksvarianten wie PFBC und IGCC durchgefuehrt werden. Moegliche Einsatzgebiete, wie Leistungsgroessen, einsetzbares Kohleband, erwartete Emissionen, Kosten und Gefaehrdungspotentiale werden aufgezeigt. Ein weiteres Ziel ist die Aufstellung von Anforderungsprofilen fuer die Kraftwerkskomponentenentwicklung, die in laufende Entwicklungsprogramme einfliessen koennen. Wesentlich hierfuer ist, dass in das Arbeitsprogramm alle neuen Erkenntnisse und Daten einfliessen, um eine sichere Abschaetzung und Bewertung der Druckflammtechnologie zu ermoeglichen.

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