Das Teilvorhaben dient der Charakterisierung, Analyse und Bewertung der Flexibilitätsoptionen von mehr als 20 Demonstratoren. Darüber hinaus werden durch vergleichende wissenschaftliche Betrachtung der Technologien Basisdaten für die übergeordnete Systemanalyse des Gesamtprojekts geschaffen und Handlungsempfehlungen für Politik und Wirtschaft entwickelt. Der Demonstrator 'Energiewabe InnovationCity' beinhaltet die Bewertung eines Wärmemarkts, der durch dezentrale Mikro-KWK im Haushaltsbereich geprägt wird. Hierzu wird ein Prototyp-System sowie bis zu 15 weitere KWK-Anlagen in das Systemcockpit integriert und weitere visualisiert. Ziel ist die Flexibilisierung aktiver Stromerzeuger zur Netzstabilisierung und die Untersuchung des Beitrags dieser Technologie am Gesamtsystem. In Zusammenarbeit mit den Demonstratoren und den anderen APs wird ein Katalog der abzufragenden Daten entwickelt. Zusätzlich werden in einem 'CleanRoom'-Vertrag Datenwege, Verantwortlichkeit und Bedingungen der Datenübermittlung festgehalten. Die Offlinedaten der Demonstratoren werden abgefragt, ausgewertet und entsprechend des Vertrags weitergeleitet. Zur wissenschaftlichen Betrachtung und Auswertung der Daten werden Fragestellungen mit den Demonstratoren entwickelt. Aus den Ergebnissen werden Handlungsempfehlungen abgeleitet. Für den Demonstrator 'Energiewabe InnovationCity' erfolgt für die Analyse des betrachteten Wärmemarkts eine Potentialermittlung der dezentralen Mikro-KWK-Anlagen unter Berücksichtigung der potentiellen Flexibilitätsbereitstellung und Markthemmnisse. Es wird ein Prototyp-System in Essen und bis zu 15 KWK-Anlagen in Bottrop in das 'Systemcockpit' des Gesamtvorhabens eingebunden. Für die Öffentlichkeitsarbeit werden zusätzlich Daten bezüglich einer potentiellen Flexibilitätsbereitstellung weiterer KWK-Anlagen aufbereitet und interaktive Info-Stationen aufgestellt.
Gemäß dem Impulspapier 'Strom 2030 - Langfristige Trends - Aufgaben für die kommenden Jahre' vom BMWi (Stand: Sept. 2016) soll der Primärenergieträger Biomasse langfristig zur Wärme- und Stromerzeugung im Industriesektor, zur Wärmerzeugung in Haushalten sowie im Kraftstoffsektor eingesetzt werden. Im Strom- und Wärmesektor liegt der zukünftige Fokus auf einer flexiblen Nutzung von Biomasse, wie beispielsweise durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Vor diesem Hintergrund sind zukünftig alternative und vor allem marktkonforme Betriebskonzepte im Biogasbereich notwendig. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung eines multiplizierbaren Systemkonzepts zur dezentralen Nutzung von teil-aufbereiteten (d. h. entschwefelten und entwässertem) Biogas mit Mikrogasnetzen und marktverfügbarer bzw. innovativer Mini-KWK-Anlagentechnologie bei kommunalen (z.B.: Schwimmbäder) und industriellen/gewerblichen (z.B.: Produktionsbetriebe) Akteuren.
Das globale Energiesystem befindet sich derzeit in einer Phase mit weitreichenden Veränderungen, ausgelöst durch die weiter sinkenden Kosten für die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern (EE) sowie politischen Anstrengungen zur Dekarbonisierung der Energieerzeugung. Für herkömmliche Energiesysteme dominiert von leistungsstarken, zentralen und grundlastbetriebenen Stromerzeugern, stellt die schnelle Einbindung volatiler erneuerbarer Energieträger (VEE) eine enorme technische und finanzielle Herausforderung dar. Das Hauptziel des VaBiFlex-Projektes ist somit die Entwicklung neuer biomassebasierter Technologien und Lösungen zur Energieerzeugung, wobei umweltrelevante, wirtschaftliche und sozialverträgliche Faktoren berücksichtigt werden. Die Hauptziele des VaBiFlex-Gesamtvorhabens sind: (i) Entwicklung von 3 neuen Konversionstechnologien (TRL 4 bis 5) um Energiemärkte mit einem hohen Bedarf an Flexibilität zu bedienen; (ii) Entwicklung und Demonstration einer nennenswerten Erweiterung der Brennstoff- und Betriebsflexibilität von 4 bereits verfügbaren Bioenergiekonzepten; (iii) Identifizierung von Kosten, Nutzen und Entwicklungsbedarf für ausgewählte Bioenergiekonzepte in einem VEE dominierten Energiesystem; (iv) Betrachtung von Nachhaltigkeits- und Akzeptanzfragestellungen bei der Integration von Bioenergie in ein flexibles Energiesystem und (v) Beschleunigung der Entwicklung von flexiblen Bioenergiekonzepten durch Marktbeobachtungen und die Erstellung von möglichen Geschäftsmodellen. In diesem Zusammenhang soll im deutschen Teilvorhaben am DBFZ und ein Mikro-KWK-Konzept mit einer hohen Flexibilität hinsichtlich der einsetzbaren Rohstoffe und des Anlagenbetriebs entwickelt und experimentell untersucht werden.
Das Mini-KWK-System aus einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor wurde vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bereits in einer Laboranlage demonstriert und es zeigt sich, dass für eine derartige Mikro-Wirbelschichtfeuerung die Anforderungen sowohl an den Bauraum als auch an die Kohlenmonoxidemissionen problemlos erfüllt werden können. Der innovative Ansatz ist dabei, dass der Wärmeübertrager des Stirlingmotors direkt in der Wirbelschicht platziert ist, wodurch die Bildung von Anbackungen und Verschlackungen am Erhitzerkopf des Stirlings, welche für das Scheitern bisheriger Konzepte verantwortlich waren, zuverlässig verhindert wird. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, das hocheffiziente und brennstoffflexible Mini-KWK-System in den Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel zu überführen und in einem Feldtest zu erproben. Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen - nämlich deren Brennstoffflexibilität - erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen in einem Feldtest demonstriert werden um nun auch Langzeiterfahrungen zu gewinnen. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll daher im ersten Schritt - eine dauerlauffähige Mini-KWK-Pilotanlage mit einer elektrischen Leistung von 5 kWel aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um diese im zweiten Schritt - in einem Biomasseheizkraftwerk mit verschiedenen biogenen Brennstoffen (Restkohlenstoff aus Vergasungsanlagen, Gärreste, Heu etc.) im Rahmen eines Feldtests mit einem 5 kWel Stirlingmotor der Firma Frauscher Thermal Motors zu erproben. Projektbegleitend findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung in Hinblick auf die Feinstaubemissionen statt.
Das Mini-KWK-System aus einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor wurde vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bereits in einer Laboranlage demonstriert und es zeigt sich, dass für eine derartige Mikro-Wirbelschichtfeuerung die Anforderungen sowohl an den Bauraum als auch an die Kohlenmonoxidemissionen problemlos erfüllt werden können. Der innovative Ansatz ist dabei, dass der Wärmeübertrager des Stirlingmotors direkt in der Wirbelschicht platziert ist, wodurch die Bildung von Anbackungen und Verschlackungen am Erhitzerkopf des Stirlings, welche für das Scheitern bisheriger Konzepte verantwortlich waren, zuverlässig verhindert wird. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, das hocheffiziente und brennstoffflexible Mini-KWK-System in den Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel zu überführen und in einem Feldtest zu erproben. Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen - nämlich deren Brennstoffflexibilität - erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen in einem Feldtest demonstriert werden um nun auch Langzeiterfahrungen zu gewinnen. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll daher im ersten Schritt - eine dauerlauffähige Mini-KWK-Pilotanlage mit einer elektrischen Leistung von 5 kWel aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um diese im zweiten Schritt - in einem Biomasseheizkraftwerk mit verschiedenen biogenen Brennstoffen (Restkohlenstoff aus Vergasungsanlagen, Gärreste, Heu etc.) im Rahmen eines Feldtests mit einem 5 kWel Stirlingmotor der Firma Frauscher Thermal Motors zu erproben. Projektbegleitend findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung in Hinblick auf die Feinstaubemissionen statt.
Gemäß dem Impulspapier Strom 2030 - Langfristige Trends - Aufgaben für die kommenden Jahre vom BMWi (Stand: Sept. 2016) soll der Primärenergieträger Biomasse langfristig zur Wärme- und Stromerzeugung im Industriesektor, zur Wärmerzeugung in Haushalten sowie im Kraftstoffsektor eingesetzt werden. Im Strom- und Wärmesektor liegt der zukünftige Fokus auf einer effizienten und flexiblen Nutzung von Biomasse, wie beispielsweise durch stromgeführte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mit weitgehender Wärmenutzung. Vor diesem Hintergrund sind zukünftig alternative und vor allem marktkonforme Betriebskonzepte im Biogasbereich notwendig. Im multiplizierbaren MiniGas-Systemkonzept soll das teilaufbereitete Biogas von der Biogasanlage über ein Verteilungsnetz zu kommunalen und industriellen/gewerblichen Akteuren geleitet werden. Mittels innovativen und hocheffizienten Mini-KWK-Anlagen erfolgt die Umwandlung des Biogases in Strom und Wärme zur Energieversorgung der Liegenschaften in Kombination mit einer optionalen Regelenergiebereitstellung. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung eines multiplizierbaren Systemkonzepts zur dezentralen Nutzung von teil-aufbereitetem (d. h. entschwefeltem und entwässertem) Biogas mit Mikrogasnetzen und marktverfügbarer bzw. innovativer Mini-KWK-Anlagentechnologie bei kommunalen (z.B.: Schulen) und industriellen/gewerblichen (z.B.: Produktionsbetriebe) Akteuren. Das Vorhaben ist folgendermaßen aufgebaut: 1) Technologische Bewertung marktverfügbarer und in der Entwicklung befindlicher Mini-KWK-Anlagen zur betriebssicheren Verwertung von Biogas & Entwicklung eines übertragbaren Anlagenkonzepts bestehend aus Biogasanlage, Biogasnetz und Mini-KWK-Anlage(n). 2) Ökonomische Analyse der Umsetzbarkeit des Konzepts für unterschiedliche BGA-Leistungsklassen (150, 200 und 500 kW) und Zielanwender sowie Ableitung eines tragfähigen Betreibermodells 3) Erarbeitung eines detaillierten Ablaufplanes zur Umsetzung des Konzepts unter Berücksichtigung variierender regionaler Gegebenheiten & zielgruppenspezifischer Energieverbrauchsprofile.
Das Mini-KWK-System aus einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor wurde vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bereits in einer Laboranlage demonstriert und es zeigt sich, dass für eine derartige Mikro-Wirbelschichtfeuerung die Anforderungen sowohl an den Bauraum als auch an die Kohlenmonoxidemissionen problemlos erfüllt werden können. Der innovative Ansatz ist dabei, dass der Wärmeübertrager des Stirlingmotors direkt in der Wirbelschicht platziert ist, wodurch die Bildung von Anbackungen und Verschlackungen am Erhitzerkopf des Stirlings, welche für das Scheitern bisheriger Konzepte verantwortlich waren, zuverlässig verhindert wird. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, das hocheffiziente und brennstoffflexible Mini-KWK-System in den Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel zu überführen und in einem Feldtest zu erproben. Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen - nämlich deren Brennstoffflexibilität - erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen in einem Feldtest demonstriert werden um nun auch Langzeiterfahrungen zu gewinnen. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll daher im ersten Schritt - eine dauerlauffähige Mini-KWK-Pilotanlage mit einer elektrischen Leistung von 5 kWel aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um diese im zweiten Schritt - in einem Biomasseheizkraftwerk mit verschiedenen biogenen Brennstoffen (Restkohlenstoff aus Vergasungsanlagen, Gärreste, Heu etc.) im Rahmen eines Feldtests mit einem 5 kWel Stirlingmotor der Firma Frauscher Thermal Motors zu erproben. Projektbegleitend findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung in Hinblick auf die Feinstaubemissionen statt.
Gemäß dem Impulspapier 'Strom 2030 - Langfristige Trends - Aufgaben für die kommenden Jahre' vom BMWi (Stand: Sept. 2016) soll der Primärenergieträger Biomasse langfristig zur Wärme- und Stromerzeugung im Industriesektor, zur Wärmerzeugung in Haushalten sowie im Kraftstoffsektor eingesetzt werden. Im Strom- und Wärmesektor liegt der zukünftige Fokus auf einer flexiblen Nutzung von Biomasse, wie beispielsweise durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Vor diesem Hintergrund sind zukünftig alternative und vor allem marktkonforme Betriebskonzepte im Biogasbereich notwendig. Im multiplizierbaren MiniGas-Systemkonzept soll das teilaufbereitete Biogas von der Biogasanlage über ein Verteilungsnetz zu kommunalen und industriellen/gewerblichen Akteuren geleitet werden. Mittels innovativen und hocheffizienten Mini-KWK-Anlagen erfolgt die Umwandlung des Biogases in Strom und Wärme zur Energieversorgung der Liegenschaften in Kombination mit einer optionalen Regelenergiebereitstellung. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung eines multiplizierbaren Systemkonzepts zur dezentralen Nutzung von teil-aufbereiteten (d. h. entschwefelten und entwässertem) Biogas mit Mikrogasnetzen und marktverfügbarer bzw. innovativer Mini-KWK-Anlagentechnologie bei kommunalen (z.B.: Schulen) und industriellen/gewerblichen (z.B.: Produktionsbetriebe) Akteuren. 1) Technologische Bewertung marktverfügbarer und in der Entwicklung befindlicher Mini-KWK-Anlagen zur betreibsicheren Verwertung von Biogas & Entwicklung eines übertragbaren Anlagenkonzepts bestehend aus Biogasanlage, Biogasnetz und Mini-KWK-Anlage. 2) Ökonomische Analyse der Umsetzbarkeit des Konzepts für unterschiedlichen BGA-Leistungsklassen (150, 200 und 500 kW) und Zielanwendern & Ableitung eines tragfähigen Betreibermodells 3) Erarbeitung eines detaillierten Ablaufplanes zur Umsetzung des Konzepts unter Berücksichtigung variierender regionaler Gegebenheiten & zielgruppenspezifischer Energieverbrauchsprofile.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Prüfung und Optimierung neuer KWK-Technologien, die in Verbindung mit kleinen Biomasse-Feuerungen den Leistungsbereich von kleiner als 1 kW bis ca. 100 kW abdecken, da es in diesem Leistungssegment bis heute keine zuverlässige und wirtschaftlich betreibbare Technik angeboten wird. Es werden daher 3 verschiedene KWK-Konzepte untersucht: Ein thermoelektrischer Generator in Verbindung mit einem Pelletofen (25-50 W); Eine Mikro-ORC-Anlage in Verbindung mit einem Hackschnitzel- oder Pelletkessel (ca. 1 kW) sowie eine extern beheizte Gasturbine in Verbindung mit einem innovativen Hochtemperaturwärmetauscher (5-100 kW). Die Arbeiten werden in 6 technisch / wissenschaftlichen Arbeitspaketen (AP)sowie je einem Arbeitspaket für die Koordination / Administration und die Ergebnisverwertung durchgeführt: AP 1: Definition der Rahmenbedingungen; AP 2: Grundlegende Untersuchungen zu ascheabhängigen Problemen bei Hochtemperaturwärmetauschern; AP 3:Entwicklung und Prüfung der TEG-Technologie; AP 4: Entwicklung der Mikro-ORC-Technologie; AP 5: Entwicklung eines Hochtemperaturwärmetauschers für Gasturbinen-Anwendungen; AP 6: Techno-Ökonomische Analyse der neuen Mikro-KWK-Technologien für Biomasse; AP 7: Ergebnisverwertung; AP 8: Projektmanagement und -koordination.
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| Bund | 62 |
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| Förderprogramm | 62 |
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