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PowerFuel, Demonstration und Potenzialanalyse neuer Technologien zur Sektorkopplung für die Erzeugung von Synthesekraftstoff aus Kohlenstoffdioxid- Teilvorhaben: Gesamtanlagensimulation, -optimierung und -steuerung

Es werden grundlegende Erkenntnisse zum Gesamtanlagenkonzept, zur Dimensionierung wichtiger Anlagenkomponenten und zur Betriebsführung inkl. Prozessleittechnik erarbeitet. Die zeitaufgelöste Simulation der Gesamtanlage erlaubt die richtige Dimensionierung von Einzelkomponenten (z.B. Elektrolyse, Wasserstoffzwischenspeicherung, Synthese) und schlägt eine optimierte Betriebsführung auf Basis äußerer Einflussfaktoren (z.B. zeitlich variabler Strompreis) vor. Zunächst erstellt Siemens in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern (z.B. INERATEC für die Synthese, CW für die CO2-Bereitstellung) physikalisch-chemische Modelle wie auch Kostenkorrelationen für die Einzelkomponenten. Die Modelle werden in einem Optimierungsverfahren kombiniert. Betriebserfahrung aus dem Anlagenbetrieb (AP1 und AP2) fließt kontinuierlich in die Verbesserung der Komponentenmodelle ein. Ziele sind kostenoptimierte konzeptionelle Auslegung und Betrieb von Power-to-Fuel Gesamtanlagen im industriellen Maßstab. Siemens führt in anderen Projekten Energiesystemanalysen auf nationaler Ebene durch, z.B. die Modellierung des deutschen Energiesystems (Fokus auf Strom, Wärme und Mobilität) vor dem Hintergrund der CO2-Reduktionsziele. Abgeleitete Randbedingungen werden mit der Auslegung von Power-to-Fuel Gesamtanlagen verknüpft. Weiterhin wird die Modellierungsumgebung genutzt, um die Pilotanlage des Energy Lab 2.0 abzubilden und eine optimierte Betriebsstrategie zu entwickeln. Erkenntnisse hieraus werden in einer übergeordneten Prozessleittechnik als Software umgesetzt und getestet. Die Betriebsoptimierung soll auch beispielhaft für größere Anlagen gezeigt werden. Hierbei wird Input aus der Energiesystemmodellierung genutzt, um den Anlagenbetrieb für ein repräsentatives Jahr zu simulieren und wichtige technische und ökonomische Parameter abzuleiten (z.B. Betriebsstunden). Ziel ist eine Betriebsoptimierung auf Basis einer Strompreiskurve als auch bei der direkten Kopplung mit erneuerbaren Stromquellen.

PowerFuel, Demonstration und Potenzialanalyse neuer Technologien zur Sektorkopplung für die Erzeugung von Synthesekraftstoff aus Kohlenstoffdioxid- Teilprojekt Climeworks 'Bereitstellung einer nachhaltigen Kohlenstoffdioxid Quelle durch direkte CO2-Abscheidung aus der Umgebungsluft'

Für die Energiewende im Verkehrssektor bietet das Vorhaben PowerFuel eine einzigartige Kopplung führender Technologien zur Umwandlung von Strom in flüssige Kraftstoffe. Technologisch wird dies ermöglicht, indem strombasierter Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse und Kohlenstoffdioxid, abgeschieden aus der Umgebungsluft, zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt werden. PowerFuel baut auf eine vorhandene Infrastruktur im Pilotmaßstab auf. CW entwickelt und baut Anlagen zur CO2-Abscheidung aus der Umgebungsluft (Direct Air Capture, kurz DAC) und untersucht im Rahmen ihres Teilprojektes die Wärmeintegration in den Gesamtprozess, sowie eine Optimierung der DAC-Anlage mit dem Ziel der für eine Power-to-Fuel Anwendung nötigen CAPEX und OPEX Reduzierung. Darüber hinaus wird der Aspekt der nachhaltigen Bereitstellung von CO2 als essenzieller Rohstoff für Power-to-Fuel Vorhaben in einer Potenzialanalyse adressiert.

KEROSyN100 - Entwicklung und Demonstration einer dynamischen, effizienten und skalierbaren Prozesskette für strombasiertes Kerosin, Phase 5 - Teilprojekt: Technische Integration und betriebswirtschaftliche Analyse von PtF-Prozessen in einer Raffinerie

In KEROSyN100 soll ein Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet Fuel Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung mit hoher Systemdienlichkeit und 100%iger Verwertung von EE-Strom entwickelt werden. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin und die Reduktion von EE-Abregelung. Für den Flugverkehr liegen derzeit keine Alternativen zu kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen vor, so dass strombasiertes Kerosin als vielversprechendster Pfad zur Dekarboniserung dieses Sektors gilt. Durch multikriterielle Bewertung relevanter Prozessketten, technologische Weiterentwicklung der Schlüsseltechnologie Methanol-to-Jet Fuel, Erarbeitung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen und die Umsetzung einer ersten Anlage, soll die Markteinführung von strombasiertem Kerosin auf den Weg gebracht werden. .

KEROSyN100 - Entwicklung und Demonstration einer dynamischen, effizienten und skalierbaren Prozesskette für strombasiertes Kerosin, Phase 6 - Teilprojekt: Genehmigungsplanung zur Realisierung von PtF-Prozessen

In KEROSyN100 soll ein Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet Fuel Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung mit hoher Systemdienlichkeit und 100%iger Verwertung von EE-Strom entwickelt werden. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin und die Reduktion von EE-Abregelung. Für den Flugverkehr liegen derzeit keine Alternativen zu kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen vor, so dass strombasiertes Kerosin als vielversprechendster Pfad zur Dekarboniserung dieses Sektors gilt. Durch multikriterielle Bewertung relevanter Prozessketten, technologische Weiterentwicklung der Schlüsseltechnologie Methanol-to-Jet Fuel, Erarbeitung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen und die Umsetzung einer ersten Anlage, soll die Markteinführung von strombasiertem Kerosin auf den Weg gebracht werden.

KEROSyN100 - Entwicklung und Demonstration einer dynamischen, effizienten und skalierbaren Prozesskette für strombasiertes Kerosin, Phase 2 - Teilprojekt: Integration eines Power-to-Fuel (PtF) Anlagenmodells in das regionale und überregionale Energiesystem

In KEROSyN100 soll ein Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet Fuel Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung mit hoher Systemdienlichkeit und 100%iger Verwertung von EE-Strom entwickelt werden. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin und die Reduktion von EE-Abregelung. Für den Flugverkehr liegen derzeit keine Alternativen zu kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen vor, so dass strombasiertes Kerosin als vielversprechendster Pfad zur Dekarbonisierung dieses Sektors gilt. Durch multikriterielle Bewertung relevanter Prozessketten, technologische Weiterentwicklung der Schlüsseltechnologie Methanol-to-Jet Fuel, Erarbeitung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen und die Umsetzung einer ersten Anlage, soll die Markteinführung von strombasiertem Kerosin auf den Weg gebracht werden. Das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme (DLR-VE) steuert im Rahmen des Teilvorhabens Integration eines Power-to-Fuel (PtF) Anlagenmodells in das regionale und überregionale Energiesystem' wesentliche Kompetenzen im Bereich der Energiesystemsimulation, -optimierung, -bewertung, der Entwicklung von detaillierten Stromnetzmodellen sowie hinsichtlich der Implementierung, Simulation und Bewertung von Flexibilitätsoptionen zur Projektumsetzung bei. Die geplante PtK-Anlage wird als Power-to-Fuel Anlagenmodell abstrahiert, wobei innerhalb des Projekts der Spezialfall Power-to-Jet Fuel untersucht wird.

Teilvorhaben W0^Teilvorhaben M0^Teilvorhaben V0^Teilvorhaben M1^P2X: Erforschung, Validierung und Implementierung von 'Power-to-X' Konzepten^Teilvorhaben X0, Teilvorhaben T0

Teilvorhaben K1^Teilvorhaben F1^Teilvorhaben J1^Teilvorhaben F0^Teilvorhaben H0^Teilvorhaben I0^Teilvorhaben H1^Teilvorhaben G0^Teilvorhaben G1^Teilvorhaben I1^Teilvorhaben J0^Teilvorhaben L0^Teilvorhaben L1^P2X: Erforschung, Validierung und Implementierung von 'Power-to-X' Konzepten, Teilvorhaben E1

Das geplante Forschungsvorhaben adressiert die Hauptziele der Bekanntmachung 'Kopernikus-Projekte für die Energiewende' des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Aufgrund der gestiegenen Umwelt- und Klimaschutzanforderungen sollen eine langfristige Dekarbonisierung der Energiesysteme und eine Speicherung und Nutzung des 'Überschussstromes' aus erneuerbaren Quellen erfolgen. Das Vorhaben soll im Erfolgsfall als Teil des Kopernikus-Projektes 'P2X' einen signifikanten Beitrag zu den Zielen der deutschen Energiewende leisten. Ziel des Vorhabens ist es, Lösungen zu erarbeiten, zu demonstrieren und zu implementieren, mit denen unter Einsatz erneuerbar erzeugter elektrischer Energie stoffliche Energieträger und chemische Produkte für Anwendungen in den industriellen Leitmärkten Energie, Transport/Verkehr und Chemie wirtschaftlich, zeitlich flexibel und auf die gesellschaftlichen Bedürfnisse abgestimmt produziert werden. Die Evonik Creavis GmbH bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP4 und AP7 des Forschungsclusters FC-B2. Der Schwerpunkt liegt aktuell auf Forschungscluster FC-B2: In diesem Forschungscluster sollen intensivierte, modulare und skalierbare Prozesstechnologien zur Umwandlung von CO2 und H2 in emissionsarme Synthesekraftstoffe sowie in Spezialchemikalien mit hoher Wertschöpfung entwickelt werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Möglichkeit eines autarken und dezentralen Einsatzes der gesamten Prozessketten gelegt. Kernanforderungen sind Kompaktheit, hohe energetische Gesamteffizienz sowie Toleranz gegenüber Lastwechseln und häufigen An- und Abfahrvorgängen.

P2X: Erforschung, Validierung und Implementierung von 'Power-to-X' Konzepten^Teilvorhaben X0, Teilvorhaben W0

Teilvorhaben F1^Teilvorhaben D1^Teilvorhaben I0^Teilvorhaben F0^Teilvorhaben G1^Teilvorhaben H0^Teilvorhaben H1^Teilvorhaben E0^Teilvorhaben D0^Teilvorhaben G0^Teilvorhaben E1^P2X: Erforschung, Validierung und Implementierung von 'Power-to-X' Konzepten, Teilvorhaben Z0

Teilvorhaben O0^Teilvorhaben K1^Teilvorhaben J1^Teilvorhaben A^Teilvorhaben M0^Teilvorhaben P0^Teilvorhaben N1^Teilvorhaben B1^Teilvorhaben B0^Teilvorhaben L0^Teilvorhaben L1^Teilvorhaben M1^Teilvorhaben N0^P2X: Erforschung, Validierung und Implementierung von 'Power-to-X' Konzepten, Teilvorhaben J0

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