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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.

Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Verfahrens zur Herstellung von Kraftstoffen für den Einsatz im Flugbetrieb auf der Basis biogener Rohstoffe

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Bereitstellung einer effizienten, verfahrenstechnischen Lösung zur Herstellung von hochwertigem Kraftersatzstoff für den Flugbetrieb (SAF) aus nachhaltigen Quellen. Mit dem Entwurf und der Implementierung einer innovativen Umwandlungstechnologie sollen Stoffkreisläufe geschlossen und bekannte Prozesse in neuartigen, auf dem 'Plug and Play' Prinzip basierten Mikroreaktoren, umgesetzt werden. Die zu entwickelnde innovative Technologie kombiniert das Verfahren der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) mit dem Prozess des Hydrocrackens (HCR) in einem Mikroreaktorsystem. Für die Bereitstellung des Synthesegases (Hauptbestandteile CO und H2) werden verschiedene Quellen genutzt, sodass lokale Reststoffkreisläufe (z.B. Alt- oder Restholz) mit einer Wasserstoffeinspeisung geschlossen und kombiniert werden, wobei der Wasserstoff aus dem Betrieb von Wind- oder Solaranlagen gewonnen wird. Die Vielfältigkeit der Einsatzstoffe aus denen das Synthesegas bereitgestellt wird, macht es notwendig, spezifische auf den Umwandlungsprozess abgestimmte Katalysatoren ein-zusetzen. Bisherige Hemmnisse wie die Größe solcher Anlagen und die damit einhergehende Wirtschaftlichkeit sollen durch Prozessanpassung des Konversionsprozesses überwunden werden, so dass dezentrale Anlagen rentabel betrieben werden können. Folgende Bearbeitungsschwerpunkte sind geplant: a) die Entwicklung eines innovativen Mikrokanalreaktors (MCR) und Überführung in den Pilotmaßstab in dem sowohl das FTS-Verfahren als auch der HCR-Prozess integriert sind. Damit wird eine deutliche Reduzierung der für den Prozess notwendigen Reaktionsräume ermöglicht. b) Aufbau und Implementierung sowie Testbetrieb des Reaktors (Miniplant-Anlage) und anschließender Aufbau der Anlage beim Projektpartner (Pilotanlage) um das Verfahren hinsichtlich seiner Stabilität, Einsatzstoffflexibilität und Robustheit unter realen Bedingungen zu bestätigen, zu testen, und zu validieren.

The frequency stability challenge, Nachrüstung von Solarstromanlagen zur Lösung der 50,2Hz-Problematik

Eine im Auftrag des FNN im VDE erstellte Studie von Ecofys und dem IFK empfiehlt die teilweise Nachrüstung von Solarstromanlagen, um die sogenannte 50,2-Hertz-Problematik zu lösen. Bis zur Einführung einer Übergangsregelung im April 2011 mussten sich Stromerzeuger am Niederspannungsnetz beim Überschreiten einer Netzfrequenz von 50,2 Hertz vom öffentlichen Netz trennen. Würde der seltene Fall einer Überfrequenz mit der heute installierten PV-Leistung eintreten, ginge deren zu diesem Zeitpunkt eingespeiste Leistung schlagartig verloren. Das Nachrüsten älterer Solaranlagen soll für diesen Fall Vorsorge treffen und rund 9 GW installierte Leistung ertüchtigen. Die Studie mit dem vollständigen Titel Auswirkungen eines hohen Anteils dezentraler Erzeugungsanlagen auf die System-/Netzstabilität bei Überfrequenz und Entwicklung von Lösungsvorschlägen zu deren Überwindung wurde von Ecofys und dem Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) der Universität Stuttgart verfasst. Auftraggeber sind die vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber vertreten durch EnBW Transportnetze AG, der Bundesverband Solarwirtschaft e. V. (BSW-Solar) und das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE/FNN). Die Empfehlungen wurden am 1. September 2011 den Bundesministerien für Umwelt und für Wirtschaft vorgestellt.

Bewertung der Folgen des Ausbaus von Solarenergieanlagen auf Agrarflächen für den Naturschutz und die Landschaftspflege

Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Verfahrens zur Herstellung von Kraftstoffen für den Einsatz im Flugbetrieb auf der Basis biogener Rohstoffe, Teilvorhaben: Entwicklung und Testung eines innovativen Verfahrens

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Bereitstellung einer effizienten, verfahrenstechnischen Lösung zur Herstellung von hochwertigem Kraftersatzstoff für den Flugbetrieb (SAF) aus nachhaltigen Quellen. Mit dem Entwurf und der Implementierung einer innovativen Umwandlungstechnologie sollen Stoffkreisläufe geschlossen und bekannte Prozesse in neuartigen, auf dem 'Plug and Play' Prinzip basierten Mikroreaktoren, umgesetzt werden. Die zu entwickelnde innovative Technologie kombiniert das Verfahren der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) mit dem Prozess des Hydrocrackens (HCR) in einem Mikroreaktorsystem. Für die Bereitstellung des Synthesegases (Hauptbestandteile CO und H2) werden verschiedene Quellen genutzt, sodass lokale Reststoffkreisläufe (z.B. Alt- oder Restholz) mit einer Wasserstoffeinspeisung geschlossen und kombiniert werden, wobei der Wasserstoff aus dem Betrieb von Wind- oder Solaranlagen gewonnen wird. Die Vielfältigkeit der Einsatzstoffe aus denen das Synthesegas bereitgestellt wird, macht es notwendig, spezifische auf den Umwandlungsprozess abgestimmte Katalysatoren ein-zusetzen. Bisherige Hemmnisse wie die Größe solcher Anlagen und die damit einhergehende Wirtschaftlichkeit sollen durch Prozessanpassung des Konversionsprozesses überwunden werden, so dass dezentrale Anlagen rentabel betrieben werden können. Folgende Bearbeitungsschwerpunkte sind geplant: a) die Entwicklung eines innovativen Mikrokanalreaktors (MCR) und Überführung in den Pilotmaßstab in dem sowohl das FTS-Verfahren als auch der HCR-Prozess integriert sind. Damit wird eine deutliche Reduzierung der für den Prozess notwendigen Reaktionsräume ermöglicht. b) Aufbau und Implementierung sowie Testbetrieb des Reaktors (Miniplant-Anlage) und anschließender Aufbau der Anlage beim Projektpartner (Pilotanlage) um das Verfahren hinsichtlich seiner Stabilität, Einsatzstoffflexibilität und Robustheit unter realen Bedingungen zu bestätigen, zu testen, und zu validieren.

Wissenschaftliche Unterstützung zu Instrumenten- und Maßnahmen zur Beschleunigung des Ausbaus erneuerbarer Energien für Klimaneutralität bis 2045

Das Klimaschutzgesetz sieht eine Treibhausgasneutralität in 2050 u.a. durch den Ausbau an Erneuerbaren Energien vor. In dem Vorhaben soll untersucht werden, wie der aus Klimaschutzsicht erforderliche EE-Ausbau erreicht und Potenziale gehoben werden können. Es wird davon ausgegangen, dass der weitere Leistungszubau maßgeblich im Bereich der Windenergie und Photovoltaik stattfindet. Dies bringt dauerhaft eine Vielzahl technischer, wirtschaftlicher und fachplanerischer sowie zum Teil rechtlicher Fragestellungen mit sich. Im Rahmen der fortzuführenden Diskussionen, Gesetzesnovellierungen und Planungs- und Abstimmungsprozesse besteht für BMU und UBA Bedarf an hochspezialisierter wissenschaftlicher Unterstützung zu Rechts-, Technik-, und Fachfragen. Im Zuge dieser Beratung sollen auch konkrete Vorschläge für modifizierte Instrumente und neue oder flankierende Maßnahmen erarbeitet werden, um die Voraussetzungen für einen aus Klimaschutzsicht robusten und stetigen Ausbau der erneuerbaren Energien zu gewährleisten. Demgegenüber stellen sich im Bereich der Bioenergie vermehrt Fragen, wie eine klimagerechte Nutzung des nur begrenzten nachhaltigen Biomassepotenzials insbesondere im EEG-Kontext ausgestaltet werden kann. Auch hierzu besteht Bedarf für hochspezialisierte wissenschaftliche Unterstützung zu Rechts-, Technik-, und Fachfragen. Inhaltlich werden voraussichtlich folgende Aspekte im Fokus stehen: 1. finanzielle Bürger- oder Gemeindebeteiligung bei Windenergie und insbesondere bei Photovoltaik angesichts zunehmender Anlagengrößen, 2. Anforderungen und Auswirkungen 'besonderer Solaranlagen' (Agrar-PV, schwimmende PV, Parkplatz-PV) im Rahmen der Innovationsausschreibungen, 3. Ausbaupfade , Ziel- und Flächensteuerung, Monitoring, 4. Geschäftsmodelle ohne EEG-Förderung oder andere staatliche Finanzierung, 5. Planungs- und Genehmigungsrahmen für Windenergieanlagen und PV-Freiflächenanlagen, 6. Klimagerechtere Ausrichtung des EEG mit Blick auf die Bioenergie.

Solarthermie-Demonstrationsanlage Katholische Jugendfreizeitstätte Kleinkühren

Gebäudecharakteristik und Konzeption der Anlagentechnik: Die Jugendbildungsstätte 'Kührener Brücke' ist eine Einrichtung mit 36 Betten und Vollverpflegung, überwiegend für Kinder- und Jugendgruppen. Es ist ein massives Haus mit Satteldach, Bruttogeschossfläche: 1.220 qm. Die Kollektorfläche beträgt 17,6 qm. Die 8 Kollektoren sind in das Süddach des Anbaus integriert, bei einer Dachneigung von 40 Grad. Die Anlage dient zur Deckung des Warmwasserverbrauchs der Hausgäste und der Familie der Hauswirtschaftsleiterin, die ganzjährig im Hause wohnen. 1 Solarspeicher mit Schichtenladevorrichtung und einem Gesamtvolumen von 750 l. Geplante Maßnahmen zur Verbreitung: - In unserer Neuen Kirchenzeitung ist ein Artikel über die Solaranlage erschienen. - Ein neuer Hausprospekt mit Darstellung der Solaranlage ist erstellt worden. - Ein Wochenende für Jugendliche zur Solarenergie in Zusammenarbeit mit dem Kreisjugendring Plön fand im März 2001 statt. - Im Dezember 2000 feierte die Kührener Brücke 25jähriges Bestehen und auch bei dieser Gelegenheit wurde unseren Gästen die Solaranlage vorgestellt. - Die Kührener Brücke mit der Solaranlage wurde an unserem Stand auf dem Katholikentag in Hamburg vorgestellt. - Beim Landeskindertag im Jahr 2001 in der Kührener Brücke wurde die Solarenergie vorgestellt. Fazit: Wir haben hundert Kinder und Jugendliche mit dem Thema Sonnenenergie zumindest in Berührung gebracht. Wir haben viele Multiplikatoren aus den Kirchengemeinden mit dem Thema Solarenergie und erneuerbare Energien vertraut gemacht. Weiterhin durchlaufen viele Kinder, Jugendliche und Erwachsene die 'Kührener Brücke' und stoßen auf die Solarenergie. Das Bewusstsein für die Umwelt ist bei Kindern und Jugendlichen zur Zeit nicht sehr groß. Gerade deshalb ist die finanzielle Unterstützung für Solaranlagen auf öffentlichen Gebäuden sehr wichtig und die Maßnahmen zur Verbreitung ein wichtiger Baustein um die Menschen für erneuerbare Energien zu sensibilisieren. Unter den gleichen finanziellen Bedingungen würden wir es wieder machen. Gerade die begleitenden Maßnahmen haben auch zu einer Profilierung der Landesstelle der katholischen Jugend geführt.

Reparatur und Wiederverwendung von Photovoltaikmodulen, Teilvorhaben: Entwicklung einer HV-Isolationsprüfung für PV-Module bei der Qualifizierung von gebrauchten Modulen in einer In-Line Anlage und für den einfachen Einsatz bei der Überprüfung bestehender Solaranlagen im Feld

Im Projekt soll eine ortsauflösende Hochspannungsisolationsprüfmethode für PV Module entwickelt werden. Diese Prüfmethode soll sowohl in In-Line Prüfstraßen verwendet werden, wie auch mit einem Handgerät direkt in der PV Anlage angewandt werden. Dadurch lässt sich viel früher und dadurch kostenreduziert erkennen, ob in einer Anlage Isolationsprobleme vorhanden sind, wo diese gegebenenfalls auftreten und ob eine Reparatur der Module umsetzbar ist.

Solargestützte Feldbewässerung in Nicaragua

Die GS Blankenese blickt auf eine langjährige und reiche Erfahrung mit Nord-Süd-Schulpartnerschaften zurück, am intensivsten haben wir bisher sicherlich mit verschiedenen Bildungsorganisationen der nicaraguanischen Stadt Leon (unter anderem Universität UNAN), Technik-Schule La Salle) zusammengearbeitet. Unser gemeinsames Thema ist seit nunmehr drei Jahren die solargestützte Feldbewässerung. Die Festlegung auf dieses Thema folgte einer Anregung des Universitätspräsidenten von Leon, Dr. Ernesto Medina. Seit Jahren kann man an der Pazifikküste Nicaraguas eine dramatische Verkürzung der Regenzeit beobachten, in manchen Jahren von sechs auf drei Monate. Für den landwirtschaftlichen Anbau in Nicaragua wird die künstliche Bewässerung zur Überlebensfrage. Das Agrarinstitut der UNAN arbeitet eng an den Fragen des Landes und verfügt über landwirtschaftliche Versuchsfelder. Es lag also nahe, die Bedingungen der solargestützten Feldbewässerung auf ihre Tauglichkeit für die landwirtschaftliche Produktion zu untersuchen. Im Jahr 2002 machte ein Physikkurs des 11. Jahrgangs nach reiflicher Diskussion mit den nicaraguanischen Partnern den Anfang. Er installierte auf dem Gelände der Universität von Leon eine Demonstrations- und Versuchsanlage mit solarbetriebenen Wasserpumpen - gemeinsam mit nicaraguanischen Studierenden und Wissenschaftlern. Im Mai 2003 folgte der nächste Kurs. Ziel dieses Kurses bestand in dem Aufbau zweier solargestützter Pumpen zu Feldbewässerung, die direkt auf Bauernhöfen zum Einsatz kamen. Ein Jahr später wurden die vierte Pumpe in dem Dorf San Pedro installiert, inzwischen hatten sich uns als weitere Kooperationspartner Schüler und Lehrer der Tecnico La Salle angeschlossen. Die Pumpsysteme der Jahre 2003 und 2004 dienen unmittelbar der Produktivitätssteigerung - Ernten sind nunmehr auch während der Trockenzeit möglich, alle fünf Systeme sind mit einer Messstrecke ausgestattet, um ihre Leistungsfähigkeit fortlaufend untersuchen und bewerten zu können, sie dienen somit auch der wissenschaftlichen Betrachtung. Als Physikkurs steht man vor scheinbar unlösbaren Problemen, wenn die Grenzen des Fachgebiets überschritten werden. Gerade solche Projekte, wie wir sie realisieren, treiben immer über ihre ursprüngliche Fragestellung hinaus und treffen auf Nahtstellen zu anderen Disziplinen (in unserem Fall handelt es sich um Ökonomie, Klimageographie und vor allem Biologie). In solchen Fällen ist es oft unausweichlich, kluge Geister zu Rate zu ziehen, die mit Ihrem Spezialwissen unsere Lernprozesse außerordentlich bereichern. Wir bedanken uns in diesem Zusammenhang bei Herrn Dr. Sorell, Mitarbeiter der Forschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) in Braunschweig, der uns für einen Tag in sein Institut eingeladen hat, um uns mit dem aktuellen Stand der Bewässerungstechnik und mit der Methodik der Wasserbedarfsberechnung vertraut gemacht hat. usw.

Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Verfahrens zur Herstellung von Kraftstoffen für den Einsatz im Flugbetrieb auf der Basis biogener Rohstoffe, Teilvorhaben: Entwicklung und Umsetzung einer Demonstrationsanlage

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Bereitstellung einer effizienten, verfahrenstechnischen Lösung zur Herstellung von hochwertigem Kraftersatzstoff für den Flugbetrieb (SAF) aus nachhaltigen Quellen. Mit dem Entwurf und der Implementierung einer innovativen Umwandlungstechnologie sollen Stoffkreisläufe geschlossen und bekannte Prozesse in neuartigen, auf dem 'Plug and Play' Prinzip basierten Mikroreaktoren, umgesetzt werden. Die zu entwickelnde innovative Technologie kombiniert das Verfahren der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) mit dem Prozess des Hydrocrackens (HCR) in einem Mikroreaktorsystem. Für die Bereitstellung des Synthesegases (Hauptbestandteile CO und H2) werden verschiedene Quellen genutzt, sodass lokale Reststoffkreisläufe (z.B. Alt- oder Restholz) mit einer Wasserstoffeinspeisung geschlossen und kombiniert werden, wobei der Wasserstoff aus dem Betrieb von Wind- oder Solaranlagen gewonnen wird. Die Vielfältigkeit der Einsatzstoffe aus denen das Synthesegas bereitgestellt wird, macht es notwendig, spezifische auf den Umwandlungsprozess abgestimmte Katalysatoren ein-zusetzen. Bisherige Hemmnisse wie die Größe solcher Anlagen und die damit einhergehende Wirtschaftlichkeit sollen durch Prozessanpassung des Konversionsprozesses überwunden werden, so dass dezentrale Anlagen rentabel betrieben werden können. Folgende Bearbeitungsschwerpunkte sind geplant: a) die Entwicklung eines innovativen Mikrokanalreaktors (MCR) und Überführung in den Pilotmaßstab in dem sowohl das FTS-Verfahren als auch der HCR-Prozess integriert sind. Damit wird eine deutliche Reduzierung der für den Prozess notwendigen Reaktionsräume ermöglicht. b) Aufbau und Implementierung sowie Testbetrieb des Reaktors (Miniplant-Anlage) und anschließender Aufbau der Anlage beim Projektpartner (Pilotanlage) um das Verfahren hinsichtlich seiner Stabilität, Einsatzstoffflexibilität und Robustheit unter realen Bedingungen zu bestätigen, zu testen, und zu validieren.

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