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Erneuerbare Wärme

Umweltwärme und Wärmepumpen Abwärme Solarthermie Photovoltaisch-Thermische (PVT) Module Oberflächennahe Geothermie Eisspeicher Biomasse Biogas / Bio-Methan Die neuen Generationen von Wärmenetzen ermöglichen es, Wärme aus der Umgebung für die Versorgung von Gebäuden nutzbar zu machen, die für konventionelle Wärmenetze der älteren Generationen nicht erschlossen werden konnte. Schlüsseltechnologie, um diese Wärmequellen zu nutzen, ist die Wärmepumpe. Das grundlegende Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ähnelt einem Kühlschrank, nur, dass der thermodynamische Kreisprozess in die umgekehrte Richtung läuft. Während im Kühlschrank die Wärme aus dem Inneren abgeführt und an die Umgebung übertragen wird, entzieht die Wärmepumpe einer Wärmequelle Energie und hebt diese, angetrieben meist durch Elektrizität, auf ein höheres Temperaturniveau, sodass sie zum Heizen genutzt werden kann. Die Wärmepumpe besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert und einen thermodynamischen Kreisprozess durchläuft. Die wesentlichen Komponenten einer Wärmepumpe sind Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drosselventil. Der Verdampfer ist ein Wärmeübertrager, in dem die Wärme der externen Wärmequelle an das Kältemittel in der Wärmepumpe übergeht, wodurch dieses verdampft. Durch den Verdichter wird der Druck des nun gasförmigen Kältemittels erhöht. Dadurch kommt es auch zu einer Erhöhung der Temperatur des Kältemittels. Diese muss oberhalb der zu erreichenden Heiztemperatur liegen, damit es im Kondensator, einem weiteren Wärmeübertrager, zur Abgabe der Wärme an das Heizwasser kommt. Durch die Wärmeabgabe kondensiert das Kältemittel im Kondensator und liegt wieder flüssig vor. Der Kondensator wird daher auch oft als Verflüssiger bezeichnet. Das Drosselventil reduziert den Druck des Kältemittels, wodurch die Temperatur weiter abfällt und der Kreisprozess mit Wiedereintritt in den Verdampfer von vorn beginnen kann. Zu den möglichen Wärmequellen zählen unter anderem Außenluft, Oberflächengewässer und Grundwasser sowie die oberen Schichten des Erdreichs (oberflächennahe Geothermie). Entsprechend kommen folgende Wärmepumpen-Typen zum Einsatz: Luft-Wasser-WP; Außenluft oder Abluft einer technischen Anlage Sole-Wasser-WP; Erdkollektoren und -sonden, PVT, Eisspeicher, etc Wasser-Wasser-WP; Grundwasser, Flusswasser, Abwasser, Kühlwasser Weiterführende Informationen Umweltbundesamt Bundesverband Wärmepumpe zur grundlegenden Funktionsweise von Wärmepumpen Bundesverband Wärmepumpe zur Rolle von Wärmepumpen in Nah- und Fernwärmenetzen Abwärme ist Wärme, die als Nebenprodukt in einem Prozess entsteht, dessen Hauptziel die Erzeugung eines Produktes, die Erbringung einer Dienstleistung oder eine Energieumwandlung ist, und ungenutzt an die Umwelt abgeführt werden müsste . Kann die Abwärme nicht durch eine Optimierung der Prozesse, bei denen sie entsteht, vermieden werden, wird sie als unvermeidbare Abwärme bezeichnet. Aus Effizienzgründen sollte eine hierarchisierte Verwendung mit Abwärme angestrebt werden: 1. Verfahrensoptimierung/ Vermeidung, 2. prozess- bzw. anlageninterne Nutzung, 3. betriebsinterne Nutzung, 4. außerbetriebliche Nutzung. Je nach Temperaturniveau der Abwärme lässt sie sich für unterschiedliche Zwecke nutzen. Abwärme kann bei ausreichend hohen Temperaturen direkt in Fern- und Nahwärmenetze eingespeist werden oder über Wärmepumpen auf das benötigte Temperaturniveau angehoben werden. Bei niedrigen Temperaturen ist die Nutzung in LowEx- oder teilweise auch kalten Nahwärmenetzen möglich. Unvermeidbare und damit extern nutzbare Abwärme fällt typischerweise in Industrieprozessen an. Aber auch die Abwärme von Kälteanlagen, die beispielsweise zur Kühlung von Rechenzentren oder großer Büro- und anderer Nichtwohngebäude genutzt werden, lässt sich sinnvoll in Wärmenetzen nutzen. Abwasserwärme ist eine weitere übliche Abwärmequelle in urbanen Gebieten, die ganzjährig eine Temperatur zwischen etwa 12 °C und 20 °C aufweist. Sie eignet sich daher besonders für die Nutzung als Wärmequelle für Wärmepumpen oder in kalten Netzen. Eine Herausforderung bei der Nutzung von unvermeidbarer Abwärme können Schwankungen im Wärmeangebot sein. So fällt Abwärme von Kälteanlagen zur Büroklimatisierung hauptsächlich im Sommer an und auch Abwärme aus Industrieprozessen kann z.B. bedingt durch Produktionszyklen volatil sein. Hier ist in der Detailplanung des Nahwärmenetzes darauf zu achten, dass ein unregelmäßiges Abwärmeangebot durch entsprechende Speicher oder andere, regenerative Quellen ausgeglichen werden kann. Weiterführende Informationen Informationen rund um Abwasserwärme der Berliner Wasserbetriebe Analyse zum Abwärmepotenzial der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt Die Einstrahlung der Sonne kann zur direkten Erwärmung eines Wärmeträgermediums genutzt werden. Diese Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie über Kollektoren wird Solarthermie genannt. Dabei kommen hauptsächlich Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren zum Einsatz. Bei Flachkollektoren sind Kupferrohre in eine verglaste Absorberebene eingelassen. Vakuumröhrenkollektoren zeichnen sich durch einzelne, parallele und vakuumierte Glasröhren aus, in denen das Heizrohr mit Absorber verläuft. In den Kollektoren strömt in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch, auch Sole, Solarflüssigkeit oder Wärmeträgerflüssigkeit genannt. Das beigemischte Glykol dient als Frostschutz, um bei geringer Einstrahlung und Außentemperatur ein Einfrieren im Winter zu verhindern. Mit Vakuumröhrenkollektoren können höhere Temperaturen und damit höhere Erträge pro Kollektorfläche erzielt werden. Besondere Bauformen besitzen auch Parabolspiegel, die das Sonnenlicht stärker auf die Absorber konzentrieren. Auch Systeme, die Wasser statt Sole führen, werden eingesetzt. Der Vorteil besteht in der höheren Wärmekapazität von Wasser gegenüber Sole, wodurch höhere Erträge und Temperaturen erzielt werden können. In wasserführenden Systemen findet im Winter bei fehlender Einstrahlung in regelmäßigen Abständen eine Zwangsumwälzung des Wassers statt, wodurch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums in den Rohren vermieden wird. Mit einem Jahresertrag pro benötigte Grundfläche von 150 kWhth/(m²*a), ist die durchschnittliche Flächeneffizienz von ST-Anlagen beispielsweise um den Faktor 30 höher als die von Biomasseheizwerken bei der Verwendung von Holz aus Kurzumtriebsplantagen. In den letzten Jahren werden Solarthermie-Projekte zur Einspeisung in großstädtische Wärmenetze verstärkt umgesetzt. Bei der Einbindung von Solarthermischen Anlagen in Wärmenetze bietet sich sowohl die zentrale als auch die dezentrale Variante an. Zentrale Systeme speisen am Standort des Hauptwärmeerzeugers oft in einen vorhandenen Wärmespeicher ein. Dazu wird die Wärme von der Anlage über ein separates Rohrsystem zu der Heizzentrale geführt. Zu beachten: Im Sommer kann eine solarthermische Anlage die Deckung der gesamten Wärmelast übernehmen und je nach Auslegung auch einen Wärmespeicher füllen. Im Winter wird in der Regel ein weiterer Wärmeerzeuger eingesetzt, da Leistung und Wärmemenge aus der Solaranlage oft nicht ausreichen. Die Solarthermie kann in Wärmenetzen in Konkurrenz zu Grundlastquellen oder -Erzeugern stehen, z.B. Abwärme, Biomasse oder Blockheizkraftwerk (BHKW) und so den Bedarf an nötigem Wärmespeichervolumen erhöhen Eine Nutzung als Wärmequelle in kalten Netzen gestaltet sich schwierig, da die Sommertemperaturen zu hoch sind Weiterführende Informationen Solarthermie Wärmenetze PVT-Kollektoren sind ein Spezialfall der Sonnenenergienutzung. Sie kombinieren Photovoltaikzellen und solarthermische Kollektoren, um so Wärme und Strom in einem Modul zu erzeugen. Die verfügbare Dachfläche wird so optimal ausgenutzt. Die Kollektoren bestehen aus einem PV-Modul und einem rückseitig montiertem Wärmeübertrager. Dadurch, dass zeitgleich zur Stromerzeugung Wärme abgeführt wird, entsteht ein Kühleffekt, der zu einem höheren Stromertrag führt, da die Effizienz von PV-Modulen temperaturabhängig ist. PVT-Module gibt es in mehreren Varianten, die sich vor allem durch das Temperaturniveau der erzeugten Wärme unterscheiden. Für die Erzeugung hoher Temperaturen wird der Wärmeübertrager vollständig mit Wärmedämmung eingehaust. Dadurch geht jedoch der stromertragssteigernde Kühleffekt an den PV-Zellen verloren, sodass diese Module vor allem zur Erzeugung von Prozesswärme eingesetzt werden. Als Wärmequelle für Wärmepumpen in Nahwärmenetzen eignen sich daher vor allem ungedämmte sogenannte unabgedeckte PVT-Kollektoren, bei denen die Rohre des Wärmeübertragers mit zusätzlichen Leitblechen für einen Wärmeübergang aus der Luft optimiert sind. Diese liefern ganzjährig Energie, die beispielsweise direkt in ein kaltes Nahwärmenetz eingespeist werden kann. Weiterführende Informationen Informationen zu PVT-Modulen und Wärmepumpen im Rahmen des Forschungsprojektes integraTE Verwendung von PVT-Modulen im degewo Zukunftshaus In den oberen Erdschichten folgt die Bodentemperatur der Außenlufttemperatur. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur an und ist ab ca. 15 m unter Gelände Oberkante nahezu konstant. Die Wärme aus dem Erdreich kann über verschiedene horizontale und vertikale Erdwärmeübertrager oder auch Grundwasserbrunnen gewonnen und als Wärmequelle für Wärmepumpen genutzt werden. Horizontale Erdwärmeübertrager werden Erdkollektoren genannt. Es handelt sich hierbei um Rohrregister, üblicherweise aus Kunststoff, die horizontal oder schräg, spiral-, schrauben- oder schneckenförmig in den oberen fünf Metern des Untergrundes verlegt werden. Bei der häufigsten Nutzung der Erdwärme werden Erdsonden – meist Doppel-U-Rohrleitungen in vertikalen Tiefenbohrungen bis 100 m verwendet. Ab Tiefen über 100 m gilt Bergbaurecht, womit komplexere Genehmigungsverfahren verbunden sind, die eine Nutzung in kleinen, dezentralen Netzen in der Regel ausschließen. Perspektivisch wird durch das 4. Bürokratieentlastungsgesetz voraussichtlich die oberflächennahe Geothermie bis 400 m nicht mehr unter das Bergrecht fallen. Es können mehrere Sonden zu einer Anlage vereint werden. Hierbei ist durch einen ausreichenden Abstand der Sonden untereinander eine gegenseitige Beeinflussung auszuschließen. Auch zu benachbarten Grundstücken muss ein entsprechender Abstand gewahrt bleiben. In Erdwärmeübertragern wird ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, Sole genannt, verwendet, da die Temperatur der Sole auch unter 0 °C fallen kann. Aufgrund des Einsatz Wassergefährdender Stoffe und weil der Eingriff in den Wärmehaushalt nach geltendem Recht eine Gewässernutzung darstellt, ist für Erdwärmesonden im Allgemeinen und Erdwärmekollektoren, die weniger als 1 m über dem höchsten Grundwasserstand verlegt werden, in Berlin eine wasserbehördliche Erlaubnis erforderlich. Als Alternative zu Erdsondenanlagen kommen bei größeren Anlagen auch Grundwasserbrunnen in Frage, bei denen über zwei Bohrungen die im Grundwasser enthaltene Wärme genutzt wird. Dabei dient eine Bohrung der Entnahme und eine weitere der Rückspeisung des entnommenen Wassers. Die Eignung des örtlichen Grundwasserleiters für eine Wärmeanwendung muss im konkreten Einzelfall geprüft werden. Für eng bebaute Gebiete eignet sich auch ein Koaxialsystem in Form eines Grundwasserzirkulationsbrunnens, welcher aus nur einer Bohrung besteht. Weiterführende Informationen Informationen und Anforderungen zur Erdwärmenutzung in Berlin Energieatlas mit geothermischen Potenzialen Informationen zur oberflächennahen Geothermie Beim Phasenübergang von flüssig zu fest gibt Wasser bei konstantem Temperaturniveau Energie in Form von Wärme ab. Diese Wärme, die allein bei der Aggregatzustandsänderung transportiert wird, wird als latente Wärme bezeichnet. Bezogen auf die Masse von 1 kg handelt es sich um die Erstarrungsenthalpie eines Stoffes, die bei Wasser in etwa der Energiemenge entspricht, die auch benötigt wird, um dasselbe 1 kg Wasser von 0 °C auf 80 °C zu erwärmen. Zu- oder abgeführte Wärme, die eine Temperaturveränderung bewirkt, wird als sensible Wärme bezeichnet. In Eisspeichern wird eine Wassermenge, z.B. in einer unterirdischen Betonzisterne durch Wärmeentzug vereist. Dazu strömt ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, Sole genannt, mit geringerer Temperatur als dem Gefrierpunkt von Wasser durch Rohrspiralen im Speicher. Durch den Temperaturgradienten kommt es zum Wärmetransport zwischen dem erstarrenden Wasser in der Betonzisterne und der Sole in den Rohrspiralen. Die latente Wärme aus dem Phasenübergang des Wassers wird an die Sole übertragen, welche sich dadurch erwärmt. Die erwärmte Sole dient wiederum einer Wärmepumpe als Wärmequelle. Am Verdampfer der Wärmepumpe gibt die Sole die Wärme wieder ab und kann anschließend erneut Wärme aus dem Eisspeicher aufnehmen. Durch Kombination mit Solarkollektoren kann die Effizienz der Anlage erhöht werden, wenn die damit gewonnene thermische Energie zur Regeneration des Eisspeichers genutzt wird. Weiterführende Informationen Informationen zu Eisspeichern Funktion und Kosten von Eisspeichern im Überblick Bei der Wärmebereitstellung durch Biomasse kommen in der Regel Anlagen zum Einsatz, in denen holzartige Biomasse verfeuert wird. Hierfür gibt es verschiedene Brennstoffe, die sich in Qualität und Kosten z.T. deutlich unterscheiden. Holzpellets sind kleine hochstandardisierte Presslinge mit einer Länge von 2-5 cm, die in unter anderem aus Resten der Holzverarbeitung gepresst werden. Ihr Einsatz in Pelletkessel ist hoch automatisiert und damit nur wenig störanfällig. Dennoch sind jährlich kleinere Arbeiten durch z.B. Ascheaustragung o.ä. erforderlich. Zudem ist eine entsprechende Lagerhaltung in einem sogenannten Bunker inkl. Fördersystem erforderlich. Der Einsatz von Holzhackschnitzeln ist etwas arbeitsaufwändiger, da sowohl Brennstoff als auch das Gesamtsystem zur Wärmeversorgung weniger automatisierbar ist. Die Beschaffung des etwa bis zu 10 cm großen, mechanisch zerkleinerten Holzpartikel ist deutlich günstiger und sie können zudem auch in außenliegenden, überdachten Lagerbereichen oder Wirtschaftsgebäuden gelagert werden. Jedoch bestehen größere Anforderungen an die Einbringtechnik und den Betrieb einer Feuerungsanlage. Durch den gröberen Brennstoff, unterschiedliche Brennstoffqualitäten und Ascheaustrag, kann es gegenüber einem Pelletkessel zu häufigerem Arbeitsaufwand kommen, sodass regelmäßige Präsenzzeiten zur Betreuung erforderlich sind. Des Weiteren kann zur Verteilung des Brennstoffes auch schweres Arbeitsgerät vor Ort erforderlich werden. Neben einer reinen Verbrennung der Holzbrennstoffe kann in einem Vergaser auch Holzgas aus der Biomasse gewonnen werden, um diese anschließend in einem speziellen BHKW in Wärme und Strom umzuwandeln. Holz als Brennstoff ist ein vergleichsweise günstiger und preisstabiler Brennstoff, der jedoch einen gewissen Arbeitsaufwand mit sich bringt. Hierbei sind auch die gegenüber der Verbrennung von gasförmigen Energieträgern erhöhten Staubanteile im Abgas zu beachten, welche im urbanen Bereich stärkere Anforderungen an die Abgasreinigung und Ascheentsorgung mit sich bringen. Auch ist bei der Verwendung von nicht lokal verfügbarer Biomasse ein umfangreicher Logistikaufwand zu betreiben, was zu mehr Verkehr auf den Straßen und einer zusätzlichen Belastung durch Emissionen führt. Ebenso ist bei der Abwägung, ob die Wärme für ein Nahwärmenetz mit Holz erzeugt werden soll, zu berücksichtigen, dass Holz nur bedingt als „klimaneutral“ bezeichnet werden kann. Die Verbrennung setzt neben Feinstaub auch Treibhausgase wie CO 2 und Methan frei. Die Annahme, dass die Wärmeerzeugung mit Holz klimaneutral ist, setzt eine nachhaltige Waldbewirtschaftung voraus, bei der mindestens genauso viel Kohlenstoff durch das Wachstum neuer Bäume gebunden wird, wie durch die Verbrennung von Holz freigesetzt wird. Wird Holz aus nicht nachhaltiger Waldbewirtschaftung (beispielsweise der Abholzung von Urwäldern) für die Wärmeerzeugung verwendet, dann fällt die Bilanz der Umweltauswirkungen negativ aus. Eine stärkere Reduktion von Treibhausgasen kann zudem erreicht werden, wenn das Holz für langlebige Produkte (beispielsweise als Bauholz) verwendet wird, da der Kohlenstoff dann dem natürlichen Kreislauf auf längere Zeit entzogen wird und nicht als CO 2 in die Atmosphäre gelangt. Empfehlenswert für die Wärmeerzeugung ist daher vor allem Restholz aus Produktionsprozessen, das nicht für andere Nutzungen geeignet ist, sowie Altholz, das am Ende der Nutzungskaskade angekommen ist. Die Qualität von Holzbrennstoffen lässt sich verschiedenen Normen in Güteklassen einteilen. Hierfür dient bspw. die DIN EN ISO 17225 oder das DINplus-Zertifizierungsprogramm, um Vergleichbarkeiten zu ermöglichen und eine entsprechende Brennstoffqualität sicherzustellen. Des Weiteren sollten Nachweise über die Herkunft der Biomasse bei den Lieferanten angefragt werden, um möglichst regionale Produkte zu nutzen. Die Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt hat zu den Potenzialen von Biomasse in Berlin eine Untersuchung durchführen lassen, deren Ergebnisse hier einzusehen sind: Biomasse . Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie beim Bundesumweltministerium: BMUV: Klimaauswirkungen von Heizen mit Holz sowie beim Umweltbundesamt: Heizen mit Holz . Weiterführende Informationen Hackschnitzel: Qualität und Normen FNR – Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Für die Wärmeerzeugung aus Biogas existieren regionale unterschiedliche Möglichkeiten. Im ländlichen Raum kann häufig direkt Biogas aus Gärprozessen aus der Landwirtschaft verwendet werden. Abfallstoffe wie z.B. Gülle können dafür genutzt werden, wie auch eigens dafür angebaute Energiepflanzen. Die Verwendung von Anbaubiomasse zur Produktion von Biogas steht jedoch in starker Kritik und kann ebenso wie die Produktion von flüssigen Energieträgern auf die Formel ‚Tank oder Teller‘ reduziert werden. Daher wurde mit den letzten Novellen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) die Nutzung von Anbaubiomasse zu Biogasproduktion immer weiter eingeschränkt (Stichwort ‚Maisdeckel‘). Biogas kann vor Ort genutzt und in Wärme und Strom umgewandelt und verbraucht bzw. über ein kleines Nahwärmenetz verteilt werden. Für eine Einspeisung in das Erdgasnetz ist eine Methan-Aufbereitung des Gases erforderlich. In Berlin besteht die Möglichkeit, ein Biogas- bzw. Biomethanprodukt eines beliebigen Lieferanten aus dem öffentlichen Gasnetz zu beziehen. Dieses Biomethan ist in der Regel aufbereitetes Biogas, z.B. aus Reststoffen oder Kläranlagen, welches in das Netz an einem anderen Verknüpfungspunkt eingespeist wird. Vor Ort zur (Strom- und) Wärmeerzeugung wird dann bilanzielles Biomethan eingesetzt – ähnlich dem Bezug von Ökostrom aus dem öffentlichen Versorgungsnetz. Der tatsächliche Anteil von Biomethan im Erdgasnetz entsprach im Jahr 2022 lediglich etwa 1 %. Bei dem Kauf gibt es entsprechende Nachweiszertifikate (z.B. “Grünes Gas Label” – Label der Umweltverbände oder TÜV) der Anbieter. Die Umsetzung in Wärme (und Strom) erfolgt dann klassisch über Verbrennungstechnologien wie Gaskessel oder BHKW.

Küsten-Niños im Pazifik - die Rolle des äquatorialen Wärmeinhaltes und Bezug zur Ausbreitung der Meeresoberflächentemperaturanomalien (PaCoNi)

Das Projekt "Küsten-Niños im Pazifik - die Rolle des äquatorialen Wärmeinhaltes und Bezug zur Ausbreitung der Meeresoberflächentemperaturanomalien (PaCoNi)" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft.Zu Beginn des Jahres 2017 sorgte eine starke Erwärmung des Wassers vor der peruanischen Küste im südöstlichen tropischen Pazifik für starke Niederschläge und Überschwemmungen in Peru und Ecuador und hatte schwerwiegende Auswirkungen auf das Ökosystem und die peruanische Gesellschaft. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, solche warmen Küsten-Niño-Ereignisse, die nicht mit beckenweiten Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) im tropischen Pazifik zusammenhängen, besser zu verstehen. Neuere Arbeiten der Antragstellerin weisen darauf hin, dass es für den Zusammenhang zwischen SST-Anomalien im küstennahen und zentralen äquatorialen Pazifik von zentraler Bedeutung ist, ob sich der äquatoriale Pazifik in einer Phase mit hohem oder geringen Wärmeinhalt befindet. Diese Hypothese soll in dieser Studie mit gezielten Klimamodellexperimenten untersucht werden. Das Projekt wird die Bedeutung des äquatorialen Wärmeinhaltes für die westwärtige Ausbreitung von SST-Anomalien in den äquatorialen Pazifik bestimmen und dadurch auch neue Erkenntnisse über die viel diskutierte multidekadische Variabilität in der Ausbreitungsrichtung von mit El Niño verbundenen SST-Anomalien liefern. Diese Erkenntnisse können möglicherweise Auswirkungen für die Vorhersagen von El Niño haben.

Energetische und ökonomische Optimierung des Anfahrverhaltens von PtG-Synthesereaktoren durch Wärmespeicher

Das Projekt "Energetische und ökonomische Optimierung des Anfahrverhaltens von PtG-Synthesereaktoren durch Wärmespeicher" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Ernst-Abbe-Hochschule Jena University of Applied Sciences, Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen.

Energetische und ökonomische Optimierung des Anfahrverhaltens von PtG-Synthesereaktoren durch Wärmespeicher, Teilprojekt WIN: Bau und Inbetriebnahme der Feldanlage des innovativen Reaktorkonzeptes

Das Projekt "Energetische und ökonomische Optimierung des Anfahrverhaltens von PtG-Synthesereaktoren durch Wärmespeicher, Teilprojekt WIN: Bau und Inbetriebnahme der Feldanlage des innovativen Reaktorkonzeptes" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: WIN Wartung und Instandhaltung GmbH Zwickau.

Regionalisierung landschaftsökologischer Parameter im alpinen Hochgebirgsraum (Walliser Alpen, Gornergrat). Bestimmung der hydrologischen Komplexgrößen Schnee und Bodenwasser sowie Klärung ihrer Bedeutung für das ökologische Prozeßgefüge

Das Projekt "Regionalisierung landschaftsökologischer Parameter im alpinen Hochgebirgsraum (Walliser Alpen, Gornergrat). Bestimmung der hydrologischen Komplexgrößen Schnee und Bodenwasser sowie Klärung ihrer Bedeutung für das ökologische Prozeßgefüge" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Bochum, Geographisches Institut, Lehrstuhl für Geographie III Physische Geographie,Geoökologie.Ziel des Vorhabens ist, neben der Aufnahme des systembestimmenden Wirkungsgefüges für die alpine Gebirgsstufe, vor allem ein möglichst wirklichkeitsnahes Landschaftsmodell aufzubauen, um prognostische Aussagen zu potentiellen Umweltveränderungen für die alpine Stufe der Alpen treffen zu können. Das geplante Vorhaben versucht daher, für den alpinen Raum möglichst präzise flächenrelevante Aussagen zu den Systemparametern Vegetation, Biomasse, Relief, Schneedecke, Bodenfeuchte und Bodenwärme zu treffen, um im landschaftsökologischen Sinne das signifikante Beziehungsgefüge dieser Größen herauszustellen. Im Vordergrund der Arbeiten steht vor allem der Einsatz eines neuen feldtauglichen Messprinzips zur Bestimmung des Bodenwassergehalts auf der Basis von Wärmekapazitätsmessungen. Infolge einer engen Bindung des Bodenfeuchteregimes an das Mikrorelief sowie an die hydrologisch bedeutsame Schneedecke, sollen auch diese beiden ökologisch wichtigen Kenngrößen mit Hilfe einer fortschrittlichen Erfassungsmethodik aufgenommen werden (lasergestützter Digitalkompaß, 3D-Software). Es ist insbesondere dieser neue methodische Ansatz, der das geplante Vorhaben klar von bereits durchgeführten landschaftsökologischen Arbeiten in vergleichbaren Räumen löst und daher vielversprechende ökologische Grundlagenergebnisse erwarten läßt. Die vergleichsweise exakten Punkt- und Flächenparameteraufnahmen können aber auch als Beschreibung des ökosystemaren Ist-Zustandes verstanden werden, so daß Aufnahmewiederholungen bereits stattgefundene Systemveränderungen dokumentierten können (Ökosystemmonitoring).

Energetische und ökonomische Optimierung des Anfahrverhaltens von PtG-Synthesereaktoren durch Wärmespeicher, Teilvorhaben EAH: Entwicklung des Wärmekonzeptes des innovativen Reaktorkonzeptes

Das Projekt "Energetische und ökonomische Optimierung des Anfahrverhaltens von PtG-Synthesereaktoren durch Wärmespeicher, Teilvorhaben EAH: Entwicklung des Wärmekonzeptes des innovativen Reaktorkonzeptes" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Ernst-Abbe-Hochschule Jena University of Applied Sciences, Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen.

Entwicklung der Anzahl ausgewählter klimatologischer Kenntage 2022

Die Ergebnisse zeigen die räumliche Ausprägung von Hitzeereignissen in Berlin und wie sich die Häufigkeit des Auftretens von Hitzeereignissen über die Zeit verändert. Die kleinräumige Ausprägung der Auftrittshäufigkeiten der Kenntage ist dabei vornehmlich von der konkreten Flächennutzung abhängig. Eine genau Aufschlüsselung der Anzahl der Kenntage nach Nutzungstypen bzw. Siedlungsstrukturen findet sich in der Dokumentation. Entsprechend spiegeln die mittleren Auftrittshäufigkeiten der Stadtbezirke die vornehmliche Stadtstruktur und den Anteil an Grün- und Wasserflächen wider. Insbesondere mit Hinblick auf gesundheitliche Auswirkungen von langanhaltenden Hitzeereignissen können die Ergebnisse der Berechnung zur Priorisierung und Verortung von Anpassungsmaßnahmen hinzugezogen und ergänzen somit die Ergebnisse der Klimaanalyse. Darüber hinaus verdeutlichen die Ergebnisse die Auswirkungen von stadtklimatischen Effekten. Sommertage und Hitzetage Die Anzahl der Sommertage (Abb. 2) und der Hitzetage (Abb. 3) ist in den Gebieten erhöht, die tagsüber ein erhöhtes Lufttemperaturniveau aufweisen. Insbesondere sind dies dicht bebaute und unverschattete Gebiete mit einem hohen Versiegelungsgrad, u.a. dicht bebaute Gewerbe- und Industriegebiete, Kerngebiete und Flächen mit einer geschlossenen Blockbebauung und unverschatteten Innenhöfen. In diesen Bereichen treten im Referenzzeitraum durchschnittlich 49 bis 50 Sommertage bzw. ca. 11 Hitzetage pro Jahr auf. Damit liegt die Auftrittshäufigkeit deutlich über dem gesamtdeutschen Flächendurchschnitt für den Referenzzeitraum 1971-2000 (30,4 Sommertage bzw. 5,2 Hitzetage pro Jahr). Offene Grün- und Ackerflächen weisen durchschnittlich 40 Sommertage bzw. 8 Hitzetage im Jahr auf. Die Anzahl der Sommer- und Hitzetage ist deutlich verringert in Wäldern, wo durch den Baumbestand die Flächen überwiegend verschattet sind und das Temperaturniveau weiterhin durch Verdunstung abgemildert ist. Im Referenzzeitraum ergeben sich deswegen durchschnittlich 20 Sommertage bzw. 2 Hitzetage im Jahr in Wäldern, was unter der Auftrittshäufigkeit des gesamtdeutschen Flächendurchschnitts im Referenzzeitraum liegt. Teilflächen, die unmittelbar an den Ufern von Gewässern liegen, weisen tendenziell eine geringere Anzahl an Sommer- und Hitzetagen auf, da Gewässer tagsüber durch die hohe Wärmekapazität von Wasser sich nur verzögert erwärmen und sich dadurch lokal kühlend auf die Luft auswirken. Bedingt durch den Klimawandel ist ein Anstieg der Anzahl der Sommer- und Hitzetage zu erwarten, der in den Gebieten, in denen Sommer- und Hitzetage bereits im Referenzzeitraum häufig auftreten, stärker ist als in den Gebieten, in denen Sommer- und Hitzetage seltener auftreten. Bis zum Zeitraum 2031-2060 erhöht sich die Anzahl der Sommertage im Siedlungsraum um durchschnittlich 20 im Jahr und die Anzahl der Hitzetage um durchschnittlich 10 im Jahr, während sich in den Grünflächen die Anzahl der Sommertage um durchschnittlich 16 im Jahr erhöht und die Anzahl der Hitzetage um 7. Durch den Anstieg ergibt sich in den thermisch stark belasteten Siedlungsgebieten durchschnittlich etwa 71 Sommertage bzw. 22 Hitzetage pro Jahr. Dies entspricht Auftrittshäufigkeiten, die bezogen auf den gesamtdeutschen Durchschnitt in der Vergangenheit nur in Jahren mit stark ausgeprägten Hitzewellen aufgetreten sind (z.B. 2018 mit 74,7 Sommer- und 20,3 Hitzetagen). Im gleichen Zeitraum ergibt sich ein Anstieg der Anzahl der Sommertage in Wäldern auf durchschnittlich 34 im Jahr und ein Anstieg der Anzahl der Hitzetage auf durchschnittlich 7 im Jahr. Bis zum Ende des Jahrhunderts ist ein weiterer Anstieg der Auftrittshäufigkeit von Sommer- und Hitzetagen zu erwarten. Für die thermisch am stärksten belasteten Siedlungsgebiete werden im Zeitraum 2071-2100 durchschnittlich etwa 84 bis 85 Sommertage im Jahr und etwa 34 bis 35 Hitzetage im Jahr erwartet. In Wäldern liegt die durchschnittliche jährliche Anzahl bei 46 Sommer- und 13 Hitzetagen im Jahr. Tropennächte Während die Anzahl der Sommer- und Hitzetage durch das lokale Temperaturniveau am Tag bedingt ist, wird die Anzahl der Tropennächte (Abb. 4) durch das Temperaturniveau in der Nacht beeinflusst. Insbesondere dicht bebaute Flächen mit einem hohen Versiegelungsgrad tendieren zu einer hohen Auftrittshäufigkeit von Tropennächten. Dies ist insbesondere der Fall für enge Straßenschluchten und Teilflächen mit vollständig umbauten Innenhöfen. Im Referenzzeitraum 1971-2000 ergeben sich in Kerngebieten, in dicht bebauten Gewerbe- und Industriegebieten und in Gebieten mit einer dichten Blockbebauung durchschnittlich 2 bis 3 Tropennächte im Jahr. In diesen Gebieten ist die Auftrittshäufigkeit höher als der gesamtdeutsche Flächendurchschnitt in Jahren mit extremen Hitzeperioden (z.B. 1994 mit 1,7 Tropennächten) bedingt durch das grundsätzlich seltene Auftreten von Tropennächten in der Vergangenheit (gesamtdeutscher Durchschnitt im Referenzzeitraum 1971-2000: 0,2 Tropennächte pro Jahr). Offene Grünflächen und Ackerflächen kühlen nachts besonders stark ab, sodass im Durchschnitt im Referenzzeitraum in diesen Flächen keine Tropennächte auftreten. Wälder hingegen kühlen nachts weniger stark ab, da durch das Kronendach die Abkühlung der Erdoberfläche abgemildert wird. Im Durchschnitt ergibt sich deshalb in Wäldern ca. eine Tropennacht im Jahr. An Wasserflächen erhöht sich die Auftrittshäufigkeit von Tropennächten bedingt durch die hohe Wärmekapazität von Wasser. Hierdurch kühlen sich Wasserkörper nachts nur langsam ab, wodurch auch die Lufttemperatur lokal beeinflusst wird. Wie bei den Sommer- und Hitzetagen ist der Anstieg der Häufigkeit von Tropennächten stärker in den Gebieten, die bereits im Referenzzeitraum eine erhöhte Auftrittshäufigkeit besitzen. In dicht bebauten Gebieten ergeben sich im 2031-2060 durchschnittlich etwa 9 zusätzliche Tropennächte (entspricht 11 bis 12 Tropennächte im Jahr im Zeitraum 2031-2060), während sich über offenen Grün- und Ackerflächen durchschnittlich 2 bis 3 Tropennächte im Jahr ergeben. In Wäldern erhöht sich die Anzahl der Tropennächte auf durchschnittlich 6 pro Jahr. Bis zum Ende des Jahrhunderts wird ein weiterer Anstieg der Anzahl der Tropennächte erwartet. Für dicht bebaute Gebiete werden im Zeitraum 2071-2100 durchschnittlich etwa 28 bis 29 Tropennächte im Jahr erwartet, in Wäldern durchschnittlich 19 und über offenen Grünflächen und Ackerflächen etwa 9 Tropennächte pro Jahr. Tabelle 1 zeigt die mittlere Anzahl der klimatologischen Kenntage pro Jahr aufgeteilt nach Siedlungsraum, Grünflächen und Straßenraum. Insgesamt zeigt sich, dass im Siedlungsraum und im Straßenraum die analysierten Kenntage sowohl im Referenzzeitraum, als auch in den zukünftigen Perioden häufiger auftreten als in Grünflächen. Darüber hinaus ist auch davon auszugehen, dass der zukünftige Anstieg der Auftrittshäufigkeit im Siedlungsraum und Straßenraum stärker ausgeprägt ist als in den Grünflächen. Eine Aufschlüsselung nach Nutzungstypen und Siedlungsstrukturen finden sich in der Dokumentation. Tabelle 2 und Abbildung 5 zeigen die Mittelwerte der jährlichen Auftrittshäufigkeiten der einzelnen Kenntage in den einzelnen Bezirken. Die Auftrittshäufigkeiten der einzelnen Kenntage in den Bezirken ist dabei vor allem abhängig von der vorherrschenden Stadtstruktur und dem Anteil an Grün- und Wasserflächen.

Hydrothermische Nutzung von Oberflächengewässern

Wasser verfügt über eine vergleichsweise hohe spezifische Wärmekapazität. Die in den Oberflächengewässern gespeicherte Umweltwärme kann bis zu einem gewissen Teil in Abhängigkeit von der Gewässertemperatur und der vorhandenen Wassermenge für die Wärmeversorgung nutzbar gemacht werden. Die thermische Nutzung von Oberflächengewässern ist vor allem in dicht besiedelten urbanen Räumen eine maßgebliche Option, zu einer klimaneutralen Wärmeversorgung beizutragen. Dabei ist es jedoch wichtig, Flüsse und Seen nicht nur als Speicher thermischer Energie, sondern auch als Lebensräume und komplexe Ökosysteme zu betrachten. Aus diesem Grund ist eine systemische interdisziplinäre Betrachtungsweise unabdingbar. Berlin ist von zahlreichen Gewässern durchzogen. Allein die großen Flüsse Spree, Dahme und Havel durchfließen Berlin auf einer Länge von 89 km und weiten sich teilweise zu Flussseen aus. Die Berliner Kanäle haben eine Gesamtlänge von insgesamt 67 km und die kleineren Nebengewässer von ca. 75 km. Zusätzlich gibt es eine Vielzahl an Seen, Teichen und Weihern. Alle diese Gewässer prägen nicht nur das Bild der Stadt, sind jedoch nur zum Teil auch als Quelle für die Wärmeversorgung insbesondere von Wärmenetzen geeignet. Alle Informationen des Landes zu den Oberflächengewässern Berlins und die Anforderungen an deren Nutzung finden hier: Oberflächengewässer Berlins Das Land Berlin ist aktuell dabei, georeferenzierte Daten zu den thermischen Potenzialen der Berliner Fließgewässer und Seen unter Berücksichtigung der ökologischen, wasserwirtschaftlichen und energietechnischen Anforderungen zu erarbeiten und diese über Kartenmaterial verfügbar zu machen. Mit diesen Informationen bekommen handelnde Akteure, wie Wärmeversorgende, Netzbetreibende, Planungsbüros und Energieagenturen die Möglichkeit, im Rahmen einer Konzeptionierung innovativer Wärmeversorgungssysteme die potentielle Entzugsleistung aus naheliegenden Gewässern oder einem Gewässerabschnitt ableiten zu können. Für Deutschland existierte bisher keine einheitliche Methodik zur Ermittlung der hydrothermischen Potenziale aus Oberflächengewässern unter Berücksichtigung ökologischer und wasserwirtschaftlicher Anforderungen sowie deren Darstellung in Potenzialkarten. Aus diesem Grund hat die Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (SenMVKU) ein Projekt zur Konzeptentwicklung und Bestimmung der thermischen Potentiale von Oberflächengewässern im Land Berlin gestartet. Das Projekt setzt sich aus drei wesentlichen Teilen zusammen: Konzeptentwicklung zur Bestimmung der Potenziale und die Erstellung von Potenzialkarten Umsetzung des Konzeptes durch modelltechnische Anpassungen des Berliner Gewässermodells BIBER Einbindung der georeferenzierten Potenzialdaten in das Wärmekataster Ende Januar 2023 wurde die JENA-GEOS-Ingenieurbüro GmbH mit der Konzept-entwicklung beauftragt, welche mittlerweile abgeschlossen ist. Die Ergebnisse umfassen die Entwicklung einer Methode zur Bestimmung der Potenziale sowie deren räumlich verortete Darstellung mittels GIS-Files für die Integration in das Berliner Wärmekataster. Ebenso Teil der Konzeptentwicklung ist die Definition des Ist-Zustands unter den vorliegenden Randbedingungen sowie die Entwicklung zweier Zukunftsszenarien für das Jahr 2045 mit angepassten Randbedingungen. Zur realistischen Bestimmung der Potenziale sind sowohl die rechtlichen und wasserwirtschaftlichen Rahmenbedingungen als auch ökologische und energietechnische Anforderungen zu berücksichtigen. Für die Integration in das Wärmekataster sind bestimmte modelltechnische Anforderungen zu erfüllen. Zur praxisnahen Einordnung und Verifizierung der Rahmenbedingungen und Anforderungen wurden daher vier Workshops unter Beteiligung unterschiedlichster Akteure durchgeführt. Weiterführende Informationen zum Wärmekataster Das Potenzial der großen Berliner Flüsse und Kanäle (schiffbare Gewässer 1. Ordnung) wird modellgestützt (BIBER) ermittelt werden. Dabei dient der Ist-Zustand der Kalibrierung des Modells und zur Abschätzung der erreichbaren Modellgenauigkeit auf Grundlage der bestehenden Datenverfügbarkeit. Das in der Zukunft mit dem Zeithorizont 2045 vorhandene thermische Potenzial wird anhand von zwei Zukunftsszenarien ermittelt. Bis zum 3. Quartal 2024 soll die modelltechnische Anpassung realisiert werden, sodass die georeferenzierten Potenzialdaten in Form von Kartenmaterial erstellt und in das Wärmekataster eingebunden werden können. Parallel wurde im 1. Quartal 2024 durch den Fachbereich der Landeshydrologie im Haus der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt eine Masterarbeit betreut, welche zum Ziel hatte, eine Bestimmung des hydrothermischen Potenzials an den einzelnen Messstationen der Berliner Fließgewässer 1. Ordnung auf Basis von Beobachtungsdaten (Messdaten) sowie unter Beachtung wasserwirtschaftlicher Bedingungen und einschlägiger Anforderungen zu ermitteln. Die Arbeit von Jördis Lehmann wurde für den Tag der Hydrologie 2024 in einem Poster zusammengefasst, welches folgend zum Download verfügbar ist. Mit der Schaffung der konzeptionellen Grundlagen für künftige Nutzungen in Form von Potenzialkarten nimmt Berlin in Deutschland eine Vorreiterrolle ein.

Qualitätssteigerung oberflächennaher Geothermiesysteme, Teilvorhaben: Aktive Tomografie von Erdwärmesonden - Bestimmung von Wärmekapazitäten mit dem Fokus auf Verfüllmaterialien

Das Projekt "Qualitätssteigerung oberflächennaher Geothermiesysteme, Teilvorhaben: Aktive Tomografie von Erdwärmesonden - Bestimmung von Wärmekapazitäten mit dem Fokus auf Verfüllmaterialien" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), European Institute for Energy Research EIfER.

Entwicklung einer vertikalen Hybrid-Metallspritzgießmaschine zur energie- und materialökonomischen Herstellung von Magnesium-Präzisions-Leichtbauteilen

Das Projekt "Entwicklung einer vertikalen Hybrid-Metallspritzgießmaschine zur energie- und materialökonomischen Herstellung von Magnesium-Präzisions-Leichtbauteilen" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: DEMA Dieter Enghausen Maschinenbau GmbH.

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