Metallhydride können einen wichtigen Beitrag für eine umweltfreundliche Energienutzung leisten. Hydrid-Wärmetransformatoren, -wärmepumpen und -kälteanlagen können aus niederwertiger Antriebswärme Hochtemperaturwärme sowie Nutzwärme und -kälte für die Klimatisierung bereitstellen. Hydrid-Wärmespeicher können in Solaranlagen oder der Industrie eingesetzt werden; Hydrid-Wasserstoffspeicher können in brennstoffzellen-getriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden und damit zur Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen. Die hohen Kosten der Metallhydride und die teure Herstellung der Hydridbehälter (Reaktoren) sind das größte Hindernis bei der Nutzung dieser Technologien. In diesem gemeinsamen Forschungsvorhaben sollen am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE), Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit dem Indian Institute of Technology (IITM) (gefördert durch das indische Non-Conventional Energy Ministry-MNES) neue, kostengünstige, aus herkömmlichen und leicht verfügbaren Metallen herstellbare Hydridlegierungen hergestellt und charakterisiert sowie leistungsfähige, einen guten Wärme- und Stofftransport aufweisende, kostengünstige Reaktoren für Wasserstoffspeicher und Wärmepumpen entwickelt werden.
Adsorptionswärmetransformatoren (AWT) erfüllen umweltschonend Klimatisierungsaufgaben. Schlüssel für den Einsatz von AWT sind spezielle Adsorptionsmaterialien. Diese wurden jedoch bislang kaum materialseitig für Klimatisierungsaufgaben optimiert. In diesem Forschungsprojekt sollen daher maßgeschneiderte Adsorptionsmaterialien systematisch entwickelt werden, die für die energetische Nutzung der Adsorption mittels regenerativer Energien in Gebäuden optimiert sind. Ausgehend von den Anforderungen realer Anlagen werden neue Materialsysteme für die Aufgabenbereiche Wärmetransport, -transformation und -speicherung evaluiert und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen praxisgestützt untersucht. Hierbei werden materialtechnische Kenngrößen mit thermodynamischen Eigenschaften von AWT-Anwendungen korreliert, um neue Adsorbentien für die energetische Nutzung in AWT-Anlagen zu entwickeln. Hierdurch können AWT-Anlagen noch effizienter betrieben und Treibhausgas-Emissionen eingespart werden, um so den Herausforderungen der Energiewende zu begegnen. Die Identifikation neuer Materialien erfordert eine integrierte Analyse von Materialstruktur und Materialeigenschaften. Hierzu werden Struktur-Parameter von Materialien systematisch modifiziert und mit thermodynamischen und kinetischen Adsorptionseigenschaften korreliert. Hierfür wird ein praxisgestütztes, adaptives Screening von Adsorbentien bezüglich des Einflusses verschiedener Materialparameter durchgeführt. Daneben wird die Stabilität der synthetisierten Materialien untersucht. Die Untersuchungen liefern material- und prozessrelevante Daten für die Bewertung der Materialien für den Einsatz in Adsorptionswärmetransformatoren. Aufbauend auf dem Screening werden neue Adsorptionsmaterialien entwickelt. Deren Leistungsfähigkeit wird für eine Adsorptionskälteanlage, als Referenz-Anwendung von AWT, experimentell validiert und mit kommerziell erhältlichen Adsorbentien technisch und wirtschaftlich verglichen und bewertet.
Entwicklung eines von Umgebungstemperatur aus mit Wasserstoff beladbaren Magnesiumhydridspeichers; Kombination eines Niedertemperaturhydridspeichers mit einem Hochtemperaturspeicher auf Magnesiumbasis; Verwendung des Kombinationsspeichers fuer die Speicherung von Wasserstoff und/oder Waerme bzw. Einsatz als Baustein in Waermepumpen, -transformatoren und Kompressoren; experimentelle Realisierung des Kombinationsspeichers; Simulationsprogramme.
Adsorptionswärmetransformatoren (AWT) erfüllen umweltschonend Klimatisierungsaufgaben. Schlüssel für den Einsatz von AWT sind spezielle Adsorptionsmaterialien. Diese Materialien wurden jedoch bislang kaum für Klimatisierungsaufgaben optimiert. In diesem Forschungsprojekt sollen daher maßgeschneiderte Adsorptionsmaterialien systematisch entwickelt werden, die für die energetische Nutzung der Adsorption mittels regenerativer Energien in Gebäuden optimiert sind. Ausgehend von den Anforderungen realer Anlagen werden neue Materialsysteme für die Aufgabenbereiche Wärmetransport, -transformation und -speicherung evaluiert und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen praxisgestützt untersucht. Hierbei werden materialtechnische Kenngrößen mit thermodynamischen Eigenschaften von AWT-Anwendungen korreliert, um neue Adsorbentien für die energetische Nutzung in AWT-Anlagen zu entwickeln. Hierdurch können AWT-Anlagen noch effizienter betrieben und Treibhausgas-Emissionen eingespart werden, um so den Herausforderungen der Energiewende zu begegnen.
Ziel des Verbundvorhabens ETA-Fabrik ist die Senkung des Energiebedarfs in der industriellen Fertigung gegenüber konventioneller Technologie um etwa 40Prozent. Erreicht werden soll dies maßgeblich durch die Entwicklung und Optimierung von Einzeltechnologien sowie der technischen Integration dieser in das Gebäude und die gesamte Prozesstechnologie. Vom ZAE Bayern werden hierbei die Teilprojekte TP3 (Energieeffiziente Bauteilreinigung) und TP7 (Thermische Interaktion Fabrikgebäude, Gebäudetechnik, Prozesskette) bearbeitet. Im TP3 wird vom ZAE Bayern zusammen mit einem Reinigungsmaschinenhersteller die Energieeffizienz exemplarisch in einem konkreten Produktionsschritt - der Bauteilreinigung - optimiert. Ziel ist hierbei, den erforderlichen Energieeinsatz bei der industriellen Bauteilreinigung ohne Minderung des Reinigungsergebnisses zu senken. Dazu werden die gewonnen Erkenntnisse nach einer detaillierten Analyse aller Wärmeströme und der Identifizierung bisher ungenutzter Möglichkeiten an einem Reinigungsmaschinen-Prototyp umgesetzt, der mit dem Gesamtsystem ETA-Fabrik vernetzt wird. Die erzielte Energieeinsparung wird messtechnisch nachgewiesen. Ein übergreifendes Konzept zur Abwärmenutzung mit thermischer Energiespeicherung und Wärmetransformation wird im TP7 entwickelt. Das ZAE Bayern wird diesbezüglich in der Demonstratorfabrik einen Heißwasserspeicher mit Vakuum-Superisolation sowie eine Absorptionskältemaschine prototypisch umsetzen, um die Nutzung anfallender Abwärme in Produktion und Gebäude zu realisieren. Vorgesehen ist auch die Entwicklung eines Modellierungswerkzeugs zur Identifizierung der geeignetsten Konstellation von Speicher, Wärmepumpe und Kältemaschine in der industriellen Produktion für die Abschätzung des Einsparpotentials bei vergleichbaren zukünftigen Aufgabenstellungen.
Objective: To install a heat transformer for the recovery of waste heat contained in wet steam (70-120 degree C.) which is at present not used, to produce steam at 130-150 degree C. The project is expected to confirm, if not improve upon, results already obtained with an existing pilot installation. Operating 8,000 hrs/yr a steam production of 31,600 tons/yr at 2.5 bar corresponding to 2046 TEP/yr is expected. Payback is estimated at 4.2 yrs. General Information: The heat transformer is fed by process waste heat at a temperature of about 100 degree C. A part of this energy is transformed to a higher temperature heat (ca 130 degree C.) and constitutes that fraction which can be recovered, the remainder being exhausted at a lower temperature of about 40 degree C. The working fluid is a solution of water mixed lithium bromide (LiBr). In comparison with ammonia (NH3), this solution allows operation either under vacuum or slight over pressure in the transformer's internal circuits thus avoiding the high pressures (up to 40 bar) seen when NH3 is used. LiBr leaks are almost completely avoided. The heat transformer will be installed in a chemical firm (Degussa works, in Wesseling, Cologne) where the steam coming from a dehydration unit will be used as the heat source. The transformer will extract 4.7 Mw from the heat potential available in this steam. Of this 4.7 Mw, 2.3 Mw will substitute 3.52 ton/hr of steam at 3 bar of the boiler production. The remainder, 2.4 Mw will serve to heat 110 m3/hr of water from 15 to 34 degree C. The efficiency of the transformer, defined as the ratio of the energy transformed to the highest temperature (2.3 Mw) and the waste energy supplied at lower temperature (4.7 Mw), is 48 per cent. Achievements: The planning, mechanical design, and the erection was finished in June 1988. There were problems from the very beginning of the first test series under design conditions with 100 degree C waste steam. From the recorded data, small leakages could be detected at high temperature, but no leakage could be detected on the cooled down heat transformer. Due to these leakages, pitting corrosion occurred in the absorber tubes. This generated some small holes in some of the stainless steel tubes. During the demonstration phase of the project several performance tests were executed. Due to varying steam production of the dryer and varying composition (air content) of the exhaust steam, the efficiency of the heat transformer (that is the recovered heat in the form of produced steam of 130-150 degree C) varies too. The cop was found to be between 0.33 to 0.4. Typical values are Exhaust Steam Produced Steam Steam Pressure Cop: t/hr t/hr bar, 6,45 2,1 3,4 0,33; 7,4 2,8 3,0 0.38; 5,0 2,03 3,0 0,4.
Ziel des Vorhabens ist die Erweiterung der theoretischen und experimentellen Wissensbasis über Wärmetransformationsmaschinen durch den Aufbau eines Kompetenzzentrums. Das Zentrum umfasst drei wesentliche Säulen: Charakterisierung von Wärmetransformationssystemen im Labor, Evaluierung dieser Systeme in realen Anlagen mit Hilfe von Monitoring-Kampagnen sowie die Entwicklung von neuen Systemen und Bewertungsverfahren. Unter Wärmetransformationssystemen werden Systeme verstanden, die mit Hilfe von thermodynamischen Kreislaufprozessen Umweltquellen und -senken erschließen. Im Wesentlichen sind dies elektrisch und thermisch angetriebene Wärmepumpen sowie Kältemaschinen. Wesentlicher wissenschaftlicher Teil der Arbeiten ist es, Verfahren zur Bewertung von Systemen mit Wärmetransformatoren zu entwickeln, da diese in einigen Teilbereichen noch nicht existieren. So beispielsweise für thermisch angetriebene Wärmepumpen oder Kombinationssysteme aus Solarthermieanlagen und elektrischen Wärmepumpen. Dieser Teil wird als deutscher Beitrag zum IEA HPP Annex 38 'Solar and Heat Pump Systems' eingebracht. Die Arbeit wird in drei Stufen realisiert: (I) Planung und Aufbau der Teststände, (II) Inbetriebnahme und Qualifizierung der Teststände, Entwicklung der Bewertungsverfahren, (III) Überprüfung der Bewertungsverfahren durch Feldmessungen, Vergleich von Messungen realer Anlagen und Labormessungen.
1. Vorhabenziel Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens besteht in der Entwicklung eines standortunabhängigen Planungskonzeptes, um die Planung verlässlicher und effizienter thermischer Aquiferspeicher zu ermöglichen und so einen Beitrag zum zukünftigen Ausbau dieser Technologie zu leisten. Im Teilprojekt der UdK Berlin soll untersucht werden, wie die Energieeffizienz und die energetische Gebäudetechnik der Bestandsgebäude von Stadtquartieren für den Einsatz von Aquiferwärmespeichern in Verbindung mit Energiewandlungssystemen angepasst werden sollte. Hierfür soll ein vereinfachtes Stadtquartiersmodell entwickelt werden, so dass für das Gesamtsystem aus Aquifer, Energiewandlung und Stadtquartier eine maximale Energieeffizienz bei einem vertretbaren ökonomischen Aufwand ermittelt werden kann. 2. Arbeitsplanung Das entwickelte Planungskonzept soll an einem Praxisbeispiel evaluiert und optimiert werden. Hierfür soll ein Energiekonzept mit saisonaler Energiespeicherung für den Hochschulcampus TU Berlin/UdK Berlin entworfen werden. Die Umsetzbarkeit dieses Energiekonzepts wird anschließend unter wirtschaftlichen und technischen Aspekten geprüft und abschließend bewertet. Für die erfolgreiche Projektumsetzung ist die Verknüpfung verschiedener Fachgebiete erforderlich. Hierfür wird das Projekt in die vier Arbeitsbereiche Gesamtsystembetrachtung (GFZ), Aquiferspeicher (GFZ), Energieanlagentechnik (TU Berlin) sowie Stadtquartier (UdK Berlin) unterteilt. Die Koordination und Gesamtsystembetrachtung erfolgt durch das GFZ.
Brennwertnutzung beschränkt sich gegenwärtig im wesentlichen auf die Erdgasverbrennung und ist an die Verwendung von Niedertemperaturheizungen geknüpft. Andererseits ist die Brennwertnutzung bei Heizkesseln nur eine geringe Verbesserung im Vergleich zu den Vorteilen, die BHKW ermöglichen. Eine Kombination der im BHKW realisierten Wärmekraft - Kopplung mit einer Brennwertnutzung auf erhöhtem Temperaturniveau, d.h. eine Hochtemperaturbrennwertnutzung (HTBN) ist damit ressourcensparend und umweltschonend. Für die Erprobung der HTBN ist eine Versuchsanlage bestehend aus einem BHKW und einem offenen Sorptionswärmetransformationsprozeß aufzubauen, der es gestattet die Brennwertnutzung bei Rücklauftemperaturen von 60 - 70 Grad C zu realisieren. Zur Erweiterung der BHKW - Nutzungsdauer soll die Einbindung der Klimakälteerzeugung mit Hilfe eines Sorptionskreisprozesses untersucht und realisiert werden.Nach der Detailplanung der Versuchsanlage und deren Einbindung in das beim Kooperationspartner vorhandene Versorgungssystem erfolgt der Aufbau und die Inbetriebnahme der Versuchsanlage so, daß nach 6 Monaten Projektlaufzeit der Betrieb der Versuchsanlage mit verschiedenen Prozeßparametern beginnt. In einer Versuchszeit von ca. 5 Monaten werden Prozeßdaten, Abgaswerte und Wirkungsgrade der Anlage bei unterschiedlichen Betriebsregimen ermittelt. In einer zweiten Arbeitsphase wird die Versuchsanlage um den Kälteteil erweitert und gegebenenfalls Verbesserungen an HTBN - Teil vorgenommen. Anschließend erfolgt die Untersuchung der Anlage unter Bedingungen des Sommerbetriebs. Die gesamte Arbeit wird durch theoretische Untersuchungen zur Prozeßmodellierung und -optimierung begleitet und soll schließlich im Rahmen des Abschlußberichtes zu wirtschaftlichen Aussagen und Umsetzungskonsequenzen in klein- und mittelständischen Unternehmen führen.
1. Vorhabensziel Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Entwicklung eines standortunabhängigen Auslegungskonzeptes, um die Planung verlässlicher und effizienter thermischer Aquiferspeicher zu ermöglichen und damit einen Beitrag zum zukünftigen Ausbau dieser Technologie zu leisten. Die Konzeptentwicklung erfolgt unter Verwendung geeigneter Modellierungswerkzeuge, die erstmalig für diesen Anwendungszweck auch gekoppelt eingesetzt werden, sowie der Erstellung verbesserter Modelle. Dabei spielt insbesondere die betriebssichere Einbindung von Aquiferspeichern, die Weiterentwicklung der zugehörigen Anlagentechnik zur Wärmetransformation sowie die energetische Effizienz des Gesamtsystems eine zentrale Rolle. 2. Arbeitsplanung Das entwickelte Planungskonzept soll an einem Praxisbeispiel evaluiert und optimiert werden. Dabei ist vorgesehen, ein Energiekonzept mit saisonaler Energiespeicherung für den Hochschulcampus TU Berlin/UdK Berlin zu entwerfen. Die Umsetzbarkeit dieses Energiekonzepts wird anschließend unter wirtschaftlichen und technischen Aspekten geprüft und abschließend bewertet. Für die erfolgreiche Projektumsetzung ist die Verknüpfung verschiedener Fachgebiete erforderlich. Hierfür wird das Projekt in vier Arbeitsbereiche unterteilt: 1. Speichereinbindung und Gesamtsystembetrachtung (GFZ), 2. Aquiferspeicher (GFZ), 3. Energieanlagentechnik (TUB), 4. Gebäude und Stadtquartier (UdK). Die Koordination und Gesamtsystembetrachtung erfolgt durch das GFZ.
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| Wissenschaft | 1 |
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| Förderprogramm | 38 |
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