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.
1. Vorhabenziel Das Ziel in diesem Teilprojekt des Verbundes ist die Entwicklung einer flexiblen Anlagenkonfiguration, die den Anforderungen des Aquiferspeichers und der Verbraucher der Liegenschaft sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb gerecht wird. Dazu werden Modelle für verschiedene Energiewandlungssysteme erarbeitet, die in das Gesamtsystemmodell bestehend aus Aquifer, Anlagentechnik und Liegenschaft eingebracht werden. Außerdem werden experimentelle und theoretische Untersuchungen an einer Anlage durchgeführt, die zwischen dem Betrieb als Wärmepumpe, Kältemaschine oder Wärmetransformator (Wärmepumpe 2. Art) umschaltbar ist, wobei der Schwerpunkt auf der Untersuchung des Betriebs als Wärmetransformator liegt, da hierzu fast keine neuere experimentelle Erfahrung vorliegt. 2. Arbeitsplanung Vorhandene Modelle für die Energiewandlungssysteme werden auf ihre Verwendbarkeit untersucht und angepasst. Fehlende Modelle (mindestens für den Wärmetransformator) werden erstellt, programmtechnisch umgesetzt und im Anschluss daran in die Gesamtsimulation eingebracht. Die experimentellen Untersuchungen zum Betriebsverhalten allgemein und zur Umschaltbarkeit des Wärmetransformators werden im Anschluss an die Auslegung, Konstruktion und Fertigung durchgeführt. Die Erkenntnisse aus den experimentellen Untersuchungen fließen in die Modellbildung ein.
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.
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.
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.
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.
In dem geplanten Verbundprojekt WasserMod wird die Wasseradsorption und -diffusion in porösen Kompositmaterialien experimentell und mit Hilfe von Computersimulationen untersucht. Von den Verbundpartnern Universität Leipzig (LU), National Technical University of Athens (NTUA) und Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg werden hier Materialien untersucht, die für Wärmetransformationsanwendungen in Adsorptionswärmepumpe oder -kältemaschine und Sorptionsspeicher zur effizienten Bereitstellung von Wärme und Kälte von großem Interesse sind. Die Materialien werden durch Aufkristallisationen des mikroporösen Adsorbens auf innovative makroporösen Aluminiumfaserstrukturen erzeugt. Als Adsorbens werden der zeolithartige SAPO-34 und das metallorganische Gerüstmaterial (MOF) MIL-100, das eine sehr hohe Wasseradsorptionskapazität besitzt und dabei zyklenstabil ist, im Projekt näher untersucht. Das Vorhaben ist in 5 Arbeitspakete untergliedert: AP1: Management des Konsortiums AP2: Proben und Erstcharakterisierung AP3: Experimentelle Diffusionsuntersuchungen AP4: Modellierung der Adsorptions- und Diffusionsprozesse AP5: Dissemination Die Arbeitsteilung zwischen den Verbundpartnern ist in der detaillierten Vorhabensbeschreibung dargestellt.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 38 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 38 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 38 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 31 |
| Englisch | 10 |
| Resource type | Count |
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| Keine | 24 |
| Webseite | 14 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 21 |
| Lebewesen und Lebensräume | 21 |
| Luft | 16 |
| Mensch und Umwelt | 38 |
| Wasser | 23 |
| Weitere | 38 |