Laufende Projekte

ZET-Reallabor Energiezukunft Wunsiedel

Inhalt/Ziele:

Wesentliches Ziel des Projekts ist es, in Wunsiedel eine der größten deutschen Power-to-Gas (PtG)-Anlagen zu verwirklichen und durch das Zentrum für Energietechnik der Universität Bayreuth zu einem Reallabor Energiezukunft werden zu lassen. Das PtG-Konzept ist ein wichtiger Baustein in der Sektorkopplung. Dabei werden Stromüberschüsse der erneuerbaren Energiequellen Wind und Sonne genutzt, um Wasserstoff mittels Elektrolyse zu erzeugen. Dies macht eine stoffliche Speicherung realisierbar. Anschließend kann der Wasserstoff in Mobilitäts- oder Industrieanwendungen zeitversetzt zum Einsatz kommen. Für das beantragte Projekt bietet der Standort Wunsiedel durch die bestehende Infrastruktur des Energieparks und die damit verbundenen Synergie- und Anwendungspotentiale einzigartige Voraussetzungen.

Die Arbeiten des ZET zielen auf eine Betriebsoptimierung von PtG-Anlagen unter Berücksichtigung der Verschaltungs- und Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Energieerzeugungseinheiten ab. Dies wird exemplarisch anhand des Standorts Wunsiedel wissenschaftlich untersucht. Des Weiteren werden Konzepte wie die Erzeugung synthetischer Kraftstoffe (sogg. Efuels) für eine nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Erweiterung der Anlage erforscht. Die Forschungsarbeiten werden durch vier wissenschaftliche Mitarbeiter des ZET im Reallabor am Standort Wunsiedel durchgeführt. Die Doktoranden werden durch die ZET-Lehrstühle Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT), Chemische Verfahrenstechnik (CVT), Elektrische Energiesysteme (EES) und Bioprozesstechnik (BPT) betreut.

Laufzeit: 01/2021 - 12/2024

Finanzierung: Oberfrankenstiftung

Projektpartner: WUN H2 GmbH

Kontakt: Zentrum für Energietechnik

Geothermie-Allianz Bayern

Inhalt/Ziele:

Das bayerische Verbundprojekt verfolgt einen ganzheitlichen Forschungsansatz zur verbesserten Nutzung der Tiefen Geothermie. Das ZET ist insbesondere in das Teilprojekt „Effiziente und flexible Kraftwerke“ eingebunden. Dort werden obertägige Anlagen und Kraftwerke zur geothermischen Energieerzeugung untersucht und optimiert. Der Fokus liegt einerseits auf möglichen Kreislaufkonzepten und dort eingesetzten Fluiden, die in Kombination einen hohen Wirkungsgrad und eine flexible Auskopplung von Wärme erlauben. Wirkungsgradsteigernde Optimierungsmaßnahmen sollen in einer Versuchsanlage umgesetzt werden. Darüber hinaus sollen auch Fragestellungen zur Dimensionierung, der besten Anlagenvariante und möglicher Standorte beantwortet werden. In zukünftigen Strommarktszenarien sollen die Chancen und Risiken für die Bereitstellung von Regelenergie bei Geothermie-Anlagen im KWK-Betrieb bewertet werden. In enger Kooperation mit Betreibern soll der Eigenbedarf von existierenden Anlagen reduziert werden. Neben der Tauchkreiselpumpe (siehe eigenes Teilprojekt) ist hier insbesondere das Kondensationskonzept zu untersuchen. Hier wird zwischen indirekter Kondensation durch einen Kühlkreislauf mit der Verdunstung von Wasser und direkter Kondensation des Arbeitsmediums durch Luftkondensatoren unterschieden. Hybride Varianten erlauben eine besonders effiziente Rückkühlung.

Laufzeit: 01/2016 - 12/2024

Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst

Projektpartner: TU München, FAU Erlangen, HS München

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

Untersuchungen zur Verbesserung semi-empirischer Korrelationen für die Beschreibung der Verdampfung und Kondensation zeotroper Gemische

Inhalt/Ziele:

Ziel dieses Projekts ist die Bereitstellung von semi-empirischen Korrelationen zur Auslegung von Verdampfern und Kondensatoren in Kompressionskreisprozessen, die ein zeotropes Gemisch als Arbeitsfluid führen. Diese Berechnungsgleichungen für den Wärmeübergang sollen einige wenige anpassbare gemischspezifische Parameter enthalten, die idealerweise an standardisierten Versuchsapparaturen schnell und präzise mit möglichst geringen Stoffmengen ermittelt werden können. Ein physikalischer Hintergrund der Gleichungen soll den gekoppelten Wärme- und Stoffübergang an der Phasengrenze abbilden, so dass sowohl Phasengleichgewichtsdaten des Gemisches wie auch kinetische Transportgrößen einfließen müssen. Das Vorgehen soll eine schnelle, aber belastbare Vorhersage des thermohydraulischen Verhaltens neuer Arbeitsfluide für Kälteanlagen, Klimaanlagen und ORC-Anlagen sowie die notwendige Dimensionierung der Wärmeübertrager ermöglichen. Diese Informationen sind u.a. erforderlich, um die Sinnfälligkeit eines neu vorgeschlagenen Kältemittelgemisches in den jeweiligen Anwendungsfeldern frühzeitig beurteilen zu können.

Laufzeit: 08/2018 - 12/2024

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektpartner: Institut für Thermodynamik (IfT), Leibniz Universität Hannover

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

BioFeuSe - Neue Sensorik für die Prozessoptimierung von SCR-Verfahren und Partikelabscheidung an Biomasseverbrennungsanlagen

Inhalte/Ziele:

Als Bestandteil einer regenerativen Energieversorgung müssen zukünftig verstärkt biogene Rest- und Abfallstoffe energetisch genutzt werden. Die dabei entstehenden Schadstoffemissionen müssen mittels geeigneter Messsysteme überwacht und ggf. durch entsprechende Abgasreinigungssysteme gemindert werden. Bei der Konversion biogener Reststoffe entstehen aufgrund relativ hoher Stickstoffgehalte erhöhte NO_x-Emissionen, welche durch geeignete Verfahren wie die selektive katalytische Reduktion (SCR) gemindert werden können. Für die Überwachung und Steuerung von SCR-Systemen werden geeignete Sensoren benötigt, um eine automatische Dosierung der optimalen Reduktionsmittelmenge realisieren und die Einhaltung relevanter Grenzwerte (NO_x, NH₃) überwachen zu können.

Die bislang am Markt verfügbare Sensorik ist nicht selektiv genug und die verfügbare Messtechnik ist zu teuer für den Einsatz in kleinen dezentralen Biomasseanlagen. Daher wird in dem Forschungsvorhaben die Entwicklung neuartiger Sensoren und Sensorprinzipien zur Messung von NO_x und NH₃ angestrebt, welche wirtschaftlich für die Steuerung von SCR-Systemen und das Monitoring von Reststoffanlagen eingesetzt werden können.

Ein Einsatz der Sensorik in entsprechend gekoppelten Systemen für Stickoxidminderung und Partikel-Abscheidung ermöglicht eine Prozessoptimierung, wodurch auch eine Minderung der Partikelemissionen erreicht werden kann.

Laufzeit: 07/2021 - 06/2024

Finanzierung: BMWK, Projektträger Jülich

Projektpartner: Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ), CPK Automotive, GmbH & Co. KG, H+H Engineering & Service GmbH

Kontakt: Lehrstuhl für Funktionsmaterialien

e-Tractiv – Energieeffiziente Tractionsantriebs-Innovationen für den Schienen-Verkehr der Zukunft

Inhalte/Ziele:

Der Schienenpersonenverkehr ist schon heute der umweltfreundlichste motorisierte Verkehrsträger. Trotzdem besteht weiterhin die Notwendigkeit, Emissionen zu reduzieren, um die von der Bundesregierung anvisierten Ziele des Klimaschutzplans 2050 zu erreichen. Hierzu kann auch der Schienenverkehr durch gezielte Maßnahmen im Bereich der Antriebstechnik beitragen. Der Forschungsverbund „e-Tractiv“ hat sich das Ziel gesetzt, durch verschiedene Maßnahmen im Bereich der Antriebstechnik für ein typisches S-Bahnfahrzeug eine Reduzierung des Energieverbrauches um ca. 15% zu erreichen. Zur Erreichung der o.g. Zielstellung sollen Innovationen im Bereich des Traktionssystems erforscht und untersucht werden (Beitrag zur Energieverbrauchsreduzierung ca. 12%). Kern der Innovationen stellt die Nutzung von SiC-Leistungshalbleitern dar, die neue Ansätze im Gesamtsystem Traktion ermöglicht. Weiterhin soll ein energieoptimales Kühlsystem zur Stromrichterkühlung entwickelt und erprobt werden, welches insbesondere auf die Hilfsbetriebe (z.B. Klimaanlagen) zielt. Hiervon verspricht man sich eine Energieverbrauchsreduzierung um etwa 3%. Weitere Schwerpunkte im Projekt liegen in der Erforschung einer optimierten Ansteuerungstechnik.

Laufzeit: 07/2020 bis 06/2023

Finanzierung:Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

Projektpartner: Siemens Mobility GmbH, Infineon Technologies AD, TLK-Thermo GmbH

Kontakt: Lehrstuhl für Mechatronik

SiC4HVDC - Effizienzsteigerung in der Hochspannungsgleichstromübertragung mit Hochleistungshalbleitern aus SiC

Inhalte/Ziele:

Das Forschungsprojekt SiC4HVDC hat zum Ziel, die Potenziale von Hochleistungshalbleitern auf SiC-Basis für den Einsatz der Hochspannungsgleichstromübertragung auszunutzen. Die geringen Durchlassverluste und die rein ohmsche Kennlinie eines SiC-Leistungshalbleiters ermöglichen eine deutliche Steigerung der Effizienz bei der Wandlung von Wechsel- in Gleichstrom und umgekehrt. Auch im Teillastbetrieb sind auf diese Weise hohe Wirkungsgrade möglich.

Laufzeit: 03/2021 bis 02/2024

Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

Projektpartner: Siemens Energy Global GmbH

Kontakt: Lehrstuhl für Mechatronik

Analyse der Redundanzumschaltung und weiterer Betriebsparameter von 3-Level Invertern

Inhalte/Ziele:

Die Forschungsarbeit behandelt die Optimierung einer bereits vorhandenen Ansteuerung eines ANPC Inverters an einem Maschinenprüfstand mit einer IPMSM sowie den Transfer der gewonnenen Erkenntnisse auf andere Maschinentypen, welche simulativ betrachtet werden. Zudem werden weitere betriebsrelevante Parameter von 3-Level Invertern untersucht.

Laufzeit: 11/2022 bis 09/2023

Projektpartner: Industrie

Kontakt: Lehrstuhl für Mechatronik

Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Strommessung mit Sense Bauelementen

Inhalte/Ziele:

Durchführung von Strommessungen mit Sense Bauelementen; Zusammenstellung, Auswertung und quantitative Bewertung der Forschungsergebnisse.

Laufzeit: 07/2022 bis 06/2023

Projektpartner: Industrie

Kontakt: Lehrstuhl für Mechatronik

Heiz- und Kühlsysteme mit klimafreundlichen Arbeitsmedien

Inhalte/Ziele:

Der Einsatz von umweltfreundlichen Arbeitsmedien, wie CO2 oder natürliche Kohlenwasserstoffe, in der Kälte-, Heizungs- und Klimatechnik wird durch die aktuelle Novellierung der EU-Richtlinien weiter konsequent vorangetrieben. Das Projekt „Wärme-Klima-freundlich“ beinhaltet in diesem Zusammenhang die folgenden maßgeblichen Zielsetzungen:

      - Technisch-wirtschaftliche Bewertung von Wärmepumpen (und Kälteanlagen) mit
         natürlichen Kältemitteln für Wohngebäude und Industrieanwendungen.
      - Realisierung eines Wissenstransfers der erzielten Ergebnisse.

Zur Umsetzung dieser Ziele erfolgt die Charakterisierung von Wärmepumpensystemen mit klimafreundlichen Kältemitteln auf Basis des Stands der Forschung und der Technik. Da-rauf aufbauend werden die Systeme simulationsgestützt analysiert. Im Fokus liegt dabei die technisch-wirtschaftliche Bewertung von Wärmepumpen für unterschiedliche Anwendungsszenarien.
Diese Szenarien beinhalten auch eine Variation der potentiellen Wärmequelle, wie zum Bespiel Erdwärme, Umweltwärme, Grundwasser sowie industrielle Abwärme. Aus den Jahressimulationen werden Handlungsempfehlungen zur Technologieauswahl und Optimierungsansätze abgeleitet. Des Weiteren wird die Übertragbarkeit dieser Erkenntnisse auf die Kältebereitstellung im industriellen Umfeld untersucht. In Form von Workshops wird ein Wissenstransfer mit Herstellern und Anwendern ermöglicht, um Systemanforderungen zu definieren und Projektergebnisse zu diskutieren.Abschließend ist die Verwertung in Zusammenarbeit mit dem Bayerischen Landesamt für Umwelt in Form einer Broschüre und eines Seminars vorgesehen.

Laufzeit: 12/2023 bis 04/2027

Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz

Projektpartner: Bayerisches Landesamt für Umwelt

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

Identifizierung und Charakterisierung von nichtentzündbaren Flüssigkeitsgemischen mit niedrigem Treibhauspotenzial für thermodynamische Zyklen in Carnot-Batterien

Inhalte/Ziele:

In diesem Projekt werden geeignete Arbeitsfluide für Carnot-Batterien identifiziert und charakterisiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf zeotropen Gemischen aus natürlichen Kohlenwasserstoffen und ungesättigten teilhalogenierten Kältemitteln. Mittels einer inversen Engineering-Methode werden günstige Mischungskomponenten und Konzentrationen ermittelt, um ein effizientes, nichtentzündbares und GWP-armes Arbeitsmittel zu erhalten. Die identifizierten Gemische werden experimentell auf ihre Entflammbarkeit, ihre Wärmeübertragungseigenschaften und ihrer Zyklusleistung untersucht. Die wichtigsten Schritte sind: (1) die Auswahl des Fluids nach dem Ansatz der inversen Auslegung, (2) die Vorhersage und experimentelle Charakterisierung der Entflammbarkeit, (3) Wärmeübertragungsmessungen und Bestimmung geeigneter Korrelationen, (4) die Leistungsbewertung der Arbeitsfluidmischung auf Teilsystemebene. Mit einem vorhandenen Prüfstand werden die Leistungsabgabe und der exergetische Wirkungsgrad auf ORC-Systemebene für Voll- und Teillast sowie für reine und ausgewählte Gemische gemessen. Darüber hinaus werden auch die Pumpen- und Expanderwirkungsgrade bewertet. Das im Themenbereich C des Schwerpunktprogramms SPP 2403 angesiedelte Projekt ist so geplant, dass es eng mit anderen Projekten vernetzt ist.

Laufzeit: 11/2023 bis 10/2026

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Projektpartner: DFG- Schwerpunktprogramm SPP 2403/1 - Carnot-Batterien

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse