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

Entwicklung einer intelligenten Symmetrieeinrichtung zum netzdienlichen Verhalten von energietechnischen Anschlussnutzeranlagen (iSymE)

Inhalt/Ziele:

Die neue Anwendungsregel VDE-AR-N4100 fordert u.a. ein bestimmtes Verhalten zu Netzrückwirkungen bzw. Symmetrie an den Außenleitern von Kundenanlagen. Unser Prototyp greift diese Anforderungen auf und erweitert diese, indem er einen optimalen Betrieb einer Anlage sicherstellt und gleichzeitig netzdienliches Verhalten realisiert. Darunter verstehen wir die technische Möglichkeit flexibel und dynamisch auf Netzanforderungen zu reagieren, wie z.B. flexible Leistungsentnahme oder -abgabe, sich ändernde Symmetrie- bzw. Unsymmetriewerte oder flexible Blindleistungskompensation. Der zu entwickelnde Prototyp dient als Bindeglied zwischen Anschlussnutzeranlagen und dem öffentlichen Netz und wird direkt am Netzübergangspunkt angeschlossen. Als Kommunikationsmedium wird das Smart-Meter-Gateway eingesetzt. Die erweiterte Netzdienlichkeit und eine Flexibilität auf der Kundenseite sind Bestandteile einer erfolgreichen Durchführung der Energiewende. Die Funktionalität realisieren wir mit einer intelligenten Symmetrieeinrichtung. Eine Symmetrieeinrichtung, die ausschließlich die neue Anwendungsregel erfüllt, leitet sich als Stand-Alone Variante daraus ab.

Laufzeit: 11/2019 - 10/2021

Finanzierung: Forschungsauftrag im Rahmen einer Förderung durch AiF (ZIM)

Projektpartner: Richter R&W Steuerungstechnik GmbH, Fraunhofer IISB

Kontakt: Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik

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 - 12/2020

Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst

Projektpartner: TU München, FAU Erlangen, HS München

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

PlasmaFuel - Entwicklung eines neuen plasmagestützten Verfahrens zur Produktion von schadstofffreiem Schiffsdiesel

Inhalte/Ziele:

Innerhalb dieses FuE-Projekts soll ein neuartiges Verfahren entwickelt werden, um aus Kohlendioxid und Wasserstoff energieeffizient und kostengünstig synthetisches, ultrareines Schiffsdieselöl herzustellen. Der Wasserstoff wird mit Hilfe von regenerativem Strom erzeugt.

Zunächst soll die Spaltung von CO2 zu CO mittels einer plasmainduzierten Reduktion untersucht werden (Uni. Stuttgart). Der neben dem eigentlichen Zielprodukt Kohlenmonoxid entstehende Sauerstoff soll durch eine Ionenpumpe abgeleitet werden. Neben der plasma-induzierten Spaltung soll eine alkalische Wasserelektrolyse mit einem Wirkungsgrad von etwa 85 % entwickelt werden (Uni. Stuttgart).

Der Wasserstoff wird zusammen mit dem im Plasmaverfahren erzeugten CO (und eventuell vorhandenem Restsauerstoff) in einen weiteren Reaktor geleitet, wo die Produktion von Schiffsdieselöl durch die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) stattfindet. Die FTS soll dabei durch experimentelle Untersuchungen und eine Reaktormodellierung so angepasst bzw. optimiert werden, dass eine hohe Menge an Schiffsdiesel gewonnen werden kann (Uni. Bayreuth).

Laufzeit: 11/2018 - 11/2021

Projektpartner: (BMWE-DLR-Verbundprojekt, FKZ: 03EIV161C)

• Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik (Prof. Birke)
• MCT Transformatoren GmbH, 61440 Oberursel
• Overspeed GmbH & Co. KG, 26129 Oldenburg

Kontakt: Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik

Entwicklung einer Wasser-Öl (W/O) - Emulsionsprüfmaschine

Inhalte/Ziele:

Auf Grund der Vielfalt in der Zusammensetzung von ölhaltigen Industrieabwässern mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen und Salzkonzentrationen kann bei derzeitigen thermischen Phasentrennanlagen der benötigte Energieaufwand der Anlage mit den einzustellenden technischen Parametern nicht im Vorfeld des Betriebes belastbar bestimmt werden. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Kleinanlage im Labormaßstab, mit dem wissenschaftlich fundiert eine Wasser-Öl Emulsion thermisch in eine Öl- und in eine Wasserphase aufgespalten wird und sich daraus der Gesamtenergiebedarf sowie die Kondensatleistung für größere Trennanlagen fluidspezifisch ableiten lassen.

Die Prüfmaschine in der Größe einer Tischappartur soll die Verfahrenstechnik einer bereits bestehenden, größeren Technikumsanlage der Firma Karl Hopf GmbH im Kleinmaßstab abbilden (s. Abb.). Die Validierung der Apparatur erfolgt auf dieser bestehenden Technikumsanlage aus einem erfolgreich abgeschlossenen Vorprojekt. Auf Basis eines kennlinienbasierten Simulationsmodells werden schließlich, die ermittelten Skalierungs- und Korrekturfaktoren auf beliebige Großanlagen übertragen.

Laufzeit: 11/2019 - 10/2021

Finanzierung: Forschungsauftrag im Rahmen einer Förderung durch AiF (ZIM)

Projektpartner: Karl Hopf GmbH (Bayreuth)

Kontakt: Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

Energieeffiziente Wärmebereitstellung - Initiative Oberfranken (EWIO)

Inhalt/Ziele:

Die Wärmebereitstellung im privaten Sektor birgt ein beträchtliches Potential im Hinblick auf Primärenergieeinsparungen und die Senkung klimarelevanter Emissionen. Mit einem Anteil von rund 50 % dominiert die Wärmebereitstellung den Endenergieverbrauch sowohl in Deutschland als auch in Bayern. Die Energiebereitstellung durch zentrale Erzeugereinheiten und die Verteilung durch Wärmenetze auf Gebäude und Quartiere weist ein sehr hohes Effizienzpotential auf. In diesem Zusammenhang stellt der Einsatz von Niedertemperatur-Wärmenetzen und die Integration von Wärmepumpen in solche Netze einen innovativen Ansatz zur Senkung von Leitungsverlusten und Verringerung des Primärenergiebedarfs dar. Das Projekt „Energieeffiziente Wärmebereitstellung – Initiative Oberfranken“ (EWIO) stellt einen Technologietransfer zwischen der Universität Bayreuth und oberfränkischen KMU im Bereich des Leitungsbaus sowie der Energie- und Gebäudetechnik dar. EWIO führt zu einem besseren Grundverständnis des Zusammenspiels und der gegenseitigen Beeinflussung der Wärmebereitstellung und des Verteilungssystems. Der Technologietransfer mündet in die Entwicklung und Anwendung von effizienten Systemlösungen für Niedertemperatur-Wärmenetze unter Einbindung erneuerbarer Energieträger.

Laufzeit: 02/2018 - 02/2022

Finanzierung: Ein Vorhaben der Maßnahmengruppe 1.2 Technologietransfer Hochschule - KMU aus Mitteln des EFRE

Projektpartner: ASK GmbH & Co. KG, Kulmbach; Erdwärme Plus, Heinersreuth; Karl Krumpholz Rohrbau GmbH, Kronach; SCHWENDER Energie- und Gebäudetechnik GmbH & Co. KG, Thurnau; Meile-technik GmbH, Kulmbach; ait Deutschland GmbH, Kasendorf (assoziierter Projektpartner)

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

TurboSmart - adaptive Mikroexpansionsturbine für die Energierückgewinnung

Inhalt/Ziele:

Die Rückgewinnung von Verlustenergien wie die Wärme in Abgasen z. B. von Industrieprozessen im Bereich > 500 kWel ist Stand der Technik. Im Bereich < 100 kWel haben sich diese Technologien jedoch noch nicht etabliert, unter anderem wegen des Mangels an wirtschaftlichen Mikroexpandern. Da die Abwärme meist in Form eines Gases oder Dampfes unter Atmosphärendruck auftritt, verwenden die bekannten Konzepte und Produkte einen Organic-Rankine-Cycle (ORC), in dem das für den Expander zur Energiewandlung notwendige Druckgefälle erzeugt wird. Da in der kleinskaligen Abwärmeverstromung (< 100 kWel) im Allgemeinen der Wärmestrom und damit der Massenstrom in der Anlage während des Betriebes variieren, folgt auch eine zeitliche Änderung des Drucks vor der Turbine und damit des Turbinen- sowie des Prozesswirkungsgrads. Um dies zu vermeiden, müsste sich die Turbine mittels einer variablen Geometrie möglichst selbstständig (smart) an den reduzierten Massenstrom adaptieren können. Hier setzt das Forschungsprojekt „TurboSmart“ an. Ziel ist zum einen der experimentelle Nachweis, dass die Technologie einer intelligenten, adaptiven Mikroexpansionsturbine technisch darstellbar ist. Zum zweiten, dass sich mittels einer sich selbstadaptierenden Turbine die Energieausbeute einer Mikro-ORC-Anlage im Teillastbetrieb um 20 % gesteigert werden kann.

Laufzeit: 03/2019 - 02/2022

Finanzierung: Bayerische Forschungsstiftung (BFS)

Projektpartner: Ostbayerische Technische Hochschule (OTH) Amberg-Weiden (Prof. Dr.-Ing. Weiß), Amberg-Weiden; DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO., Amberg

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

"ZukunftKlima" - Entwicklung zukunfsfähiger Klimatisierungskonzepte

Inhalt/Ziele:

Die Senkung von CO2-Emissionen bei der Wärme- und Kältebereitstellung sowie der Klimatisierung von Gebäuden stellt eine große technische Herausforderung dar. Neben der Effizienzsteigerung der Systeme gilt es zudem den Einsatz umweltfreundlicher Kältemittel anzustreben. Denn die derzeit noch übliche Verwendung von teilfluorierten Kältemitteln mit erheblichen Treibhauspotential führt aufgrund von Leckagen zu ernstzunehmenden Emissionsraten. Während im Bereich der Kältetechnik als auch bei Wärmepumpen bereits marktreife Anlagen mit natürlichen Kältemitteln wie CO2, Ammoniak oder Propan vorliegen, besteht diesbezüglich im Anwendungsbereich der Klimatisierung noch Forschungsbedarf. Im Rahmen des Projekts „ZukunftKlima“ soll das umweltfreundliche Arbeitsmedium CO2 für das Anwendungsfeld Klimatisierung systematisch untersucht werden. Dabei sollen sowohl theoretische Methoden wie die Lebenszyklusanalyse angewendet werden, als auch experimentelle Untersuchungen an einem Demonstrator durchgeführt werden. Die Versuchsreihen umfassen ein breites Parameterfeld, um die die Validierung der erstellten Simulationsmodelle sowie Übertragbarkeit der Ergebnisse auf verschiedene klimatische Bedingungen zu ermöglichen. Somit ergeben sich wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich der technischen Umsetzung von dezentralen und umweltfreundlichen Klimaanlagen und es bietet sich die Möglichkeit einer techno-ökonomischen Bewertung des Konzepts. Darüber hinaus wird der Demonstrator schon während der Projektlaufzeit (in Form von Projektarbeiten der Techniker-Schüler) und darüber hinaus (als Reallabor) in die praktische Ausbildung von Klima- und Kältetechnikern an der FS Kulmbach integriert. Somit wird das technische Verständnis für derartige Hochdruck-CO2-Anlagen direkt zu den Anlagenbauern und den ausführenden Handwerksbetrieben transferiert.

Laufzeit: 07/2018 - 06/2021

Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz

Projektpartner: Kommunale Fachschule (FS) für Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, Kulmbach

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 - 07/2021

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

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

Kontakt: Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

Power-to-Gas (P2G) - Sektorenkopplung

Inhalte/Ziele:

Für ein Gelingen der Energiewende wird der Sektorenkopplung von Strom- und Gasnetzen bereits heute eine Schlüsselrolle beigemessen. Der steigende Bedarf an Kapazitäten zur Zwischenspeicherung überschüssiger elektrischer Energie, die Bereitstellung notwendiger Transportkapazitäten zwischen Stromerzeugern und -abnehmern sowie die Integration erneuerbar erzeugten Stroms in vielfältige Bereiche des Endenergieverbrauchs stellen die Infrastruktur vor große Herausforderungen.

Die Technologie Power-to-Gas (P2G) bietet eine Alternative und Ergänzung zum Ausbau des Stromnetzes und ermöglicht eine Nutzung überschüssigen Stroms aus volatilen erneuerbaren Energiequellen. Im Projekt wird das Zentrum für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth in Zusammenarbeit mit dem Übertragungsnetzbetreiber TenneT zentrale Fragestellungen im Hinblick auf eine künftige Umsetzung von P2G bearbeiten. Seitens ZET sind der Lehrstuhl Technische Thermodynamik und Transportprozesse und der Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik eingebunden.

Laufzeit: 03/2019 - 03/2022

Projektpartner:

• TenneT TSO GmbH, Bayreuth
• ZET: CVT (Prof. Jess) und LTTT (Prof. Brüggemann)

Kontakt: Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik

Struktur und Kinetik von Eisenkatalysatoren in der Anfangsphase der Fischer-Tropsch-Synthese: Kombination von Operando-XRD- und Festbettmessungen

Inhalte/Ziele:

Bei der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) ist insbesondere bei Eisenkontakten bis heute nicht eindeutig geklärt, welche Phasen die Reaktion katalysieren. Dies liegt vor allem daran, dass der Fe-Katalysator erst unter Synthesebedingungen formiert wird und sich eine komplexe Phasenstruktur bildet. Im Projekt soll durch Operando-Röntgendiffraktometrie die Phasenzusammensetzung von Fe-Katalysatoren bzw. deren Änderung in der Anfangsphase der Synthese bis zum Erreichen eines stationären Zustandes studiert werden. Dabei soll auch der Einfluss der Vorbehandlung, der zugegebenen Promotoren und der Reaktionsbedingungen untersucht werden. Komplementär dazu sollen durch kinetische Studien im Festbett bei den gleichen Reaktionsbedingungen auch die Aktivität und Selektivität der Katalysatoren bestimmt werden, um so eine Struktur-Wirkungsbeziehung zu ermitteln und die Phasen zu bestimmen, die für die FT-Synthese aktiv sind. Von Interesse ist auch, ob die im stationären Zustand erreichte Aktivität und Selektivität durch Promotoren oder die reduktive Vorbehandlung einstellbar sind.

Laufzeit: Feb. 2019 - Feb. 2022

Projektpartner: kein Projektpartner (DFG-Einzelprojekt, DFG, Je 257/26-1)

Kontakt: Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik

Optimale One Click Entwicklung – Einsatz von bionischen Optimierungsprogrammen für nachhaltiges Wachstum von KMU

Inhalte/Ziele:

Ziel des geplanten Forschungsprojektes ist es, Produktentwicklern von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) eine kostenlose Software (Freeware) zur automatisierten Generierung von Leichtbaustrukturen zur Verfügung zu stellen. Diese meist additiv gefertigten Leichtbaustrukturen sind hervorragend geeignet, um Produkte energiesparend sowie ressourceneffizient herzustellen und zu betreiben. Die somit erreichte hohe Gestaltungsvariabilität ermöglicht eine optimale Auslegung ohne Einschränkung der Flexibilität durch Fertigungsrestriktionen. Hierdurch ist beispielsweise bei Energieversorgungsanlagen eine Steigerung des Wirkungsgrades durch eine konstruktiv freie, thermisch optimierte Bauteilgeometrie möglich.

Basierend auf den am Lehrstuhl erfolgreich entwickelten und von der Oberfrankenstiftung geförderten FEM- und Topologieoptimierungs-Programmen Z88Aurora® und Z88Arion® soll u. a. der Einsatz bionischer Ansätze es dem Konstrukteur ermöglichen, den Weg zum gewichtsoptimierten Produkt deutlich zu verkürzen. Dadurch können Einsparungen hinsichtlich Materialaufwand, Energie und Personal realisiert werden.

Mit dem automatisierten Tool wird weiterhin eine Plattform geschaffen, die die wissensintensiven Abläufe im virtuellen Produktentwicklungsprozess vereinfachen, wodurch die Hemmnis, Software zur Produktentwicklung einzusetzen, gesenkt wird. Dadurch können KMU neue innovative Produkte entwickeln und ihr bestehendes Produktportfolio erweitern.

Laufzeit: 10/2016 - 09/2020

Finanzierung: EFRE

Projektpartner: 3DQ-Engineering Ingenieurbüro Zapf, Boßler Werkzeug & Formenbau GmbH, ASK High Technology GmbH & Co. KG, SMB Schwede Maschinenbau GmbH, Konstruktionsservice Legat, Ingenieurbüro Hofmann GmbH, Putzin Maschinenbau GmbH, Müssel Maschinenbau GmbH, ebu Umformtechnik GmbH, TSS GmbH, Hirsch Engineering Solutions GmbH & Co. KG, Bühnenplanung Walter Kottke Ingenieure GmbH

Kontakt: Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD