TY - THES A1 - Posselt, Joachim T1 - Entwicklung eines Berechnungsmodells zur thermisch-geometrischen Dimensionierung eines Druck-Wirbelschicht-Verdampfungstrockners mit Tauchheizflächen am Beispiel polydisperser Braunkohle N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Berechnungsmodell zur thermisch-geometrischen Dimensionierung eines kontinuierlich arbeitenden Druck-Wirbelschicht-Verdampfungs-Trockners mit Tauchheizflächen für polydisperse Braunkohle erstellt. Zunächst wurde auf Basis experimenteller Ergebnisse eine strukturell optimierte Grundgleichung zur Beschreibung des zeitlichen Feuchteverlaufes entwickelt. Dabei wurden die Besonderheiten des Trocknungsgutes (z.B. die Polydispersität und die Ausbildung einer Gleichgewichtsfeuchte) berücksichtigt. Mit Hilfe der für den Trockner aufgestellten Energiebilanzen wurde ein Modell zur Beschreibung des zeitlichen Verdampfungstrocknungsverlaufes entwickelt. Dabei wurde auch der Einfluss des Druckes in den Subgleichungen und Stoffwertberechnungen berücksichtigt. (Der Überdruck ist einer der Hauptunterschiede der DDWT zu zahlreichen anderen Trocknungsverfahren). Weiterführend wurde unter Anwendung der Gleichungen zur Beschreibung der wirbelschicht-bedingten asymmetrischen Verweilzeitverteilung ein Gesamtmodell – das Trockner-Auslegungs-Modell (TRAM) – entwickelt und die Modellarchitektur detailliert beschrieben. Y1 - 2019 UR - https://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdoor/deliver/index/docId/4706/file/Posselt_Joachim.pdf CY - Cottbus ER - TY - GEN A1 - Katzer, Christian A1 - Krautz, Hans Joachim T1 - Untersuchungen zur messtechnischen Erfassung von instationären Effekten eines Gas-/Kohle-Kombibrenners T2 - 29. Deutscher Flammentag : 17. - 18. September 2019 Ruhr-Universität Bochum N2 - In diesem Beitrag wird ein Flammenbewertungsverfahren auf Basis eines Flammenwächtersignals vorgestellt. Mit zunehmender Flexibilisierung der Verbrennungsanlagen und der Absenkung von Emissionsgrenzwerten wird eine unmittelbare Flammenanalyse für die Regelung der Brennersysteme zunehmend erforderlich. Auf Basis eines Flammenwächtersignals wird mittels Frequenzanalyse ein ergänzendes Auswertungsverfahren dargestellt. Anhand der vorgestellten Untersuchungen an einem Erdgas-/Kohle-Kombibrenner wird die Qualifizierung der Prozessmesstechnik für die Flammenbewertung und Brennersteuerung überprüft. Die Ergebnisse im Erdgas- und Kohlebetrieb belegen, dass mit der erweiterten Signalanalyse eine Veränderung des Flammenverhaltens mit dem Flammenwächtersignal in Zusammenhang gebracht werden kann. Dabei konnte einmal das Emissionsverhalten bei verschiedenen Brennereinstellungen beurteilt werden und andererseits ein Zugriff auf das Stabilitätsverhalten der Kohleflamme ermöglicht werden. Durch die Analyse des Strahlungssignals der Chemilumineszenz des OH* bzw. CH*-Radikals ist ein Bezug zur Veränderung in der Reaktionszone hergestellt. Die entwickelte Bewertungsmethodik kann für die Entwicklung und Etablierung von Beobachter- und Regelmodellen von Brennersystemen genutzt werden. Y1 - 2019 UR - http://www.leat.rub.de/deutsch/Flammentag/Tagungsprogramm.pdf ER - TY - GEN A1 - Dahash, Abdulrahman A1 - Mieck, Sebastian A1 - Ochs, Fabian A1 - Krautz, Hans Joachim T1 - A comparative study of two simulation tools for the technical feasibility in terms of modeling district heating systems: An optimization case study T2 - Simulation Modelling Practice and Theory N2 - District heating dynamic models arise as an alternative approach to in-situ experimental investigations. The main advantage of dynamic modeling and simulation is the possibility to avoid technical and operational risks that might occur during in-situ experimental investigations (e.g. heat demand is not met, damages in the energy systems etc.). Within this study, the authors present two models for an existing district heating system in Cottbus, Germany. One model is developed using the tool EBSILON Professional, while the other one is developed using the Simscape toolbox for physical modeling in Matlab/Simulink. The models were experimentally validated against measured data from the considered district heating system. The results show that the Simscape model has a better fit and better response than the EBSILON model. Yet, some discrepancies were found between the measured and the simulated data and, therefore, the uncertainties of the models were addressed. A comparative study between both tools is presented. The EBSILON models permit only unidirectional flow, whereas the Simscape toolbox permits reverse flow. Nevertheless, the EBSILON model outperforms the Simscape model in computation time. In addition, this study presents an approach for dynamic thermo-hydraulic modeling of district heating networks. This approach is utilized to examine the role of district heating networks as heat storage as an optimization configuration. The numerical results show less start-ups for additional heat sources. Yet, higher heat losses from the network are observed due to the installation of unburied pipelines. KW - Dynamic thermo-hydraulic modeling and simulation KW - Simscape KW - EBSILON Professional KW - District heating systems KW - Heating network as heat storage Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.simpat.2018.11.008 SN - 1569-190X VL - 91 SP - 48 EP - 68 ER - TY - GEN A1 - Mieck, Sebastian A1 - Krautz, Hans Joachim T1 - Systematic analysis and preparation of high resolution in-situ measurements for the estimation of PV module parameters T1 - Systematische Analyse und Aufbereitung von hoch-aufgelösten in-situ Messdaten für die Identifikation von Photovoltaik Modulparametern T2 - VGB PowerTech N2 - In the last two decades, a rapid expansion of photovoltaic (PV) power plants of different sizes has taken place. Along with this, the interest from science and industry is growing, exploring the strengths and weaknesses of this technology as well as further developing the efficiency in its production and operation. For planning and operating of PV power plants, valid energy yield forecasts are desirable. These forecasts are also important to draw conclusions for the monitoring of future PV technologies. The analysis, evaluation and processing of meteorological and technical measurement datasets play an essential role. In this article, high-resolution measurement data sets of a mobile, autarkic test system are analyzed firstly. The measured data are checked for plausibility and validity with the corresponding methods. After this observations and phenomena with meteorological cause are described. In a second step, a practicable procedure for the preparation of the measurement data is presented, in order to make it suitable for further calculations, e.g. identification of photovoltaic module parameters for energy yield calculations. The focus is particularly on the flexibility, adaptability and code performance of the processing procedure. Results, evaluations and outlooks on the methods used, measurement data and selected software packages are made. N2 - In den letzten zwei Dekaden ist ein rascher Zubau von Photovoltaik(PV)-Kraftwerken verschiedener Leistungsgrößen zu konstatieren. Damit einhergehend wächst das Interesse aus Wissenschaft und Wirtschaft, Stärken und Schwächen der Technologie zu ergründen sowie die Effizienz in Herstellung und Betrieb weiter zu entwickeln. Für Planung und Betrieb von PV-Kraftwerken sind z.B. valide Ertragsprognosen anzustreben, aber auch Rückschlüsse aus dem Monitoring für zukünftige PV-Technologien zu ziehen. Die Analyse, Auswertung und Verarbeitung von meteorologischen und technischen Messdatensätzen spielt dabei eine wesentliche Rolle. Im diesem Artikel werden zeitlich hoch aufgelöste Messdatensätze eines mobilen, autarken Testsystems in einem ersten Schritt analysiert. Dabei werden die Messdaten auf Plausibilität und Validität mit entsprechenden Methoden überprüft, spezielle Beobachtungen und Phänomene mit meteorologischer Ursache beschrieben. In einem zweiten Schritt wird eine praktikable Vorgehensweise für die Aufbereitung der Messdaten vorgestellt, um diese für weiterführende Berechnungen, z.B. Identifikation von Photovoltaik Modulparametern für Ertragsberechnungen, verfügbar zu machen. Im Vordergrund stehen insbesondere die Flexibilität, Adaptierbarkeit sowie Codeperformanz der Aufbereitungsprozedur. Es werden Ergebnisse, Einschätzungen und Ausblicke zu den verwendeten Methoden, Messdaten, sowie gewählter Software Pakete vorgenommen. KW - Photovoltaic KW - Data preparation Y1 - 2018 SN - 1435-3199 VL - 98 IS - 8 SP - 75 EP - 81 ER - TY - THES A1 - Ojong, Emile Tabu T1 - Characterization of the Performance of PEM Water Electrolysis Cells operating with and without Flow Channels, based on Experimentally Validated Semi-empirical Coupled-Physics Models N2 - PEM water electrolysis is a clean and efficient conversion technology for hydrogen production and energy storage, especially when coupled with renewable energy sources. In spite of its many advantages, the high component and cell manufacturing costs of the conventional PEM electrolysis cell makes the PEM water electrolysis technology commercially less competitive vis-à-vis its peers. An alternative and cost effective cell design has been proposed which has up to a 25 % costs advantage over the conventional cell. In this alternative cell design, the flow channel plate which bears the most material costs in the conventional cell design has been replaced with a 3-D Porous Transport Layer (PTL) structure. While both designs perform comparably the same at low to mid current density (0 – 2 A/cm²), it has been observed that the conventional cell by far out performs the low cost cell at high current density operations, due to increased mass transport limitation in the cell without flow channels. Since industrial and commercial hydrogen production efforts are focused towards high current density operation (> 3 A/cm²), it thus becomes obvious that, in order for the cost effective alternative cell design to establish itself over the conventional cell design, the mass transport issues at high current densities have to be well understood and described. This research work seeks to understand the source of, and to eliminate the mass transport losses in the cost effective alternative cell design in order to get it performing at least as good as the conventional cell design at current densities up to 5 A/cm². To meet this objective, 2-D non-isothermal semi-empirical fully-coupled models of both cell designs have been developed and experimentally validated. The developed validated models were then used as tools to simulate and predict the best operating conditions, design parameters and micro-structural properties of the PTL at which the mass transport issues in the design without flow channels will be at its minimum, so that both cells can exhibit comparable performance even at high current densities. The models developed in this work are based on a multi-physics approach in which thermodynamic, electrochemical, thermal and mass transport sub-models are coupled and solved numerically, to predict the cell polarization and individual overpotentials, as well as address heat and water management issues. The most unique aspect of this work however, is the development of own semi-empirical equations for predicting the mass transport overpotential imposed by the gas phase (bubbles) at high current densities. Also, for the very first time, calculated PEM water electrolysis polarization curves up to 5 A/cm² have been validated by own experimental data. The results show that, the operating temperature and pressure, inlet water flowrate and thickness of the PTL are the critical parameters for mitigating mass transport limitation at high current densities. In fact, it was found that, for the size of the cells studied (25 cm² active area each), when both cells are operating at the same temperature of 60 °C, the low cost cell design will have a comparable performance to the conventional designed cell even at 5 A/cm² current density when; the operating pressure is ≥ 5 bar, the feed water flowrate is ≥ 0.024l/min∙cm², PTL porosity is 50 %, PTL pore size is ≥ 11 µm and PTL thickness is 0.5 mm. At these operating, design and micro-structural conditions, the predicted difference between the polarizations of both cells will be only ~10 mV at 5 A/cm² operating current density. N2 - Die PEM Wasser Elektrolyse gilt als effiziente Technologie zur Herstellung von sauberem Wasserstoff zur Energiespeicherung, besonders bei Kopplung mit erneuerbaren Energien. Trotz der vielen Vorteile führen hohe Kosten für die Produktion konventioneller Komponenten und Stacks zu einer nicht konkurrenzfähigen Technologie. Ein alternatives und kostengünstiges Zelldesign wurde vorgestellt, das, verglichen mit einem konventionellen Design, einen Kostenvorteil von bis zu 25 % hervorbringt. Bei diesem alternativen Zelldesign wird die Platte mit Strömungskanälen, die den größten Kostenanteil birgt, durch eine 3-D poröse Struktur (engl. Porous transport layer, PTL) ersetzt. Während beide Designs vergleichbare Leistungsdaten im niederen und mittleren Stromdichtebereich zeigen (0 – 2 A/cm2), wurde ein signifikanter Unterschied im hohen Stromdichtebereich beobachtet. Hierbei zeigt ein Design ohne Strömungskanäle niedrigere Leistungsdaten, was durch eine gesteigerte Limitierung des Massentransportes erklärt werden kann. Da sich die industrielle und kommerzielle Wasserstoffproduktion in Richtung hoher Stromdichten (> 3 A/cm²) entwickelt, scheint das erforderliche Verständnis von Massentransporteffekten offensichtlich um das kosteneffiziente Design gegenüber des konventionellen Designs voran zu treiben. Diese Forschungsarbeit versucht den Ursprung von Massentransportlimitierung des kostengünstigen Zelldesigns zu verstehen und eliminieren, um zumindest entsprechende Leistungsdaten des konventionellen Designs bis 5 A/cm² zu erreichen. Um diese Zielvorgabe zu erreichen, wurden 2-D nicht-isotherme, semi-empirische, vollstaendig gekoppelte Modelle beider Zelldesigns entwickelt und experimentell validiert. Die entwickelten und validierten Modelle wurden als Werkzeug zur Simulation und Vorhersage der geeignetsten Betriebs- und Designparameter, sowie Eigenschaften der Mikrostrukur der PTL verwendet. Dabei sind die Verluste durch Massentransport, im Design ohne Strömungskanäle, minimal, sodass beide Designs vergleichbare Leistungsdaten bei hohen Stromdichten zeigen. Die hierin entwickelten Modelle basieren auf einem multiphysikalischen Ansatz, worin thermodynamische, elektrische und thermische Effekte sowie Massentransportuntermodelle gekoppelt und gelöst wurden, um sowohl die Zellpolarisation und individuelle Überpotentiale vorherzusagen, als auch Wärme- und Wassermanagement zu adressieren. Das Alleinstellungsmerkmal dieser Arbeit ist jedoch die Entwicklung von semi-empirischen Gleichungen, um die Überpotentiale der Massentransporthemmung, ausgehend von Gasblasen, vorhersagen zu können. Ebenso wurden zum ersten Mal berechnete PEM Wasser Elektrolyse Polarisationskurven bis zu einer Stromdichte von 5 A/cm² mit eigenen Daten validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Betriebstemperatur und Druck, sowie Wasserflußrate am Zelleingang und Dicke der PTL die kritischen Parameter sind, um Massentransportlimitierung bei hohen Stromdichten zu vermeiden. Es wurde sogar gezeigt, dass bei der verwendeten Zellgröße (aktive Fläche = 25 cm²) vergleichbare Leistungsdaten bei 60 °C und 5 A/cm² erreicht werden können, sofern der Betriebsdruck 5 bar übersteigt, die Flussrate des Eduktwassers größer als 0.024 l/min ist, die Porosität der PTL 50 % übersteigt, die Porendurchmesser größer als 11 µm sind und die PTL Dicke bei 0.5 mm liegt. Bei diesen Betriebsbedingungen, diesen Design- und Mikrostrukturparametern wurden Unterschiede zwischen den beiden Zelldesigns von etwa 10 mV bei 5 A/cm² vorhergesagt. KW - PEM Electrolysis KW - Porous Transport Layer KW - High Current Density KW - Mass Transport KW - Modelling KW - Experimental Validation Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-46504 CY - Cottbus ; Senftenberg ER - TY - RPRT A1 - Klatt, Matthias A1 - Pfeiffer, Klaus A1 - Bendig, Martin A1 - Platta, Kristian A1 - Matzekat, David T1 - Betrachtungen zur Mindesterzeugung von Braunkohlekraftwerken im Kontext des Netzbetriebs Y1 - 2018 UR - https://mwe.brandenburg.de/media/bb1.a.3814.de/Studie_konventionelle_Mindesterzeugung_Endbericht.pdf PB - Brandenburgische Technische Universität, Fachgebiet Dezentrale Energiesysteme [u.a.] CY - Cottbus ; Senftenberg ER - TY - GEN A1 - Schierack, Kristin A1 - Ristau, Herbert A1 - Lisk, Alexander T1 - Laudatio: Universitäts-Professor Hans Joachim Krautz zum 65. Geburtstag T2 - VGB PowerTech Y1 - 2018 SN - 1435-3199 VL - 98 IS - 8 SP - 47 EP - 48 ER - TY - GEN A1 - Tannert, Daniel A1 - Ziems, Christian A1 - Voigt, André A1 - Fischer, Ulrich A1 - Krautz, Hans Joachim T1 - Wasserstoff- und Elektrolyseforschung an der BTU Cottbus - Senftenberg T2 - VGB PowerTech Y1 - 2018 SN - 1435-3199 VL - 98 IS - 8 SP - 65 EP - 69 ER - TY - GEN A1 - Ziems, Christian A1 - Fischer, Ulrich A1 - Krautz, Hans Joachim T1 - Entwicklung und anwendungsbezogene Charakterisierung von effizienten, hochleistungsfähigen 3D-Elektrodenmaterialien für die alkalische Druckelektrolysetechnologie T2 - VGB PowerTech Y1 - 2018 SN - 1435-3199 VL - 98 IS - 8 SP - 70 EP - 74 ER - TY - GEN A1 - Sakkas, Nikolaos Panagiotis A1 - Ziems, Christian A1 - Posselt, Joachim A1 - Krautz, Hans Joachim T1 - Entwicklung von Algorithmen zur Einsatzplanung und Steuerung von Power-to-Heat-Anlagensystemen zur effizienteren Nutzung regenerativer Überschussenergie T2 - VGB PowerTech Y1 - 2018 SN - 1435-3199 VL - 98 IS - 8 SP - 82 EP - 87 ER -