@inproceedings{MuellerLeimbach2023, author = {M{\"u}ller-Leimbach, Peter}, title = {Auslegung \& Betrachtung der Wirtschaftlichkeit eines Solarkollektorfeldes und einer W{\"a}rmed{\"a}mmung f{\"u}r den St{\"u}lpmembranspeicher}, doi = {10.34646/thn/ohmdok-1247}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12471}, pages = {3 -- 20}, year = {2023}, abstract = {Bei dem St{\"u}lpmembranspeicher handelt es sich um einen Speicher, der Energie sowohl in Form von W{\"a}rme als auch potenzieller Energie speichert. Das Grundprinzip ist ein mit Wasser gef{\"u}llter Zylinder, in dem sich ein Bodenmasse-Kolben nach oben und unten bewegen kann. Bei Strom{\"u}berschuss im Netz wird der Kolben mithilfe einer Pumpe vom Wasser angehoben. Besteht ein Stromdefizit im Netz, kann der Kolben abgesenkt werden, das herausstr{\"o}mende Wasser wird durch eine Turbine mit Generator geleitet. Mit dem vorhandenen Wasser l{\"a}sst sich ebenso W{\"a}rme speichern. Dazu wird Wasser außerhalb des Speichers erw{\"a}rmt und in den Speicher gespeist, gleichzeitig wird kaltes Wasser der selben Menge entnommen. Bei W{\"a}rmebedarf kann nun das warme Wasser entzogen werden. Die Erw{\"a}rmung des Wassers erfolgt regenerativ {\"u}ber Solarkollektoren, deren Auswahl und ben{\"o}tigte Anzahl in dieser Arbeit er{\"o}rtert wird. Zudem ben{\"o}tigt der Speicher eine D{\"a}mmung, um W{\"a}rmeverluste zu verringern. Dies wird ebenso in der vorliegenden Arbeit behandelt. Beide Bereiche werden hinsichtlich ihrer Kosten betrachtet.}, subject = {Erneuerbare Energien}, language = {de} } @inproceedings{Lampe2023, author = {Lampe, Franz}, title = {Herstellung der St{\"u}lpmembran eines St{\"u}lpmembranspeicher}, doi = {10.34646/thn/ohmdok-1244}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12447}, year = {2023}, abstract = {Als Einstieg in die Technologie der St{\"u}lpmembranspeicher soll im bayrischen Haßfurt ein Demonstrator dieses Systems errichtet werden. Es sollen Nachweise {\"u}ber die Funktionsf{\"a}higkeit sowie die Herstellbarkeit des St{\"u}lpmembranspeichers erbracht werden und so der Weg zu einem System in industriellem Maßstab geebnet werden. Im Rahmen des Projekts Energietechnik im sechsten Semester des Bachelor-studiengang Maschinenbau in der Vertiefungsrichtung Energietechnik an der technischen Hochschule N{\"u}rnberg galt es Umsetzungsvorschl{\"a}ge und Kostenabsch{\"a}tzungen f{\"u}r den konkreten Bau eines Demonstrators zu erarbeiten. Im Zuge dieser Arbeiten wurden folgende Teilbereiche des Systems getrennt betrachtet: Die Baumaßnahmen zur Errichtung der Grundstruktur behandelte Herr Anton Wolf (Wolf, 2023). Herr Julian Schmitt untersuchte eine geeignete Platzierung und den Einbau der Aggregate, Rohrleitungen und Str{\"o}mungsf{\"u}hrung des Systems (Schmitt, 2023). M{\"o}glichkeiten f{\"u}r Einbau und Befestigung der Membran innerhalb des Speichers untersuchte Herr Nicolai Neubauer (Neubauer, 2023). Untersuchungen zur Stromspeicherung und W{\"a}rmebewirtschaftung des Speichers t{\"a}tigte Herr Rami Haider (Haider, 2023). Weiterf{\"u}hrend erfolgte die Auslegung der W{\"a}rmed{\"a}mmung des Speichers sowie einem Solarkollektorfeld durch Herrn Peter M{\"u}ller-Leimbach (M{\"u}ller-Leimbach, 2023). Gegenstand des folgenden Berichts wird ausschließlich die Herstellung der St{\"u}lpmembran des Speichers sein. Sie bildet das Herzst{\"u}ck dieser neuen Technologie und ist als kritisches Bauteil f{\"u}r die Funktionsf{\"a}higkeit und damit die Daseinsberechtigung eines St{\"u}lpmembranspeichers zu verstehen. Nach heutigem Stand existiert eine Membran in einem solchen Anwendungsfall nicht und wurde auch noch nie versucht herzustellen. Es sind also zun{\"a}chst M{\"o}glichkeiten zur Herstellung auszuloten und ein neues Herstellungsverfahren zu entwickeln. Langzeitverhalten von Material und Verbindungen zum restlichen Speicher w{\"a}hrend des Betriebs sind nicht untersucht und f{\"u}r den konkreten Anwendungsfalls weitestgehend unerforscht. F{\"u}r {\"a}hnliche Belastungsf{\"a}lle kann Jedoch auf umfassende Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich der Textilf{\"o}rdergurte in Bergbau- sowie Lebensmittelindustrie zur{\"u}ckgegriffen werden. Als Partner steht hier der Leiter der R\&D Engineered Products for Conveying Solutions der Research \& Development Abteilung des Sektors ContiTech der Continental Group zur Verf{\"u}gung. Es ist denkbar, auf Basis bestehender Produkte der ContiTech Conveyor Belt Group aufzubauen und so eine Membran herzustellen, die sich langfristig f{\"u}r das spezielle Biege- und Dehnungsverhalten eignet. Im Verlauf des Berichts wird zun{\"a}chst die Funktionsweise des St{\"u}lpmembranspeichers erkl{\"a}rt. Daraus werden die Aufgaben abgeleitet, welche der Membran selbst zu Teil werden. F{\"u}r die vorgegebenen Dimensionen und Eckdaten des Demonstrators werden Belastungsberechnungen durchgef{\"u}hrt und so die Belastungen im Anwendungsfall bestimmt. Ebenfalls werden sonstige Umwelteinfl{\"u}sse, denen die Membran ausgesetzt ist, festgehalten. Einleitung 9 Anschließend wird der Aufbau einer geeigneten Membran erkl{\"a}rt und ein geeignetes Fertigungsverfahren beschrieben. Abschließend folgt eine kurze Kosten{\"u}bersicht sowie Prognose, wie mit der Entwicklung der Membran weiter zu verfahren w{\"a}re. Der Demonstrator, f{\"u}r den in diesem Bericht die St{\"u}lpmembran konzipiert wird, besitzt folgende relevante Dimensionen und Eckdaten: Der Kolben hat eine L{\"a}nge von 10 Metern und misst 10 Meter im Durchmesser. Der Ringspalt zwischen Kolben und Speicherinnenwand betr{\"a}gt 0,26 Meter. Im Verlauf des Be- und Entladens soll der Kolben um 10 Meter angehoben werden k{\"o}nnen. Der Kolben wird aus Stahlbeton mit einer Dichte von 2,24 !" gefertigt. Die St{\"u}lpmembran wird aus textilverst{\"a}rkten F{\"o}rdergurtst{\"u}cken gefertigt, die l{\"a}ngs aneinander vulkanisiert werden. Die Skizze in Abb.1 dient zur Veranschaulichung dieses Prozesses. Aus den Anforderungen f{\"u}r Kolbenhub und Ringspaltbreite ergibt sich mit einer Zul{\"a}ngung von 0,7 Metern jeweils am Ende der Membran eine Gesamtl{\"a}nge von sieben Metern. F{\"u}r die Planung der Fertigung ist von zwei Meter breiten F{\"o}rdergurt-elementen auszugehen. Dies ist weiteren Anforderungen an die Membran geschuldet, welche im Verlauf des Berichts ersichtlich werden.}, subject = {Energiespeicher}, language = {de} } @inproceedings{Haidar2023, author = {Haidar, Rami}, title = {Systemaufbau und Aggregate zur Stromspeicherung und W{\"a}rmebewirtschaftung eines St{\"u}lpmembranspeichers}, doi = {10.34646/thn/ohmdok-1241}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12414}, pages = {II -- II}, year = {2023}, abstract = {Diese Arbeit untersucht den Aufbau und die Funktionsweise eines St{\"u}lpmembranspeichers, um darauf aufbauend die am besten geeigneten Pumpspeicheraggregate f{\"u}r den geplanten Demonstrator in Haßfurt auszuw{\"a}hlen. Die Analyse ergibt, dass angesichts der st{\"a}ndig variierenden Leistungsanforderungen Verdr{\"a}ngermaschinen Str{\"o}mungsmaschinen vorzuziehen sind. Insbesondere zeichnen sich Axialkolbenmaschinen durch ihre hohe Flexibilit{\"a}t und ihren hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Verdr{\"a}ngermaschinen aus.}, subject = {Energiespeicher}, language = {de} } @inproceedings{Wolf2023, author = {Wolf, Anton}, title = {Tief- und Hochbauarbeiten f{\"u}r einen St{\"u}lpmembranspeicher-Demonstrator}, doi = {10.34646/thn/ohmdok-1242}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12426}, pages = {1 -- 12}, year = {2023}, abstract = {Bei dem St{\"u}lpmembranspeicher (Abbildung 1) handelt es sich um einen Speicher der Energie sowohl in Form von W{\"a}rme und potenzieller Energie speichert. (Vergl. Abbildung 1: Grundaufbau des Speichers) Grundprinzip ist ein mit Wasser gef{\"u}llter Zylinder, in dem sich ein Bodenmasse-Kolben nach oben und unten bewegen kann. Der Kolben ist mit einer St{\"u}lpmembran an der Zylinderwand befestigt und diese trennt zudem den Zylinder in zwei Kammern auf. Eine oberhalb des Kolbens und eine unterhalb. Durch Pumpen von Wasser von der oberen in die untere Kammer erfolgt dort eine Druckerh{\"o}hung, die zu einem Anheben des Kolbens f{\"u}hrt. Dies erfolgt bei Energie{\"u}berschuss im Stromnetz. Bei Stromdefizit kann der Kolben abgesenkt werden und die Energie kann mittels einer Turbine aus der Wasserstr{\"o}mung von der unteren in die obere Kammer entnommen werden. Die W{\"a}rmenutzung erfolgt durch Einspeisung von warmem Wasser aus einem Fernw{\"a}rmenetz in die obere Kammer des Kolbens. Durch den Dichteunterschied von warmen zu kaltem Wasser entsteht eine Schichtung des Wassers mit der w{\"a}rmsten Schicht ganz oben im Zylinder. Da das Wasservolumen im Zylinder gleichbleiben soll, wird genauso viel kaltes Wasser am unteren Ende des Zylinders entnommen, wie warmes Wasser oben eingespeist wird. Um ein ungewolltes Absenken des Kolbens zu vermeiden, wird die gleiche Menge Wasser wie eingespeist wird von der oberen in die untere Kammer gepumpt. Bei Entnahme der W{\"a}rme funktioniert dieser Mechanismus in umgekehrter Reihenfolge. Das kalte Wasser wird am unteren Ende des Zylinders eingespeist, die gleiche Menge wird {\"u}ber eine Transferleitung von der unteren in die obere Kammer gepumpt und wieder die gleiche Menge wird am oberen Ende des Zylinders in das Fernw{\"a}rmenetz eingespeist. Die vollst{\"a}ndige Auslegung wurde in 6 Teilbereiche aufgeteilt. Im Nachfolgenden Bericht wird ausschließlich auf die Baulichen Aspekte f{\"u}r den Zylinder, Kolben und die allgemeine Grundstruktur eingegangen. Die Maßnahmen zum Systemaufbau und Aggregate zur Stromspeicherung sowie W{\"a}rmebewirtschaftung behandelte Herr Rami Haidar[7], die Platzierung und Einbau der Aggregate, Rohrleitungen und Str{\"o}mungs-f{\"u}hrung Herr Julian Schmitt [11] , die Herstellung der St{\"u}lpmembran Herr Franz Lampe [8], den Einbau und die Befestigung der St{\"u}lpmembran Herr Nikolai Neubauer [10] und die W{\"a}rmed{\"a}mmung und die Auslegung eines Solarkollektorfeldes zur W{\"a}rmeversorgung angeschlossener Wohngeb{\"a}ude Herr Peter M{\"u}ller-Leimbach [9].}, subject = {Energiespeicher}, language = {de} } @inproceedings{Doll2022, author = {Doll, Jonas}, title = {Auslegung einer regenerativen Stromversorgung inklusive eines St{\"u}lpmembranspeichers anhand der Stadt Haßfurt}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-9811}, pages = {2 -- 22}, year = {2022}, abstract = {Die Projektarbeit „Auslegung einer regenerativen Stromversorgung inklusive eines St{\"u}lpmembranspeichers anhand der Stadt Haßfurt" handelt von einer Analyse der Realdaten, welche von der Stadtwerk Haßfurt GmbH zur Verf{\"u}gung gestellt wurden. Außerdem wurden der Ausbaustand der elektrischen Energieversorgung sowie die Auslegung eines St{\"u}lpmembran-speichers f{\"u}r die Kleinstadt Haßfurt untersucht. Auf die Funktion des St{\"u}lpmembranspeichers wird ebenso genauer eingegangen.}, subject = {Regenerative Energieversorgung}, language = {de} } @inproceedings{Popp2022, author = {Popp, Matthias}, title = {Einladung zur Energiekonferenz Haßfurt am 19.12.2022}, publisher = {Technische Hochschule Georg Simon Ohm}, address = {N{\"u}rnberg}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-9830}, pages = {3}, year = {2022}, abstract = {Einladung und Tagesordnung zur Konferenz zur regenerativen Versorgung von Haßfurt mit Strom und W{\"a}rme mit Hilfe eines St{\"u}lpmembranspeichers}, subject = {Energiespeicher}, language = {de} } @masterthesis{Boehm2022, type = {Bachelor Thesis}, author = {B{\"o}hm, Janik}, title = {Erneuerbare Energieversorgung einer Kleinstadt mithilfe eines St{\"u}lpmembranspeichers}, address = {N{\"u}rnberg}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-9055}, school = {Technische Hochschule N{\"u}rnberg Georg Simon Ohm}, pages = {II -- 49}, year = {2022}, abstract = {Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird untersucht, bei welchen Gestehungskosten eine erneuerbare Energieversorgung der Stadt Wunsiedel m{\"o}glich ist. Dabei wird sowohl die Versorgung mit Strom als auch mit W{\"a}rme betrachtet. Als Bindeglied zwischen den beiden Versorgungssystemen dient ein St{\"u}lpmembranspeicher. Dieser erm{\"o}glicht es unterirdisch Strom und W{\"a}rme in einem Raum zu speichern. Im Laufe der Arbeit werden zun{\"a}chst die Rahmenbedingungen der Energieversorgung festgelegt. Dies beinhaltet welche Systeme wie genutzt werden sollen. Die Stromversorgung soll aus Windenergieanlagen, Photovoltaikanlagen und Biomasseanlagen bestehen. Die Biomasseanlagen {\"u}bernehmen dabei die Grundlastversorgung, w{\"a}hrend die Windenergieanlagen und die Photovoltaikanlagen vom aktuellen Energiewetter abh{\"a}ngig sind. Die W{\"a}rmeversorgung besteht aus Solarthermieanlagen und der W{\"a}rme von den Biomasseanlagen. Die W{\"a}rme wird {\"u}ber ein W{\"a}rmenetz an den Verbraucher geliefert. Bei {\"U}bersch{\"u}ssen werden sowohl der Strom als auch die W{\"a}rme im St{\"u}lpmembranspeicher gespeichert. Die Stromspeicherung erfolgt nur f{\"u}r mehrere Tage. Im Gegensatz zur saisonalen W{\"a}rmespeicherung, bei der W{\"a}rme aus dem Sommer f{\"u}r den Winter gespeichert wird. Die saisonale W{\"a}rmespeicherung wird durch eine besondere Schaltung im W{\"a}rmenetz erm{\"o}glicht. Diese Schaltung f{\"u}hrt dazu, dass der Verbraucher als Prosumer fungieren kann. Der Verbraucher ist somit Konsument und Produzent von W{\"a}rmeenergie. Die Auswertung beruht auf realen Daten der Stadt Wunsiedel und wird mit Excel-Tools, bereitgestellt von Herrn Professor Popp, durchgef{\"u}hrt. Die realen Messreihen werden dazu aufbereitet und an die Gegebenheiten der Stadt Wunsiedel angepasst. Zur Berechnung werden verschiedenste Randfaktoren, wie Kostenans{\"a}tze, gew{\"a}hlt. Die Ergebnisse der Auswertung sind die resultierenden Gestehungskosten und die ben{\"o}tigte Speichergr{\"o}ße. Zudem ergeben sich die betreffenden Nennleistungen der Photovoltaikanlagen und der Windenergieanlagen sowie die Anzahl der Solarthermieanlagen. Die Auswertung f{\"u}hrt zu Stromgestehungskosten von ca. 22 ct/kWh und W{\"a}rmegestehungskosten von 17 ct/kWh. Beim Vergleich mit den aktuellen Stromgroßhandelspreisen bzw. den Kosten f{\"u}r andere W{\"a}rmenetze zeigt sich, dass das Versorgungssystem in einem Bereich liegt, in dem es wirtschaftlich arbeiten kann.}, subject = {Erneuerbare Energieversorgung}, language = {de} } @inproceedings{Eisenberger2020, author = {Eisenberger, Julian}, title = {Projektarbeit Vollst{\"a}ndig regenerative Elektrizit{\"a}tsversorgung im S{\"u}den Mittelfrankens}, doi = {10.34646/thn/ohmdok-661}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-6614}, pages = {I -- 29}, year = {2020}, abstract = {Die NASA stellt mit ihrer Reanalyse-Datenbank MERRA-2 weltweit aufgezeichnete Klimadaten wie Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeiten etc. zur Verf{\"u}gung. Die Daten sind jeweils einem Rastergebiet zugeordnet, welche durch ein weltumspannendes Raster mit einer Aufl{\"o}sung von ca. 0,5° x 0,625° Breitengrad x L{\"a}ngengrad ent-steht. Es liegen aktuell Messdaten aus den Jahren 1980 bis 2019 vor (NASA, 2017, S. 1-3). In dieser Ausarbeitung werden diese Rohdaten aufbereitet, analysiert und hinsichtlich ihrer Aussagekraft f{\"u}r eine zuk{\"u}nftige Nutzung der vorhandenen regenerativen Energieformen zur Umwandlung in Nutzenergie interpretiert. Es wird er{\"o}rtert, welche regenerativen Energietr{\"a}ger vor allem auch in Verbindung mit Speichertechnologien zur rein regenerativen Deckung des Energiebedarfs geeignet sind. Im Vergleich mit dem aktuellen Bestand an regenerativen Energieanlagen und unter der Annahme von gleichbleibender Einspeiseleistung aus Biomasse- und Laufwasseranlagen wird eine Empfehlung f{\"u}r einen optimalen Energiemix gegeben. Die Analyse bezieht sich auf ein Teilgebiet im S{\"u}den der Europ{\"a}ischen Metropolregion N{\"u}rnberg. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Recherche zum aktuellen Technologiestand und den Kosten von geotechnischen Speichersystemen.}, subject = {Wetterdaten}, language = {de} } @misc{Reitz2020, author = {Reitz, Philipp}, title = {Versorgungsanalyse zur Metropolregion N{\"u}rnberg mit dem Schwerpunkt Batteriespeichersysteme (Pr{\"a}sentation)}, doi = {10.34646/thn/ohmdok-647}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-6470}, pages = {21}, year = {2020}, abstract = {Untersuchung des Einsatzpotentials erneuerbarer Energietr{\"a}ger f{\"u}r die Vollversorgung des Großraums N{\"u}rnberg durch Analyse des Energiewetters und Auslegung eines Versorgungskonzepts mit vertiefter Untersuchung von Batteriespeichern}, subject = {Erneuerbare Energien}, language = {de} } @misc{Eisenberger2020, author = {Eisenberger, Julian}, title = {Vollst{\"a}ndig regenerative Elektrizit{\"a}tsversorgung im S{\"u}den Mittelfrankens (Pr{\"a}sentation)}, doi = {10.34646/thn/ohmdok-646}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-6462}, pages = {18}, year = {2020}, abstract = {Die NASA (National Aeronautics and Space Administration) stellt mit ihrer Reanalyse-Datenbank MERRA-2 (Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applica-tions, Version 2) weltweit aufgezeichnete Klimadaten wie Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeiten etc. zur Verf{\"u}gung. Die Daten sind jeweils einem Rastergebiet zugeordnet, welche durch ein weltumspannendes Raster mit einer Aufl{\"o}sung von ca. 0,5° x 0,625° Breitengrad x L{\"a}ngengrad entsteht. Es liegen aktuell Messdaten aus den Jahren 1980 bis 2019 vor (NASA, 2017, S. 1-3). In dieser Ausarbeitung sollen diese Rohdaten aufbereitet, analysiert und hinsichtlich ihrer Aussagekraft f{\"u}r eine zuk{\"u}nftige Nutzung der vorhandenen regenerativen Energieformen zur Umwandlung in Nutzenergie interpretiert werden. Es soll er{\"o}rtert werden, welche regenerativen Energietr{\"a}ger vor allem auch in Verbindung mit Speichertechnologien zur rein regenerativen Deckung des Energiebedarfs geeignet sind. Das zu analysierende Gebiet umfasst im Wesentlichen Teile der bayerischen Landkreise Roth, Weißenburg-Gunzenhausen und Eichst{\"a}tt, der Gebietsmittelpunkt in ge-ographischen Koordinaten ist 11.25°E 49.00°N. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Recherche zum aktuellen Technologiestand und den Kosten von geotechnischen Speichersystemen.}, subject = {regenerative Energien}, language = {de} }