TY - CHAP A1 - Müller-Leimbach, Peter T1 - Auslegung & Betrachtung der Wirtschaftlichkeit eines Solarkollektorfeldes und einer Wärmedämmung für den Stülpmembranspeicher N2 - Bei dem Stülpmembranspeicher handelt es sich um einen Speicher, der Energie sowohl in Form von Wärme als auch potenzieller Energie speichert. Das Grundprinzip ist ein mit Wasser gefüllter Zylinder, in dem sich ein Bodenmasse-Kolben nach oben und unten bewegen kann. Bei Stromüberschuss im Netz wird der Kolben mithilfe einer Pumpe vom Wasser angehoben. Besteht ein Stromdefizit im Netz, kann der Kolben abgesenkt werden, das herausströmende Wasser wird durch eine Turbine mit Generator geleitet. Mit dem vorhandenen Wasser lässt sich ebenso Wärme speichern. Dazu wird Wasser außerhalb des Speichers erwärmt und in den Speicher gespeist, gleichzeitig wird kaltes Wasser der selben Menge entnommen. Bei Wärmebedarf kann nun das warme Wasser entzogen werden. Die Erwärmung des Wassers erfolgt regenerativ über Solarkollektoren, deren Auswahl und benötigte Anzahl in dieser Arbeit erörtert wird. Zudem benötigt der Speicher eine Dämmung, um Wärmeverluste zu verringern. Dies wird ebenso in der vorliegenden Arbeit behandelt. Beide Bereiche werden hinsichtlich ihrer Kosten betrachtet. T3 - Energiekonferenz Haßfurt : Ansätze zur regenerativen Strom- und Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt - 2,7 KW - Erneuerbare Energien KW - Energiespeicher KW - Stülpmembranspeicher; Membranspeicher; Gravitationsspeicher; Stromspeicher Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12471 SP - 3 EP - 20 ER - TY - CHAP A1 - Neubauer, Nicolai T1 - Einbau und Befestigung der Stülpmembran des Stülpmembranspeichers N2 - In Zeiten der Klimakrise ist die Umstellung auf regenerative sowie erneuerbare Energieformen unausweichlich. Dabei stellen bereits jetzt Energieanlagen wie Windkrafträder oder Photovoltaikanlagen eine gute Alternative zu konventionellen Anlagen dar. So stehen der Wind und die Sonnenstrahlung kostenlos zur Verfügung und deren Gebrauch weist kaum Nachteile für die Umwelt auf. Dennoch haben beide Ressourcen ein großes Manko auf: deren Verfügbarkeit. Während Kohle und Öl zu jeder Tages- und Nachtzeit bedarfsorientiert verbrannt werden kann, besteht keinerlei Möglichkeit, die Sonne auch in der Nacht zum Strahlen „zu bewegen“. Dagegen scheint die Sonne am Tage oft so zuverlässig, dass daraus mehr Energie in elektrischen Strom umgewandelt werden kann, als eigentlich benötigt wird. Ähnliches gilt für den Wind, der zu jeder Tages- und Nachtzeit wehen kann. Doch auch der Wind richtet sich dabei nicht nach dem Energiebedarf der Bevölkerung. Um überschüssige Energien dennoch speichern und bei Bedarf schnell und unkompliziert abrufen zu können, existieren viele Arten von Energiespeichern. So gibt es neben elektrischen Speichern (z.B. Lithium-Ionen-Akkus) und chemischen Speichern (z.B. Wasserstoffspeicher) auch mechanische Speicher (z.B. Pumpspeicher). Eine Art der mechanischen Energiespeicherung stellt der Stülpmembranspeicher dar. T3 - Energiekonferenz Haßfurt : Ansätze zur regenerativen Strom- und Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt - 2,6 KW - Erneuerbare Energien KW - Energiespeicherung KW - Stülpmembranspeicher; Membranspeicher; Gravitationsspeicher; Stromspeicher Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12461 SP - 1 EP - 26 ER - TY - CHAP A1 - Lampe, Franz T1 - Herstellung der Stülpmembran eines Stülpmembranspeicher BT - Projektarbeit N2 - Als Einstieg in die Technologie der Stülpmembranspeicher soll im bayrischen Haßfurt ein Demonstrator dieses Systems errichtet werden. Es sollen Nachweise über die Funktionsfähigkeit sowie die Herstellbarkeit des Stülpmembranspeichers 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 Nürnberg galt es Umsetzungsvorschläge und Kostenabschätzungen für 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 Strömungsführung des Systems (Schmitt, 2023). Möglichkeiten für Einbau und Befestigung der Membran innerhalb des Speichers untersuchte Herr Nicolai Neubauer (Neubauer, 2023). Untersuchungen zur Stromspeicherung und Wärmebewirtschaftung des Speichers tätigte Herr Rami Haider (Haider, 2023). Weiterführend erfolgte die Auslegung der Wärmedämmung des Speichers sowie einem Solarkollektorfeld durch Herrn Peter Müller-Leimbach (Müller-Leimbach, 2023). Gegenstand des folgenden Berichts wird ausschließlich die Herstellung der Stülpmembran des Speichers sein. Sie bildet das Herzstück dieser neuen Technologie und ist als kritisches Bauteil für die Funktionsfähigkeit und damit die Daseinsberechtigung eines Stülpmembranspeichers zu verstehen. Nach heutigem Stand existiert eine Membran in einem solchen Anwendungsfall nicht und wurde auch noch nie versucht herzustellen. Es sind also zunächst Möglichkeiten zur Herstellung auszuloten und ein neues Herstellungsverfahren zu entwickeln. Langzeitverhalten von Material und Verbindungen zum restlichen Speicher während des Betriebs sind nicht untersucht und für den konkreten Anwendungsfalls weitestgehend unerforscht. Für ähnliche Belastungsfälle kann Jedoch auf umfassende Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich der Textilfördergurte in Bergbau- sowie Lebensmittelindustrie zurückgegriffen 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 Verfügung. Es ist denkbar, auf Basis bestehender Produkte der ContiTech Conveyor Belt Group aufzubauen und so eine Membran herzustellen, die sich langfristig für das spezielle Biege- und Dehnungsverhalten eignet. Im Verlauf des Berichts wird zunächst die Funktionsweise des Stülpmembranspeichers erklärt. Daraus werden die Aufgaben abgeleitet, welche der Membran selbst zu Teil werden. Für die vorgegebenen Dimensionen und Eckdaten des Demonstrators werden Belastungsberechnungen durchgeführt und so die Belastungen im Anwendungsfall bestimmt. Ebenfalls werden sonstige Umwelteinflüsse, denen die Membran ausgesetzt ist, festgehalten. Einleitung 9 Anschließend wird der Aufbau einer geeigneten Membran erklärt und ein geeignetes Fertigungsverfahren beschrieben. Abschließend folgt eine kurze Kostenübersicht sowie Prognose, wie mit der Entwicklung der Membran weiter zu verfahren wäre. Der Demonstrator, für den in diesem Bericht die Stülpmembran konzipiert wird, besitzt folgende relevante Dimensionen und Eckdaten: Der Kolben hat eine Länge von 10 Metern und misst 10 Meter im Durchmesser. Der Ringspalt zwischen Kolben und Speicherinnenwand beträgt 0,26 Meter. Im Verlauf des Be- und Entladens soll der Kolben um 10 Meter angehoben werden können. Der Kolben wird aus Stahlbeton mit einer Dichte von 2,24 !" gefertigt. Die Stülpmembran wird aus textilverstärkten Fördergurtstücken gefertigt, die längs aneinander vulkanisiert werden. Die Skizze in Abb.1 dient zur Veranschaulichung dieses Prozesses. Aus den Anforderungen für Kolbenhub und Ringspaltbreite ergibt sich mit einer Zulängung von 0,7 Metern jeweils am Ende der Membran eine Gesamtlänge von sieben Metern. Für die Planung der Fertigung ist von zwei Meter breiten Fördergurt-elementen auszugehen. Dies ist weiteren Anforderungen an die Membran geschuldet, welche im Verlauf des Berichts ersichtlich werden. T3 - Energiekonferenz Haßfurt : Ansätze zur regenerativen Strom- und Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt - 2,4 KW - Energiespeicher KW - Technische Membran Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12447 ER - TY - CHAP A1 - Schmitt, Julian T1 - Platzierung und Einbau der Aggregate, Rohrleitungen und Strömungsführungen am Stülpmembranspeicher Demonstrator-System BT - Projektarbeit N2 - Durch den fortschreitenden Klimawandel mit seinen verheerenden Folgen für Mensch, Natur und Umwelt ist es von Bedeutung ein Umdenken in der Energiegewinnung der Zukunft und Gegenwart anzustreben. Unsere derzeitigen Energieträger welche Anteile am Primärenergiebedarf in Deutschland haben, bestehen noch zu großen Anteilen aus fossilen Quellen wie in Abb. 1 zu sehen ist. Dies muss umgehend durch deutlich größere Anteile an Erneuerbaren abgelöst werden [1]. Abbildung 1: Anteile verschiedener Energieträger am Primärenergie-verbrauch in Deutschland im Jahr 2020 [1] Durch die Unvorhersehbarkeit und der ungeplanten Energiegewinnung aus Erneuerbaren Energieträgern, sowie deren teilweise deutliche Überproduktion als der eigentliche Bedarf abverlangt, sind Lösungen zur Energiespeicherung notwendig. Somit ist eine der entscheidendsten Fragen der Zukunft »Wie können wir die überschüssige Energie aus Erneuerbaren Quellen sinnvoll und mit so wenig Einfluss auf Natur und Umwelt wie möglich speichern?« Die Debatte über die Energiewende ist in der Gesellschaft in aller Munde. Es wird jedoch oft nicht von der Wärmewende gesprochen, welche jedoch einen großen Teil zur notwendigen Energiewende beiträgt. Somit ist klar, ohne die Wärmewende kann auch keine Energiewende vollzogen werden! Weshalb es auch hier von großer Relevanz ist, sinnvolle Speicherkonzepte in der Zukunft entstehen zu lassen. Eines dieser Wärmespeicherkonzepte wäre Teil des Stülp-membranspeichers, bei den riesigen Wassermassen zur Stromspeicherung über Lageenergie verwendet werden, jedoch gleichzeitig mit seiner guten Speicherkapazität als thermischer Speicher dienen. Dieses ganzheitliche Konzept zur Speicherung von Energie aus Erneuerbaren Quellen soll in folgendem Projektbericht, welcher Teil eines gesamten Projektes zum Bau eines Stülpmembranspeicher Demonstrator-Systems ist, teilweise aufgearbeitet werden. Einleitung 2 Das gesamte Projekt umfasst 6 Einzelbereiche. Beginnend mit den Tief- und Hochbauarbeiten für einen Stülpmembranspeicher-Demonstrator durch Herrn Anton Wolf [2]. Der Systemaufbau und die Aggregate zur Stromspeicherung und Wärmebewirtschaftung eines Stülpmembranspeichers wurden von Herrn Rami Haidar behandelt [3]. Die Herstellung der Stülpmembran eines Stülpmembranspeichers durch Herrn Franz Lampe sowie der Einbau und die Befestigung der Stülpmembran eines Stülpmembranspeichers durch Herrn Nicolai Neubauer [4] [5]. Zuletzt erfolgt durch Herrn Peter Müller-Leimbach die Auslegung & Betrachtung der Wirtschaftlichkeit eines Solarkollektorfeldes und einer Wärmedämmung für den Stülpmembranspeicher [6]. T3 - Energiekonferenz Haßfurt : Ansätze zur regenerativen Strom- und Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt - 2,3 KW - Energiewende KW - Wärmespeicher Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12432 SP - II EP - 16 ER - TY - CHAP A1 - Haidar, Rami T1 - Systemaufbau und Aggregate zur Stromspeicherung und Wärmebewirtschaftung eines Stülpmembranspeichers N2 - Diese Arbeit untersucht den Aufbau und die Funktionsweise eines Stülpmembranspeichers, um darauf aufbauend die am besten geeigneten Pumpspeicheraggregate für den geplanten Demonstrator in Haßfurt auszuwählen. Die Analyse ergibt, dass angesichts der ständig variierenden Leistungsanforderungen Verdrängermaschinen Strömungsmaschinen vorzuziehen sind. Insbesondere zeichnen sich Axialkolbenmaschinen durch ihre hohe Flexibilität und ihren hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Verdrängermaschinen aus. T3 - Energiekonferenz Haßfurt : Ansätze zur regenerativen Strom- und Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt - 2,1 KW - Energiespeicher Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12414 SP - II EP - II ER - TY - CHAP A1 - Wolf, Anton T1 - Tief- und Hochbauarbeiten für einen Stülpmembranspeicher-Demonstrator BT - Projektbericht N2 - Bei dem Stülpmembranspeicher (Abbildung 1) handelt es sich um einen Speicher der Energie sowohl in Form von Wärme und potenzieller Energie speichert. (Vergl. Abbildung 1: Grundaufbau des Speichers) Grundprinzip ist ein mit Wasser gefüllter Zylinder, in dem sich ein Bodenmasse-Kolben nach oben und unten bewegen kann. Der Kolben ist mit einer Stülpmembran 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 Druckerhöhung, die zu einem Anheben des Kolbens führt. Dies erfolgt bei Energieüberschuss im Stromnetz. Bei Stromdefizit kann der Kolben abgesenkt werden und die Energie kann mittels einer Turbine aus der Wasserströmung von der unteren in die obere Kammer entnommen werden. Die Wärmenutzung erfolgt durch Einspeisung von warmem Wasser aus einem Fernwärmenetz in die obere Kammer des Kolbens. Durch den Dichteunterschied von warmen zu kaltem Wasser entsteht eine Schichtung des Wassers mit der wärmsten 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 Wärme funktioniert dieser Mechanismus in umgekehrter Reihenfolge. Das kalte Wasser wird am unteren Ende des Zylinders eingespeist, die gleiche Menge wird über eine Transferleitung von der unteren in die obere Kammer gepumpt und wieder die gleiche Menge wird am oberen Ende des Zylinders in das Fernwärmenetz eingespeist. Die vollständige Auslegung wurde in 6 Teilbereiche aufgeteilt. Im Nachfolgenden Bericht wird ausschließlich auf die Baulichen Aspekte für den Zylinder, Kolben und die allgemeine Grundstruktur eingegangen. Die Maßnahmen zum Systemaufbau und Aggregate zur Stromspeicherung sowie Wärmebewirtschaftung behandelte Herr Rami Haidar[7], die Platzierung und Einbau der Aggregate, Rohrleitungen und Strömungs-führung Herr Julian Schmitt [11] , die Herstellung der Stülpmembran Herr Franz Lampe [8], den Einbau und die Befestigung der Stülpmembran Herr Nikolai Neubauer [10] und die Wärmedämmung und die Auslegung eines Solarkollektorfeldes zur Wärmeversorgung angeschlossener Wohngebäude Herr Peter Müller-Leimbach [9]. T3 - Energiekonferenz Haßfurt : Ansätze zur regenerativen Strom- und Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt - 2,2 KW - Energiespeicher KW - Hochbau KW - Tiefbau Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:92-opus4-12426 SP - 1 EP - 12 ER -