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Potential- und Speicheranalyse im Bereich regenerative Energien in Oberfranken (Projektskizze)
(2020)
Im Rahmen dieses Projekts wird der europäische Metropolraum Nürnberg, im
Hinblick auf eine ausschließliche regenerative Energieversorgung,
untersucht. Grundsätzlich soll analysiert werden, wie viele erneuerbare Energieanlagen in welchem Energiemix noch zugebaut werden müssen, damit eine erfolgreiche Energiewende vollzogen werden kann.
Analyse des Potentials zur regenerativen Stromversorgung des Großraums Nürnberg (Projektskizze)
(2020)
Ziel des energietechnischen Projekts ist das Generieren belastbarer, reproduzierbarer Datensätze und Ergebnisse, um in einem weiteren Schritt ein zukunftsfähiges regeneratives Versorgungskonzept für ein im Voraus festgelegtes Gebiet auslegen zu können. Hierfür wird zunächst das Energiewetter der zu untersuchenden Region analysiert. Unter Berücksichtigung des Verbrauchs kann dann bewertet werden, inwiefern weiterhin Potential für den Ausbau der Nutzung regenerativer Energieträger besteht. Außerdem sollen verschiedene Speichersysteme in die Untersuchung einbezogen werden, sodass eine abweichungsfreie Deckung des Bedarfs, unabhängig von Wettereinflüssen, gewährleistet werden kann. Die Analyse des Energiewetters bezieht sich auf globale Solarstrahlung und Wind. Dabei wird im Speziellen auf den aktuellen Stand der Technik sowie auf die Kosten der Windenergie eingegangen. Ferner werden Potentiale bei Laufwasser sowie gegebenenfalls Biomasse herausgearbeitet.
Der Mittelpunkt des zu untersuchenden Rastergebiets liegt bei 11.25°E, 49.50°N und umfasst den Bereich innerhalb der Städte Forchheim im Norden, Schwabach im Süden und Hersbruck im Osten, beziehungsweise Zirndorf im Westen, mit deren Umland. Dieser Bereich wird gemeinhin als Großraum Nürnberg bezeichnet.
Ziel des Gesamtprojektes ist es, die Europäische Metropolregion Nürnberg (EMN) komplett durch regenerative Energien versorgen zu können. Die EMN wird dazu in verschiedene Teilgebiete unterteilt. Dieses Projekt befasst sich mit dem Gebiet um Ansbach. Hierzu werden unterschiedliche Themen, wie Solarthermie, Windkraft, Biomasse, Laufwasser oder aber auch verschiedenste Speichertechnologien betrachtet. Die Werte werden aus einer Vielzahl von einfließenden Daten und Beobachtungen über Berechnungsmodelle auf das globale Gitternetzt umgerechnet. Durch die NASA stehen diese Werte von 1980 bis 2019 in der Datenbank Merra-2 zur Verfügung. [1] Aus diesen 40 Jahren wird schließlich das ungünstigste Wetterjahr ausgewertet. Dieses Jahr soll dann als Maßstab zur Auslegung der regenerativen Energieumwandlungsanlagen genutzt werden, um somit die grüne Energieversorgung in dem Teilgebiet auch in schlechten Wetterphasen zu gewährleisten.
Als Schwerpunkt des Projekts geht es jedoch vor allem um die Wasserkraft in der gesamten EMN. Dabei bezieht man sich auf den aktuellen technischen Stand der Wasserkraftanlagen, wie auch auf deren Kostenfaktoren.
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, Wind-geschwindigkeiten etc. zur Verfügung. Die Daten sind jeweils einem Rastergebiet zu-geordnet, welche durch ein weltumspannendes Raster mit einer Auflösung von ca. 0,5° x 0,625° Breitengrad x Längengrad 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 für eine zukünftige Nutzung der vorhandenen regenerativen Ener-gieformen zur Umwandlung in Nutzenergie interpretiert werden. Es soll erörtert wer-den, welche regenerativen Energieträger vor allem auch in Verbindung mit Speicher-technologien zur rein regenerativen Deckung des Energiebedarfs geeignet sind.
Das zu analysierende Gebiet umfasst im Wesentlichen Teile der bayerischen Land-kreise Roth, Weißenburg-Gunzenhausen und Eichstätt, 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.
1. In welchem Maß kann und wird bereits nach heutigem Stand mit den existierenden Mitteln regenerative Energieerzeugung und -speicherung betrieben?
2. Wie hoch ist der Betrag des noch abzudeckenden Energie- und des daraus resultierenden Speicherdarfs?
3. Wie viele regenerative Energieerzeugungs- und Energiespeichersysteme müssen in dem Untersuchungsgebiet errichtet werden, um den ermittelten Energiebedarf angesichts technischer und wirtschaftlicher Aspekte optimal zu 100 % zu decken? Welche Areale stehen dafür zur Verfügung?
4. Auf welchem Stand der Technik befinden sich aktuelle Biomasseleistungs-anlagen? Welche Investitions- und Betriebskosten entstehen im Mittel in der EMN?
Zu Beginn des Projekts werden die Daten der NASA-Datenbank MERRA-2 im
Bereich der Windkraft und der Sonneneinstrahlung der letzten 40 Jahre analysiert. Im weiteren Verlauf wird anhand der evaluierten Daten eine Potentialanalyse durchgeführt, die nun nicht nur Windkraft und PV-Anlage umfasst, sondern auch weitere Energiequellen, wie die Biomasse und die Wasserkraft. Im nächsten Schritt folgt die Betrachtung des Verbrauchs in der Region und wie die Energieversorgung
möglichst effizient gestaltet werden kann. Letztlich wird analysiert, wie der Energieverbrauch mittels Speichersystemen optimal gedeckt werden kann, um die Versorgung durch regenerative Energien möglichst autark zu gestalten. Zusätzlich soll noch eine Speichermöglichkeit der erneuerbaren Energien mit dem Namen Power-to-X-to-Power untersucht werden. Hierbei dreht es sich um die Umwandlung überschüssiger Energie zu anderen Produkten. Diese Produkte können dann in Versorgungs-engpässen wieder in Energie zurückgewandelt werden. Diese
Konzepte werden auf ökologische, ökonomische und technische Aspekte untersucht.
POWER-TO-GAS (Projektskizze)
(2019)
Das Ziel der Projektarbeit ist es, eine Konzeptstudie darüber zu erstellen, welcher Bedarf an Energie-speicherung durch Power-to-Gas (PtG) Anlagen notwendig ist damit sich Nürnberg autark mit regenerativer Energie versorgen kann. Die Speichertechnologie PtG soll das Problem der saisonalen Energie-speicherung lösen. Hierbei soll auf die Dimensionierung der PtG Methode eingegangen werden, insbesondere auf die Produktionsmengen/-leistung und Speicher-kapazitäten solcher PtG Anlagen. Des Weiteren soll eine kurze ökonomische Betrachtung erfolgen.
m Rahmen des Energietechnik Projekts der Fakultät Maschinenbau wird die regenerative Versorgung der Stadt Nürnberg untersucht. Hierbei werden der Bestand und das Ausbaupotential von Wasserkraftanlagen untersucht. Zudem wird ein Auslegungsvorschlag gemacht. Anhand dieses Auslegungsvorschlags wird die Stromerzeugung aus Wasserkraft wirtschaftlich bewertet.
Ziel des Gesamtprojekts ist es aufzuzeigen wie man die Stadt Nürnberg komplett mit regenerativer Energie versorgen kann. In dieser Arbeit wird speziell die Stromerzeugung aus Wasserkraft näher untersucht.
Im Zuge des energietechnischen Projekts der Vertiefungsrichtung Energietechnik des Studiengangs Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg – Georg Simon Ohm soll ergründet werden, welchen Anteil die Windkraft zu einer 100 prozentigen regenerativen Energieversorgung des Großraums Nürnberg beitragen kann. Dazu wird das Potential an Windenergie im Umland analysiert, um zu ermitteln wie viel Umland benötigt werden würde und welche Orte für weitere Windkraftanlagen als Standort dienen könnten.
Ziel ist es, festzustellen welcher prozentuale Anteil des Nürnberger Energiebedarfs durch Windkraft aus dem Umland abgedeckt werden kann und wie viel Umland dabei benötigt wird.
Ziel der Projektarbeit ist es, eine Aussage darüber zu treffen wieviel elektrische Energie Elektrofahrzeuge in Zukunft im Nürnberger Land benötigen. Außerdem soll erforscht werden wann und wo diese Energie zur Verfügung gestellt werden muss. Aufgrund der zunehmenden Zahl an Elektrofahrzeugen steigt der Energiebedarf einzelner Haushalte innerhalb kürzester Zeit stark an. Dieser rapide Anstieg bringt auch Herausforderungen mit sich. Um den Bedarf decken zu können, müssen also möglichst präzise Aussagen zum potentiellen Stromverbrauch erstellt werden.
Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist die Untersuchung und Dimensionierung eines Warmwasserspeichers zur Speicherung der aus solarthermischen Anlagen erzeugten Wärme zur ganzjährigen Warmwasserversorgung Nürnbergs. Hierzu müssen bestehende Wärmeströme erfasst und zukünftige dimensioniert werden. Der zunehmende Bedarf an Wärmespeichern wird in dem Buch „Energiespeicher“ von Michael Sterner (Sterner, 2017, S.165) ausführlich beschrieben. Dieser resultiert aus der Energiewende, welche die Reduzierung des Primärenergieverbrauches um 50% bis 2050 vorsieht (Bundesregierung, Abs. 6).
Diese Projektarbeit beschäftigt sich mit einer zukunftsorientierten Anwendung im Bereich Energiemanagement. Hauptausrichtung ist der Aufbau von Microgrids (Mikro-Strom-Netzen) mit Blockchain-Steuerung, welche vom Stromnetz abkoppelbar sind und autark betrieben werden können.
Hierzu wird zuerst der allgemeine Stand der Technik zu Microgrids vorgestellt und ein kurzer Ausblick auf die Einbettung eines Microgrid in ein übergeordnetes Smart-Grid (Intelligentes Stromnetz) gegeben. Grundlegende Fragestellungen zum Speicher- und Netzbedarf, der Netzanbindung und zur Dimensionierung eines Microgrid werden bearbeitet, um Kriterien für Einsatzgebiete festzulegen. Im Anschluss wird die auf Datenbanken basierende IT-Technologie Blockchain vorgestellt und ihre Relevanz für die Energiebranche erörtert.
Abschließend wird eine Kombination beider Technologien an bisherigen Pilotprojekten vorgestellt und ein Übertrag auf die EMN, zur Analyse möglicher Einsatzgebiete, vollzogen. Dies wird anhand einer theoretischen Anwendung für eine ausgewählte Region bzw. einen Standort veranschaulicht.
Hauptziel der Projektarbeit ist es, den technischen Stand beider Technologien darzulegen und dem Betrachter das Potenzial einer Symbiose beider Technologien für die Energiebranche, mit Hilfe der theoretischen Beispielanwendung, aufzuzeigen.
Die Projektarbeit soll den Beitrag von Stülpmembranspeichern bei der Speicherung von Energie im Stromsektor erforschen. Es wird dabei auf den nötigen Speicherbedarf der Metropolregion Nürnberg eingegangen und analysiert, welche Kapazität für den Verbrauch notwendig ist. Zudem soll die Problematik der größtmöglichen Defizitphasen von elektrischer Energie betrachtet werden und mit in die Bedarfsanalyse einbezogen werden. Desweiteren werden mögliche Standorte vorgeschlagen, wobei hier die dezentrale und unauffällige Bauweise des Speichers eine Rolle spielen sollen. Abschließend wird die Auslegung einer beispielhaften Anlage erstellt.
Mit dem wachsenden Ausbau an Photovoltaikanlagen in der Bundesrepublik Deutschland gewinnen Speichertechnologien immer mehr an Bedeutung. Dies liegt auch an dem gesellschaftlichen Druck gegen den Ausbau neuer Stromnetze. Hierbei sollen Batteriespeicher in Wohngebäuden einen Anteil zur dezentralen Erzeugung und Nutzung leisten.
Die Untersuchung welche im Rahmen des Energietechnischen Hochschulprojekts: „Projekt Energietechnik“ durchgeführt wird, soll sich im Allgemeinen mit der Direct-Air-Capture Technologie beschäftigen und erste Fragen zur Rentabilität, Kapazität und dem Potenzial der Technologie für die EMN beantworten. Das Projekt wird in drei Oberpunkte aufgegliedert: Als erstes wird die Funktionalität der Technik geklärt und auf Optimierungsmöglichkeiten untersucht. Anschließend wird ein Ausblick auf das CO2 Einsparungspotenzial gegeben. Hierzu werden alle notwendigen Einflussfaktoren wie der aktuelle Strommix Wert und die CO2 Belastung in der Metropolregion berücksichtigt. Abschließend werden verschiedene Konzepte ausgearbeitet, welche aufzeigen sollen, wie und wo eine Direct-Air-Capture Anlage am effektivsten und effizientesten zu errichten wäre.
Diese Projektarbeit hat sich zum Ziel gesetzt, ausgehend von der aktuellen CO2 – Emissionen in den einzelnen Energiesektoren, eine Reduktion der CO2 – Emissionen im Verkehrssektor bis 2030 für die Europäische Metropolregion Nürnberg (EMN) zu betrachten. Dazu wird die Speichertechnologie Power – to – Gas (PtG) näher betrachtet, um über die Sektorenkopplung mit dem Mobilitätsektor dieses Ziel zu erreichen. Ausgehend von einer wirtschaftlichen Betrachtung, wird der Verkehrssektor für die EMN modelliert, aufgrund der Personenkraftfahrzeuge in der Bundesrepublik Deutschland (BRD). Ziel ist es, für dieses Szenario aufzuzeigen, welchen Beitrag PtG zur CO2 – Reduktion bis zum Jahr 2030 beitragen kann und welche Anzahl von Anlagen dazu benötigt wird.
Im Rahmen des Energietechnikprojekts der Fakultät Maschinenbau der Technischen Hochschule Nürnberg wird das Ziel einer Senkung des CO2-Ausstoßes bis 2030 um 40% in der europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) untersucht.
Diese Projektarbeit beschäftigt sich mit dem Potential einer Power-to-Gas Anlage zur Speicherung von Energieüberschüssen und zum Ausgleich von Energiedefiziten. Hierbei werden ausschließlich Energiebilanzen betrachtet, welche sich durch den Einsatz von regenerativen Energieerzeugungsmethoden ergeben. Bevorzugt werden zur Analyse die Energiequellen Wind- und Solarenergie als Hauptenergiequelle herangezogen. Das Ziel dieser Projektarbeit ist es, das Power-to-Gas Verfahren zu analysieren und in Anbetracht des Zieles der EMN als sinnvolles Lösungskonzept zu bewerten.
Die Energiewende stellt nicht nur in Deutschland, sondern weltweit ein hochaktuelles Thema dar. Auch die Europäische Metropolregion Nürnberg1 hat sich dazu verpflichtet, zu diesem Thema einen entsprechenden Beitrag zu leisten. Hierzu wurde ein Klimapakt geschlossen, dessen Ziel es ist die Energieversorgung der Metropolregion durch regenerative Energieträger bedeutend zu steigern. Im Hinblick auf dieses Ziel erstellen die Studenten der Technischen Hochschule Nürnberg, Fakultät Maschinenbau mit Studienschwerpunkt Energietechnik, Projektarbeiten, in welchen Lösungsansätze zum Thema Energiewende der Metropolregion erarbeitet werden. Aufgabe der im Folgenden behandelten Projektarbeit ist es zu untersuchen, welchen Beitrag die Windenergie durch Nutzung der Überschüsse in Verbindung mit Wasserstoffspeichern im Jahr 2030 zur Energieversorgung der Metropolregion leisten kann.
Die Projektarbeit „Optimaler Mix aus regenerativen Energien der EMN1 2030 - Analyse des besten Stromversorgungsmix aus Solar- und Windenergie in Bezug auf das Klimaziel der Europäischen Metropolregion Nürnberg 2030“ beschäftigt sich mit der optimalen Kombination der regenerativen Energiequellen in der Metropolregion Nürnberg. Hierbei soll der optimale Mix aus Windenergie, Solarenergie und anderen, wie Wasserkraft, Biomasse vorgestellt werden, um die Region bis 2030 aus 60 Prozent erneuerbaren Energien zu versorgen. Der verbleibende zu produzierende Strombedarf soll mit Kraft-Wärme-Kopplung 2Anlagen erzeugt werden und gleichzeitig eine CO2 Reduzierung von 40 Prozent in der EMN ermöglichen.
Analyse des Potentials der Photovoltaikanlage in der EMN Stand heute und 2030 (Projektskizze)
(2019)
Das Projekt „Analyse des Potentials der Photovoltaikanlage in der EMN Stand heute und 2030“ ist ein Teil des Energietechnikprojekts der Fakultät Maschinenbau der Technischen Hochschule Nürnberg. Das Energietechnikprojekt hat das Ziel in der europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) den Kohlenstoffdioxidausstoß bis 2030 um 40 % zu senken.
Dieses Projekt behandelt die Erstellung einer Potenzialanalyse für eine Photovoltaikanlage. Hierdurch soll der prognostizierte Stromverbrauch aufgezeigt werden. Dabei wird der zeitliche Verlauf der Sonneneinstrahlung in der EMN für das Jahr 2017, die benötigte Fläche der Photovoltaikanlagen für 2030 und der durch die Anlagen produzierte Strom analysiert. Die Ergebnisse werden tabellarisch und graphisch veranschaulicht.
Das Klimaziel der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) sieht für 2030 vor, dass der CO2 Ausstoß gegenüber 2017 um 40 Prozent reduziert wird. Um dieses Ziel zu realisieren, muss Strom zu 60 Prozent aus regenerativen Energieträgern erzeugt werden. In dieser Projektarbeit wird untersucht, welchen Beitrag die Windenergie zu diesem Klimaziel leisten kann. Damit ermittelt werden kann, welche Standorte für Windkraftanlagen geeignet sind, wird zunächst eine Potentialanalyse durchgeführt. Im Anschluss werden verschiedene Technologien der vertikalen Windkraftanlagen verglichen. Dabei wird untersucht, welchen Anteil vertikale Windkraftanlagen zum Gesamtenergiebeitrag leisten können.
Aufgrund der Fluktuation der regenerativen Energien ist eine kurzfristige sowie eine langfristige Speicherung unabdingbar.
Diese Projektarbeit beschäftigt sich mit der Möglichkeit der kurzfristigen Kompensation der Überschüsse und Defizite regenerativer Energien im Großraum Nürnberg durch einen Hochtemperatur-Salzspeicher. Vorrangig steht zum Ziel, die Größe des Speichers anhand eines zukünftigen Szenarios zu bestimmen. Im Anschluss werden Möglichkeiten zur Energieeinspeisung und -entnahme aufgezeigt. Abschließend wird grob der Wärmeverlust berechnet, um am Schluss zu klären, ob das Konzept eines Hochtemperatur-Salzspeichers für die Stadt Nürnberg relevant ist.
Ziel der Projektarbeit ist es, verschiedene induktive Lademöglichkeiten von Elektroautos in der Stadt Nürnberg zu vergleichen. Die erarbeiteten Möglichkeiten sollen dabei hinsichtlich der verwendeten Technik, der Effizienz sowie der Realisierbarkeit gegenübergestellt
werden. Abschließend wird erörtert, ob und wie gut die Metropolregion für das kabellose Laden von Elektroautos geeignet ist und welche Schritte noch von Seiten der Stadt bzw. den Stromversorgungsunternehmen getan werden müssten, um das Projekt zu realisieren.
Um Luft zu komprimieren, muss Energie aufgewendet werden. Lässt man die Luft expandieren, wird diese Energie wieder freigesetzt. Koppelt man diese Volumenarbeit mit einer elektrischen Maschine, kann ein Druckluftspeicher als Speicher für elektrische Energie genutzt werden. Ein Druckluftspeicher, der konstanten Druck liefert, vereinfacht den Kraftwerksprozess erheblich. Mithilfe eines volumenveränderlichen Speichers unter Wasser lässt sich der tiefenabhängige Wasserdruck für diesen Prozess optimal nutzen.
In dieser Projektarbeit wird ein Konzept für ein Unterwasser-Druckluftspeicherkraftwerk im großen Brombachsee in Mittelfranken entworfen. Dabei soll insbesondere Betrachtung der Kraftwerksprozesses
thermodynamisch betrachtet und mögliche Speicherkapazitat ermittelt werden.
Der Bereich dieser Projektarbeit bezieht sich auf Heizsysteme mittels Wärmepumpen. Mit Hilfe dieser wird die gewünschte Komponente - Wärme - erzeugt, um damit ganz Nürnberg zu versorgen. Dafür wird das Potential an Heizenergie analysiert. Ziel dieses Projektes ist es Klein- und Großanlagen gegenüberzustellen und deren Stromverbrauch zu ermitteln, um festzustellen welche Anzahl an Pumpen für die Stadt Nürnberg benötigt wird.