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Das Projekt wird im Rahmen des Seminars „Projekt Energietechnik“ des sechsten Semesters Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg durchgeführt. Die Projektarbeit untersucht die Möglichkeiten einer autarken regenerativen Energieversorgung in einer mittelfränkischen Region. Hierbei wird einerseits das Energieerzeugungspotential der Energieträger Wind, Sonne, Biomasse und Laufwasser und andererseits der Verbrauch des Untersuchungsgebiets analysiert. Bei der Gegenüberstellung der Jahreswerte für die Energieerzeugung und des
Energieverbrauchs von 1980 bis 2019 fällt der volatile Verlauf der Zeitreihen auf. Um die Überschüsse in der Erzeugung besser ausnutzen zu können und gleichzeitig die Defizite decken zu können, werden mehrere Speichertechnologien verglichen. Mit Hilfe eines Excel-Tools von Herrn Prof. Dr. Popp werden Daten der letzten 40 Jahre analysiert und verrechnet. Dabei werden die Jahre mit extremen Energiedefiziten herausgefunden, in denen die größten Speicherleerungen stattfinden.
Daraus kann man schließen, dass die Untersuchungsregion Speicher-technologien für die Deckung der Energiedefizite vorhalten muss, um die benötigte Energiemenge für den Verbrauch bereitzustellen. Des Weiteren wird mit Hilfe des Programms ein optimaler Mix der Erneuerbaren Energieträger berechnet. Zudem lassen sich für deren Ausbau kostenminimale Lösungen errechnen. Im Folgenden lassen sich konkrete Werte für den zahlenmäßigen Ausbau der Anlagen geben.
Außerdem behandelt diese Projektarbeit die Speichertechnologie Power-to-Gas-toPower ausführlicher. Es sollen das Prinzip, die Funktions-weise, die Verfahren und die Kosten dargestellt werden. Die Behandlung der Vor- und Nachteile und die Entwicklung in der Zukunft werden abschließend betrachtet.
Um den Stromverbrauch in der Region Rothenburg ob der Tauber zu einhundert Prozent möglichst kostengünstig aus regenerativen Energiequellen decken zu können, müsste ein Versorgungssystem mit geotechnischen Speichersystemen wie zum Beispiel Pumpspeicher-kraftwerken aufgebaut werden. Bezogen auf den Durchschnittsverbrauch des Jahres 2018 (≜100%) müsste dabei folgender Energiemix erreicht werden: 50,8 % Windkraft und 68,8 % Photovoltaik, 5,5 % Biomasse und 0,9 % Laufwasser. Unter der Annahme, dass Wasserkraftanlagen und Biomasseanlagen nicht weiter ausgebaut werden, müssten bei dem kostengünstigsten Versorgungssystem 91 Windkraftanlagen (Nennleistung 3,2 MW), sowie 6,2 km² Photovoltaikanlagen errichtet werden.
Die betrachtete Beispielanlage erreicht eine Nennleistung 9 kW, diese jedoch nur in den ersten Monaten des Jahres. Von Juni bis Dezember hingegen ist nahezu keine Leistung abrufbar. Bei 60 prozentiger Eigennutzung des erzeugten Stroms und Einspeisung der Überschüsse ist eine Amortisationszeit von 17 bis 18 Jahren zu erreichen. Bei vollständiger Einspeisung sind Amortisationszeiten von über 50 Jahren gegeben, wodurch diese Art der Nutzung ökonomisch nicht vertretbar ist.
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.
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.
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.
Die vorliegende Arbeit ist Teil des übergeordneten Projektes Regenerative Selbstversorgung der Stadt Nürnberg unter Einbeziehung des Umlands und analysiert den potentiellen Beitrag der Windenergie. Ziel ist es, aus den ausgewerteten Winddaten des Jahres 2016 einen Ausblick für eine zukünftig regenerative Energieversorgung zu geben. Dazu wird eine Potentialanalyse im Gebiet Nürnberg und den angrenzenden geografischen Planquadraten durchgeführt. Um den Platzmangel für Windenergieanlagen (WEA) in der Stadt Nürnberg auszugleichen, wird für die Versorgung das Umland herangezogen. Wieviel Umland zur Deckung des Strombedarfs der Metropole und des dazu verwendeten Umlandes benötigt wird, ist Hauptbestandteil dieser Ar-beit. Zunächst wird eine Anlage aus vier Vergleichbaren ausgewählt um als Modell zu dienen. Auf Basis dieses Modells errechnet sich die Anzahl benötigter Neuanlagen für eine 67 prozen-tige Versorgung der Stadt Nürnberg. Ein Anteil von 67% Windenergieanteil im Strommix ist optimal für niedrige Stromgestehungskosten. Mit der benötigten Anzahl WEA kann ein Gebiet abgeschätzt werden, in dem genügend Anlagen Platz finden um zusätzlich auch das gewählte Gebiet mit Windenergie mitzuversorgen. Der erste gewählte Bereich beinhalt 37 Gemeinden und bietet wesentlich mehr potentielle Standorte als benötigt. In einem zweiten Iterationsschritt verkleinerte sich das Gebiet auf 18 Gemeinden. Dieser Bereich bietet genügend Platz für 230 Windenergieanlagen, wobei 225 Anlagen bereits den Bedarf Nürnbergs und der 18 gewählten Gemeinden decken.