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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.