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Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist die Untersuchung eines neuen Energiespeicherkonzepts, genannt der Stülpmembranspeicher. Es soll erforscht werden, ob dieses Speichersystem, welches ursprünglich dafür ausgelegt wurde elektrische Energie zu speichern, zusätzlich ausreichend thermische Energie speichern kann, um die Stadt Forchheim im Winter mit Fernwärme zu versorgen. Im Sommer soll das Wasser des Speichers durch regenerativen Energieüberschuss aufgeheizt werden. Auch an dieser Stelle soll untersucht werden, ob die Stadt Forchheim genügend thermischen Energieüberschuss erzeugen kann, sodass sie unab-hängig von fossilen Energieträgern leben kann.
Basierend auf den erneuerbaren Energien Solarenergie, Windenergie, Biomasse und Laufwasser wird eine zukünftige Stromversorgung der Europäischen Metropolregion Nürnberg modelliert. Mit drei gängigen Speicheransätzen wird eine möglichst ökonomische Prognose gestellt. Schwerpunkt der Betrachtung sind Laufwasserkraftwerke und deren Modernisierungs- und Ausbaupotenzial. Nach Analyse des Ist-Zustandes werden mögliche technische Modernisierungen genannt und auf deren Stromentstehungskosten eingegangen. Das Ausbaupotenzial wird anhand einer Jahresdauerlinie erläutert.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird untersucht, bei welchen Gestehungskosten eine erneuerbare Energieversorgung der Stadt Wunsiedel möglich ist. Dabei wird sowohl die Versorgung mit Strom als auch mit Wärme betrachtet. Als Bindeglied zwischen den beiden Versorgungssystemen dient ein Stülpmembranspeicher. Dieser ermöglicht es unterirdisch Strom und Wärme in einem Raum zu speichern. Im Laufe der Arbeit werden zunächst die Rahmenbedingungen der Energieversorgung festgelegt. Dies beinhaltet welche Systeme wie genutzt werden sollen. Die Stromversorgung soll aus Windenergieanlagen, Photovoltaikanlagen und Biomasseanlagen bestehen. Die Biomasseanlagen übernehmen dabei die Grundlastversorgung, während die Windenergieanlagen und die Photovoltaikanlagen vom aktuellen Energiewetter abhängig sind. Die Wärmeversorgung besteht aus Solarthermieanlagen und der Wärme von den Biomasseanlagen. Die Wärme wird über ein Wärmenetz an den Verbraucher geliefert. Bei Überschüssen werden sowohl der Strom als auch die Wärme im Stülpmembranspeicher gespeichert. Die Stromspeicherung erfolgt nur für mehrere Tage. Im Gegensatz zur saisonalen Wärmespeicherung, bei der Wärme aus dem Sommer für den Winter gespeichert wird. Die saisonale Wärmespeicherung wird durch eine besondere Schaltung im Wärmenetz ermöglicht. Diese Schaltung führt dazu, dass der Verbraucher als Prosumer fungieren kann. Der Verbraucher ist somit Konsument und Produzent von Wärmeenergie. Die Auswertung beruht auf realen Daten der Stadt Wunsiedel und wird mit Excel-Tools, bereitgestellt von Herrn Professor Popp, durchgeführt. Die realen Messreihen werden dazu aufbereitet und an die Gegebenheiten der Stadt Wunsiedel angepasst. Zur Berechnung werden verschiedenste Randfaktoren, wie Kostenansätze, gewählt. Die Ergebnisse der Auswertung sind die resultierenden Gestehungskosten und die benötigte Speichergröße. Zudem ergeben sich die betreffenden Nennleistungen der Photovoltaikanlagen und der Windenergieanlagen sowie die Anzahl der Solarthermieanlagen. Die Auswertung führt zu Stromgestehungskosten von ca. 22 ct/kWh und Wärmegestehungskosten von 17 ct/kWh. Beim Vergleich mit den aktuellen Stromgroßhandelspreisen bzw. den Kosten für andere Wärmenetze zeigt sich, dass das Versorgungssystem in einem Bereich liegt, in dem es wirtschaftlich arbeiten kann.
In diesem Bericht wird das Vorgehen für die Auswertung von Biomasseverbrauchsdaten erläutert und die Ergebnisse gewertet. Zudem wird der Strommarkt von 2018 bis 2021 analysiert und daraus Kenntnisse für die Bewirtschaftungsstrategie des Speichers gezogen. Am Ende wird dadurch das Kosteneinsparpotential berechnet. Das Ergebnis ist das die rein regenerative Versorgung der Stadt Roth ab einem Strommarktpreis von 120 €/MWh günstiger ist als die Beschaffung von Strom über den Strommarkt.
Im ersten Abschnitt der Arbeit wird das Power-to-Gas-to-Power Verfahren analysiert. Der zweite Abschnitt der Studienarbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob sich der Firmenstandort von Max-Bögl in Sengenthal bei mittleren Stromkosten im Großhandel von 50 €/MWh wirtschaftlich und dabei CO2 neutral mit Strom versorgen kann.
Photovoltaik
(2022)
In den vergangenen Jahren ist der Wandel der Energiepolitik immer deutlicher geworden und immer mehr Energie wird durch erneuerbare Quellen versorgt. Dazu kommt aktuell die Ukraine Krise als auch die Corona-Krise, die die Nachfrage und die Rentabilität erneuerbarer Energien steigern. In diesem Zusammenhang soll ein Konzept erarbeitet werden, welches eine vollständig erneuerbare energetische Versorgung der Stadt Roth sicherstellt. Hierfür wird vor allem auf Wind- und
Solartechnik gesetzt, da hier das größte Ausbaupotential besteht. Ein Problem dieser Techniken ist, dass diese nicht zeitlich planbar sind, sondern stark wetterabhängig sind. Im Sommer ist die eingespeiste Solarenergie deutlich höher als die Verbrauchte. Die Windenergie hingegen ist im Winter stärker als im Sommer. Somit ergänzen sich beide Technologien. In wind- oder sonnenreichen Zeiten ist die überschüssige Energie für Zeiten geringer Stromeinspeisung zu speichern. Hierfür hat Herr Prof. Dr. Ing. Matthias Popp in seinen Forschungsarbeiten ein Speicherkonzept „Stülpmembranspeicher (siehe Abbildung Titelseite) [3] erarbeitet. Hierdurch kann elektrische und thermische Energie gespeichert werden. Für die Versorgung der Stadt
Roth sollen Solaranlagen, Windkraftanlagen, Wasserkraftwerke und BHKWs
verwendet werden. Mit bereits vorhandenen und potenziellen Anlagen soll anschließend eine Speicherauslegung – und Dimensionierung stattfinden. Hierfür sind diverse Daten auszuwerten und Verluste zu ermitteln.
Im Rahmen der Energiewende nimmt die Bedeutung der dezentralen
Energieversorgung immer weiter zu. Für Energieversorger und Betriebe stellt dies eine neue Herausforderung dar, da bisher eine zentrale Energieversorgung Stand der Technik ist. In dieser Arbeit wird die Frage diskutiert, welche Investition für das Bauunternehmen Max Bögl wirtschaftlich ist, um eine dezentrale Versorgung des Unternehmens sicher zu stellen. Besonderes Augenmerk wird auf die Speicherung der
elektrischen Energie mit Hilfe von Batterien gelegt. Dazu wird im ersten Teil der Arbeit erörtert, welche Speicher aktuell am Markt angeboten werden. Der zweite Teil der Arbeit beinhaltet eine Versorgungsanalyse. In dieser wird auf Basis des Energiebedarfs der letzten drei Jahren errechnet, welche Investition in Photovoltaik,Biomasse-Dampf, Wasserstoff-und Batteriespeicher am wirtschaftlichsten ist.