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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 des Energietechnik Projekts im sechsten Semester an der Technischen Hochschule Georg Simon Ohm wurde, unter Leitung von Professor Popp und der Begleitung durch Josef Bayer von Max Bögl, eine regenerative Versorgungsanalyse beim Unternehmen Max Bögl erstellt. Zur Durchführung dieser Analyse wurde zunächst mithilfe der
Tabellenkalkulationssoftware Excel ein Tool erstellt. Mithilfe des Tools wurden, auf Basis der Versorgungsverlaufsaufzeichnungen der Jahre 2018 bis 2020 des Unternehmens Max Bögl, verschiedene Szenarien zur regenerativen Selbstversorgung betrachtet. Dabei wurde das
Szenario mit den geringsten Stromgestehungskosten gesucht. Die Versorgung basiert in den Szenarien auf den regenerativen Energie-quellen Wind, Sonne und einem Biomassedampfkraftwerk. Um die Umsetzbarkeit aufgrund des volatilen Charakters dieser Quellen zu gewährleisten und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, wurden verschiedene Speichersysteme miteinbezogen. Zum Einsatz kamen dabei eine Lithium-Ionen-Batterie und eine Power-to-Gas-to-Power Anlage. Die Wirtschaftlichkeit der Szenarien basiert dabei auf dem Verkauf von Strom an der Strombörse. Dazu wird im Tool eine Speicherung der
Überschüsse aus Wind, Sonne und Biomassedampfkraftwerk zu Markttief-preisen und dem Verkauf dieser zu Markthochpreisen simuliert. In dieser Arbeit wird das Szenario mit den niedrigsten Stromentstehungs-kosten mit der Kombination aus Wind, Sonne, Dampfkraftwerk, Batterie und Power-to-Gas-to-Power betrachtet und die Ergebnisse vorgestellt.
Der vorliegende Bericht erläutert die Funktionsweise eines selbst entwickelten Analyseprogramms im Rahmen einer von Studenten der Technischen Hochschule Nürnberg durchgeführten Forschungsarbeit. Mit Hilfe dieses Analyseprogramms wurden mögliche Szenarien untersucht, die den Ausbau der Energieanlagen der Firma Max Bögl am Standort Sengenthal betreffen. Ziel der Analyse war es, ein Szenario zu finden, welches die niedrigsten Stromgestehungskosten für das Unternehmen verursacht. Die Ausbauszenarien beruhen hierbei auf regenerativen Energiequellen und sollen eine vollständige Eigenstromversorgung ermöglichen. Überschüsse sollen dabei marktorientiert ins örtliche Verteilnetz eingespeist und Defizite mit Speichertechnologien gedeckt werden. Die Studienarbeit gibt einen Einblick in die Vorgehensweise bei der Entwicklung des Programms und erläutert die Funktionsweise bei der Berechnung der jeweils niedrigsten Stromgestehungskosten.
Die Firmengruppe Max Bögl ist ein deutsches Bauunternehmen, welches auch international agiert. Der Firmensitz befindet sich in Sengenthal, Bayern. Dieser Standort soll zukünftig selbständig und CO2 neutral mit Strom versorgt werden. Dafür wurden bereits PV- und Windkraftanlagen errichtet und es sollen weitere PV-Anlagen errichtet werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit Batteriespeicher, eine P2G2P-Anlage oder ein Biomasse-Dampfkraftwerk zuzubauen. Welche Option die kostengünstigste ist und ob diese auch wirtschaftlich umsetzbar ist, wird im Rahmen eines Energieprojektes von der Technischen Hochschule Nürnberg untersucht.
Diese Arbeit untersucht zwei verschiedene Szenarien. Zuerst wird der Ausbau an PV-Anlagen mit zusätzlichen Batteriespeichern betrachtet. Das zweite untersuchte Konzept besteht aus dem Ausbau von PV-Anlagen mit der zusätzlichen Errichtung von Batteriespeichern und einem Biomasse-Dampfkraftwerk.
Das Ergebnis dieser Untersuchungen ist, dass das zuerst analysierte Szenario in der Umsetzung deutlich zu teuer ist. Das zweite Szenario mit dem Dampfkraftwerk ist in der Umsetzung deutlich günstiger, aber in der Umsetzung aus rein wirtschaftlicher Sicht aktuell immer noch zu teuer. Durch geänderte politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen kann es aber in Zukunft eine Alternative zu dem Strombezug aus dem Netz darstellen.
Analyse des besten Stromversorgungsmix des Untersuchungsgebietes um Ansbach durch reine regenerative Stromversorgung, anhand des ungünstigsten Wetterjahres der letzten 40 Jahre mit Vertiefung der aktuellen Technik der Wasserkraft in der gesamten Metropolregion Nürnberg wie auch der Kostenfaktoren für Laufwasserkraftwerke
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.
Analyse des Potentials zur regenerativen Stromversorgung des Großraums Nürnberg (Abschlussbericht)
(2020)
Ziel der vorliegenden Studienarbeit 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 aktueller Verbrauchszahlen 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.
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, Windgeschwindigkeiten etc. zur Verfügung. Die Daten sind jeweils einem Rastergebiet zugeordnet, 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 Energieformen zur Umwandlung in Nutzenergie interpretiert werden. Es soll erörtert werden, welche regenerativen Energieträger vor allem auch in Verbindung mit Speichertechnologien zur rein regenerativen Deckung des Energiebedarfs geeignet sind.
Das zu analysierende Gebiet umfasst im Wesentlichen Teile der bayerischen Landkreise 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.
In dieser Bachelorarbeit sollen die Stromverbräuche der regionalen Teilgebiete der Europäischen Metropolregion Nürnberg ermittelt werden. Diese lässt sich auf 17 Planquadrate gemäß der NASA Datenbank MERRA-2 aufteilen. Für jedes Gebiet soll eine Stromverbrauchszeitreihe aus den von den Verteilnetzbetreibern veröffentlichten tatsächlichen Verbräuchen modelliert werden. Aufgrund der Unvollständigkeit und Uneinheitlichkeit der veröffentlichten Daten erfordert dies eine aufwendige Aufbereitung der Daten und das Ermitteln realitätsnaher Approximationen bei unvollständigen Datensätzen. Diese Arbeit soll die Grundlage für später durchzuführende Versorgungsanalysen für die einzelnen Teilregionen bilden sowie für die Bestimmung der dazu nötigen Speicherkapazitäten.
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.
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.
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.