6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
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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.
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.
In Zeiten des Klimawandels wird immer mehr auf regenerative Energieträger gesetzt, um den Ausstoß von klimaschädlichen Gasen, wie CO2, zu minimieren, aber auch um sich Unabhängigkeit von Drittländern zu verschaffen. Dies geschieht zum Großteil in dem man auf Sonne, Wind und Wasser als Energieträger setzt. Diese Ausarbeitung wird sich mit den Biomassepotentialen in der Stadt Nürnberg befassen. Welche sowohl zur Strom- als auch zur Wärmeerzeugung genutzt werden können. Auch wird untersucht welche Mengen an Kurzumschlagwäldern benötigt würde um den Wärmebedarf Nürnbergs aus diesen zu decken.
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.
Die konventionellen Energieträger sind heutzutage aus der Sicht der Umwelt nicht mehr Relevant, da die Kraftwerke durch die Verbrennung der fossilen Brennstoffe Kohlenstoffdioxid (CO2) freisetzen, welcher maßgeblich für die Globale Erwärmung ist. Eine Alternative zur Verminderung der CO2-Ausstoß wäre die Einsetzung der re-generativen Energiequellen. Die Europäische Metropolregion Nürnberg (EMN) hat sich das Ziel gesetzt, dass im Jahr 2030 zu 65 % und im Jahr 2050 zu 100 % der Gesamtstromerzeugung aus regenerativen Energiequellen bereitzustellen. Die hauptsächlichen regenerativen Energie-erzeugungsmethoden sind Laufwasser, Bio-masse, Windkraft und Solaranlage. In diesem Projekt wurde nur das Potential der Photovoltaik in der EMN untersucht. Auf diese Weise wurden der momentane Zu-stand der Photovoltaik in der EMN, Anteile der Photovoltaik an Gesamtstromerzeu-gung für das Jahr 2030 und 2050 und der Anlagenflächenbedarf recherchiert. Mo-mentan gibt es in der EMN ca. 120000 Photovoltaikanlage. Diese Anlagen liefern eine installierte Leistung von 2,85 GWp und liefern 2,6 TWh Strom bereit. Daraus folgt, dass sich der Anteil der Photovoltaik auf 10,8% von der Bruttostromerzeugung beläuft, welcher unserem Ziel für das Jahr 2030 mit einem Anteil von 16 bis 21 % und im Jahr 2050 mit einem Anteil von 32 bis 60 % entspricht. Aus der Berechnung ergibt sich die benötigte Fläche von 21,8 bis 28,6 km² für das Jahr 2030 und 43,6 bis 81,8 km² für das Jahr 2050. Interessant wäre, dass diese Fläche mit den gegebenen Dachflächen in der EMN. Zum Schluss hat die Photovoltaik ein großes Potential für eine umweltfreundliche und eine sichere Energiequelle für die Zukunft.
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.
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 dieser Arbeit war es den Energiebedarf des Siedlungsgebiets Forchheim zu analysieren. Die beiden Energieträger Strom und Wärme sollten in ihrem Bedarf untersucht werden. Es wurden mögliche Faktoren, die den Bedarf beeinflussen könnten, untersucht. Die Arbeit soll eine Auskunft über Grund- und Spitzenlasten liefern, mit deren Hilfe Energieanlagen und Energiespeicher ausgelegt werden können.
Auch sollte ein möglicher Zusammenhang zwischen auftretenden Lastspitzen im Verlauf der beiden Energieträger untersucht werden.
Zuletzt wurde dem Wärmebedarf das regenerative Angebot durch Solarstrahlung gegenübergestellt. Verbrauchsdaten wurden von den Stadtwerken Forchheim zur Verfügung gestellt. Zur Bewertung der Einflüsse des Wetters wurden Temperatur und Globalstrahlung aus der MERRA-2 Datenbank heruntergeladen. So konnten mit dieser Arbeit folgenden Erkenntnisse erzielt werden:
-Grundlast und auftretende Spitzenlasten wurden ermittelt
-Tagestypen haben einen starken Einfluss auf den Strombedarf
-Es konnten verschiedene Lastprofile für den Strombedarf ermittelt werden
-Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen auftretenden Lastspitzen konnte nicht festgestellt werden
-Der Einfluss von Ferien auf den Energiebedarf konnte nur in der Weihnachtszeit festgestellt werden
-Die Temperatur beeinflusst maßgeblich den Wärmebedarf
-Das Betreiben des Energiespeichers als zusätzlichen saisonalen Wärmespeichers wurde begründet