6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
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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.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung wie ein moderner Industriebetrieb wirtschaftlich eine CO2-neutrale Selbstversorgung mit elektrischer Energie realisieren kann. Zusätzlich wird im 1. Teil der Arbeit die Windkraft als Möglichkeit der Energieerzeugung genauer analysiert und geprüft zu welchen Kosten elektrische Energie erzeugt werden kann.
Das Klimaziel der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) sieht für 2030 vor, dass der CO2 Ausstoß gegenüber 2017 um 40 Prozent reduziert wird. Um dieses Ziel zu realisieren, muss Strom zu 60 Prozent aus regenerativen Energieträgern erzeugt werden. In dieser Projektarbeit wird untersucht, welchen Beitrag die Windenergie zu diesem Klimaziel leisten kann. Damit ermittelt werden kann, welche Standorte für Windkraftanlagen geeignet sind, wird zunächst eine Potentialanalyse durchgeführt. Im Anschluss werden verschiedene Technologien der vertikalen Windkraftanlagen verglichen. Dabei wird untersucht, welchen Anteil vertikale Windkraftanlagen zum Gesamtenergiebeitrag leisten können.
Die vorliegende Projektarbeit gibt einen Überblick über die Ausbausituation von Windkraftanlagen in der Europäischen Metropolregion Nürnberg für das Jahr 2030 und 2050. Im Jahr 2030 wird angestrebt, den CO2 Ausstoß um 40 Prozent zu reduzieren. Dazu müssen 60 Prozent des Strombedarfs aus regenerativen Energieträgern gewonnen werden. 2050 soll der gesamte Energiebedarf mit erneuerbaren Energie gedeckt werden. Desweitern wird die Wirtschaftlichkeit von vertikalen Windenergieanlagen untersucht.
Bei der Bedarfsanalyse wurde ein Energiemix von 65 Prozent Windenergie und 35 Prozent Solarenergie zu Grunde gelegt. Für das Jahr 2030 hat sich somit ergeben, dass 642 weitere Windkraftanlagen benötigt werden, um das Klimaziel zu erreichen. Bis zum Jahr 2050 muss diese Anzahl weiter auf 1256 Anlagen erhöht werden.
Das Ergebnis der Flächenanalyse für die Europäische Metropolregion Nürnberg hat erbracht, dass prinzipiell noch 1890 Anlagen zusätzlich aufgebaut werden können. Somit besteht theoretisch die Möglichkeit, die Klimaziele zu realisieren.
Die Wirtschaftlichkeitsanalyse für vertikale Windenergieanlagen hat ergeben, dass es aus ökologischer und ökonomischer Sicht nicht sinnvoll ist, diese Anlagen zu Energiegewinnung zu installieren.
Weiterentwicklung eines gasbetriebenen Wirbelschicht-Sinterreaktor für kleinste Keramikbauteile
(2023)
Diese Arbeit optimiert einen gasbetriebenen Wirbelschicht-Sinterreaktor für kleinste Keramikbauteile. Der Reaktor nutzt das Prinzip der Wirbelschicht, um die zu sinternden keramischen Bauteile in der Schwebe zu halten und ermöglicht so eine erhebliche Beschleunigung der Prozesszeit im Vergleich zu konventionellen Brennöfen. Ziel dieser Arbeit war es, den bestehenden Forschungs-reaktor zu optimieren, indem der Brenner neu ausgerichtet, ein neues konisches Brennrohr konstruiert und eine neue Vorrichtung zur Probenentnahme entwickelt wurde. Die Anlage wurde erfolgreich verbessert und ermöglicht nun den Schwebezustand der Bauteile sowie eine schnellere Aufheizung. Es wurde auch eine Vorrichtung zur Probenentnahme konstruiert und die Bauteile auf Maßhaltigkeit und Bildung von Agglomeraten untersucht. Allerdings muss das Material des Brennrohrs ersetzt werden. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die Anlage erfolgreich verbessert wurde und das Sintern der Bauteile nun möglich ist.
Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist die Untersuchung und Dimensionierung eines Warmwasserspeichers zur Speicherung der aus solarthermischen Anlagen erzeugten Wärme zur ganzjährigen Warmwasserversorgung Nürnbergs. Hierzu müssen bestehende Wärmeströme erfasst und zukünftige dimensioniert werden. Der zunehmende Bedarf an Wärmespeichern wird in dem Buch „Energiespeicher“ von Michael Sterner (Sterner, 2017, S.165) ausführlich beschrieben. Dieser resultiert aus der Energiewende, welche die Reduzierung des Primärenergieverbrauches um 50% bis 2050 vorsieht (Bundesregierung, Abs. 6).
Gegenstand, der hier vorgestellten Arbeit, ist die Untersuchung und Dimensionierung eines Warmwasserspeichers zur Speicherung der aus solarthermischen Anlagen erzeug-ten thermischen Energie zur ganzjährigen Wärmeversorgung Nürnbergs. Hierzu wurden bestehende Wärmeströme im Fernwärmenetz der N-ERGIE erfasst und mit der solar-thermischen Leistung verglichen. Die Zeitreihe der Solarthermie wurde von den Merra2 Daten der NASA bezogen und mit der Fläche einer fiktiven Solaranlage multipliziert. Diese Fläche wird benötigt um den Wärmebedarf Nürnbergs zu decken. Die Differenz dieser einfallenden Solarstrahlung und der reale Verbrauch wurden gegenübergestellt und die so entstandenen Differenzen aufsummiert, um die Größe des benötigten Warm-wasserspeichers zu berechnen. Im Ergebnis ist festzustellen, dass Nürnberg bei einer Deckung von 100% der Fernwärme über Solarenergie ein Speicherbedarf von ca. 2300 GWh benötigen würde. Dieser lässt sich durch Überproduktion an thermischer Energie, was einer flächenmäßigen Vergrößerung der Solaranlage entspricht, verkleinern. Der Speicherbedarf sinkt bei einer 5-fachen Überproduktion durch solarthermische Anlagen auf ca. 177 GWh (vgl. Abb. 04).