@techreport{GerhardsWeberKlafkaetal., author = {Gerhards, Christoph and Weber, Urban and Klafka, Peter and Golla, Stefan and Hagedorn, Gregor and Baumann, Franz and Brendel, Heiko and Breyer, Christian and Clausen, Jens and Creutzig, Felix and Daub, Claus-Heinrich and Helgenberger, Sebastian and Hentschel, Karl-Martin and von Hirschhausen, Christian and Jordan, Ulrike and Kemfert, Claudia and Krause, Harald and Linow, Sven and Oei, Pao-Yu and Pehnt, Martin and Pfennig, Andreas and Pr{\"a}ger, Fabian and Quaschning, Volker and Schneider, Jens and Spindler, Uli and Stelzer, Volker and Sterner, Michael and Wagener-Lohse, Georg and Weinsziehr, Theresa}, title = {Klimavertr{\"a}gliche Energieversorgung f{\"u}r Deutschland - 16 Orientierungspunkte}, series = {Diskussionsbeitr{\"a}ge der Scinetists for Future ; 7}, journal = {Diskussionsbeitr{\"a}ge der Scinetists for Future ; 7}, doi = {10.5281/zenodo.4409334}, abstract = {Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte f{\"u}r eine klimavertr{\"a}gliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierf{\"u}r die deutschen energiebedingten CO2-Emissio­nen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken m{\"u}ssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazit{\"a}ten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Geb{\"a}udew{\"a}rme hier­zu wesentlich beitragen. Die Kernenergie ist mit großen Risiken belastet und kann nicht hinreichend schnell aufgebaut werden. Biomasse in Form von Energie­pflan­zen zu nutzen, ist ineffizient und steht im Konflikt mit anderen Arten der Land­nut­zung. Importe klimaneutral erzeugter Energietr{\"a}ger in sehr großem Umfang er­for­dern extrem große Investitionen im Ausland. Sie sind eine ungesicherte Option auf die Zukunft. Entscheidend ist daher der ausreichend schnelle Ausbau von Photovoltaik (PV) und Wind­kraft in Deutschland. Sch{\"a}tzungsweise kann der Elektrizit{\"a}tsbedarf im Jahr 2030 z.B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahe­zu voll­st{\"a}ndig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elek­tri­fizierte Mobilit{\"a}t und W{\"a}rmeversorgung betreiben und ein Teil des ben{\"o}­tig­ten "gr{\"u}­nen" Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierf{\"u}r ist ein j{\"a}hr­licher Zu­bau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft n{\"o}tig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine ge­sell­schaft­liche Kraftanstrengung. Ein weiter verz{\"o}gerter Ausbau m{\"u}sste mit noch deut­lich gr{\"o}ßeren gesellschaftlichen Anstrengungen f{\"u}r drastische Energieeinspa­run­gen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt k{\"o}nnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Auf­bau der Kapazit{\"a}ten mehrere Jahre erfordert, ist es m{\"o}glich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt f{\"u}r Importe ent­wi­ckelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegen­{\"u}ber der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfol­gen. Gr{\"u}ner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abge­lei­tete Syntheseprodukte sind f{\"u}r die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie f{\"u}r die Absicherung der Energieversorgung bei Dun­kel­flauten n{\"o}tig. Ohne die genannten Ausbauziele f{\"u}r Wind und Solar noch drastisch weiter zu erh{\"o}hen, stehen diese Produkte f{\"u}r Straßenverkehr und W{\"a}rmeversor­gung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verf{\"u}gung. Techniken zum Aus­gleich zwischen Elektrizit{\"a}tsangebot und -nachfrage sind verf{\"u}gbar und sollten recht­zeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu geh{\"o}ren: Stromaustausch mit den Nach­barl{\"a}ndern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. F{\"u}r deren Inte­gration sowie den Ausbau der Netze sollten z{\"u}gig verbesserte rechtliche Rah­men­bedingungen geschaffen werden. Die Kosten eines klimavertr{\"a}glichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht h{\"o}­her als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitspl{\"a}tze und Export­chan­cen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Geb{\"a}udesanierung. Die politischen Rahmenbe­din­gungen entscheiden, ob eine klimavertr{\"a}gliche Energieversorgung Deutschlands ge­lingt.}, language = {de} } @inproceedings{GoetzRauchBrueckl, author = {Goetz, Rebecca and Rauch, Johannes and Br{\"u}ckl, Oliver}, title = {Techno-economic analysis of reactive power sources}, series = {NEIS 2021, Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems: Hamburg, 13.-14. September 2021}, booktitle = {NEIS 2021, Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems: Hamburg, 13.-14. September 2021}, editor = {Schulz, Detlef}, publisher = {VDE-Verlag}, isbn = {978-3-8007-5651-3}, pages = {286 -- 291}, abstract = {This paper presents different options to provide reactive power in electricity grid systems. Since conventional power plants are being phased out and the reactive power demand tends to increase, alternative technologies are needed to cover it. reactive power sources are being defined and specified in this submission. A technical evaluation and an economic analysis of selected reactive power sources are carried out, based on interviews with manufacturers and operators. As well a multifactorial techno-economic comparison of the evaluated reactive power sources is presented. The technical analysis addresses reactive power control-ranges, stochastic parameters, lifespans, electrical losses and dynamics of re-active power sources. It states that power electronics allow faster setpoint changes than mechanical technologies can achieve, but at the same time this is associated with the highest electrical losses of the reactive power sources considered here. Considering the economic analysis, relative investment costs per reactive power of conventional compensation systems turn out to be the most cost-efficient. With regard to the multifactorial techno-economic comparison, it is im-portant not only to standardize on reactive power that can be provided, but also to include the additional system-relevant properties of technologies in the evaluation as well as the costs in operation.}, language = {en} } @techreport{SternerSchummRanketal., author = {Sterner, Michael and Schumm, Leon and Rank, Daniel and Hofrichter, Andreas}, title = {Intelligente Netzpuffer : Abschlussbericht (24.01.2021)}, language = {de} } @inproceedings{SippenauerBruecklHenneke, author = {Sippenauer, Thomas and Br{\"u}ckl, Oliver and Henneke, Markus}, title = {Verankerung von Flexibilit{\"a}t in der Netzplanung}, series = {Zuk{\"u}nftige Stromnetze: 27.-28. Januar 2021, 03.-04. Februar 2021}, booktitle = {Zuk{\"u}nftige Stromnetze: 27.-28. Januar 2021, 03.-04. Februar 2021}, publisher = {Conexio GmbH}, address = {Pforzheim}, isbn = {978-3-948176-12-9}, doi = {10.35096/othr/pub-5563}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:898-opus4-55632}, pages = {79 -- 92}, abstract = {Die Energiewende f{\"u}hrt zu einem steigenden Zubau erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen im Verteilungsnetz. Ebenso ist mit einem verst{\"a}rkten Zuwachs der Elektromobilit{\"a}t zu rechnen, der zu einer weiteren Ausreizung der zul{\"a}ssigen Spannungsbereiche und Leitungsauslastungen beitragen kann. Um die Aufnahmef{\"a}higkeit des Verteilungsnetzes zu erh{\"o}hen, wurden in der Vergangenheit verschiedene L{\"o}sungen entwickelt und etabliert. Ein zus{\"a}tzlicher Baustein zur Behebung von Netzengp{\"a}ssen und Spannungsproblemen sind zeitliche Verlagerungen von Einspeisungen und Verbrauchslasten in der Mittelspannungsebene. Diese sogenannten Flexibilit{\"a}tsmaßnahmen sind derzeit noch nicht Stand der Technik. Um einen hohen Nutzen stiften zu k{\"o}nnen, indem sie zu einer effizienten Einsparung an Asset beitragen, m{\"u}ssen sie in der Netzplanung abbildbar gemacht werden. Dazu sind einerseits geeignete technische und zuverl{\"a}ssigkeitstheoretische Anforderungen an die Flexibilit{\"a}tsmaßnahmen herauszuarbeiten, um eine m{\"o}glichst hohe Gesamteffizienz bei Netz- und Anlagenbetreibern zu erzielen und andererseits ein Verfahren zu finden, mit dem Manipulationsm{\"o}glichkeiten (INC-DEC-Gaming) ausgeschlossen bzw. geringgehalten werden k{\"o}nnen.}, language = {de} } @techreport{NeidhartLerchWiesingeretal., author = {Neidhart, Thomas and Lerch, Maximilian and Wiesinger, Doris and Zrenner, Louis}, title = {Kompakte {\"U}bertragungsleitungen f{\"u}r hohe Gleichspannungen: Langzeituntersuchungen an einer erdverlegten Versuchsanlage}, doi = {10.35096/othr/pub-2173}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:898-opus4-21730}, pages = {62, 58}, abstract = {Durch den Ausstieg aus der Verstromung fossiler Energietr{\"a}ger und der daraus resultierenden dezentralen Stromerzeugung ist ein Aus- bzw. Umbau des deutschen {\"U}bertragungsnetzes erforderlich. Weil aus der dezentralen Energieerzeugung große Trassenl{\"a}ngen resultieren, welche bei Wechselstrom zu Blindleistungsproblematiken f{\"u}hren, wird dort vermehrt auf Hochspannungs-Gleichstrom-{\"U}bertragung zur{\"u}ckgegriffen. Im Rahmen des Forschungsprojekts DC CTL DBI (direct current compact transmission line - directly buried investigastions) wurde ein gasisolierte HG{\"U}-Leiter (GIL) erdverlegt und bei st{\"a}ndigem Monitoring {\"u}ber umfangreiche Sensorik einem Langzeitversuch unterzogen. Anstelle einer klassischen Sandbettung kam ein zeitweise fließf{\"a}higer, selbstverdichtender Verf{\"u}llbaustoff (ZFSV) zum Einsatz. Somit k{\"o}nnen Sch{\"a}den an der {\"U}bertragungsleitung infolge Verdichtungsaufwand vermieden und gleichzeitig bessere Bodeneigenschaften hinsichtlich der W{\"a}rme- und Wassertransportprozesse erreicht werden.}, language = {de} } @inproceedings{GrauvoglStauderHopfenspergeretal., author = {Grauvogl, Dominik and Stauder, Peter and Hopfensperger, Bernhard and Gerling, Dieter}, title = {Multiphysics Design of a Wound Field Synchronous Machine with Magnetic Asymmetry}, series = {Proceedings of the 2021 IEEE International Electric Machines \& Drives Conference (IEMDC): 17-20 May 2021, Hartford, CT, USA}, booktitle = {Proceedings of the 2021 IEEE International Electric Machines \& Drives Conference (IEMDC): 17-20 May 2021, Hartford, CT, USA}, doi = {10.1109/IEMDC47953.2021.9449564}, abstract = {In this paper a multiphysics development method is used for designing a novel wound field synchronous machine of the future generation of high voltage traction drives. This method covers the domains of electromagnetics, the mechanical strength, thermal behavior and the magnetic noise. It is shown that the proposed novel asymmetric design with a circular flux barrier in combination with an asymmetric pole offset is fulfilling the requirements according to performance and torque ripple. A fatigue strength rotor mechanic concept is included. A hybrid cooling concept consisting of a water jacket cooled stator and air cooled rotor ensures the needed continuous power. Unacceptable noise levels are excluded by investigating the equivalent radiated power (ERP) level due to radial forces in the air gap. Finally, the multi-physical workflow resulted in a fully developed component with a high degree of maturity.}, language = {en} } @inproceedings{GrauvoglKrabinskiStauderetal., author = {Grauvogl, Dominik and Krabinski, Jeffrey and Stauder, Peter and Hopfensperger, Bernhard and Gerling, Dieter}, title = {NVH Comparison of a Novel Wound Field Synchronous Machine with Magnetic Asymmetry with a PSM for a HV Electric Drive}, series = {2021 JSAE Annual Congress (Spring) Proceedings; online meeting (No.76-21)}, booktitle = {2021 JSAE Annual Congress (Spring) Proceedings; online meeting (No.76-21)}, publisher = {JSAE}, abstract = {This paper shows how magnetic noises can be reduced with a wound field synchronous machine (WFSM) with magnetic asymmetry compared to a permanent magnet synchronous machine (PSM), operating at base speed range and full load. In order to reproduce a real noise behavior, the two rotor types are operated in a complete electric drive unit (EDU) consisting of an electric motor, gearbox, inverter and overall housing. In the concept study, the noise characteristics of the two electric machines is evaluated and compared via mechanical finite element method (FEM) simulations using the equivalent radiated power (ERP) level and Campbell diagrams. Furthermore, it is shown that critical frequency orders can already be identified by the analysis of the magnetic force density from the electromagnetic design without computationally intensive ERP calculations. In this context, the ERP investigations have shown that the unique feature of the magnetically asymmetric WFSM is the reduction of the slot harmonics. At the current state of the art, the slot harmonics can only be reduced with a rotor skewing. The disadvantage of this is a reduction in performance and a more expensive production. It is also remarkable that the magnetic asymmetry reduces the slot harmonics more than the rotor skewing in the PSM. In addition, both machines are still considered with a short-pitched stator winding to optimize the overall noise level by reducing the 24th frequency order.}, subject = {Elektroantrieb}, language = {en} } @inproceedings{SteiningerGadererDawoud, author = {Steininger, Peter and Gaderer, Matthias and Dawoud, Belal}, title = {Transient performance of a solar selective thermal insulation system}, series = {16th Advanced Building Skins Conference \& Expo, 21 - 22/10/2021, Bern, Switzerland}, booktitle = {16th Advanced Building Skins Conference \& Expo, 21 - 22/10/2021, Bern, Switzerland}, publisher = {Advanced Buidling Skins GmbH}, abstract = {A prototype of a thermal insulation system to offer high selectivity of the solar gain regarding the solar incidence angle (SATIS) was applied to a typical solid brick masonry for existing buildings in Germany. Light conducting elements (LCEs) inclined at 19 ° were incorporated in SATIS, which equals the average solar noon angle in southern Germany during winter. The entire wall construction was experimentally investigated in a differential climatic chamber test bench at four different irradiation angles according to a dynamic test procedure. In addition, a conventional wall construction (CWC) has been measured. At SATIS' design angle of 19 °, the SATIS wall construction shows a solar gain (SG) of 394.5 Wh/m², while the SG of the CWC amounts to only 25.4 Wh/m². The validated transient model of the SATIS wall construction showed that, at the end of the irradiation period of the dynamic test procedure (8 h), the solar heat penetrates to a depth of 253 mm and 111 mm inside the 385 mm thick brick wall masonry at the irradiation angles of 19 ° and 50 °, respectively. During the same time, the stored solar energy at 50 ° amounts to only 24.4 \% of that stored at 19 °.}, language = {en} } @misc{Heberl, type = {Master Thesis}, author = {Heberl, Michael}, title = {Power-to-Ammoniak}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:898-opus4-22167}, school = {Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg}, pages = {68}, abstract = {Ammoniak ist Grundbaustein f{\"u}r die Herstellung von D{\"u}ngemitteln und dementsprechend f{\"u}r die Nahrungsmittelindustrie unentbehrlich. Ca. 40-50 \% der Weltbev{\"o}lkerung sind von Nahrungsmitteln abh{\"a}ngig, die mit Hilfe von Ammoniakd{\"u}ngern hergestellten wurden. Weltweit wurden alleine im Jahr 2015 181 Mt Ammoniak produziert, wodurch die Ammoniakherstellung mit 1,2 \% am gesamten Energieverbrauch der Welt beteiligt ist und f{\"u}r 0,93 \% der globalen Treibhausgasemissionen zust{\"a}ndig ist. Auch in Zeiten der Energiewende ist diese Grundstoffchemikalie unentbehrlich, ist aber auf einem anderen Wege herzustellen. Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung verschiedener M{\"o}glichkeiten zur erneuerbaren Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Ammoniakindustrie, wodurch der Einsatz von herk{\"o}mmlichen Energietr{\"a}gern wie Erdgas, Kohle und {\"O}l negiert werden kann. Ammoniak wird aktuell {\"u}ber das Haber-Bosch-Verfahren aus den Rohstoffen Erdgas, Kohle und {\"O}l gewonnen. Bei diesem Verfahren wird {\"u}ber einen Prim{\"a}r- und Sekund{\"a}rreformer Wasserstoff und Stickstoff gewonnen. Andere Gasbestandteile werden gefiltert oder umgewandelt, um sch{\"a}dliche Katalysatorgifte (CO, H2S) zu entfernen. Im Reaktor wird an Eisenkatalysatoren aus Wasserstoff und Stickstoff letztendlich Ammoniak hergestellt. Der Energieverbrauch des Haber-Bosch Verfahrens schwankt zwischen 7,8 MWh/t NH3 f{\"u}r eine moderne und sehr effiziente Anlage mit Erdgas und 13,6 MWh/t NH3 f{\"u}r eine alte mit Kohle betriebene Anlage. An Emissionen treten pro hergestellter Tonne Ammoniak je nach Rohstoff 1,6-3,8 t CO2-eq auf. Neben der Biomassevergasung gibt es mehrere rein elektrische Ans{\"a}tze zur Ammoniakherstellung. Die unterschiedlichen elektrochemischen Ans{\"a}tze zur direkten Ammoniaksynthese, wie der Einsatz von Fl{\"u}ssigsalzelektrolyten oder Feststoffelektrolyten, wurden in Abschnitt 3.2 vorgestellt. Einige dieser Technologien zeigen vielversprechende Ans{\"a}tze, sind jedoch zum aktuellen Zeitpunkt noch zu weit von einem industriellen Einsatz entfernt. Der Einsatz der Wasserelektrolyse in Kombination mit einer Luftzerlegungseinheit ist die derzeit vielversprechendste Methode Ammoniak auf einem strombasierten und dekarbonisierten Wege herzustellen. Bei diesem System wird Wasserstoff im Elektrolyseur und Stickstoff in der Luftzerlegungseinheit hergestellt. Die Ammoniaksynthese findet hierbei in einem Reaktor nach Vorbild des Haber-Bosch-Prozesses statt. Mit diesem System ist ein Energieverbrauch von ca. 10 MWh/t NH3 notwendig. Durch den Einsatz von rein erneuerbar hergestelltem Strom als Energietr{\"a}ger l{\"a}sst sich mit diesem Technologiezusammenschluss die Ammoniakherstellung komplett Emissionsfrei gestalten. Dadurch k{\"o}nnen alleine in Deutschland j{\"a}hrlich bis zu 7,8 Mt CO2-eq eingespart werden. Eine zuk{\"u}nftige Umstrukturierung der Ammoniakherstellung und der gesamten chemischen Industrie ist unabdingbar. Diese kann aber nur parallel mit einem Ausbau erneuerbarer Energien umgesetzt werden. Mit der Wasserelektrolyse und der Luftzerlegungseinheit sind die technischen M{\"o}glichkeiten f{\"u}r diesen Umbau bereits heute gegeben und brauchen nur noch eingesetzt werden.}, language = {de} } @techreport{ThemaKaulSterneretal., author = {Thema, Martin and Kaul, Anja and Sterner, Michael and Heberl, Michael}, title = {Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors f{\"u}r die dynamische mikrobielle Biosynthese von Methan mit Archaeen-Mikroorganismen in Power-to-Gas-Anlagen}, doi = {10.2314/KXP:1815321555}, abstract = {Das {\"u}bergeordnete Ziel des Vorhabens war die Entwicklung neuer technologischer M{\"o}glichkeiten f{\"u}r den biologischen Methanisierungsprozess mit Archaeen1 in Power-to-Gas-Anwendungen. Im Gegensatz zur technisch ausgereiften chemisch-katalytischen Methanisierung sind hier noch Potenziale zur Optimierung verfahrenstechnischer und biologischer Prozesse f{\"u}r das Speicherkonzept Power-to-Gas [7] vorhanden. Dabei sollte zum einen ein Rieselbett-Bioreaktor optimiert, simuliert und f{\"u}r die Hochskalierung vorbereitet werden. Zum anderen sollte eine Kombination optimal geeigneter Mikroorganismen und Packungsmaterialien selektiert und deren Verhalten und Eignung im Reaktor analysiert werden. Das Verhalten des entwickelten Systems sollte zun{\"a}chst im Labor- und Technikumsmaßstab und anschließend im Feldtest an einer bestehenden Power-to-Gas-Anlage untersucht werden. Hauptziel w{\"a}hrend des Feldtests war die Produktion von einspeisef{\"a}higem Methan sowie dessen Einspeisung ins Gasnetz. Ein Hauptziel des Projektes war es, die Normung und Standardisierung notwendiger Systemparameter und Semantik zur Beschreibung und Einbindung biologischer Methanisierungseinheiten in Power-to-Gas-Anlagen voranzutreiben. Dies sollte zum einen die Vergleichbarkeit der wissenschaftlichen Erkenntnisse verbessern und zum anderen unterst{\"u}tzend bei der Kommerzialisierung der Technologie wirken. Aus dem Projekt heraus wurde so die neue Normungsreihe VDI 4635 Power-to-X beim Verein Deutscher Ingenieure angestoßen.}, language = {de} }