TY - THES A1 - Hartweg, Johanna T1 - Analyse des Einflusses verschiedener Arbeitspunkte auf die wirkleistungsabhängige Spannungssensitivität an einem Mittelspannungsnetzknoten N2 - Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Untersuchung der wirkleistungsabhängigen Spannungssensitivität an den Knoten eines Mittelspannungsnetzstranges. Hierfür wird eine Reihe von Arbeitspunkten durch die Variation der Wirkleistungsentnahmen bzw. Einspeisungen an den Netzknoten sowie des Verschiebungsfaktors und der Spannungssollwertvorgabe am Bilanzknoten erzeugt. Die Ergebnisse zeigen eine direkte Abhängigkeit von der Spannung des untersuchten Netzknotens. Hierbei steigt die Sensitivität bei fallenden Spannungswerten. Diese können sowohl durch Wirk- und Blindleistungsbelastungen als auch durch eine veränderte Referenzspannung am Umspannwerk bedingt werden. Darüber hinaus liegt eine Beeinflussung durch die Wirkleistungsbelastung und deren Verteilung über den Netzstrang hinweg vor. Je höher die Belastung der Leitung bis zum Knoten der Flexibilität ausfällt sowie je stärker sich die Last hin zu diesem Punkt verlagert, desto höher ist die Sensitivität. Dies gilt ebenfalls für Arbeitspunkte mit gleichbleibender Spannung in den betrachteten Knoten. Des Weiteren wird die Anpassung eines multiplen linearen Regressionsmodells vorgenommen. Dieses ermöglicht eine Abschätzung der Sensitivitätswerte durch die Kenntnis einiger, die Belastungssituation des Netzes bestimmender Parameter. KW - Netzmodell KW - Sensitivitätsanalyse KW - Arbeitspunktabhängigkeit Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-55648 CY - Regensburg ER - TY - RPRT A1 - Gerhards, Christoph A1 - Weber, Urban A1 - Klafka, Peter A1 - Golla, Stefan A1 - Hagedorn, Gregor A1 - Baumann, Franz A1 - Brendel, Heiko A1 - Breyer, Christian A1 - Clausen, Jens A1 - Creutzig, Felix A1 - Daub, Claus-Heinrich A1 - Helgenberger, Sebastian A1 - Hentschel, Karl-Martin A1 - von Hirschhausen, Christian A1 - Jordan, Ulrike A1 - Kemfert, Claudia A1 - Krause, Harald A1 - Linow, Sven A1 - Oei, Pao-Yu A1 - Pehnt, Martin A1 - Pfennig, Andreas A1 - Präger, Fabian A1 - Quaschning, Volker A1 - Schneider, Jens A1 - Spindler, Uli A1 - Stelzer, Volker A1 - Sterner, Michael A1 - Wagener-Lohse, Georg A1 - Weinsziehr, Theresa T1 - Klimaverträgliche Energieversorgung für Deutschland – 16 Orientierungspunkte T2 - Diskussionsbeiträge der Scinetists for Future ; 7 N2 - Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte für eine klimaverträgliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierfür die deutschen energiebedingten CO2-Emissio­nen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken müssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazitäten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Gebäudewärme 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 Energieträger 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. Schätzungsweise kann der Elektrizitätsbedarf im Jahr 2030 z.B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahe­zu voll­ständig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elek­tri­fizierte Mobilität und Wärmeversorgung betreiben und ein Teil des benö­tig­ten "grü­nen" Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierfür ist ein jähr­licher Zu­bau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft nötig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine ge­sell­schaft­liche Kraftanstrengung. Ein weiter verzögerter Ausbau müsste mit noch deut­lich größeren gesellschaftlichen Anstrengungen für drastische Energieeinspa­run­gen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt könnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Auf­bau der Kapazitäten mehrere Jahre erfordert, ist es möglich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt für Importe ent­wi­ckelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegen­über der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfol­gen. Grüner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abge­lei­tete Syntheseprodukte sind für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie für die Absicherung der Energieversorgung bei Dun­kel­flauten nötig. Ohne die genannten Ausbauziele für Wind und Solar noch drastisch weiter zu erhöhen, stehen diese Produkte für Straßenverkehr und Wärmeversor­gung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Techniken zum Aus­gleich zwischen Elektrizitätsangebot und -nachfrage sind verfügbar und sollten recht­zeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu gehören: Stromaustausch mit den Nach­barländern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. Für deren Inte­gration sowie den Ausbau der Netze sollten zügig verbesserte rechtliche Rah­men­bedingungen geschaffen werden. Die Kosten eines klimaverträglichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht hö­her als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitsplätze und Export­chan­cen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Gebäudesanierung. Die politischen Rahmenbe­din­gungen entscheiden, ob eine klimaverträgliche Energieversorgung Deutschlands ge­lingt. T2 - Climate-friendly energy supply for Germany - 16 points of orientation KW - Climate KW - Energy System KW - Renewable Energies Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.5281/zenodo.4409334 ER - TY - CHAP A1 - Goetz, Rebecca A1 - Rauch, Johannes A1 - Brückl, Oliver ED - Schulz, Detlef T1 - Techno-economic analysis of reactive power sources T2 - NEIS 2021, Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems: Hamburg, 13.-14. September 2021 N2 - 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. Y1 - 2021 UR - https://ieeexplore.ieee.org/document/9698281/ SN - 978-3-8007-5651-3 SP - 286 EP - 291 PB - VDE-Verlag ER - TY - RPRT A1 - Sterner, Michael A1 - Schumm, Leon A1 - Rank, Daniel A1 - Hofrichter, Andreas T1 - Intelligente Netzpuffer : Abschlussbericht (24.01.2021) KW - Stromspeicher KW - Batterien KW - Netzpuffer KW - Stromnetz Y1 - 2021 N1 - unveröffentlichter Abschlussbericht ER - TY - CHAP A1 - Sippenauer, Thomas A1 - Brückl, Oliver A1 - Henneke, Markus T1 - Verankerung von Flexibilität in der Netzplanung T2 - Zukünftige Stromnetze: 27.-28. Januar 2021, 03.-04. Februar 2021 N2 - Die Energiewende führt zu einem steigenden Zubau erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen im Verteilungsnetz. Ebenso ist mit einem verstärkten Zuwachs der Elektromobilität zu rechnen, der zu einer weiteren Ausreizung der zulässigen Spannungsbereiche und Leitungsauslastungen beitragen kann. Um die Aufnahmefähigkeit des Verteilungsnetzes zu erhöhen, wurden in der Vergangenheit verschiedene Lösungen entwickelt und etabliert. Ein zusätzlicher Baustein zur Behebung von Netzengpässen und Spannungsproblemen sind zeitliche Verlagerungen von Einspeisungen und Verbrauchslasten in der Mittelspannungsebene. Diese sogenannten Flexibilitätsmaßnahmen sind derzeit noch nicht Stand der Technik. Um einen hohen Nutzen stiften zu können, indem sie zu einer effizienten Einsparung an Asset beitragen, müssen sie in der Netzplanung abbildbar gemacht werden. Dazu sind einerseits geeignete technische und zuverlässigkeitstheoretische Anforderungen an die Flexibilitätsmaßnahmen herauszuarbeiten, um eine möglichst hohe Gesamteffizienz bei Netz- und Anlagenbetreibern zu erzielen und andererseits ein Verfahren zu finden, mit dem Manipulationsmöglichkeiten (INC-DEC-Gaming) ausgeschlossen bzw. geringgehalten werden können. KW - Netzplanung KW - Flexibilität KW - Manipulationsrisiken KW - Feldversuch Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-55632 SN - 978-3-948176-12-9 SP - 79 EP - 92 PB - Conexio GmbH CY - Pforzheim ER - TY - RPRT A1 - Neidhart, Thomas A1 - Lerch, Maximilian A1 - Wiesinger, Doris A1 - Zrenner, Louis T1 - Kompakte Übertragungsleitungen für hohe Gleichspannungen: Langzeituntersuchungen an einer erdverlegten Versuchsanlage BT - Abschlussbericht zu AP 1.5 Mechanik und AP 1.7 Thermik; Forschungsprojekt-Akronym: DC CTL DBI; Förderkennzeichen: 03ET7546 N2 - Durch den Ausstieg aus der Verstromung fossiler Energieträger und der daraus resultierenden dezentralen Stromerzeugung ist ein Aus- bzw. Umbau des deutschen Übertragungsnetzes erforderlich. Weil aus der dezentralen Energieerzeugung große Trassenlängen resultieren, welche bei Wechselstrom zu Blindleistungsproblematiken führen, wird dort vermehrt auf Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung zurückgegriffen. Im Rahmen des Forschungsprojekts DC CTL DBI (direct current compact transmission line – directly buried investigastions) wurde ein gasisolierte HGÜ-Leiter (GIL) erdverlegt und bei ständigem Monitoring über umfangreiche Sensorik einem Langzeitversuch unterzogen. Anstelle einer klassischen Sandbettung kam ein zeitweise fließfähiger, selbstverdichtender Verfüllbaustoff (ZFSV) zum Einsatz. Somit können Schäden an der Übertragungsleitung infolge Verdichtungsaufwand vermieden und gleichzeitig bessere Bodeneigenschaften hinsichtlich der Wärme- und Wassertransportprozesse erreicht werden. KW - ZFSV KW - Erdverlegte Übertragungsleitungen KW - Erdkabel KW - Zeitweise fließfähiger selbstverdichtender Verfüllbaustoff KW - Wärmetransport Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-21730 ER - TY - CHAP A1 - Grauvogl, Dominik A1 - Stauder, Peter A1 - Hopfensperger, Bernhard A1 - Gerling, Dieter T1 - Multiphysics Design of a Wound Field Synchronous Machine with Magnetic Asymmetry T2 - Proceedings of the 2021 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC): 17-20 May 2021, Hartford, CT, USA N2 - 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. KW - air cooling KW - wound field synchronous machine KW - cooling concept KW - fatigue limit KW - flux barrier Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1109/IEMDC47953.2021.9449564 ER - TY - CHAP A1 - Grauvogl, Dominik A1 - Krabinski, Jeffrey A1 - Stauder, Peter A1 - Hopfensperger, Bernhard A1 - Gerling, Dieter T1 - NVH Comparison of a Novel Wound Field Synchronous Machine with Magnetic Asymmetry with a PSM for a HV Electric Drive T2 - 2021 JSAE Annual Congress (Spring) Proceedings; online meeting (No.76-21) N2 - 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. KW - Elektroantrieb KW - Synchronmaschine KW - traction drive system KW - NVH KW - e-axle KW - magnetic asymmetry Y1 - 2021 UR - https://tech.jsae.or.jp/paperinfo/en/content/p202101.343/ PB - JSAE ER - TY - CHAP A1 - Steininger, Peter A1 - Gaderer, Matthias A1 - Dawoud, Belal T1 - Transient performance of a solar selective thermal insulation system T2 - 16th Advanced Building Skins Conference & Expo, 21 – 22/10/2021, Bern, Switzerland N2 - 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 °. Y1 - 2021 UR - https://www.researchgate.net/publication/355771950_Transient_performance_of_a_solar_selective_thermal_insulation_system PB - Advanced Buidling Skins GmbH ER - TY - THES A1 - Heberl, Michael T1 - Power-to-Ammoniak BT - Möglichkeiten zur erneuerbaren Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Ammoniakindustrie N2 - Ammoniak ist Grundbaustein für die Herstellung von Düngemitteln und dementsprechend für die Nahrungsmittelindustrie unentbehrlich. Ca. 40-50 % der Weltbevölkerung sind von Nahrungsmitteln abhängig, die mit Hilfe von Ammoniakdüngern 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 für 0,93 % der globalen Treibhausgasemissionen zuständig ist. Auch in Zeiten der Energiewende ist diese Grundstoffchemikalie unentbehrlich, ist aber auf einem anderen Wege herzustellen. Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung verschiedener Möglichkeiten zur erneuerbaren Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Ammoniakindustrie, wodurch der Einsatz von herkömmlichen Energieträgern wie Erdgas, Kohle und Öl negiert werden kann. Ammoniak wird aktuell über das Haber-Bosch-Verfahren aus den Rohstoffen Erdgas, Kohle und Öl gewonnen. Bei diesem Verfahren wird über einen Primär- und Sekundärreformer Wasserstoff und Stickstoff gewonnen. Andere Gasbestandteile werden gefiltert oder umgewandelt, um schädliche 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 für eine moderne und sehr effiziente Anlage mit Erdgas und 13,6 MWh/t NH3 für 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 Ansätze zur Ammoniakherstellung. Die unterschiedlichen elektrochemischen Ansätze zur direkten Ammoniaksynthese, wie der Einsatz von Flüssigsalzelektrolyten oder Feststoffelektrolyten, wurden in Abschnitt 3.2 vorgestellt. Einige dieser Technologien zeigen vielversprechende Ansätze, 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 Energieträger lässt sich mit diesem Technologiezusammenschluss die Ammoniakherstellung komplett Emissionsfrei gestalten. Dadurch können alleine in Deutschland jährlich bis zu 7,8 Mt CO2-eq eingespart werden. Eine zukünftige 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 Möglichkeiten für diesen Umbau bereits heute gegeben und brauchen nur noch eingesetzt werden. N2 - Ammonia is a fundamental raw material for the production of fertilizer and essential for the food industry. About 40-50 % of the world population depends on food produced with the assistance of ammonia fertilizers. In 2015 181 Mt ammonia was produced worldwide. The ammonia production is responsible for 1,2 % of the global energy consumption and 0,93 % of the global greenhouse gas emissions. Even in times of the energy transition this base chemical is essential, although it should be produced on a different way. It is therefore the objective of this work to show different possibilities for an electrified and decarbonised ammonia industry powered by renewable energies. As a result the use of conventional energy carriers like gas, coal and oil will be negotiated. Ammonia is produced with the Haber-Bosch process from gas, coal and oil as feedstock. In this process a primary and a secondary reformer is used to produce hydrogen and nitrogen. Other gaseous components are filtered and converted to remove catalyst poisons (CO, H2S). In the reactor iron catalysts are used to produce ammonia out of hydrogen and nitrogen. The energy consumption of the Haber-Bosch process varies between 7,8 MWh/t NH3 for a modern and really efficient gas based plant and 13,6 MWh/t NH3 for an old coal based plant. The production of one ton ammonia causes emissions between 1,6-3,8 t CO2-eq based on the used feedstock. Beside biomass gassing there are several electric technologies to produce ammonia. The different electrochemical technologies to synthesize ammonia on a direct way, like solid state electrolysis or molten salt electrolytes, are shown in section 3.2. Some of these technologies show a good potential, but all of them are far off the use in the industry. The use of an electrolyser in combination with an air separation unit is the most promising way to produce ammonia on an electrified and decarbonised way. In this system hydrogen is produced in the electrolyser and nitrogen in the air separation unit. The ammonia synthesis works in a reactor based on the Haber-Bosch process. Using this system the production of one ton ammonia has an energy consumption of 10 MWh. With the use of renewable energies in this combination of technologies a greenhouse gas emissions free ammonia production is possible. In Germany alone 7,8 t CO2-eq can be saved. A future reorganization of the ammonia industry and the complete chemical industry is indispensable. A parallel expand of renewable energies is necessary to realize this approach. With electrolysers and air separation units the technical possibilities for this reconstruction are already given. All that remains is the implementation of them. KW - Ammoniaksynthese KW - Haber-Bosch KW - Emissionen KW - Erneuerbare Energien Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-22167 ER - TY - RPRT A1 - Thema, Martin A1 - Kaul, Anja A1 - Sterner, Michael A1 - Heberl, Michael T1 - Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamische mikrobielle Biosynthese von Methan mit Archaeen-Mikroorganismen in Power-to-Gas-Anlagen N2 - Das übergeordnete Ziel des Vorhabens war die Entwicklung neuer technologischer Möglichkeiten für 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 für das Speicherkonzept Power-to-Gas [7] vorhanden. Dabei sollte zum einen ein Rieselbett-Bioreaktor optimiert, simuliert und für 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 zunächst im Labor- und Technikumsmaßstab und anschließend im Feldtest an einer bestehenden Power-to-Gas-Anlage untersucht werden. Hauptziel während des Feldtests war die Produktion von einspeisefähigem 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 unterstützend 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. KW - Biologische Methanisierung KW - Power-to-Gas KW - Erneuerbare Energien KW - Rieselbett-Bioreaktor KW - Archaeen Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.2314/KXP:1815321555 ER - TY - CHAP A1 - Klitsman, Maksym A1 - Brückl, Oliver A1 - Eller, Johannes ED - Schulz, Detlef T1 - Analysis and simulation of the population driving behaviour and charging processes at different charging station types with electric vehicles T2 - NEIS 2021, Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems: 13-14. September 2021, Hamburg N2 - Electric vehicles are one of the important components of the energy transition, which is necessary for the CO2 emission reduction. In order to estimate the influence of electromobility on electric grids at present day and in the future, the generation of realistic charge profiles is necessary. The main objective of this study is the development of an algorithm, which generates realistic charge time series of electric vehicles. The very huge and detailed input surveys enable to define different population groups, representing specific driving behaviour. These groups are then composed and scaled up, according to the statistical population structure of a chosen town or city in Germany, and show typical driving behaviour of all inhabitants. The charge profiles are calculated for several charge station types, based on daily electric vehicle user mobility, day type and household type. In addition, charge process occurrence is evaluated through a model, involving charge infrastructure presence, attractiveness of corresponding charge station type and charge process necessity. Y1 - 2021 SN - 978-3-8007-5651-3 SP - 254 EP - 260 PB - VDE-Verlag ER - TY - GEN A1 - Pershina, K. V. A1 - Saveliev, Dmitry V. A1 - Glavan, Gašper A1 - Chashin, Dmitri V. A1 - Belyaeva, Inna A. A1 - Fetisov, Leonid Y. A1 - Shamonin (Chamonine), Mikhail T1 - The voltage response of a structure comprising a magnetoactive-elastomer cylinder and a piezoelectric material to magnetic field step excitations T2 - The 4th International Baltic Conference on Magnetism (IBCM 2021) : Svetlogorsk, Russia August 29 - September 2, 2021 : Book of Abstracts Y1 - 2021 UR - http://smba.science/wp-content/uploads/2021/10/IBCM-2021-Book-of-Abstracts-5.pdf SP - 182 PB - Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad, Russia ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael A1 - Heberl, Michael T1 - The ORBIT-Project: Biological methanation in a trickle-bed reactor - key results and next steps T2 - 5th Nuremberg Workshop on Methanation and 2nd Generation, Nürnberg Friedrich-Alexander-Universität, 28.05.2021 KW - biologische Methanisierung KW - Archaeen KW - Power-to-Gas KW - Erneuerbare Energien KW - Rieselbett Bioreaktor Y1 - 2021 ER - TY - JOUR A1 - Rill, Georg A1 - Bauer, Florian A1 - Kirchbeck, Mathias T1 - VTT - a virtual test truck for modern simulation tasks JF - Vehicle system dynamics N2 - The development of new technologies like advanced driver assistance systems or automated driving requires a flexible simulation environment of sufficient complexity. In general this flexibility is not provided by commercial software packages. This paper presents a three-dimensional and nonlinear hand-made model for heavy commercial vehicles including tractor and trailer as well as tractor and semitrailer combinations that can be used in different simulation environments, as well as in real-time applications. As typical for trucks, the torsional flexibility of the frame and a suspended driver's cabin are taken into account. The design kinematics makes it possible to handle different and quite complex axle suspensions very efficiently. Appropriate force elements are used to model various couplings between tractor and trailer or tractor and semitrailer, respectively. The virtual test truck environment (VTT) coded in ANSI C is extremely portable and can easily be embedded in commercial simulation packages like MATLAB/Simulink. It includes the TMeasy tyre model and offers flexible interfaces to third-party software tools. KW - coupled air springs KW - design Kinematics KW - heavy commercial vehicles KW - MATLAB KW - Simulink KW - TMeasy tyre model KW - vehicle coupling KW - Vehicle modelling Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1080/00423114.2019.1705356 VL - 59 IS - 4 SP - 635 EP - 656 PB - Taylor&Francis ER - TY - JOUR A1 - Rill, Georg A1 - Bauer, Florian A1 - Topcagic, Edin T1 - Performance of leaf spring suspended axles in model approaches of different complexities JF - Vehicle System Dynamics N2 - Axles with leaf spring suspension systems are still a popular choice in many commercial vehicles. However, leaf springs are not in perfect conformity to standard multibody vehicle models because they combine guidance and suspension in one single element. Combining standard multibody vehicle models with sophisticated finite element leaf spring models results in rather complex and computing time-consuming solutions. Purely kinematic models, defined by lookup tables or the design kinematics approach, cover only some but not all features of the leaf spring suspension. As shown here, the five-link model, which incorporates a quasi-static solution of the leaf spring compliance, provides a very practical model. It is comparatively lean and provides results of sufficient accuracy in the whole application range. KW - beam-model KW - commercial vehicles KW - design kinematics KW - five-Link model KW - Leaf spring suspension KW - vehicle dynamics Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1080/00423114.2021.1928249 VL - 60 IS - 8 SP - 2871 EP - 2889 PB - Taylor&Francis ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Strom - Wärme - Verkehr - Industrie: das Zusammenspiel der Sektoren über Power-to-X T2 - Deutscher Ingenieurtag 2021, Düsseldorf 20. Mai 2021 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung Y1 - 2021 PB - VDI-Verlag ER - TY - JOUR A1 - Frazzica, Andrea A1 - Palomba, Valeria A1 - Dawoud, Belal T1 - Thermodynamic Performance of Adsorption Working Pairs for Low-Temperature Waste Heat Upgrading in Industrial Applications JF - Applied Sciences N2 - The present work aims at the thermodynamic analysis of different working pairs in adsorption heat transformers (AdHT) for low-temperature waste heat upgrade in industrial processes. Two different AdHT configurations have been simulated, namely with and without heat recovery between the adsorbent beds. Ten working pairs, employing different adsorbent materials and four different refrigerants, have been compared at varying working boundary conditions. The effects of heat recovery and the presence of a temperature gradient for heat transfer between sinks/sources and the AdHT components have been analyzed. The achieved results demonstrate the possibility of increasing the overall performance when internal heat recovery is implemented. They also highlight the relevant role played by the existing temperature gradient between heat transfer fluids and components, that strongly affect the real operating cycle of the AdHT and thus its expected performance. Both extremely low, i.e., 40-50 degrees C, and low (i.e., 80 degrees C) waste heat source temperatures were investigated at variable ambient temperatures, evaluating the achievable COP and specific energy. The main results demonstrate that optimal performance can be achieved when 40-50 K of temperature difference between waste heat source and ambient temperature are guaranteed. Furthermore, composite sorbents demonstrated to be the most promising adsorbent materials for this application, given their high sorption capacity compared to pure adsorbents, which is reflected in much higher achievable specific energy. KW - adsorption KW - efficiency KW - heat transformer KW - heat upgrading KW - waste heat KW - working pairs Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.3390/app11083389 VL - 11 IS - 8 PB - MDPI ER - TY - JOUR A1 - Thema, Martin A1 - Weidlich, Tobias A1 - Kaul, Anja A1 - Böllmann, Andrea A1 - Huber, Harald A1 - Bellack, Annett A1 - Karl, Jürgen A1 - Sterner, Michael T1 - Optimized biological CO2-methanation with a pure culture of thermophilic methanogenic archaea in a trickle-bed reactor JF - Bioresource Technology N2 - In this study, a fully automated process converting hydrogen and carbon dioxide to methane in a high temperature trickle-bed reactor was developed from lab scale to field test level. The reactor design and system performance was optimized to yield high methane content in the product gas for direct feed-in to the gas grid. The reaction was catalyzed by a pure culture of Methanothermobacter thermoautotrophicus IM5, which formed a biofilm on ceramic packing elements. During 600 h in continuous and semi-continuous operation in countercurrent flow, the 0.05 m3 reactor produced up to 95.3 % of methane at a methane production rate of 0.35 mCH43mR-3h-1. Adding nitrogen as carrier gas during startup, foam control and dosing of ammonium and sodium sulfide as nitrogen and sulfur source were important factors for process automation. KW - Biological methanation KW - Power-to-Gas KW - Reactor concept KW - Thermophilic archaea KW - Trickle-bed reactor Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125135 IS - 333 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Gärtner, Sebastian A1 - Rank, Daniel A1 - Heberl, Michael A1 - Gaderer, Matthias A1 - Dawoud, Belal A1 - Haumer, Anton A1 - Sterner, Michael T1 - Simulation and Techno-Economic Analysis of a Power-to-Hydrogen Process for Oxyfuel Glass Melting JF - Energies N2 - As an energy-intensive industry sector, the glass industry is strongly affected by the increasingly stringent climate protection targets. As established combustion-based production systems ensure high process stability and glass quality, an immediate switch to low greenhouse gas emission processes is difficult. To approach these challenges, this work investigates a step-by-step integration of a Power-to-Hydrogen concept into established oxyfuel glass melting processes using a simulation approach. This is complemented by a case study for economic analysis on a selected German glass industry site by simulating the power production of a nearby renewable energy park and subsequent optimization of the power-to-hydrogen plant performance and capacities. The results of this study indicate, that the proposed system can reduce specific carbon dioxide emissions by up to 60%, while increasing specific energy demand by a maximum of 25%. Investigations of the impact of altered combustion and furnace properties like adiabatic flame temperature (+25 °C), temperature efficiency (∆ξ = −0.003) and heat capacity flow ratio (∆zHL = −0.009) indicate that pure hydrogen-oxygen combustion has less impact on melting properties than assumed so far. Within the case study, high CO2 abatement costs of 295 €/t CO2-eq. were determined. This is mainly due to the insufficient performance of renewable energy sources. The correlations between process scaling and economic parameters presented in this study show promising potential for further economic optimization of the proposed energy system in the future. KW - Power-to-Gas KW - Hydrogen KW - Electrolysis KW - Oxyfuel KW - Glass Industry Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-22713 N1 - Corresponding author: Sebastian Gärtner VL - 14 IS - 24 PB - MDPI ER -