TY - RPRT A1 - Klitsman, Maksym A1 - Staudacher, Lars A1 - Brückl, Oliver A1 - Eller, Johannes A1 - Brey, Ludwig A1 - Eigenstetter, Florian T1 - neos - NetzEntwicklungsOffensive Strom - Schlussbericht BT - Projektlaufzeit: 01.09.2017 – 31.12.2021; gefördert durch Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie N2 - Im Zuge der Energiewende werden die erneuerbaren Energien zur tragenden Säule unserer Stromversorgung. Bis 2025 sollen bundesweit 40-45 % des Stroms aus erneuerbaren Quellen stammen, bis 2050 sogar 80 %. Dabei wird der erzeugte Strom hauptsächlich aus Wind und Sonne stammen. Im Norden der Bundesrepublik wird Wind die Erzeugung dominieren, während im Süden, insbesondere in Bayern der Strom vornehmlich aus Photovoltaik gewonnen werden wird. Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, wird neben den ausreichenden Erzeugungskapazitäten auch eine leistungsfähige Infrastruktur zur Verteilung und Nutzung des erneuerbaren Stroms notwendig sein. Planbarkeit und Sicherung der Versorgungsqualität bei zunehmenden Anteilen von volatiler Erzeugung werden dabei zu einer immer größeren Herausforderung. Das Projekt neos hat im engen Verbund mit den beteiligten Partnern wichtige tagesaktuelle Fragestellungen wissenschaftlich erörtert und untersucht, die sich durch die laufende Transformation des Energiesystems und den rasanten Ausbau der Anlagen zur erneuerbaren Energieerzeugung den Projektpartnern stellen. KW - Intelligentes Stromnetz KW - Energiewende KW - Netzplanung KW - Netzausbau KW - Elektromobilität KW - Spannungsqualität KW - regelbarer Ortsnetztransformator KW - Oberschwingungsbelastung KW - Netzberechnung KW - intelligente Netzbetriebsmittel Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-45248 ER - TY - CHAP A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Rauch, Johannes A1 - Brückl, Oliver A1 - Bäsmann, Rainer A1 - Günther, Andreas A1 - Rietsche, Hansjörg A1 - Tempelmeier, Achim T1 - Blindleistungsmanagement in Mittelspannungsnetzen BT - Ergebnisse des Forschungsprojekts SyNErgie T2 - Zukünftige Stromnetze 2019, 30.-31.Jan.2019, Berlin N2 - Die Energiewende führt zu neuen Herausforderungen für Verteilungsnetzbetreiber hinsichtlich der Erbringung von Systemdienstleistungen, der Integrationsfähigkeit weiterer Erzeugungsanlagen und Lasten sowie bei der Gewährleistung einer hohen Versorgungssicherheit. Die Deckung der steigenden Blindleistungsbedarfe seitens der Netzbetriebsmittel, Verbraucher und Erzeuger gewinnt durch den Wegfall der Großkraftwerke für Netzbetreiber zunehmend an Bedeutung.Das abgeschlossene und vom BMWi geförderte Projekt SyNErgie (Laufzeit von 03/2015 bis 05/2018) beschäftigt sich mit der Entwicklung von Blindleistungsmanagementsystemen für Mittelspannungsnetze (MS-Netze). Ziel dabeiist es, das bisher ungenutzte, freie Blindleistungspotenzial betrieblicher Kompensationsanlagen und dezentraler Erzeugungsanlagen (allg.: Q-Quellen) zu nutzen, um die Blindleistungsänderungsfähigkeit 1 eines Verteilungsnetzes zu erhöhen. Diese Veröffentlichung stellt ausgewählte Einzelergebnisse und Erfahrungen des Projektes vor, welche u. a. über zahlreiche Messungen inMS-Netzen bei Firmen mit Anschlusspunkt in der MS-Ebene, Netzsimulationen und mathematische Modelle abgeleitet wurden. Y1 - 2019 UR - https://www.fenes.net/wp-content/uploads/2019/03/SyNErgie_Paper_2019_Kreuzer_Blindleistungsmanagement_MSNetze.pdf SP - 170 EP - 182 ER - TY - JOUR A1 - Brückl, Oliver T1 - Plädoyer für die wettbewerbliche Bereitstellung von Blindleistung JF - ew - Magazin für die Energiewirtschaft - Spezial: Digitalisierung Y1 - 2018 UR - https://emagazin.ew-magazin.de/de/profiles/a21024e15cd4/editions/dd6db0d02570767aa71f VL - 117 IS - 1 SP - 46 EP - 48 PB - VDE Verlag ER - TY - CHAP A1 - Rauch, Johannes A1 - Brückl, Oliver T1 - Entwicklung eines Regelverfahrens für einen optimierten und zentralen Blindleistungsabruf zur Beeinflussung des Blindleistungshaushaltes von Mittelspannungsverteilungsnetzen unter Einhaltung von Netzrestriktionen T2 - Zukünftige Stromnetze, 30.-31.Jan.2019, Berlin Y1 - 2019 SP - 421 EP - 437 PB - Conexio CY - Pforzheim 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 - CHAP A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Brückl, Oliver T1 - Netzplanungsprozess zur dezentralen Nutzung von Blindleistungsquellen in Verteilungsnetzen T2 - Tagungsband der Fachtagung "Zukünftige Stromnetze für erneuerbare Energien" am 30./31. Januar 2018 in Berlin N2 - Das vom BMWi geförderte Forschungsprojekt SyNErgie (03/2015 bis 05/2018) beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Netzplanungsprozessen [1]. Im Fokus steht dabei die Modellierung von Blindleistungsflüssen und die dezentrale Nutzung von Blindleistungsquellen (z. B. Wechselrichter, Ladedrosseln, Kondensatoren) in Mittelspannungsnetzen, über welche der Blindleistungshaushalt letztendlich beeinflusst werden soll. Diese Veröffentlichung konzentriert sich auf die konzipierte Erweiterung des Netzplanungsprozesses zur Einbindung von Blindleistungsquellen im Verteilungsnetz in ein Blindleistungsmanagement. Deren einzelne Phasen werden erläutert und anschließend die Netz-Sensitivitäts- und -Restriktionsanalyse anhand eines realen Mittelspannungsnetzes demonstriert. Abschließend werden mögliche Abschwächungs- und Verstärkungseffekte im Hinblick auf einen Blindleistungsabruf über mehrere Spannungsebenen hinweg diskutiert. Y1 - 2018 UR - https://www.fenes.net/wp-content/uploads/2019/03/SyNErgie_Paper_2018_Haslbeck_Netzplanungsprozess.pdf 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 - CHAP A1 - Kreuzer, Reinhard A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Brückl, Oliver T1 - Modellierung von Mittelspannungsnetzen zur verbesserten Nachbildung von Wirk- und Blindleistungsflüssen T2 - Tagungsband der Fachtagung "Zukünftige Stromnetze für erneuerbare Energien" am 30./31. Januar 2018 in Berlin N2 - Das vom BMWi geförderte Forschungsprojekt SyNErgie (03/2015 bis 05/2018) beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Netzplanungsprozessen [1]. Im Fokus steht dabei die Modellierung von Blindleistungsflüssen und die dezentrale Nutzung von Blindleistungsquellen (z. B. Wechselrichter, Ladedrosseln, Kondensatoren) in Mittelspannungsnetzen, über welche der Blindleistungshaushalt letztendlich beeinflusst werden soll. Im Rahmen dieses Beitrags wird anhand eines realen Mittelspannungsnetzes (MS-Netz) gezeigt, welche Modellierungsschritte zur Erstellung eines möglichst realitätsnahen Simulationsabbilds nötig sind. Dies ist notwendig, um der Verteilnetzplanung eine robuste Planungsgrundlage für die Ableitung von Entscheidungen im Rahmen eines Blindleistungsmanagements zur Verfügung zu stellen. Y1 - 2018 UR - https://www.fenes.net/wp-content/uploads/2019/03/SyNErgie_Paper_2018_Kreuzer_Modellierung_MSNetze.pdf ER - TY - CHAP A1 - Kraus, Hermann A1 - Gschoßmann, David A1 - Brückl, Oliver T1 - Automatisierung von Netzplanungsprozessen in der Verteilnetzebene – Q(U)- und cosj(P)-Blindleistungsregelung dezentraler Anlagen als spannungshaltende Netzausbaumaßnahmen T2 - Tagungsband Zukünftige Stromnetze 2019, 30.-31.Jan.2019, Berlin N2 - Diese Arbeit befasst sich mit automatisierten Netzplanungsprozessen und gibt einen kurzen Einblick in das Entscheidungsunterstützungssystem, welches im EU-Projekt CrossEnergy entwickelt wird. Detaillierter wird aber auf die Konzipierung und Umsetzung eines automatisierten Einsatzes der Blindleistungsregelung von dezentralen Erzeugungs­ analgen eingegangen, die als spannungshaltende Netzausbaumaßnahme zur Verfügung stehen. Die vorgestellten Methoden und Algorithmen fokussieren sich auf die Q(U)- und coscp(P)-Regelungsarten. Y1 - 2019 SP - 407 EP - 420 PB - Connexio CY - Pforzheim ER - TY - CHAP A1 - Berling, Andreas A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Brückl, Oliver T1 - Interpretation und Relevanz verschiedener Blindleistungsarten für die Modellierung von Niederspannungsnetzen in der Netzplanung T2 - Tagungsband der Fachtagung "Zukünftige Stromnetze für erneuerbare Energien" am 30./31. Januar 2018 in Berlin Y1 - 2018 UR - https://www.fenes.net/wp-content/uploads/2019/03/SyNErgie_Paper_2018_Berling_Blindleistungsarten.pdf ER - TY - CHAP A1 - Rauch, Johannes A1 - Klitsman, Maksym A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Brückl, Oliver T1 - Entwicklung von Methoden zur Prognose der Blindleistungsbilanz von Mittelspannungsnetzen zur Steuerungeines dezentralen Blindleistungsabrufs T2 - Tagungsband der Fachtagung Zukünftige Stromnetze 2019, Berlin Y1 - 2019 UR - https://www.fenes.net/wp-content/uploads/2019/03/SyNErgie_Paper_2018_Rauch_Blindleistungsprognose.pdf SP - 524 EP - 535 ER - TY - CHAP A1 - Brückl, Oliver A1 - Wildfeuer, M. A1 - Schächinger, J. T1 - Systemdienstleistungen durch Biogasanlagen T2 - Biogas in der Landwirtschaft - Stand und Perspektiven: 7. FNR/KTBL-Onlinetagung 29.-30.09.2021, Darmstadt KW - Biogasanlage Y1 - 2021 SN - 978-3-945088-83-8 SP - 92 EP - 101 CY - Darmstadt 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 - CHAP A1 - Sippenauer, Thomas A1 - Brückl, Oliver T1 - Verankerung von Flexibilität in der Netzplanung T2 - ScienceLab (begleitender Workshop zur Konferenz Zukünftige Stromnetze: 29.-30. Januar 2020, Berlin) N2 - Im Rahmen des Projektes C/sells wurden mehrere Mittelspannungsnetze modelliert, um die aktuellen Spannungsverhältnisse und Leitungsauslastungen nachbilden zu können. Zudem wurden, angelehnt an den Netzentwicklungsplan, Szenarien für den zukünftigen PV-Zubau und die potenzielle Entwicklung der Elektromobilität entworfen. Auf Basis der Ergebnisse lässt sich eine Netzanalyse hinsichtlich Spannungs- und Stromgrenzwertüberschreitungen sowie zu deren potenziellen Auftrittszeitpunkten und Auftrittsdauern durchführen. Parallel wurde anhand von Sensitivitätsanalysen untersucht, welche Wirksamkeit Flexibilitätseinsätze an den verschiedenen Netzknoten auf den Engpass haben. Dadurch kann bestimmt werden, wie effektiv die verfügbaren, in der Regel örtlich gebundenen Flexibilitätsanbieter eingesetzt werden können. Da die Sensitivitäten arbeitspunktabhängig sind, wurden verschiedene Zeitpunkte im Jahresverlauf berechnet und die jeweilige Änderungen der Wirksamkeit ausgewertet. Neben der Höhe der Leistungsabweichung wurde die Flexibilitätsanforderung auch anhand der Einsatzzeitpunkte und Einsatzdauer sowie anhand der Häufigkeit der nötigen Flexibilitätseinsätze charakterisiert. Aus den gewonnenen Erkenntnissen soll abgeleitet werden, inwiefern sich der flexible Einsatz der Verbrauchsanlagen in der Netzplanung verankern lässt. Besonders relevant ist deshalb, mit welcher Verlässlichkeit die Flexibilität abgerufen werden kann. Eine sehr hohe Verlässlichkeit lässt sich je nach Flexibilitätsanbieter möglicherweise nicht oder nur zu sehr hohen Preisen gewährleisten. Die Eignung der Flexibilitätseinsätze wird somit sowohl aus technischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht bewertet. Da eine vollständige Verlässlichkeit ohnehin nicht sichergestellt werden kann (technische Störungen einer Anlage, Wettereinflüsse, etc.), werden auch Fallback-Strategien, z. B. Einspeisespitzenkappung, in die Analyse einbezogen. KW - Netzplanung KW - Flexibilität KW - Netzanalyse Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-55592 SN - 978-3-948176-07-5 SP - 77 EP - 81 PB - Conexio GmbH CY - Pforzheim ER - TY - CHAP A1 - Sippenauer, Thomas A1 - Brückl, Oliver T1 - Erschließung der Flexibilitätspotenziale eines Trinkwasserversorgungssystems T2 - ScienceLab (begleitender Workshop zur Konferenz „Zukünftige Stromnetze“: 2020, Berlin) N2 - In Zusammenarbeit mit den Kreiswerken Cham wurde an der OTH Regensburg das Trinkwasserversorgungsgebiet mit allen relevanten Pumpen und Hochbehältern nachgebildet. Mithilfe des Modells kann die aktuelle, füllstandgesteuerte Betriebsweise unter Einhaltung der Randbedingungen (Grenzwerte der Behälterfüllstände, elektrische Verschaltung der Pumpen) simuliert werden. Daraus lässt sich auch das gesicherte, für die Netzplanung geeignete Flexibilitätspotenzial anhand der Leistungsabweichung gegenüber dem regulären Fahrplan, der Einsatzdauer, dem Einsatzzeitpunkt und der Pause zwischen den Flexibilitätsabrufen charakterisieren. In einem Feldversuch wurde vordergründig untersucht, inwiefern der Einsatz von Flexibilität in der Trinkwasserversorgung technisch umsetzbar ist. KW - Netzplanung KW - Flexibilitätspotenzial KW - Trinkwasserversorgung Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-55629 SN - 978-3-948176-07-5 SP - 126 EP - 130 PB - Conexio GmbH CY - Pforzheim ER - TY - CHAP A1 - Strohmayer, Bernhard A1 - Brückl, Oliver T1 - Systemvergleich von Netzausbauoptionen in Niederspannungsnetzen T2 - 3. OTTI-Konferenz : zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien, Berlin, 26./27. Januar 2016 N2 - Die Einhaltung der Spannungsbandgrenzen im Niederspannungsnetz durch die dezentrale Emspeisung von Erzeugungsanlagen ist oft der Grund für Netzausbaumaßnahmen. Dem Netzbetreiber stehen mittlerweile viele Losungsmaßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator (RONT) oder Blindleistungsregelung sind bereits serienreif und werden eingesetzt. Unklarheit herrscht oft noch darüber, welche Maßnahmen bzw Kombinationen langfristig wirtschaftlich günstig sind und sich hinsichtlich der Netzplanung als vorteilhaft erweisen. Ein Forschungsprojekt an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg untersucht verschiedene Lösungsmaßnahmen systematisch, um sie wirtschaftlich, technisch und energetisch bewerten zu können. In 20 Netzen wird in diskreten Schritten die Integration von Erzeugungskapazität am Beispiel der PV simuliert. Der Zubau umfasst den Bereich von 0-100% des möglichen Dachflächenpotenzials. Nach jedem Zubauschritt wird die maximale Spannungsanhebung berechnet. Bei Überschreiten einer Spannungsanhebung in Höhe der in [VDE, FNN Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, VDE-AR-N 4105:2011-08] verankerten drei Prozentpunkte, oder der Stromtragfähigkeitsgrenze eines Betriebsmittels erfolgt ein Netzausbau. Dabei werden die Optionen RONT, die Parallelverkabelung, drei Stufen des Einspeisemanagements (Spitzenkappung auf 85%, 70% und 55%), die Blindleistungsregelung (cosφ(P)), der Zubau von zusätzlichen Ortsnetzstationen und die Verwendung von Strangreglern untersucht. Je kleiner das Ortsnetz, desto stärker bedingt sich die Kostenentwicklung durch die gewählte Primärmaßnahme. Klassischer Netzausbau ist in kleinen Netzen meist teurer als der Einsatz von RONT oder Strangreglern. In größeren Netzen können Parallelverkabelung oder zusätzliche ONS zu günstigen Ausbaupfaden führen. Maßnahmen die anfangs nahezu keine Investition in Netzbetriebsmittel benötigen (Einspeisemanagement, Blindleistungsregelung) sind initial mit Abstand am günstigsten. Im Mittel günstiger als RONT sind anfangs auch Verkabelung und Strangregler, jedoch bei höherer Ergebnisstreuung. Bereits nach fünf Perioden liegen die mittleren Gegenwartswerte für starke Spitzenkappung, Blindleistungsregelung und zusätzliche ONS häufig über der Maßnahme RONT. Die geringste Kostenstreuung tritt beim Einsatz von RONT auf. Mittel- und langfristig liegen die Mediane fast aller Primärmaßnahmen über den wahrscheinlich auftretenden Kosten für Strangregler und RONT. Bei Erschließung von zusätzlichen 25% des theoretisch maximalen Potenzials nach Erreichen der NAK betragen die Kosten bei RONT-Einsatz ca. 125/kWp. Parallelverkabelung verursacht rd. 45, Blindleistungsregelung rd. 55 €/kWp Mehrkosten. Bei 50% des Ausbaupotenzials führen Parallelverkabelung und Blindleistungsregelung mit im Mittel 50 bzw. 75 €/kWp sogar zu noch höheren Mehrkosten. Für 20 GW PV-Leistung in der Niederspannung bedeutet dies über 1 Mrd. Zusatzkosten. RONT und Strangregler erweisen sich zudem kostenrobust gegenüber unerwartet ausbleibendem Kapazitätszubau. Analysen dazu und Ergebnisse für andere Zinssätze und Zeitskalen befinden sich in [INA, Informationsportal: Regelbare Ortsnetztransformatoren, 2015. http://ront.info]. KW - Blindleistungsregelung KW - Netzausbau KW - Netzbetreiber KW - Netzmittel KW - Netzplanung KW - Netztransformator KW - Niederspannung KW - Niederspannungsnetz KW - Spannungsanhebung KW - Stromtragfähigkeit KW - Systemvergleich KW - Verkabelung Y1 - 2016 SN - 978-3-943891-63-8 SP - 256 EP - 261 CY - Regensburg ER - TY - JOUR A1 - Brückl, Oliver A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Portner, Olaf A1 - Hinz, Gerhard T1 - Kostenminimaler Netzanschluss einer 8-MW-PV-Anlage mithilfe regelbarer Ortsnetztransformatoren JF - Energiewirtschaftliche Tagesfragen N2 - Die steigende Anzahl der Erzeugungsanlagen (EZA) in den Verteilnetzen zwingt viele Verteilnetzbetreiber zum kostenintensiven Netzausbau. Dabei sind die EZA gemäß EEG am technisch und wirtschaftlich günstigsten Verknüpfungspunkt anzuschließen. Zur Bestimmung dieses Punktes ist ein Vergleich sinnvoller Netzanschlussvarianten durchzuführen. Regelbare Ortsnetztransformatoren (RONT) erweitern seit Kurzem die Netzanschlussmöglichkeiten, auch auf Mittelspannungsebene. Das Beispiel eines Anschlusses für eine 8-MW-PV-Anlage zeigt, dass der optimale Netzanschluss eine Kombination zwischen RONT, Spannungsblindleistungsregelung, Trennstellenverlagerung und Leitungsverstärkung sein kann. In diesem Fall bemerkenswert ist, dass der RONT-Einsatz die Netzanschlusskosten um rd. 60 % gegenüber einer separaten Anbindung am Umspannwerk reduziert. Die Autoren beschreiben eingangs die Problematik hoher Netzausbaukosten beim Anschluss von Photovoltaik-Flächenanlagen. Das Vorgehen der durchgeführten Netzanalyse im konkreten Fall (Abb.: Grafische Darstellung des südlichen MS-Netzes der Stadtwerke Kehlheim mit angedeuteter Einspeiseleistung) und die 6 analysierten Netzanschlussvarianten werden beschrieben und diskutiert (Abb.: Gegenüberstellung der Investitionen der verschiedenen Netzausbauszenarien). Die oben genannte günstigste Anschlussvariante besteht aus folgender Kombination: Verlegung der vorhandenen Netztrennstelle zwischen zwei 20-kV-Stränge; Verstärkung einer bestehenden Freileitungsstrecke über 1 km; Einsatz von maximal 15RONT sowie Spannungsblindleistungsregelung durch die PV-Flächenanlage. KW - Blindleistungsregelung KW - elektrische Energieverteilung KW - Investitionskosten KW - Kostenanalyse KW - Mittelspannung (elektrisch) KW - Netzanschluss KW - Netztransformator KW - Ortsnetz (Energie) KW - Photovoltaikanlage KW - Szenarioanalyse KW - Wirtschaftlichkeitsrechnung Y1 - 2014 VL - 64 IS - 6 SP - 63 EP - 65 PB - Energiewirtschaft und Technik, Verl.-Ges. CY - Gräfelfing ER - TY - JOUR A1 - Brückl, Oliver A1 - Dalisson, Nils A1 - Strohmayer, Bernhard A1 - Haslbeck, Matthias T1 - Spannungshaltungsmaßnahmen im Verteilungsnetz : Systemvergleich JF - EW : Magazin für die Energie-Wirtschaft N2 - Verteilungsnetzbetreibern stehen mittlerweile viele Maßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung. Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator werden in vielen Pilotprojekten erprobt. Unklar ist jedoch noch, welche Maßnahmen beziehungsweise Kombinationen langfristig wirtschaftlich am günstigsten sind. Die Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg untersucht daher in einem Forschungsprojekt verschiedene Maßnahmen, um sie unter wirtschaftlichen, technischen und energetischen Gesichtspunkten bewerten zu können. Der Beitrag untersucht am Beispiel des Netzmodells eines Dorfnetzes mit zahlreichen Photovoltaikanlagen unterschiedliche Szenarien für die Spannungshaltung, wobei u. a. Maßnahmen wie die Parallelverkabelung, das Einspeisemanagement durch Spitzenlastkappung, die Spannungs-Blindleistungsregelung durch die Erzeugungsanlagen sowie ein RONT (regelbarer Ortsnetztransformator) betrachtet werden. Dabei zeigt sich, dass es keine Maßnahme gibt, die in allen Belangen die günstigste Lösung ist. Es zeichnet sich jedoch ab, dass der RONT in vielen Fällen (abhängig vom Durchdringungsgrad) die günstigste oder zumeist eine günstige Lösung zur Erhöhung der Netzanschlusskapazität darstellt. KW - Blindleistungsregelung KW - dezentrale Stromerzeugung KW - Einspeisung KW - Energienetzplanung KW - Netzmodell KW - Netzstabilität (Energienetz) KW - Ortsnetz (Energie) KW - Photovoltaik KW - Regeltransformator KW - Spannungsregelung KW - Vergleichsuntersuchung Y1 - 2014 UR - https://emagazin.ew-magazin.de/de/profiles/a21024e15cd4/editions/fc50e368dae3fad315dd SN - 1619-5795 VL - 113 IS - 6 SP - 66 EP - 69 PB - VWEW-Energieverl. CY - Frankfurt am Main ER - TY - CHAP A1 - Kraus, Hermann A1 - Brückl, Oliver ED - Schulz, Detlef T1 - Concept for the Use of an Automated Network-Planning in the Distribution Grid Level with Coordination of Various Grid Expansion Measures T2 - NEIS 2019 : Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems, Hamburg 19.09.2019 - 20.09.2019 N2 - In this thesis, a concept for the automated use of network planning processes, which is part of the decision support system developed in the framework of the EU project CrossEnergy, is presented. This publication focuses on the automatic processing of input data and subsequent network modeling as well as the coordination of network extension measures for the systematic solution of static voltage and current problems. Different variants are calculated in order to be able to compare the design technologies. KW - Eingabedaten KW - Entscheidungsunterstützungssystem KW - Konstruktionstechnik KW - Netzausbau KW - Netzmodell KW - Spannung (elektrisch) Y1 - 2019 UR - http://www.vde-verlag.de/proceedings-de/565152022.html SN - 978-3-8007-5152-5 SP - 161 EP - 165 ER - TY - GEN A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Brückl, Oliver T1 - Liberalisierung von Systemdienstleistungen T2 - Zukünftige Stromnetze für erneuerbare Energien N2 - Die Liberalisierung der Blindleistung und Schaffung von regionalen nicht ausschreibungspflichtigen Q-Beschaffungsprozessen ermöglicht vor allem künftig erhebliche Kostenreduktionspotenziale. Allerdings ist die Etablierung mit umfangreichen Eingriffen in den heutigen Normen- und Gesetzesrahmen verbunden. Damit diese Potenziale gehoben werden können, bedarf es einerseits der Möglichkeit der Kostenanrechnung im Rahmen der Netznutzungsentgelte, andererseits eines Anreizsystems, sinnvoll und sorgsam mit Q umzugehen. Grundsätzlich ist vorher gründlich zu untersuchen, ob und ab welchem Zeitpunkt die Liberalisierung der Blindleistung zielführend ist und wie im Detail die Liberalisierung der Blindleistung auszugestalten wäre. KW - Blindleistung KW - Deregulierung KW - Energiewende KW - Kostenreduktion KW - Netzmanagement KW - Netz-Management KW - Privatisierung KW - Stromerzeugung KW - Stromversorgung KW - Wettbewerb KW - Wiederaufbau KW - Wirkleistung Y1 - 2014 SN - 978-3-943891-34-8 SP - 170 EP - 175 PB - Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut (OTTI) CY - Regensburg ER - TY - RPRT A1 - Brückl, Oliver T1 - Hemmnisse im Verteilnetzausbau und deren Überwindung N2 - Die Bundesregierung hat ambitionierte Ausbaupfade für die Windenergie und Photovoltaik festgelegt. Allerdings gefährdet vor allem der Verteilnetzausbau und der Netzanschluss der Erneuerbare-Energien-Anlagen (EE-Anlagen) die Erreichung dieser hochgesteckten Ziele. In einem Gutachten im Auftrag der Fraktion von Bündnis 90/DIE GRÜNEN im Bayerischen Landtag identifiziert Prof. Dr.-Ing. Oliver Brückl die wesentlichen Hemmnisse für den beschleunigten Verteilnetzausbau und den Netzanschluss für EE-Anlagen und diskutiert Lösungsansätze in folgenden Bereichen: Regulierungsrahmen für die Verteilnetzbetreiber, Genehmigungsverfahren von Netzausbauprojekten, Praxis der Netzintegration von EE-An lagen, Personalkapazitäten, Beschaffung von Betriebsmitteln und Bau von Anlagen, Zertifizierungsprozess für den Netzanschluss von EE-Anlagen. Im Rahmen des Gutachtens wurden ca. 35 Interviews mit verschiedenen Stakeholdern geführt: Netzbetreiber und Stadtwerke, Projektierer*innen, Herstellerindustrie, Verbände und Behörden. KW - Netzausbau KW - Netzintegration Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-60438 PB - INA – Institut für Netz- und Anwendungstechnik GmbH CY - Waldmünchen ER - TY - CHAP A1 - Brückl, Oliver A1 - Krpal, Ondrej A1 - Riepl, Markus T1 - Influence of wind and solar energy on the frequency of switching operations of On-Load Tap-Changers (OLTC) BT - Electric Power Engineering T2 - Proceedings of the 13th International Scientific Conference Electric Power Engineering 2012, EPE 2012; Vol. 2 Y1 - 2012 SP - 719 EP - 722 PB - EPE CY - Brno, Czech Republic ER - TY - JOUR A1 - Schächinger, J. A1 - Brückl, Oliver A1 - Becker, Mark A1 - Lechner, Raphael T1 - Results of the Research Project Optibiosy: Biogas plants as stabilizers of the power system? JF - BWK ENERGIE T2 - Biogasanlagen als Stabilisatoren des Stromsystems? Y1 - 2022 SN - 1436-4883 VL - 74 IS - 11-12 SP - 34 EP - 39 PB - VDI-Verlag CY - Düsseldorf ER - TY - THES A1 - Rauch, Johannes T1 - Entwicklung eines Regelverfahrens für einen optimierten und zentralen Blindleistungsabruf zur Beeinflussung des Blindleistungshaushalts von Mittelspannungsnetzen unter Einhaltung von Netzrestriktionen N2 - Die Energiewende führt zu neuen Herausforderungen für Verteilungsnetzbetreiber hinsichtlich der Er-bringung von Systemdienstleistungen, der Integration weiterer Erzeugungsanlagen und Lasten sowie der Gewährleistung einer hohen Versorgungssicherheit und normgerechten Spannungsqualität. Die De-ckung der auftretenden Blindleistungsbedarfe seitens der Netzbetriebsmittel, Verbraucher und Erzeu-gungsanlagen gewinnt durch den Wegfall der Großkraftwerke für Netzbetreiber zunehmend an Bedeu-tung. Das Projekt SyNErgie beschäftigt sich diesbezüglich mit der Entwicklung neuartiger Blindleis-tungsmanagementsysteme für Mittelspannungsnetze. Ziel ist es, das bisher ungenutzte, freie Blindleis-tungspotential betrieblicher Kompensationsanlagen und dezentraler Erzeugungsanlagen (allgemein: Blindleistungsquellen) zu nutzen, um die Blindleistungsänderungsfähigkeit eines Verteilungsnetzes zu erhöhen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines zentralen Blindleistungsregelsystems, bei dem Blindleistungsquellen auf Basis von „Optimal Power Flow“-Berechnungen über eine zentrale Recheninstanz angesteuert werden. Zum Einsatz kommt dabei ein Optimierungsalgorithmus, der auf Basis des aktuellen Netzzustandes (Spannungs- und Auslastungsreserven) und des aktuellen Blindleis-tungspotentials der Blindleistungsquellen einen bedarfsoptimalen Abruf koordiniert. Das zentrale Re-gelverfahren wird in Netzmodellen verschiedenartiger Mittelspannungsnetzgruppen und unterschiedli-cher Art und Anzahl von Blindleistungsquellen angewendet sowie im Hinblick auf variierende Zielvor-gaben und Randbedingungen evaluiert und diskutiert. KW - Netzbetriebsführung KW - Blindleistungsmanagement KW - Optimierung Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-6595 ER - TY - CHAP A1 - Kraus, Hermann A1 - Brückl, Oliver T1 - Use and Programmatic Extension of PowerFactory for the Implementation of Automated Network Planning at the Distribution Grid Level T2 - 2020 10th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT): 16-18 Sept. 2020 N2 - In this paper it is presented how the network calculation program PowerFactory is used to implement automated network planning algorithms. PowerFactory’s internal functions and data sets are discussed and it is shown how the functions and data sets have been extended by specially developed scripts to enable the automation of network planning steps. Finally, the methodology applied to calculate grid use cases is briefly discussed. KW - automated grid planning KW - Current measurement KW - distribution grid KW - grid data handling KW - Load flow KW - Load modeling KW - Loading KW - Planning KW - Power cables KW - PowerFactory KW - Reactive power Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1109/ACIT49673.2020.9208900 SP - 731 EP - 736 PB - IEEE ER - TY - JOUR A1 - Haslbeck, Matthias A1 - Brückl, Oliver T1 - Netzplanung Mittelspannungsnetze: Abbildung eines innovativen Blindleistungsmanagements, Teil 1 und 2 JF - ew - Magazin für die Energiewirtschaft Y1 - 2020 IS - 7-8 und 9 SP - 36 EP - 39 ER - TY - JOUR A1 - Koder, Alexander A1 - Schwanzer, Peter A1 - Zacherl, Florian A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Mayer, Wolfgang A1 - Gruber, Georg A1 - Dotzer, Thomas T1 - Combustion and emission characteristics of a 2.2L common-rail diesel engine fueled with jatropha oil, soybean oil, and diesel fuel at various EGR-rates JF - Fuel N2 - To investigate the combustion and emission behavior of straight vegetable oils (SVO), jatropha oil, soybean oil, and diesel fuel were tested. For this research, a 2.2L common-rail engine with a two-stage turbocharging concept was equipped with a cylinder pressure indication system, an exhaust-gas analyzer, an AVL Micro Soot sensor and a Scanning Mobility Particle Sizer 3936 (SMPS) device to detect the particle-size-distribution (PSD). At a low and mid-load engine-operating point (EOP), the thermodynamic and emissions were investigated under various exhaust gas recirculation (EGR) rates with respect to the PSD. Moreover, the injection behavior of the three test fuels was analyzed separately using an injection rate analyzer. This procedure facilitates the thermodynamic investigations of the engine process and allows the calculation of the hydraulic delay (HD) as well as the ignition delay (ID). The ID of the SVO fuels compared to diesel fuel was found to be lower at all engine-operating modes, while jatropha oil always showed the shortest ID. In the particulate-nitrogen oxide (NOX) trade-off, the SVO fuels showed higher particulate matter (PM) emissions at the low-load EOP, whereas the PM emissions of diesel fuel overtop the SVO fuels at a higher engine load. With increased EGR-rates, a rise in the particle size was observed for all fuels. At the low-load EOP, the SVO fuels showed larger particles for high EGR-rates. This effect also changed by increasing the engine-load to the mid-load EOP, wherein the particle size of the diesel fuel emissions is higher by applying elevated EGR-rates. KW - BEHAVIOR KW - BLENDS KW - Exhaust gas recirculation KW - IGNITION KW - INJECTION KW - Jatropha oil KW - KARANJA KW - Particle-size-distribution KW - PERFORMANCE KW - RME KW - Soybean oil KW - Straight vegetable oil combustion KW - VEGETABLE-OILS Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.04.147 VL - 228 IS - September SP - 23 EP - 29 PB - Elsevier ER - TY - CHAP A1 - Koder, Alexander A1 - Zacherl, Florian A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Mayer, Wolfgang A1 - Gruber, Georg A1 - Dotzer, Thomas T1 - Jatropha Oil as an Alternative Fuel for Modern Diesel Engines - Injection Characteristics and EGR-Compatibility T2 - WCX 17: SAE World Congress 2017 N2 - An effective way to reduce greenhouse gas emissions (GHGs) is to use rurally produced straight jatropha oil as a substitute for diesel fuel. However, the different physical and chemical properties of straight vegetable oils (SVOs) require a customized setup of the combustion engine, particularly of the injection timing and quantity. Therefore, this study demonstrates the differences in the injection and combustion processes of jatropha oil compared to diesel fuel, particularly in terms of its compatibility with exhaust gas recirculation (EGR). A 2.2 l common-rail diesel engine with a two-stage turbocharging concept was used for testing. To examine the differences in injection rate shaping of diesel fuel and jatropha oil, the injector was tested with an injection rate analyzer using both the fuels. To investigate the combustion process, the engine was mounted at an engine test bench and equipped with a cylinder pressure indication system. All limited emissions, as well as fuel consumption, were measured. Various injection strategies, boost and rail pressure levels were tested at different EGR rates in terms of their impact on the combustion process. EGR in particular offers a great potential in the case of jatropha oil combustion due to its oxygen content. In addition, the investigation of injection rate shaping in combination with cylinder pressure analysis allowed a detailed thermodynamic evaluation of the combustion process. Ignition delay (ID) was also analyzed using a new method to calculate the start of combustion (SOC) Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.4271/2017-01-5000 PB - SAE International ER - TY - JOUR A1 - Walter, Stefanie A1 - Schwanzer, Peter A1 - Steiner, Carsten A1 - Hagen, Gunter A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Dietrich, Markus A1 - Moos, Ralf T1 - Mixing Rules for an Exact Determination of the Dielectric Properties of Engine Soot Using the Microwave Cavity Perturbation Method and Its Application in Gasoline Particulate Filters JF - Sensors N2 - In recent years, particulate filters have become mandatory in almost all gasoline-powered vehicles to comply with emission standards regarding particulate number. In contrast to diesel applications, monitoring gasoline particulate filters (GPFs) by differential pressure sensors is challenging due to lower soot masses to be deposited in the GPFs. A different approach to determine the soot loading of GPFs is a radio frequency-based sensor (RF sensor). To facilitate sensor development, in previous work, a simulation model was created to determine the RF signal at arbitrary engine operating points. To ensure accuracy, the exact dielectric properties of the soot need to be known. This work has shown how small samples of soot-loaded filter are sufficient to determine the dielectric properties of soot itself using the microwave cavity perturbation method. For this purpose, mixing rules were determined through simulation and measurement, allowing the air and substrate fraction of the sample to be considered. Due to the different geometry of filter substrates compared to crushed soot samples, a different mixing rule had to be derived to calculate the effective filter properties required for the simulation model. The accuracy of the determined mixing rules and the underlying simulation model could be verified by comparative measurements on an engine test bench. KW - mixing rule KW - dielectric properties KW - microwave cavity perturbation KW - finite element method (FEM) KW - soot mass determination KW - radio-frequency (RF) KW - gasoline particulate filter (GPF) Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/s22093311 VL - 22 IS - 9 SP - 1 EP - 17 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Eckert, Fabian A1 - Henning, Hans-Martin A1 - Trost, Tobias ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Storage Demand in the Transport and Chemical Sector T2 - Handbook of Energy Storage N2 - In the transport sector, energy transition is still in its beginnings: shares of renewable fuels are at 5% and are, with the exception of a small percentage in electrical rail transport, almost entirely restricted to biofuel. The transport sector, i.e., road, air, shipping, and rail traffic, consumes around 30% of all final energy in Germany and its dependency of over 90% on petroleum is still very high. As a result, its shares in greenhouse gas emissions are at 20%. The necessary structural change in mobility, based on energy transition, is closely linked to the question of operating energy and of energy storage also. Aside from vehicles directly powered by wind or solar energy, mobility without storage is not possible: fuel tanks in cars, gas stations, and airplanes are omnipresent. The focus of the considerations on storage demand in the transport sector is on the question of how these storages can be used with renewable energies via bio and synthetic fuels, and on the question of how much storage is necessary for these new drive technologies, such as e-mobility. Before this, mobility needs today and in future need to be examined. In the chemical sector, the situation is very much alike: there is a great dependency on fossil resources, and decarbonization is inevitable to achieve ambitious climate goals. The structural change to convert and store renewable electricity as primary energy via power-to-X (PtX) represents a storage demand. First estimates will conclude this chapter. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_5 SP - 165 EP - 188 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Breuer, Christopher A1 - Drees, Tim A1 - Eckert, Fabian A1 - Maaz, Andreas A1 - Pape, Carsten A1 - Rotering, Niklas A1 - Thema, Martin ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Storage Demand in Power Supply T2 - Handbook of Energy Storage N2 - Energy storage systems (in the past as well as today) are one significant part in the energy supply. The following three chapters describe how storage demand will develop in the future for the electricity, heat, and traffic sectors, as well as for non-energetic consumption of fossil resources (the chemical industry). Chapter 3, the core of this section on storage demand, makes clear how and why the electricity sector is the nucleus of the energy supply of all sectors and why it creates essential bridges between electricity, heat, and transport sectors, as well as with the chemical industry. If planned electricity network expansion takes place and flexibilities in generation and consumption are fully exploited, the demand for electricity storage, according to present estimates, will only reach a significant scale at 60–80% shares of renewable energy in the power supply. Network expansion has a great impact on the storage demand, as well as flexible power generation in power plants, combined heat and power (CHP), and flexible consumption via demand-side management (DSM). Four studies in the context of storage demand and the role of energy storage systems for flexibility are comprehensively addressed. The authors and the co-authors were themselves participants in these studies, which will be complemented by ongoing research. A meta-study summary of the main results is shown in Abschn. 3.7, and these results are compared with seven further studies. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_3 SP - 51 EP - 136 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Eckert, Fabian A1 - Gerhardt, Norman A1 - Henning, Hans-Martin A1 - Palzer, Andreas ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Heating Supply Storage Requirements T2 - Handbook of Energy Storage N2 - Unlike the electricity sector, heating and cooling storage requirements have attracted little public attention. This is because these storage requirements have generally already been met, and will not change significantly in the future. In the electricity sector by contrast, there will be a significant shift from primary energy storage to electricity and final energy storage. Both sectors have remarkably high storage requirements. Almost all households have thermal buffers. The same is true of renewable energy heating systems such as pellet heating, geothermal, or solar-thermal systems. Some households with liquid gas or oil heating even have two storage units: a fuel tank and a thermal buffer. Exceptions include heating systems with upstream storage such as district heating or gas storage. In the future, integration of the electricity and heating sectors by combined heat and power (CHP) generation, heat pumps, power-to-heat (PtH), and power-to-gas (PtG) will facilitate the use of renewable energy, and lead to a paradigm shift. Relying on results from various studies, this chapter examines the development of heating supply in Germany and the resulting thermal storage requirements. The chapter’s later sections provide surplus and storage potential estimates. Cooling requirements are included as ‘process cooling’ under ‘process heat’, and as ‘air-conditioning’ over ‘room heating’. It is primarily integrated into electricity demand. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_4 SP - 137 EP - 163 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Stadler, Ingo A1 - Eckert, Fabian A1 - Gerhardt, Norman A1 - von Olshausen, Christian A1 - Thema, Martin A1 - Trost, Tobias ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Storage Integration for Coupling Different Energy Sectors T2 - Handbook of Energy Storage N2 - Electricity is becoming the primary source of energy, a trend that is particularly apparent through the coupling of the electricity sector with other energy sectors. In addition to the established links between the electricity and heating sectors using combined heat and power (CHP), which is supplemented by electric heat-pumps and power-to-heat (PtH), other new links are also emerging. These links are manifesting in the form of electro-mobility and electric fuels in the electricity and transport sectors; and in the electricity and gas sector they are appearing in the form of power-to-gas (PtG). The production of basic chemical materials such as methanol or polymers using electrical energy, water, and CO2 will also play a role in the future. However, the latter will not be dealt with explicitly here. Instead we will consider in detail other aspects of electricity as a primary energy source and its integration and application for energy storage. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_14 SP - 757 EP - 803 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Stadler, Ingo A1 - Eckert, Fabian A1 - Thema, Martin ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Storage Integration in Individual Energy Sectors T2 - Handbook of Energy Storage N2 - How is energy storage integrated and currently implemented in the electricity supply, heating supply, and mobility sectors? This chapter provides both theoretical and practical answers to that question. The chapter focuses on the integration of renewable energy. Cross-sectoral energy storage systems that link the electricity, heating, and mobility sectors are discussed in Kap. 14. This chapter focuses on storage integration in the electricity sector. After considering stand-alone networks, the chapter uses practical examples to analyze the various storage applications in the European network. The chapter concludes with a discussion of storage integration in the heating and transportation sectors. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_13 SP - 675 EP - 755 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Thema, Martin A1 - Sterner, Michael A1 - Lenck, Thorsten A1 - Götz, Philipp T1 - Necessity and Impact of Power-to-gas on Energy Transition in Germany JF - Energy Procedia N2 - The present paper gives an outlook on a bandwidth of required installed power-to-gas capacity in the German power sector fed by 100% renewable generation until 2050. Two scenarios were simulated to quantify cost effects of power-to-gas on the electricity system: once with, once without additional short-term flexibility options to a system using fossil natural gas as sole flexibility option instead. As a result, at latest in 2035, power-to-gas capacity expansion has to take place to reach required installed capacities of up to 89-134 GW in 2050. Application of power-to-gas as long-term flexibility leads to cost savings of up to 11,7-19 bn Euro enabling a fully renewable system in 2050. KW - decarbonization KW - energy storage KW - energy transition KW - Power-to-Gas KW - renewable energy KW - supply security KW - surplus energy KW - system costs Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.10.129 VL - 99 SP - 392 EP - 400 PB - Elsevier ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Thema, Martin ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Comparison of Storage Systems T2 - Handbook of Energy Storage N2 - There are several approaches to classifying energy storage systems (see Chaps. 1 and 2). Storage systems are used in a large number of different technologies at various stages of development, and in a wide range of application areas (see Chaps. 3 to 5). This chapter compares the capabilities of the different storage systems using the following criteria:This comparison of storage systems also provides a convenient overview of the various storage systems and their capabilities. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_12 VL - 6 SP - 637 EP - 672 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg 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 - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Wie wird Deutschland klimaneutral? Neue Lösungen für erneuerbare Energieerzeugung T2 - Jahreskonferenz der Stiftung Nagelschneider zur Erforschung, München, 19.11.2021 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Klimaschutz Y1 - 2021 CY - München 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 - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Power-to-X for Europes Energy Transformation – Booster H2Global T2 - Hydrogen Online Workshop Conference (Mission Hydrogen), 25.03.2021 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Power-to-X Y1 - 2021 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Sektorenkopplung mit Solarstrom: Theorie und Praxis T2 - 17. Nationale Photovoltaik-Tagung, Kursaal Bern, Schweiz 26.03.2019 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Solarstrom KW - Photovoltaik Y1 - 2019 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Technologieausblick Solarstromspeicher T2 - Innovationsforum Photovoltaik, 18. Oktober 2021, Linz KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Solarstrom KW - Energiespeicher KW - Photovoltaik Y1 - 2021 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Ohne Speicher, Wasserstoff und Power-to-X keine Dekarbonisierung von Verkehr und Industrie – Möglichkeiten und Notwendigkeit der integrierten Sektorenkopplung T2 - CIGRE/CIRED Informationsveranstaltung 2020, Leipzig, 13.10.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Klimaschutz KW - Energiespeicher KW - Power-to-X Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael A1 - Thema, Martin T1 - Technologies status and perspectives of Power-to-Gas in connection with seasonal underground storage T2 - European Workshop on Underground Energy Storage, Paris 07.11.2019 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Power-to-Gas Y1 - 2019 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Power-to-Gas technologies in the energy sector and their role in the fight against climate change T2 - Hungarian Power-to-Gas REKK Forum, Budapest Corvinus University, 12.02.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Power-to-Gas Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Megathema Wasserstoff: Power-to-X im Kontext der Energiewende und des Klimaschutzes in Deutschland T2 - IRES Symposium, Berlin 18.11.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Wasserstoff KW - Klimaneutralität KW - Power-to-X KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Die Rolle von Wasserstoff in allen Sektoren T2 - Sektorenübergreifende Erkenntnisse zu PtX Fachforum "Wasserstoff Technologie, Prozesssicherheit und Regionalentwicklung", Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V.) Meinsberg, 23.9.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Wasserstoff Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Power-to-X im Kontext der Energiewende und des Klimaschutzes in Deutschland T2 - Hydrogen Dialogue H2.Bayern, 18.11.2020, Nürnberg Friedrich-Alexander-Universität KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Power-to-X Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - The role of green H 2 + Power-to-X in the German Energy Transition T2 - First Brazilian-German Green Hydrogen Congress, Brasilia 06.10.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Wasserstoff KW - Power-to-X Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Bedeutung des Klimaschutzes für die Wirtschaft in Ostbayern T2 - Veranstaltungsreihe der Freunde der OTH Regensburg e. V., Regensburg, Regensburg 25.11.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Klimaschutz Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Gas aus einer Gesamtenergieversorgungsperspektive - Warum wir Power-to-X für die Klimaneutralität brauchen T2 - Kopernikus-Konferenz Projekt "Ensure" (Deutsche Umwelthilfe), 15. April 2021 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Power-to-Gas Y1 - 2021 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Vom Klimaschutz zum Wasserstoff in Verkehr und Industrie – jetzt regional handeln T2 - Kick-Off Workshop: HyExpert Wasserstoffmodellregion Fichtelgebirge, Wunsiedel, 22.09.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Wasserstoff Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Wasserstoff als zentraler Baustein der Energiewende in Süddeutschland: Powerto- Gas und der rechtliche Rahmen T2 - 1. Wasserstofftag Süddeutschland, Um 29.10.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Wasserstoff Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Warum wir Power-to-X für die Klimaneutralität und Mobilitätswende brauchen T2 - DECHEMA Fachforum Diesel: Mobilitätswende durch alternative Antriebe und Kraftstoffe:, Frankfurt 02.12.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Power-to-X Y1 - 2020 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Grüner Wasserstoff - wo wir ihn brauchen für die Klimaneutralität T2 - Energiewendeforum Wasserstoff (Grüner Strom Label e. V.), Bonn, 21. September 2021 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Wasserstoff Y1 - 2021 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Die Grenzen des Wasserstoff-Hypes T2 - 1. Mitteldeutscher Wasserstoffkongress, 2. November 2021, Leuna CCE Kulturhaus KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Wasserstoff Y1 - 2021 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Wasserstoff – Energieträger der Zukunft T2 - BBA Forum, Passau 24.11.2020 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Wasserstoff Y1 - 2020 ER - TY - CHAP A1 - Stadler, Ingo A1 - Sterner, Michael ED - Droege, Peter T1 - Urban Energy Storage and Sector Coupling T2 - Urban Energy Transition N2 - Global warming, greenhouse gas emissions, and the general transition toward renewable energy resources are mentioned many times within this book, and will not be repeated again here. Countries that are transitioning to use of more renewable energy sources are mainly using wind and solar power—except for a few countries that, due to their prerequisites, will mainly use hydro power and/or bioenergy. The transmission process in terms of energy generation so far is mainly happening in rural areas—not in urban centers. Most technologies do not really play an important role in urban areas, and are mainly focused on the application of solar energy. Solar energy is widely applied more in rural areas, although investigations show that its application in urban areas already fits well into the existing grid infrastructure. Whereas rural areas are more prone to grid integration problems, the energy infrastructure in urban centers is already well prepared for renewables integration. In fostering tight bundles of potentially linked energy generation, distribution, networking, and use across power and thermal systems in stationary and mobile modes, urban centers become particularly critical in the energy transition processes as energy systems are becoming completely based on renewable sources without a nuclear or fossil-based backbone. This chapter discusses the almost unlimited energy storage possibilities. It will show their enormous capabilities, but also their significant differences in many physical and economical parameters. Next, the authors discuss the necessity of combining and coupling the different energy sectors for electricity, heat, cold, gas, and transport. Finally, the authors present the conclusion that only when coupling the energy sectors and using cheap and efficient energy storage options from one energy sector to solve challenges within another energy sector will the energy transition process be managed in an efficient way. KW - Energy storage KW - energy transition KW - Greenhouse gas emissions KW - RENEWABLE ENERGY KW - Renewable sources KW - sector coupling Y1 - 2018 SN - 978-0-08-102074-6 U6 - https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102074-6.00026-7 SP - 225 EP - 244 PB - Elsevier ET - 2. ed. ER - TY - CHAP A1 - Sörgel, Matthias A1 - Riederer, Michael A1 - Held, Andreas A1 - Plake, Daniel A1 - Zhu, Zhilin A1 - Foken, Thomas A1 - Meixner, Franz X. ED - Foken, Thomas T1 - Trace Gas Exchange at the Forest Floor T2 - Energy and Matter Fluxes of a Spruce Forest Ecosystem N2 - Exchange conditions at the forest floor are complex due to the heterogeneity of sources and sinks and the inhomogeneous radiation but are important for linking soil respiration to measurements in the trunk space or above canopy. Far more attention has therefore been paid to above and within canopy flows, but even studies that addressed forest floor exchange do not present measurements below 1 m or 2 m. We used a multilayer model that explicitly resolves the laminar layer, the buffer layer, and the turbulent layer to calculate fluxes from the measured profiles in the lowest meter above ground and to calculate effective surface concentrations from given fluxes. The calculated fluxes were compared to measured eddy covariance fluxes of sensible heat and O3 and to chamber derived soil fluxes of CO2 and 222Rn. Sensible heat fluxes agreed surprisingly well given the heterogeneity of radiative heating and the generally low fluxes (max. 25 W m−2). The chamber fluxes turned out to be not comparable as the chamber fluxes were too low, probably due to one of the well-known problems of enclosures such as pressure differences, disturbed gradients and exclusion of naturally occurring turbulence events and surface cooling. The O3 fluxes agreed well for high O3 values reaching down to the forest floor during full coupling of the canopy by coherent structures. During most of the time, the model overestimated the fluxes as chemical reactions were dominating within the profile. One new approach was to calculate the effective surface concentration from a given flux and compare this to measured surface concentrations. This allowed the identification of situations with a coupled and decoupled forest floor layer, which has important consequences for respiration measurements in the trunk space or above canopy and should be considered in upcoming studies. KW - Chamber Flux KW - Eddy Covariance KW - Forest Floor KW - Multilayer Model KW - Nitrogen Oxide Y1 - 2017 SN - 978-3-319-49387-9 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-49389-3_8 VL - 229 SP - 157 EP - 179 PB - Springer CY - Cham 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 - Sterner, Michael ED - Chen, Wei-Yin ED - Suzuki, Toshio ED - Lackner, Maximilian T1 - Power-to-Gas T2 - Handbook of Climate Change Mitigation and Adaptation N2 - This chapter provides an overview on the storage technology power-to-gas for the decarbonization of all energy sectors. Other than “negative emissions” with CCS or biomass, which have clear limits in potentials, costs and environmental benefits, storage and energy conversion technologies like power-to-gas and power-to-x enable the decarbonization by neutralizing the CO2 footprint of all energy services. Via the conversion of renewable electricity into chemical energy carriers like renewable hydrogen or renewable hydrocarbons, the existing fossil infrastructure with vast and sufficient storage and transport capacities can be used with carbon neutral renewable energy. After showing the demand for storage technologies, the technology components of power-to-gas are described, building the basis for the storage system power-to-gas itself that is described in detail, including efficiency, potential, CO2 emissions, and costs. In conclusion, a technical pathway of decarbonization including costs is described for the industrial nation of Germany and necessary policy frameworks are derived. Y1 - 2016 SN - 978-1-4614-6431-0 U6 - https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6431-0_89-1 VL - 36 SP - 1 EP - 51 PB - Springer CY - New York, NY ER - TY - GEN ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Handbook of Energy Storage BT - Demand, Technologies, Integration N2 - There are several approaches to classifying energy storage systems (see Chaps. 1 and 2). Storage systems are used in a large number of different technologies at various stages of development, and in a wide range of application areas (see Chaps. 3 to 5). This chapter compares the capabilities of the different storage systems using the following criteria:This comparison of storage systems also provides a convenient overview of the various storage systems and their capabilities. KW - Erneuerbare Energien KW - Power-to-Gas KW - Energiespeicher Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0 PB - Springer-Nature CY - Heidelberg, Berlin, New York ET - Translation of 2nd German edition Sterner, „Stadler Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration“ ER - TY - CHAP A1 - Thema, Martin A1 - Bellack, Annett A1 - Weidlich, Tobias A1 - Huber, Harald A1 - Karl, Jürgen A1 - Sterner, Michael ED - Held, Jörgen T1 - Optimizing biological CO2-methanation in a trickle-bed reactor BT - the ORBIT-Project T2 - 6th International Conference on Renewable Energy Gas Technology, 20-21 May 2019, Malmö, Sweden. Conference proceedings KW - Biologische Methanisierung KW - Power-to-Gas KW - Erneuerbare Energien KW - Rieselbett-Bioreaktor KW - Archaeen Y1 - 2019 SP - 93 EP - 94 PB - Renewable Energy Technology International AB CY - Lund, Sweden ER - TY - GEN A1 - Thema, Martin A1 - Bellack, Annett A1 - Weidlich, Tobias A1 - Huber, Harald A1 - Karl, Jürgen A1 - Sterner, Michael T1 - Optimierung biologischer CO2-Methanisierung im Rieselbett-Reaktor BT - das ORBIT-Projekt T2 - 4. Regensburger Energiekongress, Regensburg 26.-27.02.2019 KW - biologische Methanisierung KW - Archaeen KW - Power-to-Gas KW - Erneuerbare Energien KW - Rieselbett-Bioreaktor Y1 - 2019 ER - TY - GEN A1 - Sterner, Michael T1 - Insight into Power-to-Gas/Liquids: a solution for sustainable transport besides e-mobility T2 - Conference Low Carbon Transport - Engineering the Fuels of the Future (Institution of Mechanical Engineers), London 09.07.2019 KW - Erneuerbare Energien KW - Klimaneutralität KW - Energiewende KW - Sektorenkopplung KW - Power-to-Gas Y1 - 2019 PB - Institution of Mechanical Engineers CY - London ER - TY - RPRT A1 - Michael Sterner, A1 - Mareike Jentsch, A1 - Uwe Holzhammer, T1 - Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas-Angebotes N2 - In this technical report, (1) the benefits of the new technology for future energy supply are discussed, (2) the climate protection effect of wind gas is discussed, and (3) a reasonable use of wind energy for gas generation is analyzed. In particular, windgas in the heat market is discussed in the utilization cascade of wind energy. The new "power-to-gas" concept opens up completely new possibilities for the integration of renewable energies and for coupling the electricity and gas grids. The Sabatier process, which has been known for 100 years, was first developed for this purpose in 2008 under the leadership of the Center for Solar Energy and Hydrogen Research and Fraunhofer IWES (formerly ISET) with electrolysis to create the "power-to-gas" concept for energy storage. A first pilot plant was built by ZSW Stuttgart on behalf of SolarFuel in 2009. This plant proves the technical feasibility of the new technology. Renewable gas is stored, transported and used as required as control and reserve energy via reconversion, e.g. in combined cycle power plants. In this way, decentrally generated renewable electricity is converted into a CO2 -neutral energy carrier with high energy density. The key advantage of renewable methane is the use of existing infrastructure such as gas grids, gas storage and end-use equipment for the integration of renewable energy. Technologies for natural gas are state of the art and commercially available. Methane also has three times the energy density of hydrogen. T2 - Energy-economic and ecological evaluation of a windgas offer (Power-to-Gas) Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.13140/RG.2.2.25093.68328 PB - Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology CY - Kassel ER - TY - CHAP A1 - Haslbeck, Matthias T1 - Innovative Aspekte der Netzplanung im Verteilungsnetz T2 - 2. OTTI-Konferenz Zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien, Hilton-Hotel Berlin, 27./28. Januar 2015 N2 - In den Verteilungsnetzen (VN) besteht erheblicher Optimierungsbedarf, um die geplanten Leistungen an dezentralen Erzeugungsanlagen (EZA) aufnehmen und um die erzeugte Energie an das Übertragungsnetz abgeben zu können. Bislang konnte der Aufwand für die Netzplanung im VN mittels standardisierter Abläufe und großzügigen Reserven im Spannungsband und der Stromtragfähigkeit begrenzt werden. Im Zuge des Zubaus an EZA schwinden diese Reserven und Netzplanungsaufgaben müssen individueller für einzelne Netzabschnitte gelöst werden. Die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) der OTH Regensburg beschäftigt sich u. a. mit der Fragestellung wie die Netzplanung im Verteilungsnetz hinsichtlich der neu entstandenen Herausforderungen optimiert werden kann und gleichzeitig praktikabel bleibt. Kernthemen sind dabei das Spannungs- und das Blindleistungsmanagement im Verteilungsnetz. Im Zuge der Energiewende gilt es die vorhandene Netzinfrastruktur noch effizienter auszunutzen und den Ausbau noch stärker bedarfsorientiert zu gestalten. Infolgedessen bewegt sich der Netzbetrieb näher an den Grenzen der Netzparameter (z. B. Spannungshaltung und Auslastung). Von daher müssen bislang praktizierte Verfahren weiter entwickelt werden, , um weiterhin einen sicheren und stabilen Netzbetrieb zu gewährleisten. KW - Energienetz KW - Energiespeicher KW - Energiewende KW - Leistungsmanagement KW - Netzbetrieb KW - Netzplanung KW - Spannband KW - Stromtragfähigkeit Y1 - 2015 SN - 978-3-943891-46-1 SP - 110 EP - 115 CY - Regensburg ER - TY - BOOK ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration N2 - Die Autoren dieses Werkes geben einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Aspekte der Energiespeicherung. Sie beschreiben zunächst die Bedeutung von Energiespeichern in der Energieversorgung und definieren ihre Rolle darin. Dann gehen sie auf den Speicherbedarf in der Strom-, Wärme- und Kraftstoffversorgung im Kontext der Energiewende ein. Im Hauptteil werden die verschiedenen Speichertechnologien ausführlich vorgestellt sowie ihre Vor- und Nachteile diskutiert. Praktische Anwendungsbeispiele und die Integration von Speichern über alle Energiesektoren hinweg runden das Buch ab. Zahlreiche Grafiken und Beispiele veranschaulichen das gesamte Feld der Energiespeicher und sind als Ergänzung mehrsprachig online in Farbe verfügbar. Die 2. Auflage enthält ein neues Kapitel zu den rechtlichen Rahmenbedingungen, neue Studien zum Speicherbedarf, Power-to-X für die chemische Industrie, neue LOHC- und Lageenergiespeicher sowie neueste Trends zu Kostenentwicklung und Batterieanwendungen. „Endlich ein umfassendes Buch zur Energiewende, das auch für technische Laien verständlich und inspirierend geschrieben ist." Franz Alt, Journalist und Buchautor „Das großartige Werk sei allen empfohlen, die sich wirklich für die Zukunft unseres Landes interessieren. Es zeigt auf eindrucksvolle Weise: Es wird nicht einfach, aber wir schaffen das.“ Prof. Dr. Harald Lesch, Physiker und Fernsehmoderator Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ET - 2. korrigierte und ergänzte Auflage ER - TY - BOOK ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration N2 - Im Kontext der Energiewende sind Energiespeicher ein zentrales technisches, wirtschaftliches und energiepolitisches Thema.Die Autoren dieses kompakten Werkes geben einen umfassenden Uberblick Uber die verschiedenen Aspekte der Energiespeicherung. Sie beschreiben zunachst die Bedeutung von Energiespeichern in der Energieversorgung und definieren ihre Rolle darin. Dann gehen sie auf den Speicherbedarf in der Strom-, Warme- und Kraftstoffversorgung im Kontext der Energiewende ein. Im Hauptteil werden die verschiedenen Speichertechnologien ausfUhrlich vorgestellt sowie ihre Vor- und Nachteile diskutiert. Praktische Anwendungsbeispiele und die Integration von Speichern Uber alle Energiesektoren hinweg runden das Buch ab. Zahlreiche Grafiken und Beispiele veranschaulichen das gesamte Feld der Energiespeicher und sind als Erganzung samt Animationen online in Farbe verfUgbar.Die ZielgruppenDas Lehr- und Fachbuch wendet sich an Ingenieure, Wissenschaftler, Energieplaner und Energiewirtschaftler in Forschung und Industrie sowie an Studierende an Hochschulen und Universitaten in den Bereichen Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Elektrotechnik und Energietechnik. KW - Energiespeicher KW - Energietechnik KW - Power-to-Gas KW - Speicherbedarf KW - Speicherintegration KW - Speichermarkt KW - Speichertechnologien KW - Systemintegration Y1 - 2014 SN - 978-3-642-37379-4 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-642-37380-0 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - RPRT A1 - Sterner, Michael A1 - Thema, Martin A1 - Eckert, Fabian A1 - Moser, Albert A1 - Schäfer, Andreas A1 - Drees, Tim A1 - Christian Rehtanz, A1 - Ulf Häger, A1 - Kays, Jan A1 - Seack, André A1 - Dirk Uwe Sauer, A1 - Matthias Leuthold, A1 - Philipp Stöcker, T1 - Stromspeicher in der Energiewende - Untersuchung zum Bedarf an neuen Stromspeichern in Deutschland für den Erzeugungsausgleich, Systemdienstleistungen und im Verteilnetz BT - Studie N2 - Wie groß ist der Speicherbedarf in Deutschland in der weiteren Umsetzung der Energiewende? Welche Rolle spielen Batteriespeicher, Pumpspeicher, Power-to-Gas etc. im Kontext anderer Flexibilitätsoptionen auf den verschiedenen Netzebenen? Wie entwickelt sich der Markt für Batterien und Wasserstoff? In unserer Agora-Speicherstudie haben wir auch erstmalig den Begriff Power-to-X definiert und damit die bis dato entstandenen Begriffe Power-to-Gas, Power-to-Liquids, Power-to-Products, Power-to-Chemicals etc. zusammengefasst. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.13140/RG.2.2.31804.56964 PB - Agora Energiewende CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael ED - Chen, Wei-Yin ED - Suzuki, Toshio ED - Lackner, Maximilian T1 - Power-to-Gas T2 - Handbook of Climate Change Mitigation and Adaptation N2 - This chapter provides an overview on the storage technology power-to-gas for the decarbonization of all energy sectors. Other than “negative emissions” with CCS or biomass, which have clear limits in potentials, costs and environmental benefits, storage and energy conversion technologies like power-to-gas and power-to-x enable the decarbonization by neutralizing the CO2 footprint of all energy services. Via the conversion of renewable electricity into chemical energy carriers like renewable hydrogen or renewable hydrocarbons, the existing fossil infrastructure with vast and sufficient storage and transport capacities can be used with carbon neutral renewable energy. After showing the demand for storage technologies, the technology components of power-to-gas are described, building the basis for the storage system power-to-gas itself that is described in detail, including efficiency, potential, CO2 emissions, and costs. In conclusion, a technical pathway of decarbonization including costs is described for the industrial nation of Germany and necessary policy frameworks are derived. Y1 - 2017 SN - 978-3-319-14408-5 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-14409-2_89 SP - 2775 EP - 2825 PB - Springer VS CY - Cham ET - 2 ER - TY - CHAP A1 - Jentsch, Mareike A1 - Trost, Tobias A1 - Sterner, Michael T1 - Optimal Use of Power-to-Gas Energy Storage Systems in an 85% Renewable Energy Scenario T2 - Energy Procedia N2 - In future energy systems with high shares of fluctuating renewable energy generation, electricity storage will become increasingly important for the utilization of surplus energy. The Power-to-Gas (PtG) technology is one promising option for solving the challenge of long-term electricity storage and is theoretically able to ease situations of grid congestion at the same time. This article presents the perspectives of PtG in an 85% renewable energy scenario for Germany, quantifying an economic optimum for the PtG capacity as well as an optimized spatial PtG deployment. KW - Deutschland KW - Elektrizität KW - Energieproduktion KW - Energiespeicher KW - erneuerbare Energie KW - Langzeitarchivierung KW - Methan KW - optimale Nutzung KW - PtG (Power-to-Gas) Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.180 SN - 1876-6102 VL - 46 SP - 254 EP - 261 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Thema, Johannes A1 - Thema, Martin T1 - Nachnutzungskonzept: Braunkohle-Tagebaue als Pumpspeicherkraftwerk? JF - Energiewirtschaftliche Tagesfragen - et : Zeitschrift für Energiewirtschaft, Recht, Technik und Umwelt N2 - Der Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien im deutschen Strommix steigt. Um die Netzstabilität zu erhalten, Fluktuationen im Dargebot nach Wetterlage und saisonal auszugleichen sind absehbar ab ca. 2030 große Stromspeicherkapazitäten erforderlich. Wasser-Pumpspeicherwerke sind derzeit die einzige langjährig erprobte Technologie, die künftig in Braunkohletagebauen, welche im Zuge der Energiewende aufgegeben werden, errichtet werden könnten. Eine Überschlagsrechnung am Beispiel eines Pumpspeicherwerks in verschiedenen Tagebauen zeigt, dass diese mit bis zu 400 GWh ein signifikantes technisches Speicherpotenzial haben. KW - Braunkohle KW - Energiewende KW - erneuerbare Energie KW - Pumpspeicherwerk KW - Speicherkapazität KW - Tagebau Y1 - 2019 VL - 69 IS - 4 SP - 38 EP - 39 PB - ETV Energieverl. CY - Essen ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Thema, Martin T1 - Vergleich der Speichersysteme T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Energiespeicher Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_12 SP - 645 EP - 682 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Stadler, Ingo A1 - Eckert, Fabian A1 - Gerhardt, Norman A1 - von Olshausen, Christian A1 - Thema, Martin A1 - Trost, Tobias T1 - Speicherintegration zur Kopplung unterschiedlicher Energiesektoren T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Energieversorgung KW - Energiespeicher KW - Sektorkopplung KW - Systemintegration Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_14 SP - 769 EP - 818 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Breuer, Christopher A1 - Drees, Tim A1 - Eckert, Fabian A1 - Maaz, Andreas A1 - Pape, Carsten A1 - Rotering, Niklas A1 - Thema, Martin T1 - Speicherbedarf in der Stromversorgung T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Speicherbedarf KW - Stromversorgung Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_3 SP - 53 EP - 140 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Eckert, Fabian A1 - Gerhardt, Norman A1 - Henning, Hans-Martin A1 - Palzer, Andreas T1 - Speicherbedarf in der Wärmeversorgung T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Energiespeicher KW - Wärmeversorgung Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_4 SP - 141 EP - 168 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Stadler, Ingo A1 - Eckert, Fabian A1 - Thema, Martin T1 - Speicherintegration in einzelnen Energiesektoren T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Energiespeicher KW - Systemintegration Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_13 SP - 685 EP - 767 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - CHAP A1 - Stadler, Ingo A1 - Eckert, Fabian ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Lastmanagement als Energiespeicher T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Lastverteilung KW - Energiespeicher Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_11 SP - 619 EP - 644 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Eckert, Fabian A1 - Henning, Hans-Martin A1 - Trost, Tobias T1 - Speicherbedarf im Verkehrs- und Chemiesektor T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Speicherbedarf KW - Verkehrssektor KW - Chemische Industrie Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_5 SP - 169 EP - 192 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - INPR A1 - Gärtner, Sebastian A1 - Marx-Schubach, Thomas A1 - Gaderer, Matthias A1 - Schmitz, Gerhard A1 - Sterner, Michael T1 - Introduction of an Innovative Energy Concept for low Emission Glass Melting based on Carbon Capture and Usage N2 - Due to the very high fossil energy demand, the glass industry is looking for innovative approaches for the reduction of CO2 emissions and the integration of renewable energy sources. In this paper, we present a novel power-to-gas concept, which has no impact on established melting processes and discuss it for this purpose. A special focus is set on the required CO2 capture from typical flue gases in the glass industry, as this process has not been investigated in detail yet. We used a process simulation approach to investigate post-combustion CO2 capture by absorption processes, followed by a techno-economic evaluation. Our investigations found the designed CO2 capture plant to be approx. 400 times smaller than absorption based CO2 separation processes for conventional power plants. Due to the many options for waste heat utilization, the waste heat required for CO2 desorption can be generated in a particularly efficient and cost-effective way. The resulting CO2 avoidance costs range between 41-42 €/t CO2, depending on waste heat utilization for desorption, and thus offer a cost effective way of CO2 removal from glass industry melting processes. These costs are well below the values of 50-65 €/t CO2 described so far for comparable industrial applications. In addition, we describe optimization options, like solvent and process improvements, to enable further cost reductions. These results motivate further research and development on the overall process presented in this work. KW - glass KW - Oxyfuel KW - Methanation KW - Power-to-Gas KW - CO2 capture KW - Economic Analysis Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.31224/2642 ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Stadler, Ingo T1 - Energiespeicher im Wandel der Zeit T2 - Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration KW - Energiespeicher Y1 - 2017 SN - 978-3-662-48893-5 SN - 978-3-662-48892-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-48893-5_1 SP - 3 EP - 24 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ; Heidelberg ET - 2. Auflage ER - TY - JOUR A1 - Thema, Martin A1 - Weidlich, Tobias A1 - Hörl, Manuel A1 - Bellack, Annett A1 - Mörs, Friedemann A1 - Hackl, Florian A1 - Kohlmayer, Matthias A1 - Gleich, Jasmin A1 - Stabenau, Carsten A1 - Trabold, Thomas A1 - Neubert, Michael A1 - Ortloff, Felix A1 - Brotsack, Raimund A1 - Schmack, Doris A1 - Huber, Harald A1 - Hafenbradl, Doris A1 - Karl, Jürgen A1 - Sterner, Michael T1 - Biological CO2-Methanation: An Approach to Standardization JF - Energies N2 - Power-to-Methane as one part of Power-to-Gas has been recognized globally as one of the key elements for the transition towards a sustainable energy system. While plants that produce methane catalytically have been in operation for a long time, biological methanation has just reached industrial pilot scale and near-term commercial application. The growing importance of the biological method is reflected by an increasing number of scientific articles describing novel approaches to improve this technology. However, these studies are difficult to compare because they lack a coherent nomenclature. In this article, we present a comprehensive set of parameters allowing the characterization and comparison of various biological methanation processes. To identify relevant parameters needed for a proper description of this technology, we summarized existing literature and defined system boundaries for Power-to-Methane process steps. On this basis, we derive system parameters providing information on the methanation system, its performance, the biology and cost aspects. As a result, three different standards are provided as a blueprint matrix for use in academia and industry applicable to both, biological and catalytic methanation. Hence, this review attempts to set the standards for a comprehensive description of biological and chemical methanation processes. KW - Biological methanation KW - bubble column reactor KW - CO2-methanation KW - CSTR KW - membrane reactor KW - methanation KW - Power-to-Gas KW - Power-to-Methane KW - standardization KW - Trickle-bed reactor Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.3390/en12091670 N1 - Corresponding author: Martin Thema VL - 12 IS - 9 SP - 1 EP - 32 PB - MDPI ER - TY - JOUR A1 - Kaul, Anja A1 - Boellmann, Andrea A1 - Thema, Martin A1 - Kalb, Larissa A1 - Stoeckl, Richard A1 - Huber, Harald A1 - Sterner, Michael A1 - Bellack, Annett T1 - Combining a robust thermophilic methanogen and packing material with high liquid hold-up to optimize biological methanation in trickle-bed reactors JF - Bioresource technology N2 - The hydrogen gas-to-liquid mass transfer is the limiting factor in biological methanation. In trickle-bed reactors, mass transfer can be increased by high flow velocities in the liquid phase, by adding a packing material with high liquid hold-up or by using methanogenic archaea with a high methane productivity. This study developed a polyphasic approach to address all methods at once. Various methanogenic strains and packings were investigated from a microbial and hydrodynamic perspective. Analyzing the ability to produce high-quality methane and to form biofilms, pure cultures of Methanothermobacter performed better than those of the genus Methanothermococcus. Liquid and static hold-up of a packing material and its capability to facilitate attachment was not attributable to a single property. Consequently, it is recommended to carefully match organism and packing for optimized performance of trickle-bed reactors. The ideal combination for the ORBIT system was identified as Methanothermobacter thermoautotrophicus IM5 and DuraTop (R). KW - BIOCATALYTIC METHANATION KW - CARBON-DIOXIDE KW - hydrogen KW - Liquid hold-up maximization KW - MASS-TRANSFER KW - Methane production KW - Methanothermobacter KW - Methanothermococcus KW - Optimized packing-organism combination KW - THERMOAUTOTROPHICUS Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126524 VL - 345 PB - Elsevier ER - TY - INPR A1 - Kaul, Anja A1 - Böllmann, Andrea A1 - Thema, Martin A1 - Kalb, Larissa A1 - Stöckl, Richard A1 - Huber, Harald A1 - Sterner, Michael A1 - Bellack, Annett T1 - Identification of Robust Thermophilic Methanogenic Archaea and Packing Material for High Liquid Hold-Up at Low Volumetric Gas Flow Rates for Use in Trickle-Bed Reactors for Biological Methanation T2 - SSRN Electronic Journal N2 - he hydrogen gas-to-liquid mass transfer is the limiting factor in biological methanation. In a trickle-bed reactor, mass transfer can be increased by high flow velocities in the liquid phase, by adding a packing material with high liquid hold-up, or by choosing methanogenic archaea with a high methane productivity. This study analyzed various packings and methanogenic strains from a hydrodynamic and microbial perspective. By analyzing twelve pure cultures of thermophilic methanogens for their ability to produce high quality methane and to form biofilms on different packings, strains of Methanothermobacter were found to perform better than thus of the genus Methanothermococcus. Best methane production and adherence was observed on DuraTop®, Bioflow 9, and filter foam. DuraTop® and Bioflow 9 had also a high dynamic liquid hold-up, but the maximum hold-up was determined for expanded clay. The ideal combination for use in the ORBIT-trickle-bed reactor was identified as Methanothermobacter thermoautotrophicus IM5 and DuraTop®. KW - Liquid hold-up maximization KW - Methane production KW - Methanothermobacter KW - Methanothermococcus KW - Optimized packing-organism combination Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.2139/ssrn.3940878 N1 - final peer reviewed article published under: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126524 ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Energy Storage Through the Ages T2 - Handbook of Energy Storage N2 - Human beings have relied on stored energy since time immemorial. The planet’s first mechanism for storing energy arose two billion years ago. Photosynthesis captures solar energy in chemical bonds; it is a process on which all life depends. With the discovery of fire around one-and-a-half million years ago, early man learned to access this stored energy by burning wood. Only since the Industrial Revolution have humans used fossil fuels, which are the results of biomass produced millions of years ago, then subjected to geological processes. Today, the long-term objective is to utilize sustainable biomass storage, replicate it by technical means, and to develop new storage technologies. This chapter is about the history of energy storage as it pertains to the carbon cycle. It begins with a natural energy storage system—photosynthesis—and examines its products biomass, peat, and fossil fuels before turning to storage technology in the era of renewable energies. It will also discuss how stored energy is used. This chapter focuses on natural biogenic and fossil energy storage. Other chapters are devoted to artificial storage technologies, including batteries, pumped-storage, and power-to-gas (PtG). Each begins with a short history of its respective technology. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_1 SP - 3 EP - 22 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg 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 - CHAP A1 - Stadler, Ingo A1 - Eckert, Fabian ED - Sterner, Michael ED - Stadler, Ingo T1 - Load Management as an Energy Storage System T2 - Handbook of Energy Storage N2 - Chapters 6 to 9 focused on storage systems that store electric energy in a range of forms, and then release the energy again as electric energy. Chapter 10 discussed the use of thermal-energy storage (TES) systems for thermal management. This chapter examines management methods. These methods use processes that typically convert electric energy into another form of final energy that can also be stored. This form of energy is often thermal energy. But unlike with the systems discussed in previous chapters, here the energy stored is not converted back into electricity. Instead, the energy is used and stored in the same form. From the point of view of the energy supply system, these management methods perform exactly the same function as energy storage systems. This chapter discusses load-management in general, then potential uses of load-management, and finally, current trends. Y1 - 2019 SN - 978-3-662-55503-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-55504-0_11 SP - 611 EP - 636 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Mühlbauer, Andreas A1 - Keiner, Dominik A1 - Gerhards, Christoph A1 - Caldera, Upeksha A1 - Sterner, Michael A1 - Breyer, Christian T1 - Assessment of technologies and economics for carbon dioxide removal from a portfolio perspective JF - International Journal of Greenhouse Gas Control N2 - Carbon dioxide removal (CDR) is essential to achieve ambitious climate goals limiting global warming to less than 1.5◦C, and likely for achieving the 1.5◦C target. This study addresses the need for diverse CDR portfolios and introduces the LUT-CDR tool, which assesses CDR technology portfolios aligned with hypothetical societal preferences. Six scenarios are described, considering global deployment limitations, techno-economic factors, area requirements, technology readiness, and storage security for various CDR options. The results suggest the feasibility of large-scale CDR, potentially removing 500–1750 GtCO2 by 2100 to meet the set climate targets. For a 1.0◦C climate goal, CDR portfolios necessitate 12.0–37.5% more primary energy compared to a scenario without CDR. Remarkably, funding a 1.0◦C target requires only 0.42–0.65% of the projected global gross domestic product. Bioenergy carbon capture and sequestration and rainfall-based afforestation play limited roles, while secure sequestration of captured CO2 via direct air capture, electricity-based carbon sequestration, and desalination-based afforestation emerge as more promising options. The study offers crucial techno-economic parameters for implementing CDR options in future energy-industry-CDR system analyses and demonstrates the tool’s flexibility through alternative assumptions. It also discusses limitations, sensitivities, potential tradeoffs, and outlines options for future research in the area of large-scale CDR. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2024.104297 VL - 141 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Trost, Tobias A1 - Sterner, Michael A1 - Bruckner, Thomas T1 - Impact of electric vehicles and synthetic gaseous fuels on final energy consumption and carbon dioxide emissions in Germany based on long-term vehicle fleet modelling JF - Energy N2 - Based on a prospective scenario analysis, possible vehicle fleet developments for the individual motor car traffic (vehicle categories N1 and M1) are investigated for Germany in order to determine the long-term vehicle fleet structure, final energy demand, and related carbon dioxide emissions until the year 2050. In this framework, a vehicle fleet model was developed which combines a bottom-up consumer demand model with a dynamic stock-flow approach. Special emphasis is thereby given to different electric power-trains and synthetic gaseous fuels based on the power-to-gas technology. In detail, two different main scenarios are developed and, in addition, the impact of different carbon dioxide taxation levels of fossil fuels on the vehicle fleet structure are analysed. The scenario results reveal a broad range of possible future vehicle fleet structures. In the short to medium timeframe, the internal combustion engine dominates the fleet as a result of efficiency improvements and an increased use of natural gas as automotive fuel. The development of electric power-trains is initially marked by hybrid vehicles, whereas battery electric vehicles dominate the fleet structure in the long-term. Under favourable conditions, also synthetic gaseous fuels are competitive which can reduce carbon dioxide emissions even further. KW - Carbon dioxide emissions KW - Electric vehicles KW - Final energy consumption KW - Power-to-gas KW - Total cost of ownership KW - Vehicle fleet modelling Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.10.006 SN - 0360-5442 VL - 141 SP - 1215 EP - 1225 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Keiner, Dominik A1 - Breyer, Christian A1 - Sterner, Michael T1 - Coupling heat and electricity storage technologies for cost and self-consumption optimised residential PV prosumer systems in Germany JF - International Journal of Sustainable Energy Planning and Management N2 - Coupling energy sectors within the emerging residential PV prosumer systems is necessary for an optimised use of the houseowners’ own produced electricity. But the pure availability of different energy technologies in the system is not enough. By optimising the electricity usage as well as the capacities of PV generators, storage technologies, heat pumps and battery electric vehicles, not only the best solution in a technical point of view can be achieved, the need of finding the most financially beneficial system composition for single-family houses and tenements is possible. The study provides a detailed model for average German single-family houses and tenements and results for the energy transition period until 2050 for the optimised energy systems regarding optimised PV and stationary battery capacities and different heat storage capacities. Most noticeable outcomes can be observed by using a vehicle-to-home car, where a car can mostly take over the tasks of a stationary battery and by introducing a solidarity model using this type of car in tenement systems. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.5278/ijsepm.2019.21.4 VL - 21 PB - OJS/PKP ER - TY - JOUR A1 - Estermann, Thomas A1 - Newborough, Marcus N. A1 - Sterner, Michael T1 - Power-to-gas systems for absorbing excess solar power in electricity distribution networks JF - International Journal of Hydrogen Energy N2 - The feasibility of implementing power-to-gas systems, to absorb surplus solar power from electricity distribution networks and carbon dioxide from biomass anaerobic digestion (AD) plant, in order to produce synthetic methane was investigated for a region of Southern Germany that has a high solar power penetration. The analysis was based on time series electricity data for 2012 from which future load profiles were computed in accordance with the expected installed capacities of solar power across the period 2015–2025. The electrolyser capacity required to absorb 20% of excess solar energy occurring within the region's low voltage network in 2025 was estimated to be 370 MWe. First order considerations of the region's gas grid, electricity network and existing AD sites suggest that such a deployment could be achieved by installing sub-MW (and some multi-MW) power-to-gas plant at several hundred AD sites. KW - Energy storage KW - Power-to-gas KW - Solar power KW - Synthetic methane Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.278 VL - 41 IS - 32 SP - 13950 EP - 13959 PB - Elsevier ER - TY - CHAP A1 - Rill, Daniel A1 - Butz, Christiane A1 - Rill, Georg ED - Kecskeméthy, Andrés ED - Geu Flores, Francisco T1 - Dynamic Interaction of Heavy Duty Vehicles and Expansion Joints T2 - Multibody Dynamics 2019, Proceedings of the 9th ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics N2 - The “Smart Bridge (Intelligente Brücke)” project cluster, initiated by the German Federal Highway Research Institute (Bundesanstalt für Straßenwesen, BASt) and the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI), focuses on “smart” monitoring devices that allow an efficient and economic maintenance management of bridge infrastructures. Among the participating projects, the one presented herein focuses on the development of a smart expansion joint, to assess the traffic parameters on site. This is achieved by measuring velocity and weight of crossing vehicles. In reference measurements, performed with a three-axle truck and a typical tractor semi-trailer combination with five axles in total, it was shown that the interaction between the vehicle and the expansion joint is highly dynamic and depends on several factors. To get more insight into this dynamic problem, a virtual test rig was set up. Although nearly all vehicle parameters had to be estimated, the simulation results conform very well with the measurements and are robust to vehicle parameter variations. In addition, they indicate a significant influence of the expansion joint dynamic to the peak values of the measured wheel loads, in particular on higher driving velocities. By compensating the relevant dynamic effects in the measurements, a “smart” data processing algorithm makes it possible to determine the actual vehicle weights in random traffic with reliability and appropriate accuracy. Y1 - 2020 SN - 978-3-030-23131-6 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-030-23132-3_56 VL - 53 SP - 471 EP - 478 PB - Springer International Publishing CY - Cham ER - TY - CHAP A1 - Buschmann, Knut A1 - Briem, Ulrich ED - Dohm, Martin T1 - Ultra Deep Temperature Behaviour of Wire Rope and Rope Wires T2 - Proceedings of the OIPEEC Conference, La Rochelle, France, 12th - 15th March 2019 N2 - Mobile cranes are regularly operated in regions which experience ultra deep operating temperatures of down to -60?C (-76?F). In safety regulated work environments crane operations will be suspended simply because the lowest wire rope working temperature stated in the applicable standards is -40?C/F. Examples of ultra deep temperature wire rope application are shown in Figure 1.1 and 1.3. It should be noted that this paper is written in conjunction with a paper written by the co-author Ulrich Briem titled “Fatigue Behaviour of Rope Wires”, presented and published in unison with this one. In order to analyze the behaviour under ultra deep temperature conditions, tests on wire rope as well as on rope wires were carried out. In the following, static tensile and bending test results with rope and rope wires will be reported, which were carried out in conditions of down to -95?C (-139?F) as well as at room temperature. The conclusion is that the results of these tests can be adopted to crane wire rope as well. Y1 - 2019 UR - https://oipeec.org/products/ultra-deep-temperature-behaviour-of-wire-rope-and-rope-wires ER - TY - CHAP A1 - Hofmeister, Justus A1 - Krebs, Stefan A1 - Schickhuber, Gerald A1 - Scharfenberg, Georg T1 - Design and development of a Pico Hydro turbine system for the use in developing countries T2 - 2015 5th International Youth Conference on Energy (IYCE), 27-30 May 2015, Pisa, Italy N2 - In Sub-Saharan Africa less than 10% of the rural population has access to electricity [1]. Stand-alone power systems (SPS) can be a solution to the problem of the lack of electricity, which highlights challenges such as modules installation costs as well as the sufficient knowledge required for installing, maintaining and operating such systems. With this fact in mind, a 250 W Low Head turbine system was developed and optimized to have the advantage of the simplicity of installation and a construction from readily available materials. This design scores the electrical efficiency of 60%, reduces manufacturing unit coast to 130 € and takes into account the necessity of providing a clear and simple manual describing the manufacturing and installation. A better version of the load controller, using a microcomputer is under current development. Mounting of the system have been simplified to reduce the amount of construction material required to provide uninterrupted 230 V at 50 Hz AC or optional 12 V DC power supply. Current efforts aim on transferring the required mechanical and electrical knowledge for building, programming, installing and maintaining such system to schools in targeted countries. This project doesn’t only provide people in rural developing countries a gleam of hope to catch up with the developed countries, but also helps students to use their theoretical knowledge to realize practical applications. KW - Coils KW - Development Cooperation KW - Generators KW - Hydraulic turbines KW - Low Head KW - Pico Hydro KW - Propellers KW - Shafts KW - Synchronous Generator KW - Water Turbine KW - Windings Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1109/IYCE.2015.7180767 SP - 1 EP - 7 PB - IEEE ER - TY - JOUR A1 - Federrath, H. A1 - Mottok, Jürgen A1 - Plößl, K. A1 - Völkl, Thomas T1 - Automotive safety and security JF - Jahresrückblick 2007 des Bayerischen IT-Sicherheitsclusters Y1 - 2007 ER - TY - JOUR A1 - Sýkora, Miroslav A1 - Markova, Jana A1 - Diamantidis, Dimitris T1 - Bayesian network application for the risk assessment of existing energy production units JF - Reliability Engineering & System Safety N2 - The assessment of existing infrastructures in the energy sector is of great economic significance worldwide. Fossil power stations are reaching their design service life and rational decisions concerning extensions of service life, maintenance and replacements of devices should be based on updated information of the actual conditions of the energy devices and their components, and on cost-benefit analysis using risk analysis and probabilistic optimisation procedures. The contribution provides an integrated framework for probabilistic reliability and risk assessment of existing energy production units considering availability and human safety criteria. An extensive case study focused on risks of an energy production unit in a fossil power station is provided to support practical applications. A Bayesian network is thereby implemented to assess the risks of the selected production unit. Special emphasis is given to the input data consisting of failure rates obtained from recorded data and expert judgements. The influence of uncertainties in the considered performance indicators on the availability of the unit is analysed. It is shown that a reasonably simplified framework can provide a valuable assessment of the influence of individual devices and their components on availability and societal risk, identifying thus the major risk contributors. (C) 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved. KW - Availability KW - Bayesian networks KW - Decision-making KW - design KW - Failure probability KW - FRAMEWORK KW - Optimization KW - Production unit KW - Risk analysis KW - Societal risk KW - SYSTEMS KW - Uncertainties Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ress.2017.09.006 VL - 169 IS - January SP - 312 EP - 320 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Weber, Karsten A1 - Haug, Sonja T1 - Ist automatisiertes Fahren nachhaltig? BT - Entwicklungstendenzen und Forschungsüberlegungen angesichts geringer Akzeptanz JF - TATuP - Zeitschrift für Technikfolgenabschätzung in Theorie und Praxis N2 - Automatisiertes Fahren stößt derzeit noch auf große Skepsis. Eine disruptive Strategie bei der Einführung (voll-)automatisierten Fahrens könnte daher auf fehlende Akzeptanz treffen. Um dem zu entgehen, laufen evolutionäre Strategien darauf hinaus, durch die Entwicklung adaptiver Fahrassistenzsysteme Vertrautheit, Vertrauen und damit Akzeptanz bei den prospektiven NutzerInnen zu schaffen. Erste Ergebnisse einer Pilotstudie lassen jedoch Zweifel an der Nachhaltigkeit dieser Strategie aufkommen. KW - driver assistance systems KW - automated driving KW - acceptance KW - sustainability Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.14512/tatup.27.2.16 VL - 27 IS - 2 SP - 16 EP - 22 PB - Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ER - TY - CHAP A1 - Keim, Vincent A1 - Nonn, Aida A1 - Lenz, D. A1 - Brinnel, Viktoria A1 - Münstermann, Sebastian T1 - Simulation of the ductile fracture behaviour of high toughness pipeline steels using combined damage models T2 - Proceedings of the conference on Technology for future and ageing piplines, Ghent, Belgium Y1 - 2018 ER - TY - CHAP A1 - Nonn, Aida A1 - Kalwa, Christoph T1 - Simulation of ductile crack propagation in high-strength pipeline steel using damage models T2 - 9th International Pipeline Conference 2012 (IPC 2012), Calgary, Canada N2 - The performance of engineering design of high-strength steel pipelines has revealed the necessity to revise current design procedures. Therefore, an improved and detailed comprehension of fracture mechanisms and development of failure prediction tools are required in order to derive new design criteria. In last decades the most successful failure prediction tools for steel structures subjected to various type of loading can be encountered in the field of damage mechanics. This paper aims to describe ductile fracture behavior of high-strength steel pipelines by applying three different damage models, Gurson-Tvergaard-Needelman (GTN), Fracture Locus Curve (FLC) and Cohesive Zone (CZ). These models are evaluated regarding their capability to estimate ductile crack propagation in laboratory specimens and linepipe components without adjusting the calibrated parameters. It can be shown that appropriate parameter sets can be identified to reproduce load-deformation and fracture resistance curves accurately. The strain rate effect on the fracture behavior is examined by dynamic tests on the BDWT specimens. Finally, the shortcomings of the applied models are pointed out with the reference to possible extensions and modifications. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1115/IPC2012-90653 ER -