s/energiestrom/Exergiestrom/gi
Im Rahmen des Projekts werden für ausgewählte energieintensive Industrien mögliche zukünftige Produktionsprozesse definiert und untersucht, die zu einer möglichst vollständigen Dekarbonisierung der Industriebranchen führen. Für eine vergleichende Analyse werden sowohl die gegenwärtig in Deutschland eingesetzten Prozesse als auch die definierten zukünftigen Prozesse betrachtet. Neben energetischen, ökonomischen und ökologischen Indikatoren werden zusätzlich exergetische Indikatoren analysiert und bewertet. Darüber hinaus werden für die zukünftigen Prozesse Potenziale für industrielle Symbiosen durch betriebsübergreifende Nutzung anfallender Nebenprodukte untersucht. Hierfür wird ein modellbasierter Ansatz eingesetzt, der auf den exergetischen Indikatoren basiert und Aufwände für den Transport der Nebenprodukte mitberücksichtigt. Abschließend werden Handlungsempfehlungen für eine möglichst effiziente Umstrukturierung bestehender Produktionsprozesse und Standorte abgeleitet. Veröffentlicht in Climate Change | 26/2020.
Mit der Einbeziehung der Exergie eines Energiestroms in die Betrachtung von kommunalen Energiesystemen lässt sich neben der Quantität von Energieströmen auch die Qualität berücksichtigen. Als Maßstab für die Qualität eines Energiestroms gilt dabei die physikalische Arbeitsfähigkeit. Wie die verschiedenen kommunalen Energieversorgungssysteme und Energieabnahmesysteme in Zukunft sowohl exergetisch als auch in Bezug auf CO 2 -Minderung optimiert werden können, wurde im Rahmen dieses Forschungsprojektes analysiert. Bei der Betrachtung von Basissystemen zeigt sich, dass in den klassischen konventionellen Systemen Exergie in hohem Maße verloren geht. In modernen gekoppelten Fernwärme- oder Abwärme-Systemen in Kombination mit der Nutzung erneuerbarer Energieträger und unter Einbeziehung von Kaskaden-Nutzung von Wärme auf jeweils dem angepassten Temperaturniveaus zeigt sich die Stärke des Exergie-Konzepts. Hier werden die wenigsten Ressourcen beansprucht, um den größtmöglichen Nutzen zu erhalten. Im Forschungsbericht wird sowohl die Übertragung des Exergie-Konzepts auf die Ausstellung von Energie/Exergie-Ausweisen für Wohn- und Nichtwohngebäude untersucht, als auch ein Vorschlag für die exergetische Bewertung von kommunalen Energiesystemen gemacht. Die Exergie sollte als zusätzlicher Indikator in das Benchmark Kommunaler Klimaschutz mit aufgenommen werden. Außerdem sollte bei der Berechnung von Kraft-Wärme-Kopplungsprozessen nach der exergetischen Methode allokiert werden. Für Kommunen ist es notwendig, den Exergieansatz in die kommunale Bewertungs- und Planungspraxis zu integrieren. Veröffentlicht in Climate Change | 35/2016.
Im Rahmen des Projekts "Exergie und Wirtschaft" werden für ausgewählte energieintensive Industrien (Stahl-, Glas-, Zement- und Papierindustrie, sowie Teile der Chemieindustrie (Olefine und Ammoniak)) mögliche zukünftige Produktionsprozesse definiert und untersucht, die zu einer möglichst vollständi-gen Dekarbonisierung der Industriebranchen führen. Für eine vergleichende Analyse werden sowohl die gegenwärtig in Deutschland eingesetzten Produktionsprozesse als auch die definierten zukünftigen Prozesse betrachtet. Zur ganzheitlichen Bewertung der einzelnen Produktionsprozesse wird ein indikatorbasierter Ansatz verwendet. Neben energetischen, ökonomischen und ökologischen Indikatoren werden zusätzlich exergetische Indikatoren analysiert und bewertet. Darüber hinaus werden für die definierten zukünftigen Produktionsprozesse Potenziale für industrielle Symbiosen durch betriebsübergreifende Nutzung anfallender Nebenprodukte untersucht. Hierfür wird ein modellbasierter Ansatz eingesetzt, der auf den exergetischen Indikatoren basiert und Aufwände für den Transport der Nebenprodukte mitberücksichtigt. Abschließend werden basierend auf den in der Studie gewonnen Erkenntnissen Handlungsempfehlungen für eine möglichst effiziente Umstrukturierung bestehender Produktionsprozesse und Standorte abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht
Die Diskussionen zur Energiewende müssen in Zukunft stärker auf den Wärmebereich, der für mehr als die Hälfte des Endenergieverbrauchs in Deutschland verantwortlich ist, fokussiert werden. Vor diesem Hintergrund ist ein technisch-ökologischer Strukturwandel in der Fernwärmewirtschaft erforderlich, der nicht nur die Dekarbonisierung der Wärmeerzeugung betrifft, sondern auch die Optimierung der Verteilsysteme und Kundenanlagen mit einschließt. Auf der Grundlage der Analyse von Wärmenetzen zur Integration von Niedertemperaturwärme, der Potenziale und Nutzungsmöglichkeiten der tiefen Geothermie in Wärmenetzen sowie von Systemintegration und ökonomische Betrachtungen wurden in dem vorliegenden Forschungsvorhaben Lösungsansätze und Handlungsempfehlungen entwickelt. Um die Potenziale von Wärmenetz-Infrastrukturen für die Integration von Nieder-temperaturwärme in den Energiemarkt tatsächlich zu erschließen, sollten auf verschiedenen Ebenen Hemmnisse abgebaut und fördernde Maßnahmen umgesetzt werden. Diese umfassen etwa die Verbesserung der Fördersituation mit dem Schwerpunkt auf bestehenden städtischen Fernwärmesystemen (Erzeugung, Speicherung und Netzausbau) oder die Einführung einer verbindlichen kommunalen Wärmeplanung. Quelle: Forschungsbericht
Die Diskussionen zur Energiewende müssen in Zukunft stärker auf den Wärmebereich, der für mehr als die Hälfte des Endenergieverbrauchs in Deutschland verantwortlich ist, fokussiert werden. Vor diesem Hintergrund ist ein technisch-ökologischer Strukturwandel in der Fernwärmewirtschaft erforderlich, der nicht nur die Dekarbonisierung der Wärmeerzeugung betrifft, sondern auch die Optimierung der Verteilsysteme und Kundenanlagen mit einschließt. Auf der Grundlage der Analyse von Wärmenetzen zur Integration von Niedertemperaturwärme, der Potenziale und Nutzungsmöglichkeiten der tiefen Geothermie in Wärmenetzen sowie von Systemintegration und ökonomische Betrachtungen wurden in dem vorliegenden Forschungsvorhaben Lösungsansätze und Handlungsempfehlungen entwickelt. Um die Potenziale von Wärmenetz-Infrastrukturen für die Integration von Nieder-temperaturwärme in den Energiemarkt tatsächlich zu erschließen, sollten auf verschiedenen Ebenen Hemmnisse abgebaut und fördernde Maßnahmen umgesetzt werden. Diese umfassen etwa die Verbesserung der Fördersituation mit dem Schwerpunkt auf bestehenden städtischen Fernwärmesystemen (Erzeugung, Speicherung und Netzausbau) oder die Einführung einer verbindlichen kommunalen Wärmeplanung. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Teilvorhaben: 2.1a, 2.2a und 2.3a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Energy Solutions SE durchgeführt. Das übergeordnete Arbeitspaket 'Speicher und H2-Anwendungen' des Verbundprojektes widmet sich Verdichtern und Expansionskomponenten für Anwendungen in Speicherprozessen für die zukünftige, von Erneuerbaren dominierte Energieinfrastruktur und in Prozessen der synthetischen Erzeugung klimaneutraler Brenngase. Im AP 2.1 'Radialverdichter in Energiespeicheranwendungen' werden Radialverdichter für die Anwendung in innovativen Energiespeicheranwendungen wie CAES (Compressed Air Energy Storage) ertüchtigt. Um dieser besonderen Anforderung von CAES zu begegnen ist es daher erforderlich, die Auswirkung von Strömungsungleichförmigkeiten am Verdichtereintritt zu bewerten und aerodynamisch robuste Laufräder, die im flexiblen Betrieb möglichst unempfindlich auf eine ungleichförmige Beaufschlagung reagieren, zu entwickeln. Das AP 2.2 'Radialexpander in Energiespeicheranwendungen' widmet sich dem Expansionspfad von Energiespeichern, die auf den Prinzipien der Kompression und Expansion von Gasen arbeiten. Hier kommen mehrstufige Radialexpander zum Einsatz, wobei je nach der Art des Energiespeichers unterschiedliche Fluide für den Prozess in Betracht kommen. Dies hat Auswirkungen auf die genaue Gestaltung der aerodynamischen Komponenten. Schließlich werden im AP 2.3 'Axialexpander: Maschinenoptimierung für Speicherungsprozesse' Turbomaschinen für Prozesse für eine möglichst verlustarme Einlagerung (Einspeisung) und eine schnelle Entladung von Gasen entwickelt. Neben der direkten Nutzung der Exergie des gespeicherten Wasserstoffs wird in einem mit CO2 arbeitenden geschlossenen Kreislaufprozess CO2 auf den überkritischen Zustand (sCO2 - super critical CO2) komprimiert. Der Antrieb des Kompressors wird durch eine kleine Expansionsturbine unterstützt, die die nach der Wärmespeicherung enthaltene Restenthalpie entspannt. Besteht Strombedarf in wind- bzw. sonnenfreier Zeit, so erfolgt die Rückgewinnung elektrischer Energie durch die Entspannung des sCO2 über eine Turbine.
Das Projekt "ReFlex: Replicability Concept for Flexible Smart Grids, Wüstenrot Germany" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gemeinde Wüstenrot durchgeführt. Introduction: By 2020, the community Wuestenrot wants to cover its energy needs through the utilization of renewable energy sources, such as biomass, solar energy, wind power and geothermal energy, within the town area of 3000 hectares. In order to elaborate a practicable scheme for realizing this idea in a 'real' community and to develop a roadmap for implementation, the project 'EnVisaGe' under the leadership of the Stuttgart University of Applied Sciences (HFT Stuttgart) was initiated. Accompanying particular demonstration projects are a) the implementation of a plus-energy district with 16 houses connected to a low exergy grid for heating and cooling, b) a biomass district heating grid with integrated solar thermal plants. Project goal: The aim of the project is to develop a durable roadmap for the energy self-sufficient and energy-plus community of Wüstenrot. The roadmap shall be incorporated in an energy usage plan for the community, that shall be implemented by 2020 and brings Wüstenrot in an energy-plus status on the ecobalance sheet. A main feature within the EnVisaGe project is the implementation of a 14,703-m2 energy-plus model district called 'Vordere Viehweide'. It consists of 16 residential houses, supplied by a cold local heating network connected to a large geothermal ('agrothermal') collector. Here PV systems for generating electricity are combined with decentralised heat pumps and thermal storage systems for providing domestic hot water as well as with batteries for storing electricity. Another demonstration project is a district heating grid fed by biomass and solar thermal energy in the neighbourhood 'Weihenbronn'. It's based on a formerly oil-fired grid for the town hall and was extended to an adjacent residential area.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Humboldt-Universität zu Berlin, Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften, Fachgebiet Urbane Ökophysiologie der Pflanzen durchgeführt. Ziel und Innovation des Vorhabens ist die smarte Vernetzung intensiver agrarischer Produktionssysteme am Beispiel Fisch, Pflanze und Insekt (CUBES) zu einem Gesamtsystem (CUBES Circle) mit weitgehend geschlossenen Energie- und Stoffkreisläufen. Durch Einbindung neuester Produktionstechnologien, der Verwendung und Weiterentwicklung von commercial-off-the-shelf-Bausteinen, der Kopplung des Systems mit seiner Umwelt sowie der konsequenten Verfolgung eines Zero-Waste-Ansatzes wird eine bisher unerreichte Ressourcen- und Energieeffizienz bei gleichzeitig optimierter Produktivität gesunder Nahrungsmittel angestrebt. Der CUBES Circle geht in seiner Umweltbilanzierung sogar noch einen Schritt weiter. Es werden nicht nur die benötigten Energie- und Stoffmengen wie Exergie, Wasser und Nahrung aus Produkt- oder Reststoffen der jeweiligen anderen Produktionssysteme gewonnen, sondern Prozessexergie erzeugt, welche an die Umgebung (z. B. Industrieprozesse, urbane Infrastruktur) abgegeben werden kann. Darüber hinaus werden ganzheitliche Modelle der Stoffflusslenkung im CUBES Circle erstellt, so dass die Produktion durch smarte Regelungsmaßnahmen dynamisch an Umweltbedingungen angepasst werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Ziel und Innovation des Vorhabens ist die smarte Vernetzung intensiver agrarischer Produktionssysteme am Beispiel Fisch, Pflanze und Insekt (CUBES) zu einem Gesamtsystem (CUBES Circle) mit weitgehend geschlossenen Energie- und Stoffkreisläufen. Durch Einbindung neuester Produktionstechnologien, der Verwendung und Weiterentwicklung von commercial-off-the-shelf-Bausteinen, der Kopplung des Systems mit seiner Umwelt sowie der konsequenten Verfolgung eines Zero-Waste-Ansatzes wird eine bisher unerreichte Ressourcen- und Energieeffizienz bei gleichzeitig optimierter Produktivität gesunder Nahrungsmittel angestrebt. Der CUBES Circle geht in seiner Umweltbilanzierung sogar noch einen Schritt weiter. Es werden nicht nur die benötigten Energie- und Stoffmengen wie Exergie, Wasser und Nahrung aus Produkt- oder Reststoffen der jeweiligen anderen Produktionssysteme gewonnen, sondern Prozessexergie erzeugt, welche an die Umgebung (z. B. Industrieprozesse, urbane Infrastruktur) abgegeben werden kann. Darüber hinaus wird Wissen über die Stoffflusslenkung im CUBES Circle generiert, so dass die Produktion durch smarte Regelungsmaßnahmen dynamisch an Umweltbedingungen angepasst werden kann. Wissenschaftliche Bedeutung der Innovation: Ein raumoptimiertes Produktionssystem über drei trophische Ebenen, dessen Stoff- und Energieströme in die Umgebung eingebettet sind und welches eine Zero-Waste-Philosophie verfolgt, ist in der angedachten Form weltweit einmalig. Der hohe Komplexitätsgrad des CUBES Circle kann nur durch einen systemorientierten Ansatz vollständig erfasst werden, wobei dessen Realisierung zahlreiche Innovationen vereint. Zu diesen zählen neben ionenselektiven Sensoren, thermischer Solarenergiegewinnung und einer Prozesssteuerung nach Pflanzensignalen auch Tageslichtleitsysteme. Die Konnektivitätsbewertung erfolgt durch den Einsatz stabiler Nährstoffisotopen. Es werden damit erstmals Nährstoffflüsse über mehr als zwei trophischen Ebenen wissenschaftlich untersucht.
Das Projekt "Entwicklung und Erprobung eines Betriebsverfahrens mit Verwendung von Abwaerme (Grundzyklus) und der Moeglichkeit, den Kraftstoffverbrauch von Dieselmotoren zu verringern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN durchgeführt. General Information: The proportion of exergy in the coolant heat of internal combustion engines is too small (approx. 4 per cent of the primary energy) because the coolant temperature is quite low (about 80 degrees c). By contrast, the exergy in the exhaust gases amounts, (when they are cooled from 560 degrees c to 180 degrees c), to some 12 per cent of the primary energy. The aim of this study is to convert exhaust heat of internal combustion engines into mechanical energy and to transfer it to the crankshaft in order to improve the effective engine efficiency. For diesel engines this may improve the overall efficiency from 40 per cent to about 50 per cent. In this study a bottoming cycle unit for a turbocharged 6-cylinder diesel engine installed in a long-haul truck (207 kw at 2000 rpm) was developed, constructed and tested. To this end, different working fluids were compared. A test rig was used to measure, test and refine the system for use. The choice of the working fluid fell ultimately on steam. (the organic rankine cycle technology requires, compared to a steam process, a higher capital investment due to much greater heat-exchanger surfaces, the expensive working fluid and the safety precautions required if the working medium has an inflammable or toxic behaviour). A radial turbine was chosen, while the other components of the rankine engine were selected according to conventional practice. A gear box was used to connect the bottoming engine with the diesel engine (lubrication problems of the gear box have been solved). At the design point, the speed of the turbine was 100,000 rpm and its useful power approx. 19.4 kw. The steam is heated with waste heat of 590 degrees c, is expanded and cooled down to 110 degrees c. The resulting high speed of the turbine shaft and the high temperatures did not permit the use of contact seals. The amount of sealing air demands a larger compressed air tank for the vehicles brake system. Furthermore, the leakage of the sealing steam had to be supplemented by treated boiler feed water. The bottoming cycle components (water treatment plant and larger compressed air tank) could not be accommodated on the truck without sacrificing some of the payload capacity. Therefore, this version of exhaust gas utilisation (given the present price of diesel fuel and the relatively small distances travelled per year in Europe) is uneconomical.