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Die neue Verordnung für Kleinfeuerungsanlagen sorgt für bessere Luftqualität

Forschungsprojekt berechnet Staubreduzierung und entwickelt Feinstaubrechner für Wohngebiete Die neuen Umweltauflagen für Holzheizungen, Kaminöfen und andere kleine Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe werden nach einer neuesten Studie im Auftrage des Umweltbundesamtes (UBA) spürbare Entlastungen bei den ´bringen. In den betroffenen Wohngebieten wird die Belastung allein durch die neue 1. BImSchV um fünf bis zehn Prozent zurück gehen, so das Ergebnis der Studie des Instituts für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart und des Ingenieurbüros Lohmeyer Karlsruhe. Weil die tatsächliche Belastung aus Kleinfeuerungsanlagen allerdings sehr stark von den örtlichen Gegebenheiten abhängt, hat das UBA die PC-Anwendung „BIOMIS“ entwickeln lassen. Mit ihr können Planerinnen und Planer eigene Berechnungen für einzelne Wohngebiete durchführen. Diese Anwendung steht ab sofort kostenfrei zum Download auf der UBA-Homepage zur Verfügung. „Die gesundheitsgefährdenden Feinstaubimmissionen müssen durch ein ganzes Maßnahmen-Bündel zurück geführt werden. Die neuen Auflagen für Kaminöfen und Holzheizungen leisten dazu ebenso einen Beitrag wie die in etlichen Städten eingeführten Umweltzonen“, erklärte UBA-Präsident Jochen Flasbarth. Für die Studie war eine umfangreiche Grundlagenarbeit erforderlich: Zur Ermittlung des Reduzierungspotentials der Feinstaubbelastung fehlte ein geeignetes Modellsystem. Die Forscherinnen und Forscher entwickelten deshalb zuerst das passende Modell und überprüften dieses während mehrerer Wintermonate mit Hilfe realer Messungen in einer Ortschaft mit einem hohen Anteil an Holzheizungen. Das Modell bestand den Test. Über 10.000 unterschiedliche Szenarien wurden von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern berechnet, um die Auswirkungen der verwendeten Brennstoffe und die Art und Qualität der Heizungen auf die Luftschadstoffe Feinstaub und Stickstoffdioxid darzustellen. Die so erzeugten Datensätze flossen in das Computerprogramm „BIOMIS“ (Immissionsprognose für die thermische Biomassenutzung) ein. Diese PC-Anwendung erlaubt es - auf Basis der installierten Heizungen - für ein konkretes Gebiet die Luftbelastung mit Feinstaub und Stickstoffdioxid aus Kleinfeuerungsanlagen darzustellen. Die Novelle der Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen (1. ⁠ BImSchV ⁠) ist am 22. März 2010  in Kraft getreten.

Stuttgart: Aufbau einer Mooswand gegen Feinstaub

Erstmals in Baden-Württemberg wurde eine Wand mit Moosen errichtet, um Schadstoffe aus der Luft zu filtern. Zwischen dem 20. Februar und dem 10. März 2017 wurde an der B14/Cannstatter Straße, unweit der Messstation Neckartor in der Landeshauptstadt Stuttgart eine rund 100 Meter lange und drei Meter hohe weiße Wand errichtet und mit Moosmatten behängt. Der Projektversuch ist zunächst auf zwei Jahre angelegt. Es soll getestet werden, inwiefern Moose Feinstaubpartikel aus der Atmosphäre entfernen können. Dies ist unter Laborbedingungen bereits erwiesen, allerdings noch nicht unter Realbedingungen. Ziel ist es, die Feinstaub-Belastung in diesem stark befahrenen Bereich zu reduzieren. Verwendet werden zwei Moos-Arten: das Hornzahnmoos (Ceratodon purpureus) und das Graue Zackenmützenmoos (Racomitrium canescens). Sie werden eigens für den Versuch gezüchtet. Um die Filterwirkung zu erkennen, hat das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart zahlreiche Messpunkte errichtet. Neben Feinstaub wird auch die Konzentration von Stickstoffdioxid bestimmt. Damit soll die Luftschadstoff-Belastung an der Mooswand mit der Belastung an der Messstation Neckartor vergleichbar sein. Die Stadt investiert für diesen Pilotversuch 388.000 Euro. Zudem fördert das Verkehrsministerium Baden-Württemberg das Projekt mit 170.233 Euro. Die Studie ist ein Gemeinschaftsprojekt des Amts für Umweltschutz, des städtischen Tiefbauamts, des Instituts für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen und des Instituts für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart sowie des staatlichen Museums für Naturkunde Baden-Württemberg.

Biogas-fired Combined Hybrid Heat and Power Plant (Bio-HyPP)

Das Projekt "Biogas-fired Combined Hybrid Heat and Power Plant (Bio-HyPP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) durchgeführt. To reach the goals of improving the efficiency of CHP systems while simultaneously widening the biomass feedstock base as well as increasing operational flexibility, the project aims to develop a full scale technology demonstrator of a hybrid power plant using biogas as main fuel in lab environment. A combined hybrid heat and power plant combines a micro gas turbine (MGT) and a solid oxide fuel cell (SOFC). The focus of the technology demonstration plant is to prove the functional capability of the plant concept, followed by detailed characterization and optimization of the integration of both subsystems. The main objective is to move the technology beyond the state of the art to TRL 4. Electrical efficiencies of more than 60% and total thermal efficiencies of more than 90% are intended to reach at base load conditions. An operational flexibility ranging from 25% to 100% electric power should be achieved. The emission levels should not exceed 10 ppm NOx and 20 ppm CO (at 15% vol. residual oxygen). The system should allow the use of biogas with methane contents varying from 40-75%, thus covering the biogas qualities from the fermentation of the entire biomass feedstock range. To achieve the objectives the subsystems MGT and SOFC including their subcomponents have to be adjusted and optimized by a multidisciplinary design approach using numerical and experimental measures to ensure a proper balance of plant. In addition an integrated control system has to be developed and implemented to achieve a reliable operation of the coupled subsystems. A detailed analysis of different European markets, economic and technical constraints in terms of biogas production potentials will clarify the regional suitable sizes and attractive performance conditions of the power plant system. To identify cost reduction potentials a thermo-economic analysis will be performed. Here, an internal rate of return (IRR) of the system of higher than 15% should be achieved over a 20 years.

Teil 3

Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik durchgeführt. Bei einer Energieversorgung mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien am Stromverbrauch ist es notwendig, die fluktuierende Erzeugung von Windenergie und Photovoltaik bedarfsgerecht zu integrieren sowie den daraus resultierenden zusätzlichen Speicherbedarf näher zu analysieren. Vor diesem Hintergrund wird sich das beantragte Forschungsvorhaben mit folgenden Fragen beschäftigen: Inwieweit sind bestehende und zukünftige Bioenergieanlagen in Baden-Württemberg zur Energiespeicherung und zum Speicherausbau geeignet? Unter Speicherfähigkeit der Bioenergieanlagen wird in dem vorliegenden Vorhaben sowohl die 'Gasspeicherung' als auch die 'Biomassespeicherung' verstanden, wobei als Gasspeicherung die Speicherung des Biogases bzw. Synthesegases in internen/externen Speichern als auch die Speicherung des aufbereiteten Biogases bzw. Synthesegases im Erdgasnetz betrachtet wird. Im Fall der Biomassespeicherung kann eine flexible Brennstoff- bzw. Substratbeschickung der Bioenergieanlangen (Lastfolgebetrieb) erfolgen. Weiter soll analysiert werden, welche Möglichkeiten und Grenzen des flexiblen Einsatzes von Strom aus biogenen Ressourcen zum Ausgleich von Wind- und Solarstromfluktuationen in Baden-Württemberg ( Modellbetrachtung) bestehen. Als Ergebnis soll u.a. ein Fördermodell für die flexible Fahrweise von Bioenergieanlagen inklusive der notwendigen Speicherung entwickelt werden

Teilvorhaben: 1.2, 2.1a und 2.1c

Das Projekt "Teilvorhaben: 1.2, 2.1a und 2.1c" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Kraftwerkstechnik, Dampf- und Gasturbinen durchgeführt. Das Verbundvorhaben InnoTurbinE adressiert Aspekte von Wasserstoff als alternativen Energieträger, sowie die Auswirkungen des Betriebs der Turbomaschinen im Verbund mit den Erneuerbaren Energien sowie Gas- und Energiespeicheranwendungen mit Blick auf Lebensdauer und Effizienz in einem weiten Betriebsbereich. Im Rahmen dieses Vorhabens soll in AP1.2 (IKDG) ein für die Verdichtung von Wasserstoff aerodynamisch optimiertes Radialverdichterrad experimentell im Hinblick auf Druckaufbau und Wirkungsgrad untersucht werden. Da für leichte Gase bei konventioneller Bauart von Verdichterrädern die Umfangsmachzahlen und damit der mögliche Druckaufbau durch die Fliehkraftbelastung der Räder begrenzt sind, soll in diesem Teilprojekt weiterhin eine Topologieoptimierung des Verdichterrades mit dem Ziel der Fliehkraftreduzierung durchgeführt und anschließend im Schleuderversuch durch Erreichen größerer Umfangsmachzahlen nachgewiesen werden. Im Hinblick auf einen flexiblen Verdichtereinsatz soll in AP2.1a (IKDG) eine automatische numerische Optimierung der Statorteile von Radialverdichtern durchgeführt werden, die in einem Verdichterprüfstand experimentell validiert und um zusätzliche Erkenntnisse erweitert wird. Ziel ist eine Erweiterung des stabilen Betriebsbereichs bei Erhaltung hoher Effizienz und stark variierenden Druckverhältnissen. Zuletzt soll in AP2.1c (IST) eine aerodynamische Bewertungsfähigkeit in zwei Schritten aufgebaut werden. Zum einen werden hochaufgelöste CFD-Modelle für drei unterschiedliche IST-Radialverdichterprüfstände aufgebaut. Mit diesen werden umfangreiche numerische Simulationen mit dem Strömungslöser TRACE durchgeführt, um Setup-Studien zu leisten und eine Kalibrierung mit den experimentellen Daten zu entwickeln. Zum anderen sollen Korrelationen für Stromlinienverfahren aus der Literatur identifiziert und geeignet auf die vorliegenden RV-Testfälle angepasst werden, um diese in das Verfahren des Projektpartners MTU Aero Engines zu implementieren.

Phase III

Das Projekt "Phase III" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Babcock Kraftwerkstechnik durchgeführt. In der Gasreinigungsstufe eines Kombikraftwerkes auf Basis Druckfeuerung soll das aus der Brennkammer kommende Heissgas soweit gereinigt werden, dass es zum Antrieb einer Gasturbine eingesetzt werden kann. Fuer die Schlackenabscheidung wurde der Schuettschichtabscheider als optimale Loesung gefunden. Fuer die Alkaliabscheidung wird u.a. mit speziellen Gettermaterialien als Absorben gearbeitet. Bei der weiteren theoretischen und experimentellen Entwicklungsarbeit an dem Schuettschichtabscheider soll neben der Optimierung der Abscheidewirkung eine Scale-up Methode ausgearbeitet werden. Bei der Alkaliabscheidung wird zum einen der Mechanismus der primaeren Abscheidung an der Fluessigasche im FA-Abscheider untersucht, desweiteren soll ein Gettermaterial mit optimalen Eigenschaften identifiziert werden. Um die Gesamtabscheidung von Schlacke und Alkalien zu optimieren, sollen auch Methoden zur Minimierung des Schlacke- und Alkaliaustrages aus der Brennkammer untersucht werden.

MW 1.5 demonstration wind turibne Aachen/Heerlen

Das Projekt "MW 1.5 demonstration wind turibne Aachen/Heerlen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Aachener Straßenbahn und Energieversorgungs-AG durchgeführt. Objective: Demonstration of large-scale 1.5 MW wind turbine with innovative design at an inland site. - Acquisition of operational experience with 1.5 MW-class wind turbine in a complex wind regime, including mechanical and electrical performance, grid compliance and availability. - Start-up of multiple ownership EuroWindPark, consisting of 8-9 turbines of 1.5 MW each, as vital part of the energy concept for the new Dutch-German industrial area Aachen/Heerlen. The wind park will supply an estimated electrical output of 22 GWh/a, thus making a major contribution to the energy supply of the industrial area. (Planning, modelling and partly realization of this concept are subject of project 'Future Energies Aachen/Heerlen', which is supported by the E.C. DG XVII ALTENER-program.). General Information: - Large, new generation wind turbine (hub height 68 m, rotor diameter 66 m, generator rating 1.5 MVA) of the gearless variable-speed design, feeding into the grid via self commutating pulse-width modulated inverter. - The planned turbine site is in close vicinity of the Dutch/German border, to the northwest of the city of Aachen, near the Dutch village of Simpelveld/Bocholtz. Comprehensive wind energy studies have been performed in the Aachen area since 1990; the proposed location is a very promising wind energy site. The average wind speed at hub height (68 m a. g. I.) is 6.2 m/s; distance to the closest residence is 700 m. A turbine sound level of 103 dB is expected. - The turbine will be operated by the local utility company and is therefore not eligible for national German subsidies Innovative aspects of the proposed turbine: - Very large rotor blades (31 m) with full pitch control - Direct-drive concept (no gearbox) scaled up to the MW class - Low maximum rotational speed of 19 rpm to reduce aerodynamic noise - Size, design and rated output power of ring-shaped multipole generator - Inverter (Technology and rating of pulse-width modulated inverter) - Plant control and management unit - Strategies of operation, eg constant power operation of a large turbine - Attractive, pleasant architectural design of the turbine nacelle (Sir Norman Foster) Innovative aspects of the monitoring phase: - P-v-curve analysis of a new large turbine in complex terrain - Analysis of wind speed profile in complex terrain - Grid integration analysis of a large turbine with power regulation. Prime Contractor: Aseag Energie GmbH; Aachen; Germany.

2.2.3b FLOX Öl

Das Projekt "2.2.3b FLOX Öl" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts COOREFLEX-turbo (Turbomaschinen - Schlüsseltechnologien für flexible Kraftwerke und eine erfolgreiche Energiewende). Im Mittelpunkt des Projekts steht die Integration einer Flüssigbrennstoffstufe in das verbesserte, brennstoffflexible FLOX® Verbrennungssystem. DLR VT wird mit Siemens zusammenarbeiten und das Verbrennungssystem im Labormaßstab charakterisieren. Die Brennstoffdüsen sollen die Zweibrennstofffähigkeit eines FLOX® basierten Brenners für Öl/Wasseremulsion ermöglichen und für Brennkammersysteme maximaler Effizienz einsetzbar sein. Auch mit dem Backup-Brennstoffinjektor sollen niedrige Schadstoffemissionen erzielt werden. Durch die damit erzielte Maximierung der Versorgungssicherheit der Gasturbinen der nächsten Generation wird ein weiteres, essentielles Kriterium durch diese neuartige Technologie erfüllt. Zur Analyse unterschiedlicher Varianten der Flüssigbrennstoffeindüsung sollen Hochdruckexperimente durchgeführt werden Das Vorhaben stellt sich drei konkrete Arbeitsziele: Ein neuer Versuchsträgers im Labormaßstab für generische 1-Düsenanordnungen für den Hochdruckprüfstand HBK-S des DLR Instituts VT wird an die Flüssiginjektortechnologie angepasst (er steht aus einem anderen Vorhaben zur Verfügung). Mit seiner Hilfe werden die neuen Eindüsungskonzepte in den Tests untersucht und charakterisiert. Durch die Anwendung von laserdiagnostischen Messmethoden werden umfangreiche und detaillierte Validierungsdatensätze gewonnen.

Teil 4

Das Projekt "Teil 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik durchgeführt. Im Berichtszeitraum wurden im Projekt Res2CNG große Fortschritte erzielt. Arbeitspakete zu grundlegenden Fragestellungen wie Biomassevergasung und -bereitstellung sowie die Zusammenstellung von Literatur zur Hochtemperaturelektrolyse wurden abgeschlossen. Thermodynamische Berechnungen zur Methanisierung legten die Basis zur Auswahl verschiedener Methanisierungskonzepte. Erste Abschätzungen zur Gasreinigung bilden die Grundlage für eine optimale Wärmeintegration. Im Rahmen des gesamten Konsortiums wurden fünf Prozessketten festgelegt, die mittels Pinch-Analyse verglichen werden. Die CNG- und LNG-Kette werden detailliert betrachtet und jeweils ein realisierbares Wärmemanagement erarbeitet. Die Ergebnisse der umfangreichen Bottom-up-Analyse der SOEC-Technologie fließen in die Technologiesteckbriefe ein, die als Grundlage für die techno-ökonomische Analyse ausgearbeitet werden.

Variable speed technology for low heat hydropower systems

Das Projekt "Variable speed technology for low heat hydropower systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Fachbereich 16 - Elektrotechnik,Informatik, Institut für Elektrische Energietechnik, Rationelle Energiewandlung durchgeführt. Objective: Aim is to modify two small hydropower plants to variable speed operation in order to increase annual energy output by improved part load efficiency and design flow. A 100 kW vertical axis Francis turbine (Kaltenburg, DE) and a new 18 kW waterwheel (Bettborn, LU) will be modified to variable speed operation by use of a AC-AC converter. There will be installed a movable free-overfall weir at the waterwheel. By an expected increase of the electricity production in the range of 10 to 20 per cent , the aim is to proof viability of improving existing low head hydro sites with this technology. Especially low head sites have high variation of head and flow. Variable speed technology allows the system to operate at maximum efficiency for a wide range of hydraulic conditions. Modern power electronics replaces complex mechanical control systems with a high need for maintenance. In wind energy, variable speed technology has already proven its advantages compared to other mechanical technologies. General Information: Unlike earlier approaches with a combination of double regulated turbines and variable speed in a new installation, in this project the combination of a Francis turbine (respectively a water wheel) in existing plants together with a frequency converter will be used to increase part load efficiency and design flow of the system. Only the new IGBT controlled converters which are now used in wind energy as well as in motive power industry appliances can guarantee a reliable variable speed operation of a normal asynchronous generator. The combination of the movable weir and variable speed operation of the water wheel will allow to optimise the power output of the plant under all conditions. The use of an IGBT converter makes it possible to compensate reactive power to improve the mains performance. Due to detailed theoretical analysis and according to the positive experience with variable speed operation in wind energy and motive power technology, the expected increase of the annual power output of the two plants is in the range of 10 to 20 per cent of the actual value. This will reduce the specific cost of the electricity by the same range. For the actual payback tariffs of many European countries, this will increase the number of feasible low head sites. The top water level control by variation of turbine speed (and so flow) will be demonstrated to show a simple, reliable and energy saving alternative to the old hydraulic systems, which are still installed in many sites. The success of the variable speed system in this plants will open a big European SME market for cheap technological improvement of small hydropower plants and low head sites. The monitored performance of the plants data will be stored in a data logger with a modem, to allow automatic down-loading from a server-PC via modem. ... Prime Contractor: Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik/Informatik, Institut für Elektrische Energietechnik - IEE; Kassel; Germany.

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