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Weiterentwicklung und Erprobung eines Hochtemperaturwärmespeichers mit innovativer Füllkörpertechnologie und Luft als Wärmeträger in der Keramikindustrie, Teilvorhaben: Untersuchung zur Filtration und Zwischenspeicherung hochtemperierter Abwärme zur Nutzung im keramischen Brennprozess

Ziel des Teilprojektes ist die Untersuchung der Möglichkeit zur Nutzung der direkten Abluft aus den Brennprozessen der Comet Schleiftechnik GmbH. Die direkte Nutzung bringt Kostenvorteile, da Wärmeübertrager wegfallen und erhöht das Potential an rückgewonnener Energie, da Verluste durch Wärmeübertrager vermieden werden. Durch die direkte Nutzung der Abluft kann es jedoch über die Zeit zu Ablagerungen von Stäuben oder Kondensaten auf den Leitungen und Speicherkomponenten kommen, die die Performance des Speichers beeinträchtigen. Daher müssen zunächst die Verschmutzungsmechanismen analysiert werden. Im weiteren Verlauf muss die die Spezifikation für das Speichersystem inklusive gegebenenfalls erforderlichem Filtersystem erstellt werden. Darauf basierend koordiniert Comet den Aufbau und die Inbetriebnahme eines Demonstrators. Im laufenden Betrieb untersucht Comet das Potential unterschiedlicher verfahrenstechnischer Betriebsführungen des Demonstrators und der Möglichkeit eines Power-To-Heat Moduls. Abschließend wird die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems bewertet.

Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft

Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft, Teilvorhaben: Entwicklung einer prädikativen Steuerung

Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft, Teilvorhaben: Entwicklung und Optimierung PCM-Speicher

EnEff:Wärme: Weiterentwicklung und Qualifizierung des multifunktionalen thermischen Speichers für den Einsatz in kommunalen Strom- und Wärmenetzen

Mikroprojekt: Machbarkeitsuntersuchung zur Einbindung von Wärmespeichern für eine klimaschonendere Produktion von Wellpappe

Das übergeordnete Thema des Projekts ist die Entwicklung einer klimaschonenderen Wärmeversorgung für die Wellpappenfabrik der Zukunft. Im Mikroprojekt soll die Machbarkeit verschiedener Konzepte zur Wärmeversorgung überprüft und ein Modellprojekt in diesem Themengebiet vorbereitet werden. Ein besonderer Fokus liegt auf der Einbindung von Wärmespeichern in die Wärmeversorgung oder Wärmeverteilung innerhalb des Prozesses. Dabei sollen in der Machbarkeitsstudie drei Ansätze verfolgt werden: (1) Power-to-Heat (kurz P2H), (2) Solarthermie und (3) Nutzbarmachung von Abwärme. Bei allen Konzepten sollen Wärmespeicher jeglicher Art grundlegender Bestandteil sein. Im anschließenden Modellprojekt soll der vielversprechendste Ansatz weiter ausgearbeitet und in Form eines Demonstrationsprojektes in der realen Produktionsumgebung erprobt werden.

Entwicklung und Ersterprobung eines Vakuum-Flüssigeiserzeugers zur ganzjährigen Nutzung von Oberflächengewässern als Wärmequelle

P2X-2: Erforschung, Validierung und Implementierung von "Power-to-X" Konzepten, Teilvorhaben T1-2

Im Kopernikus-Projekt für die Energiewende 'P2X' werden Technologien erforscht, die zur effizienten Speicherung und Verteilung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie dienen können. Der Fokus liegt dabei auf der elektrochemischen Umwandlung des Stroms in stoffliche Energieträger und chemischen Rohstoffe mithilfe von Power-to-X-Prozessen. FENES entwickelt in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule München (TUM) ein Energiesystemmodell, dass die Untersuchung der vom P2X-Konsortium ausgewählten Power-to-X-Technologiepfaden (PtX) hinsichtlich Auswirkungen auf die Volkswirtschaft, das Energiesystem und den Klimaschutz ermöglicht. Ergänzend dazu werden im Modell PtX-Technologien abgebildet, die bisher nicht in P2X abgedeckt sind. Dies sind beispielsweise Power-to-Heat oder Pfade zur Kopplung der Sektoren Strom und nicht-energetischer Verbrauch. Im bestehenden FENES-Energiemodell, dass im Rahmen von SPIKE (Systemanalyse und -integration Power-to-X im Kontext von erneuerbarer Elektrizität als Primärenergie) entwickelt wurde, wird das Energiesystem bisher ohne eine Ortsauflösung, Energienetze und den Austausch mit den europäischen Nachbarländern abgebildet. Auch werden Flexibilitätsoptionen und Energiespeicher nur vereinfacht modelliert. Aus diesem Grund wird das Energiemodell für das Verbundvorhaben 'P2X-2' entsprechend angepasst. Die Ortsauflösung erfolgt dabei anhand einer Aufteilung der Landkarte Deutschlands in definierte Raster. In diesen Rastern finden die Modellierung der fluktuierenden erneuerbaren Erzeugung und der Lastprofile in den Verbrauchssektoren statt. Als Flexibilitätsoptionen werden sowohl zeitliche und örtliche Anpassungen von PtX-Technologien als auch Prozesse der energieintensiven Industrie betrachtet. Als Energiespeicher werden gängige Kurz- und Langzeitspeicher integriert. Darüber hinaus werden Schnittstellen im Modell geschaffen, die es ermöglichen mit einem Netzmodell und einem Modell für den europäischen Stromaustausch der TUM zu interagieren. Auf Basis der Modellierungsergebnisse können die jeweiligen Power-to-X-Verfahren hinsichtlich ihres Nutzens für den Klimaschutz und die Energiewende untersucht und die vielversprechendsten Pfade identifiziert werden. Zudem können die Auswirkungen des Einsatzes der Power-to-X-Technologien im Energiesystem untersucht werden.

TWIST: Thermochemische Energiespeicher im Wirbelschichtverfahren für Industrieanwendungen und Stromerzeugung: Weiterentwicklung der thermochemischen Speicherung vom Technikums- zum MW-Maßstab durch Versuche und Verbesserung von Modellen, sowie Identifikation wirtschaftlicher Einsatzfälle in der Industrie

Aufgrund geringer Speichermaterialkosten (ca. 15 ct/kWh) und ihrer Eignung als Langzeitspeicher oder Wärmepumpe, besitzen thermochemische Speicher mit CaO und MgO großes Potenzial zur simultanen Effizienzsteigerung und Kostenoptimierung von stark integrierten Industrieprozessen. Sie können somit einen erheblichen Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz im Industriesektor leisten, wie sie vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie angestrebt wird. Durch zeitliche Entkopplung von Strom- und Wärmeproduktion kann Brennstoffeinsatz verringert und Stromüberproduktion vermieden werden. Gleichzeitig schaffen Speicher eine Möglichkeit, Erzeugungsspitzen erneuerbarer Energiequellen über Power-to-Heat einzubinden und damit den CO2-Fußabdruck der industriellen Wärmebereitstellung zu verringern. Im Vorgängerprojekt TcET wurde die Fluidisierung der pulverförmigen Speichermaterialien erfolgreich demonstriert. Dies stellt einen wesentlichen Fortschritt für die technische Umsetzung des Speichers im Wirbelschichtverfahren dar. Ein Pilotreaktor mit einer Speicherleistung von 10 kW(chemisch) wurde am LES errichtet. Ziel des TWIST Projekts ist die Speichertechnologie vom Pilot- zum MW-Maßstab weiterzuentwickeln. Dazu sollen mit Hilfe von Experimenten und Modellen offene Fragen für das Design eines großtechnischen Reaktors im MW-Maßstab geklärt werden. Durch Prozessrechnungen sollen Energieeffizienz- und Flexibilitätspotentiale in der Industrie identifiziert und die Systemintegration einer MW-Demoanlage geplant werden.

Einzelvorhaben SEKO: Energiesystemintegration & Sektorkopplung am Beispiel der Forschungsinfrastrukturen Energy Lab 2.0 und Living Lab Energy Campus

Der im Zuge der Energiewende stetig wachsende Anteil an erneuerbaren Energien (EE) erfordert eine Umstrukturierung der Energieversorgungsinfrastruktur, die die Unterschiede zwischen Nachfrage und Angebot an verfügbarer Energie aufgrund fluktuierender Energieerzeugung und starker Verbrauchsspitzen beherrscht. Um dies zu erreichen muss das Energiesystem ganzheitlich betrachtet werden und mit dem Instrument der Sektorkopplung eine Flexibilisierung der eingesetzten Energieformen (Strom, Gas/Wasserstoff, Wärme/kälte, Energiespeicher, Kraftstoffe, chemische Energieträger) erreicht werden. Am KIT werden seit 2015 die großen Forschungsinfrastrukturen Energy Lab 2.0 und Living Lab Energy Campus zur Erforschung zukünftiger Energiesysteme mit besonderem Fokus auf der Sektorenkoppelung aufgebaut. Diese Forschungsplattformen ermöglichen auf neuartige Weise die Verknüpfung unterschiedlicher Energieträger, mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie. Im großskaligen Reallabor am KIT werden durch Kombination von Experiment und Simulation neue Ansätze zur Realisierung und Demonstration eines intelligenten Energiesystems, das maßgeblich auf EE basiert, gefunden. In dem BMBF Projekt 'Energiesystemintegration & Sektorkopplung am Beispiel der Forschungsinfrastrukturen Energy Lab 2.0 und Living Lab Energy Campus' (SEKO) werden noch ungelöste Forschungsfragen der Sektorkopplung im Bereich Strom (Teilprojekt 1), Wärme/Kälte (Teilprojekt 2), der stofflichen Energieträger (Teilprojekt 3) und der Verknüpfung dieser drei Sektoren mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien (Teilprojekt 4) untersucht. Hierzu zählen im Bereich Strom sowohl die Kopplung im Verteilnetz zu Wärmepumpen als auch zu Elektromobilität, da diesen bei Engpasssituationen eine besondere Bedeutung zukommt. Ebenso werden Konzepte zur Integration von Gasturbinen und Power-to-Heat in zukünftige Energiesysteme, die am Beispiel von Einzelhaushalte, Industrieparks und Quartieren untersucht werden.

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