Arbeitskreis regenerative Energiesysteme

Organisiert wird der Arbeitskreis von Prof. Dr. Iselborn. Der Arbeitskreis ...

• fördert die Zusammenarbeit der Fakultäten auf dem Gebiet der Entwicklung regenerativer Energiesysteme,
• informiert über nachhaltige Energiewirtschaft, realisierte Projekte und Tendenzen,
• unterstützt die landesweite Vernetzung der Aktivitäten auf diesem Gebiet, auch außerhalb des Hochschulbereichs,
• entwickelt ein Konzept für interdisziplinäre Lehrveranstaltungen, die die nachhaltige Energiewirtschaft berücksichtigen,
• organisiert den Vortragszyklus Regenerative Energiesysteme,
• beschäftigt sich mit den ethischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten der nachhaltigen Energiewirtschaft.
  
  
  

Sommersemester 2011

07.04.2011
Reliability of the electrical components and the impact on bankability:
What do investors expect from the components of a PV system?
Dipl.-Ing. Matthias Graf von Armansperg, MBA, Accelios Solar GmbH

Die Finanzierung von PV-Projekten wird immer anspruchsvoller. Banken werden zunehmend kritisch, und oft gibt es kein ausreichendes Vertrauen in PV-Projekte. Größere finanzielle Reserven müssen eingeplant werden, eine höhere Risikobewertung für das Risikomanagement ist notwendig, niedrigere Preise pro kWh werden erzielt. Deshalb müssen das Gesamtsystem und seine Kosten optimiert werden.

Wie überzeugt man Banken, dass eine PV-Anlage zuverlässig arbeitet? Welche Bedeutung haben Komponenten für eine Bankfähigkeit? Welche Art von Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Wartung, Lebensdauer, Austausch von Ersatzteilen kann erwartet werden und welche Maßnahmen sind zu treffen? Was bestimmt die Lebensdauer der Komponenten? Was bieten die Komponenten-Hersteller als Sicherheitsgarantien? Welche Erwartungen haben die Banken? Welche Finanzierungsoptionen bestehen? Was betrifft Versicherungen? Welche Arten von Wartungsverträgen existieren?

Hinweis: Der Vortrag wird in deutscher Sprache gehalten.

 
05.05.2011
Silicium-Dünnschichttechnologie für PV-Anwendungen  - Der Weg vom Labor in die industrielle Umgebung
Dr. Herbert Rübel, Schott Solar Putzbrunn, Leiter Qualitätssicherung und Patente

Amorphes Silizium (a-Si) ist eine Mustersubstanz für einen nichtkristallinen Halbleiter, dessen elektrische und elektronische Eigenschaften erlauben, es für hochwertige Anwendungen einzusetzen. Dabei ist die Solarzelle die bekannteste und die populärste. Von der Substanz als wissenschaftlichem Objekt kommt man zur gezielten Materialentwicklung im Sinne der Anwendung und zur Konzeption der Zelle (Zelldesign) inklusive proof of concept. Über eine zwischengeschaltete Technikumsphase testet man die Aufskalierbarkeit der Prozesse (Materialabscheidung, Homogenität über die Fläche, Flächenverluste u. a.) und die Konstruktion eines "fertigen" PV-Moduls. In einer Pilotphase wird die Reproduzierbarkeit aller Herstellprozesse (großflächige Abscheidung, integrierte Serienverschaltung, Kapselung) sowie die wirtschaftliche Herstellbarkeit (im Wesentlichen sind das die Parameter Durchsatz und Ausbeute) nachgewiesen. Im Falle eines aussichtsreichen Businessplans und einer damit einhergehenden positiven Investitionsentscheidung transferiert man die Technologie in ein industrielles Umfeld (hier: Multi-MW-Anlage) und bedient den nachfragenden Markt. Über ein praktisches Beispiel, das alle genannten Phasen enthält, wird hier berichtet.

 
26.05.2011
Klärschlammvergasung. Ein innovatives Hochtemperaturverfahren zur Energiegewinnung am Beispiel der Kläranlage Mannheim
Dipl.-Ing.(FH) Christian Burgbacher, Geschäftsführer Kopf Syngas GmbH

In Deutschland fallen jährlich mehr als 2 Millionen Tonnen Klärschlammtrockenmasse an. Davon werden bislang immer noch über 500.000 Tonnen in die Landwirtschaft ausgebracht. Feinere Analysemethoden haben gezeigt, dass viele unerwünschte Schadstoffe(Arzneimittelrückstände, Hormone und hormonähnliche Substanzen) nicht abgebaut werden können und sich im Klärschlamm anreichern. Somit gelangen sie dorthin, wo man sie eigentlich nicht haben will. Dabei hat getrockneter Klärschlamm einen Energieinhalt wie schlechte Braunkohle und kann somit zur Energieerzeugung genutzt werden.

In diesem Vortrag wird ein neuentwickeltes Hochtemperaturvergasungsverfahren vorgestellt, bei dem aus getrocknetem Klärschlamm ein klassisches Synthesegas erzeugt wird. Das Gas wird zusätzlich aufbereitet und kann in einem Blockheizkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie oder durch Verbrennung zur Schlammtrocknung bzw. für andere Zwecke eingesetzt werden. Übrig bleibt ein rein mineralisches Granulat. Anhand der Vergasungsanlage auf der Kläranlage Mannheim wird das Verfahren erklärt sowie der sich daraus ergebende Nutzen und die Vorteile erläutert.

Wintersemester 2010/2011

21.10.2010
Biomasse versus Fotovoltaik - Wettstreit zweier regenerativer Energieträger
Dr. Martin Pehnt, Wissenschaftlicher Vorstand/Fachbereichsleiter Energie, ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung, Heidelberg

Die Ziele der Bundesregierung für erneuerbare Energien sind ambitioniert: mindestens 30 % der Stromerzeugung und 14 % der Wärmenachfrage sollen 2020 aus erneuerbaren Energieträgern stammen. Biomasse und Solarenergie sind zwei wichtige Säulen dieser Strategie. Ökobilanz, Potenziale, Kosten, aber auch der energiewirtschaftliche Wert dieser beiden regenerativen Energieträger im Vergleich – wie geht der Wettstreit aus?


11.11.2010
EEG-Anlagen im Nieder- und Mittelspannungsnetz
Dipl.-Ing. Norbert Polster, Dipl.-Ing. Thomas Cieslok, Dipl.-Ing. Jochen Wagner Stadtwerke Heidelberg Netze GmbH

Stromversorgungsnetze wurden „klassisch“ mit zentraler Einspeisung der Kraftwerke in Hoch- und Höchstspannungsnetze ausgelegt. Mit der Subventionierung von Eigenerzeugungsanlagen aus regenerativen Energien, z.B. Photovoltaik-Anlagen, Windkraftwerke usw., ist die Anzahl neu in die Netze einzubindender, dezentraler Kleinkraftwerke in den letzten Jahren sehr stark angestiegen und steigt immer weiter an. Der „Anschlusszwang“, die Einbindung dieser Kraftwerke in bestehende Netze stellt die Netzbetreiber vor neue Herausforderungen hinsichtlich Regelbarkeit, Netzspannungshaltung, Versorgungssicherheit u.v.a. Aspekte mehr.
Im Vortrag werden die Anforderungen an den Netzbetrieb an ausgewählten Beispielen im Netzgebiet der Heidelberger Stadtwerke Netze GmbH erläutert, dargelegt, inwieweit die bestehenden Netze schon in der Lage sind, diese Anforderungen zu erfüllen, und die daraus ableitbaren technischen und wirtschaftlichen Konsequenzen für Netzbetreiber und Endkunden aufgezeigt.


09.12.2010
Bioethanol als regenerativer Energieträger: Herstellung und Anwendung
Dr. Jörg Bernard, Leiter Food & Non-Food Technology, Südzucker AG - Zentralabteilung Forschung, Entwicklung, Services

Der erste Schwerpunkt des Vortrages wird sich mit den Herstellmethoden von Bioethanol aus verschiedenen Rohstoffen (Getreide, Zuckerrüben) befassen. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist hier die Einbindung von Kuppelprodukten interessant, also Produkten, die außer dem Ethanol weitere Wertprodukte darstellen und gleichzeitig produziert werden können.
Ausgehend von den physikalisch-chemischen Daten von Ethanol werden in einem zweiten Kapitel die Anwendungsmöglichkeiten im Kraftstoffbereich vorgestellt. Die für Ottokraftstoffe geltenden umweltpolitischen und normativen Vorgaben werden dabei ein Hauptaugenmerk sein. Dies umfasst z.B. die Verwendung in Kraftstoffmischungen mit bis zu 85 % Ethanol.

Auch die Einsatzmöglichkeiten von Bioethanol als Betriebsstoff für Brennstoffzellen werden  erläutert. Zukünftige Szenerien über die erwarteten Qualitäten von Ottokraftstoff schließen den Vortrag ab.

Sommersemester 2010

15.04.2010
Wechselrichter zur Netzkopplung von Photovoltaik-Anlagen - Stand der Technik und Trends
Dr.-Ing. Mike Meinhardt, SMA Solar Technology AG, Niestetal

Die Hauptaufgabe eines PV-Wechselrichters besteht in der Umwandlung des vom Solargenerator abgegebenen Gleichstroms in netzkonformen Wechselstrom mit einem möglichst hohen Umwandlungswirkungsgrad. Gleichzeitig ist der Wechselrichter verantwortlich für den optimalen Betrieb des Solargenerators am Punkt der maximalen Leistungsabgabe (MPP-Tracking) und die Netz- und Anlagenüberwachung. Der Wechselrichter ist daher maßgeblich für den energetischen Ertrag und damit auch die Wirtschaftlichkeit einer netzgekoppelten Photovoltaik(PV)-Anlage verantwortlich.
Die wichtigsten Herausforderungen bei der Entwicklung von Photovoltaik-Wechselrichtern sind Maximierung des Umwandlungswirkungsgrades, die Reduktion der leistungsspefischen Wechselrichterkosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit und optimale Integration der Wechselrichter in das öffentliche Stromversorgungsnetz.
In diesem Vortrag wird dargestellt, in welcher Weise "Power Electronic Packaging" als Schlüssel zur Kostenreduktion bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit dienen kann. Es werden die Wege zur Wirkungsgradverbesserung bei PV-Wechselrichtern beschrieben, die zu Wechselrichterwirkungsgraden in der Serie von über 98% geführt haben. Des weiteren werden zukünftige Trends bei PV-Wechselrichtern vorgestellt.

 
06.05.2010
Technische Lösungen zur Erhöhung der Klimaverträglichkeit bei der
Stromerzeugung am Beispiel der CO2-Abscheidung und Speicherung
Dipl.-Ing. Armin Schimkat, ALSTOM Power Systems GmbH, Mannheim

Die Erhöhung der Klimaverträglichkeit bei der Stromerzeugung durch die Bereitstellung von geeigneten technischen Lösungen ist eines der obersten Ziele vieler Energieversorger und Kraftwerkshersteller weltweit. Zur Verwirklichung dieses Zieles werden verschiedene technische Maßnahmen verfolgt. Neben der Wirkungsgradsteigerung sowie erneuerbaren und nuklearen Energieoptionen spielt dabei die Abscheidung und anschließende Speicherung von CO2 (Carbon Capture and Storage - CCS) eine entscheidende Rolle im zukünftigen Energiemix. Aktuell werden von den in dieser Technologie engagierten Firmen und wissenschaftlichen Einrichtungen zahlreiche vielversprechende Lösungen zur CO2-Abscheidung basierend auf Post-Combustion-, Pre-Combustion- und Oxyfuel-Prozessen sowohl für Bestands- als auch für Neuanlagen entwickelt und in weiteren Schritten für den großtechnischen Einsatz qualifiziert.

 
10.06.2010
E-Energy - Der Energiemarktplatz
Dipl.-Ing.(FH) Barbara Doersam, M.Sc., MVV Energie AG, Mannheim

Energieeffizienz und Informationstechnologie hatten bisher wenig miteinander zu tun. Das ändert sich gerade. Ziel ist ein "Internet der Energie". Das Bundesministerium für Wirtschaft hat für dieses neue Innovationsfeld den Begriff "E-Energy" geprägt. Er steht analog zu den Bezeichnungen E-Commerce oder E-Government für die umfassende digitale Vernetzung und Optimierung des Energieversorgungssystems - von der Erzeugung über die Verteilung bis hin zum Verbrauch. So ist es möglich, die vorhandene Versorgungsstruktur besser zu nutzen, erneuerbare Energien auszubauen und CO2-Emissionen zu reduzieren.

Im Vortrag werden die Entwicklung des künftigen Strommarktes näher erläutert und speziell auf das Forschungsprojekt „Modellstadt Mannheim“ eingegangen, das als ein Testfeld neben mehreren anderen dieses Forschungsvorhaben umsetzt.

 
22.10.2009
Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz
Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Mombauer, Hochschule Mannheim

Windenergie- und Photovoltaikanlagen kommen in immer größeren Leistungen ins Netz. Die Kraftwerkseigenschaften von Wind- und Solarparks und die daraus resultierenden Anforderungen an die statische und dynamische Netzstützung verdienen besondere Beachtung. Zusätzlich sind bereits im Planungsstadium umfangreiche Überlegungen zu Netzrückwirkungen anzustellen. Die Technische Richtlinie zur Beurteilung von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz sowie die FGW-Richtlinien sind neu erschienen.

Um eine Netzanschlusszusage am Mittelspannungsnetz zu erhalten, wird zukünftig ein Anlagenzertifikat für alle Erzeugungsanlagen (z.B. Wind, PV, Biomasse etc.) benötigt. WEA benötigen ein Sachverständigengutachten/Anlagenzertifikat entsprechend SDLWindVerordnung des EEG 2009.

Ausgehend von dem Konzept der elektromagnetischen Verträglichkeit werden die elektri­schen Eigenschaften von Erzeugungsanlagen nach den neuen technischen Regeln im Überblick dargestellt und an Beispielen zu Oberschwingungen und zur Spannungshaltung erläutert.

 
19.11.2009
Die Entwicklung hoch effizienter  Gasmotoren als Antrieb für Blockheizkraftwerke
Olaf Berger, Rolf Coester, Robert Böwing, Karsten Spreitzer, Karl Stellwagen, Diethard Plohberger (Referent), mwm Mannheim

Blockheizkraftwerke nutzen die Primärenergie bis nahezu 90% aus und sind somit die effizientesten Kraftwerke. Diese werden heute überwiegend von Gasmotoren angetrieben. Nicht nur umweltfreundliches Erdgas, sondern auch regenerative Biogase dienen als Brennstoff.

In diesem Vortrag wird die Technik der Gasmotoren, ihre Vorzüge, aber auch die Herausforderungen beschrieben. Das vom ersten Tag an mit dem Gasmotor verbundene Unternehmen MWM zeigt am Beispiel der heute gebauten, modernen Motorenfamilien die Entstehung und die Eigenschaften dieser faszinierenden Maschinen am Kreuzungspunkt zwischen PKW- und LKW Motor einerseits und Großmaschinenbau andererseits.

Der Großgasmotor besitzt Eigenschaften von vielen anderen Motorgattungen. Wegen der höheren Leistungsdichte und der universelleren Einsatzmöglichkeiten haben sich Gasmotoren, die nach dem Magerprinzip arbeiten durchgesetzt. Der Magermotor arbeitet nach dem ottomotorischen Prinzip bei Luftverhältnissen von ca. 1,8  an der technischen Grenze der Verbrennung. In diesem Bereich werden die Emissionen niedrig und der Wirkungsgrad hoch gehalten. Die Zündung stammt ur­sprünglich vom PKW und Motorrad. Die hohen Drücke in den Zylindern  erfordern Konstruktionsprinzipien wie bei Dieselmotoren. Die geforderte Lebensdauer von über 60.000 Betriebsstunden bei überwiegend Volllast ist für die Konstruktion der Motoren und die Wahl der geeigneten Materialien eine Herausforderung und erfordert langjährige Erfahrung und Optimierung. Die hohe spezifische Motorleistung verlangt nach hohen Aufladegraden und damit nach Turboladern, deren Einzelleistung jener von großen Motoren gleichkommt, so dass sich insgesamt eine Kombination aus Kolben- und Turbinenmotor ergibt.

Die Motoren selbst sowie die Komponenten und Verfahren, ebenso wie die Entwicklungseinrichtungen und -methoden werden vorgestellt. Zum Abschluss wird ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen gegeben.

 
17.12.2009
Wechselrichter zur Netzkopplung von Photovoltaik-Anlagen - Stand der Technik und Trends
Dr.-Ing. Mike Meinhardt, SMA Solar Technology AG, Niestetal

Die Hauptaufgabe eines PV-Wechselrichters besteht in der Umwandlung des vom Solargenerator abgegebenen Gleichstroms in netzkonformen Wechselstrom mit einem möglichst hohen Umwandlungswirkungsgrad. Gleichzeitig ist der Wechselrichter verantwortlich für den optimalen Betrieb des Solargenerators am Punkt der maximalen Leistungsabgabe (MPP-Tracking) und die Netz- und Anlagenüberwachung. Der Wechselrichter ist daher maßgeblich für den energetischen Ertrag und damit auch die Wirtschaftlichkeit einer netzgekoppelten Photovoltaik(PV)-Anlage verantwortlich.
Die wichtigsten Herausforderungen bei der Entwicklung von Photovoltaik-Wechselrichtern sind Maximierung des Umwandlungswirkungsgrades, die Reduktion der leistungsspefischen Wechselrichterkosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit und optimale Integration der Wechselrichter in das öffentliche Stromversorgungsnetz.
In diesem Vortrag wird dargestellt, in welcher Weise "Power Electronic Packaging" als Schlüssel zur Kostenreduktion bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit dienen kann. Es werden die Wege zur Wirkungsgradverbesserung bei PV-Wechselrichtern beschrieben, die zu Wechselrichterwirkungsgraden in der Serie von über 98% geführt haben. Des weiteren werden zukünftige Trends bei PV-Wechselrichtern vorgestellt.