Energie mit Zukunft
Forschungsmag 2015 des Instituts für neue Energie-Systeme (InES) an der Technischen Hochschule Ingolstadt (THI) Forschungsmag 2015 des Instituts für neue Energie-Systeme (InES) an der Technischen Hochschule Ingolstadt (THI)
Energie mit Zukunft Forschungsmag 2015
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- Seite 47 und 48: ProjektInformation Projektstart:
<strong>Energie</strong> <strong>mit</strong> <strong>Zukunft</strong><br />
Forschungsmag 2015
Inhaltsverzeichnis<br />
TECHNOLOGIE-<br />
FELDER
VORSTELLUNG InES 4<br />
ANSPRECHPARTNER 5<br />
Technologiefeld<br />
Bioenergietechnik 8<br />
Technologiefeld<br />
Solarenergietechnik 14<br />
Technologiefeld<br />
<strong>Energie</strong>systemtechnik 24<br />
Regional & International 34<br />
3
Das Team des Instituts für neue <strong>Energie</strong>-Systeme<br />
Das InES<br />
Das Institut für neue <strong>Energie</strong>-Systeme<br />
(InES) ist eines von drei Instituten für<br />
Angewandte Forschung der Technischen<br />
Hochschule Ingolstadt. Bei InES<br />
betreiben gegenwärtig vier Professoren<br />
sowie achtzehn wissenschaftliche Mitarbeiter<br />
und Doktoranden angewandte<br />
Forschung im Bereich Technik Erneuerbarer<br />
<strong>Energie</strong>n.<br />
Die Forschungsarbeiten des InES sind<br />
innerhalb der Technologiefelder Bioenergietechnik,<br />
<strong>Energie</strong>systemtechnik<br />
und Solarenergietechnik angesiedelt.<br />
Die anwendungsorientierten Forschungs<br />
vorhaben werden überwiegend in<br />
Zusammen arbeit <strong>mit</strong> <strong>mit</strong>telständischen<br />
Industriepartnern sowie <strong>mit</strong> Forschungs<br />
einrichtungen und Partnerhochschulen<br />
durchgeführt. Eine<br />
Auswahl der bisherigen InES Forschungsprojekte<br />
ist zu finden unter:<br />
www.RegIN-plus.de/wissenslandkarte<br />
Institut für neue <strong>Energie</strong>-Systeme<br />
Bio<br />
Bioenergietechnik<br />
Flexibilisierung<br />
der <strong>Energie</strong>produktion<br />
Biogas-<br />
Anlagentechnik<br />
BioErdgastechnik<br />
Systeme<br />
<strong>Energie</strong>systemtechnik<br />
Nahwärmesysteme<br />
<strong>Energie</strong>konzepte<br />
<strong>Energie</strong>effizienz<br />
in der Industrie<br />
Speichertechnik<br />
Internationalisierung<br />
Regionaler Knowhow-Transfer<br />
Öffentlichkeitsarbeit<br />
Solar<br />
Solarenergietechnik<br />
Solare Wärme<br />
& Kälte<br />
Solarkollektoren<br />
Photovoltaik-<br />
Anwendungen<br />
4
Ihre Ansprechpartner<br />
Institutsleitung<br />
Themen: Solare Wärme und Kälte, dezentrale (off-grid)<br />
Photovoltaik, Biogas und Holzheizkraftwerke,<br />
internationale Projekte<br />
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner<br />
(0841) 9348-2270<br />
wilfried.zoerner@thi.de<br />
Themen: <strong>Energie</strong>systemtechnik, Solare Wärme und Kälte,<br />
Netzwerkmanagement<br />
Dr. Christoph Trinkl<br />
(0841) 9348-3720<br />
christoph.trinkl@thi.de<br />
Professoren<br />
Themen: Biogas, Verbrennung und Vergasung von Biomasse,<br />
Anlagenoptimierung, Simulation, Methanisierung<br />
Prof. Dr.-Ing. Markus Goldbrunner<br />
(0841) 9348-3420<br />
markus.goldbrunner@thi.de<br />
Themen: Gebäudeenergietechnik, Gebäudesimulation,<br />
Nahwärmenetze, Solares Bauen, Lebenszyklusanalyse<br />
Prof. Dr.-Ing. Tobias Schrag<br />
(0841) 9348-2820<br />
tobias.schrag@thi.de<br />
Themen: Windkraftanlagen, Inselnetze, Regelungs- und<br />
Umrichtertechnik<br />
Prof. Dr.-Ing. Daniel Navarro<br />
(0841) 9348-2761<br />
daniel.navarro@thi.de<br />
Technologiefeldleitung Solarenergietechnik<br />
Dr.-Ing. Michael Klärner<br />
(0841) 9348-6310<br />
michael.klaerner@thi.de<br />
Technologiefeldleitung Bioenergietechnik<br />
Matthias Sonnleitner M.Phil.<br />
(0841) 9348-6490<br />
matthias.sonnleitner@thi.de<br />
5
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner<br />
Institutsleitung<br />
Woran forscht das Institut für neue <strong>Energie</strong>-Systeme im Bereich erneuerbare <strong>Energie</strong>n?<br />
Wir forschen für die <strong>Energie</strong>wende, und zwar ganz konkret. Aktuell gehen wir zum Beispiel der Frage nach, wie Solarwärme und<br />
Solarstrom gemeinsam in einem Einfamilienhaus eingesetzt werden können. Außerdem forschen wir im Bereich Bioenergie. Hier<br />
überlegen wir, wie Stromerzeugung aus biogenen Grundstoffen nach Bedarf funktionieren kann, da<strong>mit</strong> Lücken in der Stromversorgung<br />
aus Solar und Windenergie ausgeglichen werden können.<br />
Warum ist die Forschung gerade in diesem Bereich so wichtig?<br />
Der Klimawandel lässt sich nicht verschieben. Wir müssen seine Folgen lindern. Und: Die Preise für die immer knapper werdenden<br />
<strong>Energie</strong>rohstoffe ziehen in <strong>Zukunft</strong> massiv an. Die Menschen brauchen zeitnah praktikable Alternativen. Die deutsche<br />
Industrie hat in erneuerbaren <strong>Energie</strong>n einen Spitzenruf. Diesen Ruf gilt es, aufrecht zu erhalten. Wir als Forschungspartner der<br />
Unternehmen können daran <strong>mit</strong>wirken.<br />
Welche Ziele sind <strong>mit</strong> Ihren Forschungsaktivitäten verbunden?<br />
Wir wollen einen nachhaltigen, zukunftsfähigen Beitrag dafür leisten, dass sich der Standort Bayern weiter im Bereich erneuerbare<br />
<strong>Energie</strong>n profiliert. Wir bilden höchstqualifizierte Nachwuchskräfte für Unternehmen aus und unterstützen die vorrangig<br />
<strong>mit</strong>telständische Industrie <strong>mit</strong> unserer Forschung.<br />
Sie planen auf dem THI-Campus ein hochmodernes Prüfzentrum für Solarsysteme und -komponenten.<br />
Was ist das Besondere daran?<br />
Das Prüfzentrum wird auf dem Dach unseres Erweiterungsbaus eingerichtet. So etwas in dieser Dimension gibt es an bayerischen<br />
Forschungseinrichtungen noch nicht. Mit dem Prüfzentrum für Solarsysteme und komponenten wird Ingolstadt zum<br />
Zentrum der Solarenergieforschung in Bayern.<br />
Wie geht es weiter?<br />
Die <strong>Energie</strong>wende wird kommen und muss kommen. Die ganze Welt hat dabei hohe Erwartungen an Deutschland. Wir unterstützen<br />
<strong>mit</strong> unserer Forschung den Fortschritt in unserem Land, wollen unsere Forschungsergebnisse aber auch international<br />
nutzbar machen. Dafür stehen wir in engem Kontakt zu unseren Forschungspartnern, z.B. im südlichen Afrika, aber auch in<br />
NordostEuropa.<br />
6
Prüfzentrum für Solarsysteme und komponenten<br />
Der Atriumbau der Technischen Hochschule Ingolstadt <strong>mit</strong> dem neuen Prüfzentrum für Solarsysteme und -komponenten,<br />
welches unter Anderem einen Teil der Dachfläche des Gebäudes nutzen wird.<br />
Die Outdoor-Prüffläche <strong>mit</strong> insgesamt 360 Quadratmeter wird folgende Einrichtungen aufweisen: Solarthermie-Tracker (blau), Hybrid-Inselanlage<br />
(grün), Beregnungsprüfstand (rot), Prüfflächen für Thermosiphon-Anlagen (gelb), sowie PV-Tracker und Prüfflächen für thermische Solarkollektoren<br />
und PV-Anlagen.<br />
7
„DER EFFIZIENTE UND FLEXIBLE EINSATZ<br />
BIOGENER ROHSTOFFE MUSS IM<br />
VORDERGRUND STEHEN“<br />
PROF. DR.-ING. MARKUS GOLDBRUNNER<br />
8
Technologiefeld Bioenergietechnik<br />
Forschungsprojekte des Technologiefelds<br />
Bioenergietechnik widmen sich der<br />
nachhaltigen Bereitstellung von <strong>Energie</strong><br />
aus nachwachsenden Rohstoffe. Die Anlagentechnik<br />
von Holzheizkraftwerken<br />
und Biogasanlagen bilden dabei den<br />
Schwerpunkt.<br />
Durch Simulationen und VorOrt<br />
Messungen an solchen Anlagen werden<br />
unterschiedliche Fragestellungen zur<br />
Komponenten und Systemoptimierung<br />
sowie steuerbaren Stromerzeugung<br />
bearbeitet.<br />
9
Projektumfeld<br />
Mit dem Ausbau der erneuerbaren<br />
Strom erzeugung durch Wind und Solarenergie<br />
steigen die Anforderungen an die<br />
Versorgungssicherheit. Je nach Wetterlage<br />
schwankt die Stromproduktion<br />
erheblich. Um die Netzstabilität in<br />
Zu kunft sicherzustellen, müssen Potenziale<br />
im Bereich des Lastmanagements<br />
und neuer Speichertechnologien<br />
erschlos sen werden. Hierbei bietet die<br />
steuerbare Stromerzeugung aus Biogas<br />
große Vorteile. Im Vergleich zu der Stromspeicherung<br />
durch Druckluft, Wasserstoff,<br />
oder Pumpspeicherkraftwerken<br />
kann Biogas bis zu seiner Nutzung ohne<br />
Wirkungsgradverringerung vorgehalten<br />
werden. Ein weiterer Pluspunkt: Viele<br />
Biogasanlagen in Deutschland sind auf<br />
Grund der Anlagenkonfiguration bereits<br />
technisch geeignet auf steuerbare<br />
Strom erzeugung umzusteigen.<br />
10
Projektbeispiel:<br />
Steuerbare Stromerzeugung durch Biogas<br />
Bei dem Forschungsprojekt wurde<br />
der Stand der Technik erfasst und die<br />
Potenziale der steuerbaren Stromerzeugung<br />
heraus gearbeitet. Es wurde<br />
festgestellt, dass durch den hohen Anteil<br />
fluktuierender Stromerzeuger die<br />
Stromerzeugung zukünftig zu großen<br />
Teilen dargebotsabhängig stattfinden<br />
wird. Der Strommarkt sowie das EEG<br />
2012 wurden hinsichtlich der Anreize<br />
zur Direktvermarktung <strong>mit</strong> steuerbarer<br />
Stromerzeugung analysiert.<br />
ct/kWh<br />
EEG-VERGÜTUNG<br />
DIREKTVERMARKTUNG<br />
STEUERBARE<br />
STROMERZEUGUNG<br />
FLEXIBILITÄTSPRÄMIE<br />
MANAGEMENTPRÄMIE<br />
EEG-VERGÜTUNG<br />
MARKTPRÄMIE<br />
ZUSÄTZLICHER MARKTERLÖS<br />
DURCH STEUERBARE STROM-<br />
ERZEUGUNG<br />
MARKTERLÖSE<br />
MONATSMITTELWERTE<br />
EEG 2012 –<br />
Direktvermarktung<br />
<strong>mit</strong> steuerbarer<br />
Stromerzeugung<br />
Abbildung 1 zeigt die Zusammensetzung<br />
möglicher Vergütungen, Prämien und<br />
Markterlöse je nach Betriebsmodus der<br />
Anlage und Art der Stromvermarktung.<br />
Die Marktprämie soll außerhalb des EEG,<br />
also im Falle der Stromdirektvermarktung,<br />
das Marktpreisrisiko abdecken.<br />
Sie gleicht den Unterschied zwischen<br />
dem monatlichen Referenzmarktwert,<br />
sprich dem Monats<strong>mit</strong>telwert der erzielten<br />
Markterlöse an der Strombörse EPEX<br />
Spot, und der regulären EEGVergütung<br />
aus. Liegt beispielsweise der Referenzmarktwert<br />
bei 4,5 Cent je Kilowattstunde,<br />
so erhält der Biogasanlagenbetreiber<br />
bei einer angenommenen EEGVergütung<br />
von 20 Cent die Differenz von 15,5<br />
Cent als Marktprämie. Als zusätzlichen<br />
Anreiz für die Stromdirektvermarktung<br />
hat der Gesetzgeber die so genannte<br />
Managementprämie eingeführt. Diese<br />
dient zur Abdeckung des Vermarktungsaufwands<br />
und lag 2013 bei 0,275 Cent/<br />
kWhel. Bis zum Jahr 2015 sinkt diese ab<br />
auf ein Niveau von 0,225 Cent/kWhel.<br />
Das Ziel der Marktprämie besteht zusammen<br />
<strong>mit</strong> der Managementprämie<br />
darin etwaige Vergütungsnachteile bei<br />
einer flexiblen Fahrweise im Vergleich<br />
zur ursprünglichen EEGVergütung<br />
auszugleichen. Den größten Förderfaktor<br />
für die Umstellung einer Anlage auf<br />
steuerbare Stromerzeugung stellt die<br />
Flexibilitätsprämie dar. Hier wird eine<br />
Prämie von 130 €/kWel für die zusätzlich<br />
installierte BHKWLeistung gewährt<br />
(vereinfachte Darstellung). Bei einer<br />
Durchschnittsleistung von 500 kWel<br />
Abbildung 1<br />
und einer installierten Leistung von 1<br />
MWel ergibt sich beispielsweise eine<br />
Flexibilitätsprämie von 58.500 € pro Jahr<br />
über einen Zeitraum von 10 Jahren.<br />
Hat der Biogasanlagenbetreiber zusätzliche<br />
BHKWLeistung installiert,<br />
so kann er neben der Flexibilitätsprämie<br />
auch zusätzliche Markterlöse<br />
durch eine bedarfsgerechte Stromerzeugung<br />
generieren, indem die Stromerzeugung<br />
in hochpreisige Zeiten verlagert<br />
wird. Diese Zusatzerlöse, sowie der Bezug<br />
der oben genannten Prämien im EEG<br />
2012 können zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit<br />
einer bestehenden Biogasanlage<br />
beitragen. Basierend darauf<br />
wurden im Forschungsprojekt BioStrom<br />
verschiedene Betriebsszenarien samt<br />
Vergütungssituation ausgearbeitet.<br />
Abbildung 2<br />
Um bestehende Biogasanlagen in<br />
die Lage zu versetzen steuerbar<br />
Strom zu erzeugen sind verschiedene<br />
Modifikationen erforderlich. Das<br />
besondere Augenmerk dabei liegt auf<br />
den Komponenten der Gaskonditionierung,<br />
Gasspeicherung, Gasverwertung<br />
und der Wärmeversorgung.<br />
Hierbei wurde festgestellt, dass<br />
grundsätzlich alle relevanten Komponenten<br />
dazu in der Lage sind, Biogasanlagen<br />
zur steuerbaren Stromerzeugung<br />
umzurüsten. Jedoch bedarf<br />
es intelligenter und kosteneffizienter<br />
Anlagenkonzepte (Abbildung 2),<br />
um letztlich einen wirtschaftlichen<br />
Betrieb gewährleisten zu können.<br />
ZUSÄTZLICHER<br />
GASSPEICHER<br />
GASKÜHLUNG<br />
UND VERDICHTUNG<br />
BHKW 1 BHKW 2<br />
TRAFO<br />
Anlagenkonzept<br />
zur steuerbaren<br />
Stromerzeugung<br />
11
Projektrelevante Veröffentlichungen (Auszug)<br />
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W.; HANBY, V. (2012)<br />
Technical Modifications and Current Legal Framework for Controllable Electricity Production via Biogas Plants in Germany.<br />
In: World Bioenergy 2012, Jönköping (Schweden), 29 – 31.05.2012<br />
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W. (2012)<br />
BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung <strong>mit</strong> Biogas.<br />
4. Statuskonferenz Energetische Biomassenutzung, Berlin, 05. – 06.11.2012<br />
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W. (2013)<br />
BioStrom: Steuerbare Stromerzeugung aus Biogasanlagen – Zwischenergebnisse.<br />
BIOGAS 2013 6. Innovationskongress. Osnabrück (Germany), 23. – 24.05.2013<br />
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W.; (2013)<br />
Möglichkeiten und Herausforderungen bei der bedarfsgerechten Stromerzeugung – Erfahrungen aus Wissenschaft und Praxis.<br />
FNR/KTBL-Kongress Biogas in der Landwirtschaft – Stand und Perspektiven, Kassel (Germany) , 10. – 11.09.2013, S. 123-133.<br />
GOLDBRUNNER, M.; HÄRING, G.; HANBY, V.; SONNLEITNER, M.; WIEDEMANN, L.; ZÖRNER, W. (2014)<br />
BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung <strong>mit</strong> Biogasanlagen<br />
DBFZ Jahrestagung 2014, Leipzig, 1. – 2.10.2014<br />
12
Projekt-Information<br />
Projektstart:<br />
Projektlaufzeit:<br />
Förder<strong>mit</strong>telgeber:<br />
Projektträger:<br />
Förderprogramm:<br />
Projektbudget:<br />
Ansprechpartner:<br />
Kooperationspartner:<br />
2011<br />
3 Jahre<br />
Bundesministerium für Wirtschaft und <strong>Energie</strong><br />
Projektträger Jülich (PTJ)<br />
Optimierung der energetischen Biomassenutzung<br />
473.853,00 €<br />
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)<br />
Tel: 0841 / 9348 – 2270<br />
wilfried.zoerner@thi.de<br />
Matthias Sonnleitner M.Phil.<br />
(841) 9348-6490<br />
matthias.sonnleitner@thi.de<br />
UTS Biogastechnik GmbH<br />
Abstract<br />
With the expansion of renewable but<br />
fluctuating power generation from wind<br />
and solar energy, the demand placed on<br />
the security and reliability of electricity<br />
supply is increasing. To ensure grid stability<br />
in the future, controllable power<br />
production via biogas plants has a great<br />
technical and economic potential<br />
In this context, the Institute of new<br />
Energy Systems at Ingolstadt University<br />
of Applied Sciences and the biogas plant<br />
manufacturer UTS Biogastechnik GmbH,<br />
Hallbergmoos, Germany, are working on<br />
the research project “BioStrom – Controllable<br />
Electricity Production via Biogas<br />
Plants”, funded by the German Federal<br />
Ministry for the Environment, Nature<br />
Conservation and Nuclear Safety<br />
In this project, concepts are generated<br />
and simulations carried out regarding<br />
technical modifications for a controllable<br />
electricity production via biogas plants<br />
with special focus on raw biogas storage,<br />
the CHP-units, the heat supply<br />
for internal and external heat demands,<br />
the controls regarding raw biogas and<br />
electricity production and the monitoring<br />
systems. Further-more, a biogas<br />
plant is modified to produce electricity<br />
on demand and it is optimised during its<br />
operation.<br />
13
„ DIE DEZENTRALE ENERGIEBEREITSTELLUNG MIT<br />
SOLAREN SYSTEMEN BIRGT NOCH ENORMES<br />
POTENZIAL - IN DEUTSCHLAND UND WELTWEIT“<br />
PROF. DR.-ING. WILFRIED ZÖRNER<br />
14
Technologiefeld<br />
Solarenergietechnik<br />
Dezentrale, regenerative Wärme- und<br />
Strom bereitstellung sind zentrale Bausteine<br />
der <strong>Energie</strong>wende. Daher fokussieren<br />
sich InES-Wissenschaftler seit<br />
mehr als zehn Jahren auf Forschungsfragen<br />
in diesem Umfeld.<br />
Im Technologie feld Solarenergietechnik<br />
steht dabei die solare Wärme-, Kälteund<br />
Stromversorgung, sowie die Optimierung<br />
der Komponente Solarkollektor<br />
im Zentrum der wissenschaftlichen<br />
Arbeiten.<br />
15
Projektbeispiel: Fertigungstechnik und Kollektorkonstruktion<br />
für Vollkunststoff-Kollektoren<br />
Projektziele<br />
Entwicklung und Untersuchung von<br />
Konstruktionsprinzipien für Flachkollektoren<br />
unter Abstimmung der erreichbaren<br />
Kollektorleistung <strong>mit</strong> der maximalen<br />
Temperaturbelastung der einzelnen<br />
Bau teile und der Auswahl geeigneter<br />
Kunststoffe<br />
Untersuchung und Weiterentwicklung<br />
bestehender KunststoffFertigungsverfahren<br />
der Fa. Roth Werke GmbH im<br />
Hinblick auf Kunststoffkollektoren und<br />
deren Konstruktion <strong>mit</strong> besonderem<br />
Augenmerk auf die erreichbaren Fertigungskosten<br />
Bewertung der Wärmegestehungskosten<br />
(ct/kWh) von angepassten Solarsystemen<br />
<strong>mit</strong> VollkunststoffKollektoren<br />
im Vergleich zu Solarsystemen <strong>mit</strong><br />
herkömmlichen Flachkollektoren<br />
Herstellung von Funktionsmustern und<br />
Verifikation der Ergebnisse in Prüfstandsmessungen<br />
Foto: ROTH WERKE GMBH<br />
16
Die Untersuchungen zur Fertigungstechnik<br />
und Kollektorkonstruktion für<br />
VollkunststoffKollektoren erfordern<br />
den KnowhowTransfer aus den Technologiefeldern<br />
Kollektortechnik, Werkstofftechnik<br />
und Kunststoffverarbeitung<br />
(Abbildung 1), die Hand in Hand<br />
gehen müssen, um den erreichbaren<br />
Kollektorertrag im Vergleich zu den<br />
entstehenden Kosten abzustimmen<br />
und da<strong>mit</strong> ein Gesamtoptimum zu erreichen.<br />
Dabei soll auf Basis der möglichen<br />
Fertigungsverfahren eine Kollektorkonstruktion<br />
entwickelt werden, die eine<br />
auf die Komponentenanforderungen<br />
abgestimmte Werkstoffauswahl enthält.<br />
Auf Basis dieser drei Technologiefelder<br />
wurden verschiedene Kollektorkonzepte<br />
entwickelt. Hierfür erfolgte zuvor die<br />
Definition der Anforderungen an die<br />
zu entwickelnden Kollektoren für den<br />
Einsatz in Solaranlagen für Zentraleuropa<br />
gemäß den geforderten Teilzielen.<br />
Ausgehend von den Vorarbeiten des<br />
InES aus dem vom Bundesministerium<br />
für Wirtschaft und <strong>Energie</strong> geförderten<br />
Projektes „Solarthermie2000plus:<br />
Kunststoffe in solarthermischen<br />
Kollek toren – Anforderungsdefinition,<br />
Konzept entwicklung und Machbarkeitsbewertung“<br />
wurden Konzepte anhand<br />
der möglichen Fertigungsverfahren und<br />
Materialien definiert und durch Simulation<br />
analysiert. Im ersten Schritt erfolgte<br />
die Identifizierung der maximalen thermischen<br />
Lasten der Bauteile. Dabei<br />
wurden durch die Variation der Kollektorparameter<br />
die auftretenden Temperaturen<br />
reduziert, sodass diese für die vorgeschlagenen<br />
Materialien vertretbar sind.<br />
Anschließend wurde das Solarsystem<br />
definiert bzw. an die Anforderungen der<br />
Kunststoffkollektoren angepasst. Vor<br />
allem die mechanische Absorberbelastung<br />
durch den Fluiddruck sowie eine<br />
mögliche Reduzierung der Systemkosten<br />
erforderten eine einfache, offene<br />
DrainbackLösung. Das heißt die<br />
selbst entleerenden Kollektoren werden<br />
Abbildung 1<br />
WERKSTOFFF<br />
●TEMPERATUR UND<br />
● UV-STABILITÄT<br />
● LANGZEITSTABILITÄT<br />
● KOSTEN<br />
KOLLEKTORTECHNIK<br />
● KONSTRUKTION<br />
● ERTRAG/LEISTUNG<br />
● SPEZIELLE SOLARTECHNISCHE<br />
ANFORDERUNGEN<br />
nicht durch Systemdruck belastet und<br />
<strong>mit</strong> Wasser als Wärmeträgermedium<br />
betrieben. Das Ziel hierbei ist ein kosteneffizientes<br />
Gesamtsystem <strong>mit</strong> einem<br />
– im Vergleich zu StandardLösungen –<br />
verbesserten KostenNutzenPotenzial.<br />
Der Systemansatz wurde in Simulationen<br />
detailliert untersucht. Dabei konnte<br />
für die Systemvarianten eine Verringerung<br />
der Systemeffizienz von ca. 20 %<br />
festgestellt werden, welcher durch<br />
die Reduzierung der Herstellkosten<br />
mindestens ausgeglichen werden muss.<br />
In weiteren Schritten soll der entwickelte<br />
Kunststoffkollektor in Einzelsowie<br />
Systemtests unter realen Bedingungen<br />
vermessen werden. Diese<br />
Tests sollen die er<strong>mit</strong>telten, theoretischen<br />
Ergebnisse bezüglich der<br />
thermischen Kollektor und Systemeigenschaften<br />
widerspiegeln. Darüber<br />
hinaus können Weitere technische<br />
Parameter – wie zum Beispiel der Befüllvorgang<br />
der Kollektoren in der Untersuchung<br />
variiert und getestet werden.<br />
Der im Projekt entwickelte und<br />
unter suchte Ansatz eines Kunststoffkollektors<br />
<strong>mit</strong> dazugehörigem<br />
Systemkreis soll nach Abschluss der<br />
Arbeiten die Basis für ein marktfähiges<br />
Produkt der Roth Werke GmbH darstellen.<br />
Die durchgeführten Forschungsarbeiten<br />
sind in die IEASHC Task 39 „Polymeric<br />
Materials for Solar Thermal Applications“<br />
eingebunden. In dieser internationalen<br />
FERTIGUNG<br />
● FERTIGUNGSVERFAHREN<br />
● AUTOMATISIERUNG<br />
● LOGISTIK<br />
● QUALITÄT<br />
● KOSTEN<br />
Zusammenspiel<br />
der Arbeitsfelder in<br />
Bezug auf Kunststoffkollektoren<br />
Forschungsplattform der Internationalen<br />
<strong>Energie</strong>agentur arbeiten die Wissenschaftler<br />
des InES an der Weiterentwicklung<br />
des Kunststoffeinsatzes in<br />
Solarsystemen.<br />
Die Definition der fertigungstechnischen<br />
Randbedingungen sowie die Umsetzung<br />
des Konzeptes in ein testfähiges Muster<br />
wird vom Kooperationspartner Roth<br />
Werke GmbH durchgeführt.<br />
Die Firma Roth ist ein innovatives Unternehmen<br />
<strong>mit</strong> marktführender Stellung in<br />
den Geschäftsbereichen Gebäudetechnik,<br />
Kunststofftechnik und Industrietechnik.<br />
Das international operierende<br />
<strong>mit</strong>telständische Traditionsunternehmen<br />
wurde 1947 gegründet und hat seine<br />
Zentrale im hessischen Dautphetal. Mit<br />
den Kernkompetenzen in den Feldern<br />
<strong>Energie</strong>, Wasser und Kunststoff verfolgt<br />
das Unternehmen die Entwicklung eines<br />
Kunststoffkollektors <strong>mit</strong> ganzheitlichen<br />
Systemansatz.<br />
Für die Konzeptionierung des Kollektors<br />
wurde dieser in einem ersten Schritt in<br />
seine einzelnen Bauteile untergliedert<br />
und deren Funktionen/Eigenschaften<br />
betrachtet. Der Fokus lag hierbei auf<br />
Herstellkosten, Fertigungsverfahren,<br />
Stabilität, Haltbarkeit und thermischer<br />
Belastbarkeit.<br />
17
Kunststoffe bieten für die transparente<br />
Abdeckung hinsichtlich des Designs<br />
interessante Möglichkeiten. So kann<br />
die Abdeckung als plane oder gebogene<br />
Platte eingesetzt werden. Darüber<br />
hinaus würde eine transparente Doppelstegplatte<br />
die thermischen Verluste<br />
durch die Vorderseite reduzieren. Jedoch<br />
bieten konventionelle Solarglasscheiben<br />
aufgrund der geringeren Herstellkosten<br />
und der höheren Haltbarkeit ein höheres<br />
Potenzial. Zusätzlich kann die Steifigkeit<br />
der Glasscheibe zur Erhöhung der<br />
Kollektorstabilität eingesetzt werden.<br />
Abbildung 2<br />
Die verminderten Wärmeleiteigenschaften<br />
von Kunststoffen im Vergleich zu<br />
metallischen Werkstoffen erfordern<br />
neue Geometrien in der Absorberkonstruktion,<br />
um hohe Absorberwirkungsgrade<br />
zu erreichen. Eine vollflächig hinterströmte<br />
Geometrie bietet durch eine<br />
kurze Wärmeleitstrecke eine verbesserte<br />
Wärmeübertragung im Vergleich<br />
zum Blech-Rohr-Design konventioneller<br />
Absorber trotz der ungünstigeren Materialeigenschaften.<br />
Zur Erzeugung<br />
eines Hohlkörpers <strong>mit</strong> Kanalstruktur<br />
wurde das Twin-Sheet-Thermoforming<br />
als Fertigungsverfahren favorisiert.<br />
Zur Einsparung von Fertigungsschritten<br />
und so<strong>mit</strong> Herstellkosten sollte Gehäuse<br />
und Isolierung als ein Teil realisiert<br />
werden, sodass dieses zwei Funktionen<br />
in sich vereint. Hierfür stehen<br />
zwei mögiche Varianten zur zur Verfügung.<br />
Einerseits kann das gesamte<br />
Gehäuse geschäumt werden. Das<br />
heißt das geschäumte Polymer bringt<br />
dem Kollektor die nötige Stabilität für<br />
Montage und Befestigung sowie die<br />
wärmedämmenden Eigenschaften.<br />
Ein weiteres Konzept ist eine <strong>mit</strong>tels<br />
Twin-Sheet-Thermoforming gefertigte<br />
doppelwandige Wanne. Das in den<br />
Hohlraum eingeschlossene Luftvolumen<br />
wirkt hierbei isolierend und stellt einen<br />
Ersatz zu konventionellen Dämmmaterialien<br />
dar. (Abbildung 2) zeigt beispielhaft<br />
eine doppelwandige Gehäusewanne<br />
in Kombination <strong>mit</strong> einer Doppelstegplatte<br />
als transparente Abdeckung.<br />
Anschließend wurden die Konzepte<br />
in der Simulationssoftware abgebildet<br />
und analysiert. Hierbei lag der Fokus<br />
ehungsweise 119°C und stellt so<strong>mit</strong><br />
für den Einsatz von Polypropylen<br />
(kurzzeitig bis 140°C) ein Potenzial dar.<br />
Abbildung 3 zeigt die Häufigkeit von thermischen<br />
Lasten bei dem ausgewählten<br />
Kollektorkonzept in Abhängigkeit von<br />
Termperatur und Dauer bei einjähiger Stagnation<br />
(dient als Maximalreferenz unter<br />
real auftretenden Wetterverhältnissen).<br />
In weiteren Schritten wurde das gesamte<br />
Heizungssystem eines Einfamilienhauses<br />
inklusive Solaranlage und<br />
Kunststoffkollektorkonzepten abgebildet<br />
und eine Ertragssimulation durchgeführt.<br />
Das favorisierte Konzept <strong>mit</strong> geschäumten<br />
Gehäuse zeigt hierbei einen<br />
nur um 15 % verringerten Systemertrag<br />
im Vergleich zu Standardanlagen (13 m²<br />
Kollektorfläche, 900 l Speichervolumen).<br />
Der verringerte Systemertrag wirkt dem<br />
Abbildung 3<br />
Schnittdarstellung eines doppelwandigen<br />
Kollektorgehäuses<br />
<strong>mit</strong> einer Doppelstegplatte als<br />
transparente Abdeckung<br />
wirtschaftlichen Vorteil durch geringere<br />
Anschaffungskosten entgegen. Zudem<br />
zeigt sich der Systemdruck konventioneller<br />
Solarkreisläufe als Stabilitätsproblem<br />
für die Absorberkonstruktion. Ein<br />
einfaches, druckloses System stellt für<br />
den Absorber keine mechanische Belastung<br />
dar und ermöglicht durch den Einsatz<br />
von Kunststoffen im Systemkreis<br />
zusätzliche Kosteneinsparungen. So<br />
reduziert dieser Aufbau die Bauteil- und<br />
Montagekosten. Des Weiteren werden<br />
durch die Verwendung von Wasser als<br />
Wärmeträgermedium in dem frostsicheren<br />
Kreislauf die Wartungskosten gesenkt.<br />
Häufigkeit von thermischen<br />
Lasten bei dem ausgewählten<br />
Kollektorkonzept in Abhängigkeit<br />
von Temperatur und<br />
Dauer.<br />
18
Foto: ROTH WERKE GMBH<br />
19
20<br />
Foto: ROTH WERKE GMBH
Neue Ansätze für solare Wärmeerzeugung<br />
Foto: ROTH WERKE GMBH<br />
Wolfgang Hoellenriegel, Roth Werke GmbH<br />
Herr Hoellenriegel, welche Vorteile sehen Sie bei Solaranlagen <strong>mit</strong> Kunststoffen?<br />
Einerseits können die Herstellkosten durch kosteneffektive Materialien und effiziente Herstellverfahren deutlich gesenkt<br />
werden. Andererseits bieten Kunststoffkomponenten Vorteile bei der Montage durch geringes Gewicht, Flexibilität und einfache<br />
Verbindungstechniken. Auf diese Weise kann das Gesamtpaket „Solaranlage“ dem Kunden interessante Kostenvorteile<br />
gegenüber Standardsystemen bieten.<br />
Welches Potenzial sehen Sie hierbei für die Roth Werke GmbH?<br />
Die Roth Werke GmbH bietet ein breites Spektrum an Haustechnik aus Polymerwerkstoffen. Mit der Erweiterung der<br />
Produktpalette im Solar energiebereich verbindet die Roth Werke GmbH ihre Kernkompetenz in Kunststoffverarbeitung und<br />
<strong>Energie</strong>erzeugung/-verteilung und stellt dadurch ein umfangreiches Produktportfolio für Gebäudetechnik bereit. Hierbei<br />
profitieren die Kunden von der jahrelangen Erfahrung der Roth Werke GmbH in diesen Geschäftsbereichen.<br />
Wie schätzen Sie die Marktentwicklung für Solaranlagen aus Polymerwerkstoffen ein?<br />
Die niedrigen Investitionskosten sollen die Bereitschaft zur Anschaffung solcher Anlagen vor allem im Neubaubereich steigern.<br />
Dort arbeiten die Kollektoren beziehungsweise Anlagen in Kombination <strong>mit</strong> Flächenheizungen optimal. Des Weiteren kann die<br />
Wartung des Fluidkreises einfach durchgeführt werden, sodass die Funktionalität der Solaranlage permanent sichergestellt<br />
werden kann. Dadurch ist der Kosten-Nutzen-Effekt für den Endkunden besonders hoch.<br />
21
Projektrelevante Veröffentlichungen (Auszug)<br />
EHRENWIRTH, M.; REITER; C.; BRANDMAYR, S.; TRINKL, C.; ZÖRNER W. (2014)<br />
Analysis of polymeric soar-thermal collectors in drain back systems by simulation.<br />
In: EuroSun 2014, Conference Proceedings, Aix-Les Bains, 17. – 19.09.2014<br />
REITER, C.; EHRENWIRTH, M.; BRANDMAYR, S.; TRINKL, C.; ZÖRNER, W. (2014)<br />
Simulationsgestützte Leistungsanpassung von Kunststoffkollektoren.<br />
24. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein, 07. – 09.05.2014<br />
REITER, C.; BRANDMAYR, S.; TRINKL, C.; ZÖRNER, W.; HANBY, V. (2013)<br />
Performance Optimisation of Polymeric Collectors by Means of Dynamic Simulation and Sensitivity Analysis.<br />
SHC 2013 Conference, Freiburg, 23.-25.09.2013<br />
22
ProjektInformation<br />
Projektstart:<br />
Projektlaufzeit:<br />
Förder<strong>mit</strong>telgeber:<br />
Projektträger:<br />
Förderprogramm:<br />
Projektbudget:<br />
Ansprechpartner:<br />
2012<br />
3 Jahre<br />
Bundesministerium für Wirtschaft und <strong>Energie</strong><br />
Projektträger Jülich (PTJ)<br />
Förderprogramm Solarthermie2000plus<br />
370.734 €<br />
Dr. Christoph Trinkl (Projektleiter)<br />
Tel: 0841 / 9348 – 3720<br />
christoph.trinkl@thi.de<br />
Dr.-Ing. Michael Klärner<br />
(841) 93486310<br />
michael.klaerner@thi.de<br />
Kooperationspartner:<br />
Foto: ROTH WERKE GMBH<br />
Abstract<br />
How can solar collectors be built more<br />
cheaply and still deliver the same<br />
performance? The Institute of new Energy<br />
Systems (InES) at the Technische Hochschule<br />
Ingolstadt is investigating the<br />
effectiveness of plastic designs. Solar<br />
thermal systems used for the heat generation<br />
in buildings have great potential<br />
to replace conventional systems<br />
employing fossil fuels. Despite the rising<br />
costs of the fossil fuels (e.g. heating oil<br />
and gas) solar collectors are frequently<br />
ignored as a viable option due to high<br />
investment costs. Solar collector producers<br />
are therefore interested in reducing<br />
their production costs, especially those<br />
of solar thermal collectors, which remain<br />
the main components in any solar<br />
heating system. The use of plastics in<br />
solar thermal collectors offers a number<br />
of advantages. In addition to a reduction<br />
in the use of expensive materials<br />
such as aluminum and copper, polymerbased<br />
collectors are lighter and easier<br />
to handle than conventional collectors.<br />
Modern production techniques mean<br />
that polymer constructions for solar<br />
collectors can be made by automated<br />
manufacturing systems and production<br />
costs reduced. Of course, the introduction<br />
of plastic building elements in<br />
highperformance solar thermal collectors<br />
presents a whole range of additional<br />
challenges. Li<strong>mit</strong>s on temperature,<br />
pressure, and ultraviolet light must all<br />
be carefully considered. Furthermore<br />
other factors such as the life expectancy<br />
of new collectors and the lower thermal<br />
conductivity of polymers relative<br />
to copper will be significant obstacles<br />
to the widespread introduction of solar<br />
thermal collectors.<br />
23
„DIE GESTALTUNG INTELLIGENTER<br />
ENERGIESYSTEME IST EINER DER SCHLÜSSEL<br />
ZUR ERFOLGREICHEN UMSETZUNG<br />
DER ENERGIEWENDE“ DR. CHRISTOPH TRINKL<br />
24
Technologiefeld<br />
<strong>Energie</strong>systemtechnik<br />
Das Technologiefeld versteht sich als<br />
Schnittstelle zwischen <strong>Energie</strong>bereitstellung<br />
und -nutzung. Die Forschungsprojekte<br />
konzentrieren sich auf systemische<br />
Fragestellungen wie etwa<br />
Nahwärmesysteme, Speichertechnik<br />
oder <strong>Energie</strong>effizienz in der Industrie.<br />
25
Projektumfeld<br />
Wärmerückgewinnung ist eine der<br />
effektivsten Maßnahmen zur Verbesserung<br />
der betrieblichen <strong>Energie</strong>effizienz.<br />
In Verbindung <strong>mit</strong> solarthermischer<br />
Prozess wärme kann da<strong>mit</strong> eine deutliche<br />
Reduzierung des fossilen <strong>Energie</strong>bedarfs<br />
erreicht werden. Hierbei spielen vor allem<br />
NiedertemperaturWärmenetze<br />
eine grund legende Rolle. Prozesse <strong>mit</strong><br />
einem Temperatur niveau bis 80 °C sind<br />
für diese Versorgungs trukturen besonders<br />
geeignet und bieten vor allem<br />
solar thermischen Systemen äußerst<br />
günstige Betriebs bedingungen. Eine<br />
der zentralen Heraus forderungen bei<br />
Nieder temperaturWärmenetzen ist die<br />
energetisch optimale Kombination der<br />
verschiedenen Wärmequellen, da die<br />
Versorgungssicherheit trotz der Nutzung<br />
verschiedener, nicht kontinuierlich<br />
zur Verfügung stehender Wärmequellen<br />
sichergestellt werden muss.<br />
26
Projektbeispiel:<br />
Regenerative Prozesswärme<br />
Ziel des Vorhabens „Solare Wärme in<br />
der bayerischen Lebens<strong>mit</strong>telindustrie“<br />
war es, <strong>mit</strong> realen Betriebsdaten der<br />
Projektpartner Brauerei Herrnbräu und<br />
Molkerei Zott, Konzepte für eine effiziente<br />
solarthermisch unterstützte Wärmeversorgung<br />
zu entwickeln. Den wesentlichen<br />
Bestandteil bildete dabei die<br />
Integration von ungenutzter Abwärme in<br />
bestehende Strukturen der Wärmeversorgung<br />
auf niedrigem Temperaturniveau.<br />
Mit Hilfe von Simulationen wurde<br />
das Zusammenspiel solarthermischer<br />
Systeme <strong>mit</strong> weiteren Wärmequellen<br />
sowie die bedarfsgerechte Versorgung<br />
der Wärmeverbraucher untersucht.<br />
Um ein Gesamtbild der energetischen<br />
Ist-Situation der beiden Partnerbetriebe<br />
zu erhalten, wurden in einem ersten<br />
Schritt Vor-Ort-Untersuchungen durchgeführt<br />
und Bestandsunterlagen analysiert.<br />
Auf Basis der vorliegenden<br />
<strong>Energie</strong>daten wurden spezifische Kennzahlen<br />
des <strong>Energie</strong>verbrauchs sowie<br />
des CO2-Ausstoßes entwickelt. Anhand<br />
dieser konnte die energetische Effizienz<br />
der einzelnen Betriebe im Branchenvergleich<br />
(Lebens<strong>mit</strong>telindustrie)<br />
untersucht werden. Zudem bildeten sie<br />
die Ausgangsgröße für die spätere<br />
Bewertung der umgesetzten Effizienzmaßnahmen.<br />
Abbildung 1 zeigt<br />
die Gegenüberstellung der spezifischen<br />
Kennzahlen eines Betriebs<br />
im Verlauf mehrerer Bilanzjahre.<br />
Schließlich wurden Prozesse und Anwendungen<br />
bezüglich einer prinzipiellen<br />
Eignung für die Versorgung <strong>mit</strong><br />
Wärme auf niedrigem Temperaturniveau<br />
identifiziert (< 100°C). In Brauereien<br />
liegen die meisten Prozess- und<br />
Anwendungstemperaturen unter 100 °C.<br />
Im Fall der Firma Zott entsprechen sie<br />
ca. 90 % des Prozesswärmebedarfs.<br />
Höhere Temperaturanforderungen haben<br />
hier vor allem die Herstellung von<br />
Molkepulver sowie Prozesse zur Haltbarmachung<br />
von Milchprodukten. Neben<br />
der Temperatur ist der zeitliche Verlauf<br />
der Wärmeversorgung der Prozesse von<br />
Bedeutung. Während Brauereien über<br />
SPEZ. CO 2<br />
-EMISSIONEN [g CO2-Äquivalent<br />
/l Rohstoff<br />
]<br />
SPEZ. WÄRMEBEDARF [kWh th<br />
/l Rohstoff<br />
]<br />
0,18<br />
0,16<br />
0,14<br />
0,12<br />
0,10<br />
0,08<br />
0,06<br />
0,04<br />
0,02<br />
0<br />
Abbildung 1<br />
wiegend einen diskontinuierlichen Wärmebedarf<br />
<strong>mit</strong> einer Dauer von 1-2 Stunden<br />
aufweisen, besitzen Molkereien<br />
Produktionsprozesse <strong>mit</strong> sehr viel<br />
kontinuierlicherem Wärmebedarf über<br />
mehrere Stunden. Auf Basis dieser Informationen<br />
wurden die Möglichkeiten<br />
zur Integration von Wärmequellen<br />
auf niedrigem Temperaturniveau (Wärmerückgewinnung,<br />
Solarthermisches<br />
System) untersucht. Dabei wurde auch<br />
die Wärmerückgewinnung aus Druckluft-<br />
und Kältesystemen berücksichtigt.<br />
Aufbauend auf den analysierten Prozessstrukturen<br />
wurden Anlagenkonzepte<br />
entwickelt und diese <strong>mit</strong> Hilfe<br />
von standortspezifischen Wetterdaten<br />
und der Variation verschiedener Systemparameter<br />
simuliert und optimiert.<br />
So ist die Dimensionierung von Kollektorfeld<br />
und Speicher ausschlaggebend<br />
für die solarthermische Komponente<br />
des Wärmenetzes. Auch die System<br />
Abbildung 2<br />
2008<br />
SOLARKREIS<br />
T KOL<br />
T BYP<br />
T SP, OBEN<br />
STEUERUNG<br />
2009<br />
SPEZ. WÄRMEBEDARF<br />
SPEZ. CO 2<br />
-EMISSIONEN<br />
SPEICHER-<br />
LADEKREEIS<br />
JAHR<br />
2010 2011<br />
ROHSTOFFEINSATZ<br />
PUFFERSPEICHER<br />
T SP, UNTEN<br />
ROHSTOFFEINSATZ [m³]<br />
500.000<br />
450.000<br />
400.000<br />
350.000<br />
300.000<br />
hydraulik sowie der günstigste Einspeisepunkt<br />
für die Integration solarer<br />
<strong>Energie</strong> konnten untersucht werden.<br />
Abbildung 2 zeigt das Hydraulikschema<br />
eines solarthermischen Prozesswärmesystems<br />
<strong>mit</strong> großem Pufferspeicher.<br />
Unter guten Bedingungen können diese<br />
Systeme rund 400 kWh an thermischer<br />
<strong>Energie</strong> je Quadratmeter Kollektorfläche<br />
beitragen.<br />
SYSTEMINTEGRATION<br />
Spezifische Kennzahlen<br />
eines Lebens<strong>mit</strong>telbetriebes<br />
im mehrjährigen<br />
Vergleich<br />
VERBRAUCHER<br />
NT-WÄRMENETZ<br />
Solarthermisches<br />
Prozesswärmesystem<br />
27
Konzeptentwicklung und Simulation haben<br />
gezeigt, dass solarthermische Systeme<br />
große Potentiale zur Reduzierung<br />
des konventionellen <strong>Energie</strong>bedarfs in<br />
der Lebens<strong>mit</strong>telbranche besitzen. Allerdings<br />
sind zuerst alle Abwärmepotenziale<br />
zu prüfen und zu realisieren.<br />
Niedertemperatur(NT)Wärmenetze, basierend<br />
auf Wärmerückgewinnung und<br />
Solarthermie, sind energetisch sinnvoll<br />
und technisch umsetzbar, allerdings<br />
sind sie auf Grund der mehrstufigen<br />
Wärmezufuhr sehr komplex. Der hohe<br />
individuelle Planungsaufwand und eine<br />
Amortisationszeit von meist mehreren<br />
Jahren stellt für viele Betriebe ein Hindernis<br />
für deren Einführung dar.<br />
Im Rahmen einer Potenzialstudie wurden<br />
schließlich die möglichen solaren<br />
Deckungsbeiträge am Prozesswärmebedarf<br />
der bayerischen Molkereien und<br />
Brauereien er<strong>mit</strong>telt. Für Molkereien<br />
können solare Deckungsbeiträge von<br />
mehr als 8 % erreicht werden, für Brauereien<br />
sogar bis 40 %. Die hohe solare<br />
Deckung bei Brauereien im Gegensatz<br />
zu Molkereien resultiert in erster Linie<br />
aus der größeren Anzahl von Betrieben<br />
und da<strong>mit</strong> verbunden sehr viel geringeren<br />
<strong>Energie</strong>bedarfen je Standort. Dies<br />
führt im Umkehrschluss zu einem besseren<br />
Verhältnis von <strong>Energie</strong>bedarf und<br />
verfügbarer Fläche. Die Anwendungspotentiale<br />
müssen deshalb als Maximum<br />
angesehen werden. Entscheidend<br />
für die Anwendung solarthermischer<br />
<strong>Energie</strong> im Bereich der Prozesswärme<br />
sind Prozesse <strong>mit</strong> einem Temperaturbedarf<br />
kleiner 100°C sowie die verfügbare<br />
Fläche zur Montage der Kollektoren.<br />
<strong>Zukunft</strong>sweisende Technologien spielen<br />
für die GenussMolkerei Zott <strong>mit</strong><br />
Hauptsitz in Mertingen und einer konzernweiten<br />
Miclverarbeitungsmenge<br />
von 951 Mio. kg im Jahr 2013 nicht nur<br />
im Bereich der Produktion eine tragende<br />
Rolle. Als einer der führenden Milchverarbeiter<br />
in Deutschland sucht Zott<br />
auch bei der <strong>Energie</strong>versorgung nachhaltige<br />
Lösungen. So wird bereits seit<br />
2009 ein Großteil des benötigten Prozessdampfs<br />
von einem BiomasseHeizkraftwerk<br />
bereitgestellt. Zudem wurde<br />
früh erkannt, dass Warmwassernetze<br />
auf niedrigem Temperaturniveau eine<br />
optimale Voraussetzung für die Wärmerückgewinnung<br />
aus Prozessen bieten.<br />
Das in der Molkerei Zott installierte<br />
NTWärmenetzdeckt zurzeit rund 10 %<br />
des Wärmebedarfs und wird zur Hälfte<br />
aus Abwärme versorgt. Dennoch sind<br />
Potentiale für eine weitere Optimierung<br />
vorhanden. Ein wesentlicher Aspekt für<br />
Zott sich am Forschungsprojekt „Solare<br />
Wärme in der bayerischen Lebens<strong>mit</strong>telindustrie“<br />
zu beteiligen.<br />
Abbildung 3 skizziert die grundlegende<br />
Vorgehensweise zur Optimierung der<br />
Wärmeversorgung von Produktionsprozessen.<br />
Abbildung 3<br />
GRUNDLAGEN-, DETAIL-, UND<br />
PROZESSANALYSE<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
0<br />
OPTIMIERUNG UND<br />
KONZEPTENTWICKLUNG<br />
LEISTUNG [kW]<br />
100<br />
MO, 09.05.<br />
SIMUALTION UND MACHBARKEIT<br />
UMSETZUNG UND MASSNAHMEN<br />
Für die Bilanzierung des Gesamtenergiebedarfs<br />
sowie die detaillierte Analyse<br />
der am Wärmenetz angeschlossenen<br />
Verbraucher konnte bei Zott auf<br />
umfassende Daten zurückgegriffen<br />
Abbildung 4 zeigt ein beispielhaftes<br />
Lastprofil für das NTWärmenetz bei Zott.<br />
AIL- UND<br />
YSE<br />
Wiederkehrende Lastverläufe sowie die<br />
Aufteilung von <strong>Energie</strong>bedarf und Versorgungseinheiten<br />
können SIMULA da<strong>mit</strong> untersucht<br />
werden.<br />
Abbildung 4<br />
DI, 10.05. MI, 11.05. DO, 12.05. FR, 13.05. SA,14.05. SO,15.05.<br />
KALENDERWOCHE 19 (2011)<br />
ENERGIEBEDARF<br />
WÄRMERÜCKGEWINNUNG<br />
Einzelne Schritte der<br />
Vorgehensweise<br />
Wärmeleistungsbedarf<br />
eines NT-Wärmenetzes<br />
<strong>mit</strong> Wärmerückgewinnung<br />
T<br />
29
Ein erster wesentlicher Schritt zur<br />
Optimierung des bestehenden NT-<br />
Wärmenetzes war die Analyse weiterer<br />
Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung.<br />
Gemeinsam <strong>mit</strong> Zott wurde<br />
dazu das Potenzial der Nutzung von<br />
Abwärme aus Druckluftkompressoren<br />
und Kompressionskältesystemen untersucht.<br />
Die Kompressorkühlung hat<br />
dabei besonders großes Potential und<br />
bietet Abwärme bei rund 70 °C. Eine<br />
weitere Möglichkeit ist die Enthitzung<br />
des Heißgases aus dem Kälte<strong>mit</strong>telkreis<br />
des Kältesystems (Abbildung 5).<br />
Die Integration dieser Wärmequellen in<br />
das bestehende Wärmenetz bildete die<br />
Basis für ein erstes Konzept. Die verfügbare<br />
Dachfläche und ein ungenutzter<br />
Wärmespeicher <strong>mit</strong> einem Volumen von<br />
160 m³ (siehe Abbildung 6) dienten als<br />
weitere Grundlage für die Einbindung<br />
eines solarthermischen Prozesswärmesystems<br />
<strong>mit</strong> einer Kollektorfläche von<br />
2.000 m². Mit Modellierungen und Simulationen<br />
in der Simulationsumgebung<br />
MATLAB/Simulink <strong>mit</strong> der Toolbox CARNOT<br />
konnten verschiedene Konzeptvarianten<br />
schließlich energetisch analysiert<br />
werden. So können bei dem Einsatz einer<br />
Solaranlage in Kombination <strong>mit</strong> einem<br />
Wärmerückgewinnungssystem aus<br />
Druckluft 20% der konventionellen <strong>Energie</strong><br />
eingespart werden.Das solarthermische<br />
System erreicht dabei einen spez.<br />
Kollektorertrag von 241 kWh/m² a.<br />
Da die Wärmegestehungskosten für<br />
das solarthermische System <strong>mit</strong> 8 bis<br />
10 €-Cent/kWhth noch über den Kosten<br />
für konventionelle <strong>Energie</strong>träger<br />
liegen, konnten die Anforderungen der<br />
Firma Zott an die Wirtschaftlichkeit des<br />
Systems nicht erreicht werden. Werden<br />
jedoch nicht nur die rein ökonomischen<br />
Faktoren berücksichtigt, sondern z.B.<br />
der Aspekt der Nachhaltigkeit, so kann<br />
die Einführung eines solchen Systems<br />
für einen Betrieb durchaus attraktiv<br />
werden. Maßnahmen wie die Rückgewinnung<br />
aus Druckluft wurden als sehr<br />
positiv gewertet und sollen künftig in<br />
verstärktem Maß umgesetzt werden.<br />
Abbildung 5<br />
Wärmerückgewinnung aus<br />
einem Kompressionskältesystem<br />
KONDENSATOR<br />
WÄRMERÜCKGEWINNUNG KÄLTESYSTEM<br />
KONDENSATION<br />
HEIßGAS<br />
KÜHLMITTELKREIS<br />
KOMPRESSOR<br />
SEPERATOR<br />
KÄLTEMITTELPUMPE<br />
VERDAMPFER<br />
30
Erheblicher Forschungs- & Entwicklungsbedarf<br />
Foto: Stefan Wildhirt<br />
Martin Schweihofer<br />
Leiter für Technik & Facility Management bei der Fa. Zott<br />
Herr Schweihofer, welche Rolle spielt eine regenerative Wärmeversorgung für das Unternehmen Zott?<br />
Den Anteilseignern unseres Unternehmens ist eine nachhaltige <strong>Energie</strong>versorgung außerordentlich wichtig. So benennt die<br />
<strong>Energie</strong>politik bei Zott zwei Hauptziele: Erstens den <strong>Energie</strong>verbrauch kontinuierlich zu senken, und zweitens die Nutzung von<br />
Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n im Rahmen wirtschaftlich vertretbarer Möglichkeiten zu forcieren. Beispielsweise werden zwei unserer<br />
Werke fast vollständig <strong>mit</strong> Dampf durch Hackschnitzel-Heizkraftwerke versorgt.<br />
Was war für Zott der Grund beim Thema <strong>Energie</strong>versorgung und <strong>Energie</strong>effizienz <strong>mit</strong> einer Hochschule<br />
zusammen zu arbeiten?<br />
Das Thema nachhaltige <strong>Energie</strong>versorgung ist uns wie gesagt sehr wichtig. Deshalb hat für uns systematisches Vorgehen<br />
dabei eine zentrale Bedeutung. Mit Hilfe des Instituts für neue <strong>Energie</strong>-Systeme der TH Ingolstadt konnten wir beim Thema<br />
solare Prozesswärme die Gegebenheiten vor Ort fundiert analysieren, technologische Möglichkeiten zur Umsetzung belastbar<br />
bewerten bis hin zu einer detaillierten Simulationsstudie zu verschiedenen Umsetzungsszenarien. Da<strong>mit</strong> hatten wir eine belastbare<br />
Entscheidungsgrundlage verfügbar und konnten über das Forschungsprojekt sogar zur Weiterentwicklung solcher<br />
Solar-Anlagenkonzepte beitragen.<br />
Obwohl die Untersuchungen gezeigt haben dass die technischen Voraussetzungen zur Umsetzung einer solchen<br />
Anlage gegeben sind hat Zott diese in Mertingen bisher nicht realisiert. Welche Hindernisse sehen Sie?<br />
Solare Prozesswärme ist sowohl technologisch als auch <strong>mit</strong> Blick auf das Thema Nachhaltigkeit gerade für die Lebens<strong>mit</strong>telindustrie<br />
hochinteressant. In der Systemintegration sowie dem möglichen und vor allem gesicherten Beitrag zur Wärmeversorgung<br />
sehen wir aber hohe Hürden. Und nicht zuletzt spielt die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage natürlich eine<br />
entscheidende Rolle. So sehen wir noch erheblichen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für angepasste Anlagenkonzepte,<br />
Sicherstellung von Wärmeerträgen zum Beispiel durch integrierte Anlagenüberwachung bis hin zu maßgeschneiderten Betreibermodellen.<br />
31
Projektrelevante Veröffentlichungen (Auszug)<br />
MÜLLER, H.; BRANDMAYR, S.; ZÖRNER, W. (2013)<br />
Development of an evaluation methodology for the potential of solar-thermal energy use in the food industry.<br />
SHC 2013, International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, Freiburg, 23. – 25.09.2013<br />
MÜLLER, H.; ZÖRNER, W. (2013)<br />
Potentiale solar-thermischer Anwendungen in der bayerischen Lebens<strong>mit</strong>telindustrie.<br />
23. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein, 24. – 26.04.2013<br />
MÜLLER, H.; ZÖRNER, W.; HANBY, V. (2012)<br />
Solar-thermal process heating systems – a low-temperature heating network in a dairy.<br />
Gleisdorf SOLAR 2012 – 10. Internationale Konferenz für thermische Solarenergienutzung, Gleisdorf (A),<br />
S. 372 – 382, 12. – 14.09.2012<br />
32
Projekt-Information<br />
Projektstart:<br />
Projektlaufzeit:<br />
Förder<strong>mit</strong>telgeber:<br />
Förderprogramm:<br />
Projektbudget:<br />
Ansprechpartner:<br />
2009<br />
3 Jahre<br />
Bayerisches Staatsministerium für<br />
Wissenschaft, Forschung und Kunst<br />
Bayerischer Forschungsverbund<br />
energieeffiziente Technologien und<br />
Anwendungen (BayFORETA)<br />
317.154 €<br />
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)<br />
Tel: 0841 / 9348 – 2270<br />
wilfried.zoerner@thi.de<br />
Dr. Christoph Trinkl<br />
Tel: 0841 / 9348 – 3720<br />
christoph.trinkl@thi.de<br />
Kooperationspartner:<br />
Herrnbräu GmbH & Co. KG<br />
Zott GmbH & Co. KG<br />
Abstract<br />
The focus of the research project<br />
entitled “Solar Thermal Energy in the<br />
Bavarian Food Industry“ was, with real<br />
data from industry partners (in this<br />
case the Ingolstadt brewery Herrnbräu<br />
and Zott dairy), to develop tailored concepts<br />
for solar thermal supported heat<br />
supply. A significant part of the project<br />
involved the integration of unused waste<br />
heat into the heat energy supply at<br />
low temperatures. Using simulations,<br />
the interaction between the solar thermal<br />
systems and other heat sources<br />
in the facility were carefully examined<br />
and matched through efficient delivery<br />
to the heating demands. In order to<br />
acquire an overall impression of the current<br />
situation of both partner facilities,<br />
an initial inspection of the brewery and<br />
dairy was undertaken and the findings<br />
analyzed. Based on the energy data,<br />
specific key figures regarding energy<br />
consumption and CO2 emissions were<br />
calculated. Eventually appropriate processes<br />
and applications regarding the<br />
general suitability for a supply with heat<br />
energy at lower temperatures (< 100°C)<br />
were identified. In breweries, for example,<br />
most processes and applications do<br />
indeed take place below 100 °C. In the<br />
dairy facility from the company Zott, this<br />
corresponded to approximately 90% of<br />
the heat energy demand of the process.<br />
Higher temperature demand was found<br />
in processes such as milk powder production<br />
and the processing of sterilized,<br />
long-life milk products, for example. Not<br />
only the temperature, but also duration<br />
of heating demand is a significant factor<br />
in solar thermal energy production.<br />
Based on the information gathered, the<br />
possibilities for the integration of heat<br />
sources at lower temperatures (e.g.<br />
waste heat recovery, solar thermal systems)<br />
could be properly investigated.<br />
33
„DIE ENTWICKLUNG DER ERNEUERBAREN<br />
ENERGIEN IST EIN LOKALES ABER AUCH<br />
GLOBALES THEMA“ PROF. DR.-ING. WILFRIED ZÖRNER<br />
34
Regional und International<br />
Knowhow-Transfer und Vernetzung <strong>mit</strong><br />
regionalen ebenso wie internationalen<br />
Akteuren ist ein wichtiger Baustein der<br />
angewandten Forschung. Für die Region<br />
treibt InES daher seit 2011 das von der<br />
Europäischen Union geförderte Innovationsnetzwerk<br />
RegIN+ voran. Unterstützt<br />
werden dadurch Netzwerkarbeit<br />
sowie zeitnaher Wissenstransfer zu den<br />
relevan ten, <strong>mit</strong>telständisch geprägten<br />
Branchen.<br />
Auf internationaler Ebene koordiniert<br />
InES das ebenfalls von der Europäischen<br />
Union geförderte „Network of Energy Excellence<br />
for Development“. Der Kerngedanke<br />
des Projekts: die langfristige Etablierung<br />
eines Forschungsnetzwerkes<br />
im Bereich der Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n im<br />
südlichen Afrika.<br />
35
Das Innovationsnetzwerk RegIN++<br />
Die Technische Hochschule Ingolstadt<br />
sucht aktiv den Austausch und die Vernetzung<br />
<strong>mit</strong> der regionalen Wirtschaft.<br />
InES geht dabei neue Wege zum Aufbau<br />
eines Expertennetzwerks. Mit dem<br />
Regenerativen <strong>Energie</strong>netzwerk Region<br />
Ingolstadt, kurz RegIN+, sind Fach- und<br />
Führungskräfte einschlägiger regionaler<br />
Unternehmen sowie Studierende eingeladen<br />
sich auf den neuesten Stand<br />
des Wissens zu bringen. „Bei uns an der<br />
Hochschule haben wir in den vergangenen<br />
Jahren umfangreiches Knowhow<br />
im Bereich Regenerative Gebäudeenergietechnik<br />
und Bioenergietechnik gesammelt<br />
und werden diese Themen<br />
auch zukünftig im Fokus behalten. Mit<br />
RegIN++ holen wir lokale Anlagenhersteller,<br />
Fachplaner, beteiligte Handwerker<br />
und Anlagenbetreiber <strong>mit</strong> ins Boot und<br />
erweitern im Dialog <strong>mit</strong> diesen Partnern<br />
unseren gemeinsamen Wissenshorizont“,<br />
so Professor Wilfried Zörner, Projektleiter<br />
von RegIN+.<br />
Unternehmen und Hochschule profitieren gleichermaßen<br />
vom Knowhow-Transfer<br />
Durch eigene Experten des Instituts sowie<br />
externe Fachreferenten bietet das<br />
Netzwerk RegIN+ der Zielgruppe die Möglichkeit,<br />
sich auf Vorträgen und Exkursionen<br />
weiterzubilden. Dabei ergibt sich<br />
ganz selbstverständlich die Gelegenheit<br />
zum Austausch <strong>mit</strong> Kollegen aus der<br />
Branche, um Netzwerke zu knüpfen oder<br />
neue Projektideen im Rahmen der Angewandten<br />
Forschung und für das eigene<br />
Unternehmen zu entwickeln. Durch die<br />
aktive Teilnahme am Innovationsnetzwerk<br />
RegIN+ ergeben sich für einschlägige<br />
Unternehmen der angesprochenen<br />
Branchen konkrete Vorteile:<br />
• Fundierter Knowhow-Transfer von der<br />
Hochschule zu den regionalen Unternehmen<br />
• Entwicklung relevanter Vertriebskanäle<br />
für die teilnehmenden Organisationen<br />
• Stärkung der Branche der Regenerativen<br />
<strong>Energie</strong>n in der Region und da<strong>mit</strong><br />
nachhaltige Sicherung von Fachkräften<br />
Den sechs regionalen Förderunternehmen,<br />
die das Projekt von Beginn an<br />
unterstützen, kommt eine Vorreiterrolle<br />
bei der Bildung des lokalen Innovationsnetzwerks<br />
zu. So haben sich die Unternehmen<br />
BioIN, CitrinSolar, Gebr. Peters<br />
Gebäudetechnik, pbb Planung + Projektsteuerung,<br />
Stadtwerke Ingolstadt und<br />
WOLF Anlagen-Technik frühzeitig bereit<br />
erklärt, den Aufbau des RegIN+-Netzwerks<br />
aktiv zu fördern.<br />
Bis Juni 2015 konnten so 26 abendliche<br />
Fachforen, acht Fachexkursionen<br />
und drei wissenschaftliche<br />
Fachtagungen durchgeführt werden.<br />
Insgesamt über 500 regionale Experten<br />
der Bioenergie- und Gebäudeenergietechnikbranche<br />
be such ten diese<br />
Veranstaltungen und bestätigen da<strong>mit</strong><br />
den Erfolg von RegIN+. Ausführliche<br />
Informationen zu dem Projekt sind<br />
unter www.RegIN-plus.de abrufbar. Das<br />
Netzwerkprojekt RegIN+ wird vom Bayerischen<br />
Staatsministerium für Arbeit<br />
und Sozialordnung sowie aus dem Europäischen<br />
Sozialfonds (ESF) gefördert.<br />
36
Die Vertreter der RegIN+ Förderunternehmen v.l.n.r.: Reinhard Büchl, BioIN; Fritz Peters, Gebr. Peters Gebäudetechnik; Michael Ganslmeier,<br />
CitrinSolar; Siegfried Vogl-Wolf, WOLF Anlagen-Technik; Franz Madl, pbb Planung + Projektsteuerung und Matthias Bolle, Stadtwerke Ingolstadt.<br />
Abstract<br />
The aim of the RegIN+ initiative is to<br />
transfer research-based knowledge<br />
and to establish a network between<br />
local companies in the field of agricultural<br />
biogas technology and renewable<br />
energy building technologies. In recent<br />
years the Institute of new Energy-Systems<br />
has gathered profound knowledge<br />
in the fields of renewable energy and<br />
sustainable development. Nowadays<br />
renewable energy research is one of the<br />
university’s core competences. RegIN+<br />
attracted plant manufacturers, consultants,<br />
technicians, craftsmen, and<br />
plant operators. Six medium-sized local<br />
companies are supporting the project.<br />
Networking activities focus on events<br />
specific to persons responsible and<br />
employees of companies in the field of<br />
renewable energies.<br />
Im Mai 2015 fand die zweite von<br />
insgesamt drei wissenschaftlichen<br />
Fachtagungen im Rahmen von RegIN+<br />
statt. Entgegen des allgemeinen Branchentrends<br />
herrschte auf der Tagung zum<br />
Thema „Flexibilisierung der Biomasse“<br />
eine gute Stimmung.<br />
38
Projekt-Information<br />
Projektstart:<br />
Projektlaufzeit:<br />
Förder<strong>mit</strong>telgeber:<br />
Projektträger:<br />
Förderprogramm:<br />
Projektbudget:<br />
Ansprechpartner:<br />
2011<br />
4 Jahre<br />
Europäische Union, Bayerisches Staatsministerium<br />
für Arbeit und Sozialordnung, Familie und Frauen<br />
Zentrum Bayern, Familie, Soziales (ZBFS)<br />
Europäischer Sozialfonds (ESF)<br />
848.822 €<br />
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)<br />
Tel: 0841 / 9348 – 2270<br />
wilfried.zoerner@thi.de<br />
Dr. Christoph Trinkl<br />
Tel: 0841 / 9348 – 3720<br />
christoph.trinkl@thi.de<br />
Förderunternehmen:<br />
39
NEED – Network of Energy Excellence<br />
for Development<br />
Eine nachhaltige und sichere <strong>Energie</strong>versorgung<br />
ist nach wie vor eine<br />
Herausforderung in vielen Ländern des<br />
südlichen Afrika, insbesondere in entlegenen<br />
Gebieten. Ansätze dazu wurden<br />
in den vergangenen Jahren zwar entwickelt.<br />
Allerdings untergraben der Mangel<br />
an Fachwissen und ausgebildeten Arbeitskräften<br />
immer noch eine effektive<br />
Nutzung von Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n für<br />
eine nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung.<br />
Wenngleich in der Vergangenheit<br />
begonnen wurde, Forschungs und<br />
Demonstrationsprojekte umzusetzen,<br />
so mangelt es weiterhin an einem umfassenden<br />
und integrativen Ansatz zur<br />
breitflächigen Nutzung der Erneuerbaren<br />
<strong>Energie</strong>n.<br />
Insbesondere eine schwach ausgeprägte<br />
Vernetzung zwischen Forschungsinstitutionen,<br />
Bildungseinrichtungen und<br />
der Privatwirtschaft sowie langwierige<br />
Entscheidungsprozesse im öffentlichen<br />
Sektor behindern weiterhin einen breiten<br />
Einsatz von Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n.<br />
Hier setzt das Projekt NEED an.<br />
Über das Projekt NEED kooperiert das<br />
Institut für neue <strong>Energie</strong>-Systeme der<br />
THI <strong>mit</strong> vier Partnern aus Botswana,<br />
Namibia und Sambia, wo die Sonneneinstrahlung<br />
ein enormes Potenzial zur<br />
Nutzung Erneuerbarer <strong>Energie</strong>n birgt.<br />
(Quelle: solargis)<br />
Trotz Einzelinitiativen und Pilotprojekten<br />
zur Nutzung Erneuerbarer <strong>Energie</strong>n<br />
mangelt es häufi g noch immer an<br />
einer fl ächendeckenden, nachhaltigen<br />
und sicheren <strong>Energie</strong>versorgung.<br />
41
Zielsetzung des Projekts NEED<br />
Das Akronym NEED steht für Network of<br />
Energy Excellence for Development und<br />
beschreibt den Kerngedanken des Projekts:<br />
Die langfristige Etablierung eines<br />
Forschungsnetzwerkes im Bereich der<br />
Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n im südlichen<br />
Afrika. Fünf Universitäten aus Botswana,<br />
Deutschland, Namibia und Sambia<br />
haben sich zum Ziel gesetzt, Strukturen<br />
für den Aufbau technischen Knowhows<br />
im Bereich der Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n<br />
in den beteiligten Ländern zu schaffen,<br />
wichtige Akteure vor Ort zu vernetzen<br />
sowie Bewusstsein und Handlungsbereitschaft<br />
für Erneuerbare <strong>Energie</strong>n auf<br />
politischer Ebene zu steigern. Zentrale<br />
Ansatzpunkte hierfür sind die Entwicklung<br />
von dualen Studienprogrammen, die<br />
Vereinheitlichung von Industrienormen<br />
sowie die Bündelung von Forschungsaktivitäten.<br />
Neben diesen Maßnahmen<br />
sollen beispielhaft <strong>Energie</strong>konzepte für<br />
zwei entlegene Regionen – ein Wüstengebiet<br />
und eine Sumpfregion – entworfen<br />
werden.<br />
Maßnahmen und erwartete Ergebnisse<br />
Jeder Projektpartner ist für mindestens<br />
ein Teilprojekt des gemeinsamen NEED<br />
Projekts verantwortlich. Das Institut für<br />
neue <strong>Energie</strong>Systeme ist als Projektkoordinator<br />
für das Management des<br />
Netzwerks und die Öffentlichkeitsarbeit<br />
zuständig, leistet Unterstützung im Bereich<br />
der Technologie und gewährleistet<br />
den Wissenstransfer zu und zwischen<br />
den Projektpartnern sowie weiteren, lokalen<br />
Akteuren.<br />
Die NEEDProjektstruktur<br />
42
Im südlichen Afrika fehlt vielerorts das<br />
Wissen zur Instandhaltung von Anlagen<br />
zur Erzeugung regenerativer <strong>Energie</strong>n,<br />
wie diese Abbildung eines beschädigten<br />
Solarkollektors zeigt.<br />
43
Das Teilprojekt “Research Policies” wird<br />
von der University of Zambia koordiniert.<br />
In enger Zusammenarbeit <strong>mit</strong> lokalen<br />
Akteuren und Institutionen aus Politik<br />
und Wirtschaft sollen Strategien zur<br />
Förderung der Forschung im Bereich Erneuerbare<br />
<strong>Energie</strong>n erarbeitet werden.<br />
Nach dem Vorbild entwickelter Industriestaaten<br />
sollen diese in der nationalen<br />
Forschungspolitik der jeweiligen Länder<br />
der Zielregion verankert werden.<br />
Das Teilprojekt “Industry Standards”<br />
wird von der Botswana International<br />
University of Science & Technology koordiniert<br />
und befasst sich <strong>mit</strong> den Anforderungen<br />
an Normen und technischen<br />
Vorschriften im Bereich der Erneuerbaren<br />
<strong>Energie</strong>n sowie den Standardisierungsprozessen<br />
in der Zielregion. Ein<br />
Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung<br />
von Ansätzen zur Vereinheitlichung von<br />
Industrienormen, da Normen zwar verfügbar<br />
sind, diese jedoch nicht über die<br />
Grenzen hinweg kompatibel sind – und<br />
so<strong>mit</strong> ein potenzielles Hindernis für eine<br />
breitere Anwendung von Erneuerbaren<br />
<strong>Energie</strong>n in der Region darstellen.<br />
Im Rahmen des offiziellen NEED-Auftakttreffens wurden auch assoziierte<br />
Partner und im Bereich Erneuerbare <strong>Energie</strong>n tätigen Institutionen<br />
zu einem Stakeholder-Meeting eingeladen.<br />
44
Das Teilprojekt “Dual Studies” wird von<br />
der Polytechnic of Namibia geleitet und<br />
zielt auf die Förderung der praktischen<br />
Ausbildung im Bereich Erneuerbare<br />
<strong>Energie</strong>n als Teil der akademischen Bildung<br />
ab. Der Mangel an gut ausgebildeten<br />
Wissenschaftlern, Ingenieuren und<br />
Technikern <strong>mit</strong> praktisch anwendbarem<br />
Wissen wird generell als Hindernis für<br />
die breitere Nutzung Erneuerbarer <strong>Energie</strong>n<br />
gesehen. Daher sollen im Rahmen<br />
dieses Teilprojektes Entwicklungsmöglichkeiten<br />
zur Umsetzung von Trainingskonzepten<br />
nach dem Vorbild des Dualen<br />
Studiums in der Zielregion ausgelotet<br />
werden.<br />
Zwei Teilprojekte des NEED-Projekts<br />
zielen auf die Etablierung von Modellregionen<br />
zur praktischen Umsetzung<br />
der Nutzung von Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n<br />
im lokalen Kontext ab. Diese wurden<br />
unter Berücksichtigung von typischen,<br />
lokalen Gegebenheiten ausgewählt. So<br />
umfasst die Modellregion „Fossil-Free<br />
Wetlands“ das Gebiet eines Nationalparks<br />
in Botswana <strong>mit</strong> einer Vielzahl von<br />
Touristenunterkünften, so genannten<br />
„Lodges“. Wie in diesem fragilen Ökosystem<br />
die Nutzung Erneuerbarer <strong>Energie</strong>n<br />
vorangetrieben werden kann soll hierbei<br />
untersucht und ausgearbeitet werden.<br />
Leiter dieses Teilprojekts ist das Okavango<br />
Research Institute der University<br />
of Botswana.<br />
Die Forschungseinrichtung Gobabeb in<br />
der Wüste Namib in Namibia samt angeschlossener<br />
Siedlungen stellt das<br />
Areal der zweiten Modellregion, den<br />
„Renewable Minigrid Drylands“, dar. Anhand<br />
dieser entlegenen Region soll<br />
auch hier exemplarisch ein System zur<br />
Eigenenergieversorgung entwickelt beziehungsweise<br />
optimiert werden. Der<br />
Schwerpunkt liegt hierbei weniger auf<br />
der Implementierung westlicher High-<br />
Tech-Systeme. Stattdessen soll das<br />
<strong>Energie</strong>versorgungskonzept unter Berücksichtigung<br />
örtlicher Gegebenheiten<br />
einfach nachzuahmen und zu betreiben<br />
sein. Die Teilprojektleitung übernimmt<br />
hier die Polytechnic of Namibia.<br />
NEED Auftakt- und Projekttreffen<br />
Vom 13. bis 17. April 2014 fand in Lusaka,<br />
Sambia, an der University of Zambia das<br />
offizielle Auftakttreffen des NEED-Projektteams<br />
statt. Gleichzeitig wurde ein<br />
erstes Stakeholder- Meeting <strong>mit</strong> assoziierten<br />
Partnern und im Bereich Erneuerbare<br />
<strong>Energie</strong>n tätigen Unternehmen aus<br />
Sambia veranstaltet.<br />
Vom 14. bis 18. Oktober 2014 folgte das<br />
zweite NEED-Projekttreffen in Ingolstadt.<br />
Projektleiter Prof. Wilfried Zörner zeigte<br />
sich dabei <strong>mit</strong> dem bisherigen Projektverlauf<br />
zufrieden: „Unser internationales<br />
Projektteam ist seit dem Startschuss<br />
am 1. März 2014 spürbar zusammengewachsen<br />
und arbeitet sehr motiviert an<br />
der Umsetzung des ambitionierten Projekts.<br />
Unser Ziel ist es dabei, für jedes<br />
Land gezielt nach passgenauen Lösungen<br />
zu suchen, die für die Bevölkerung<br />
geeignet sind.“ Das ursprünglich aus<br />
fünf Gründungsinstitutionen bestehende<br />
NEED-Netzwerk ist offen für weitere<br />
Partner aus dem südlichen Afrika, lokale<br />
Institutionen aus dem Bereich Erneuerbare<br />
<strong>Energie</strong>n sind sehr willkommen.<br />
45
46<br />
Vom 14. bis 18. Oktober 2014 fand an der Technischen Hochschule Ingolstadt das erste Netzwerktreffen des NEED-Teams statt.
ProjektInformation<br />
Projektstart:<br />
Projektlaufzeit:<br />
Förder<strong>mit</strong>telgeber:<br />
Förderprogramm:<br />
Projektbudget:<br />
Ansprechpartner:<br />
2014<br />
3 Jahre<br />
SecretaryGeneral of the African, Caribbean<br />
and Pacific Group of States (ACP)<br />
ACPEU Cooperation Programme in<br />
Science and Technology (S&T II)<br />
1.171.299 €<br />
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)<br />
Tel: 0841 / 9348 – 2270<br />
wilfried.zoerner@thi.de<br />
Kooperationspartner:<br />
Abstract<br />
NEED aims to set up and institutionalise<br />
a ‘Network of Excellence’ interlinking<br />
existing and successful renewable<br />
energy technology (RET) initiatives, institutions<br />
and experts. The backbone<br />
of the network is represented by local<br />
as well as international energyrelated<br />
research/higher education institutions,<br />
starting with the six members of<br />
the project consortium. During the project<br />
implementation period the network<br />
will be active in three socalled ‘fields<br />
of activity’. Those are 1) to formulate<br />
research policies; 2) to develop industry<br />
standards; 3) to enhance practical<br />
education (‘Dual Studies’). Moreover the<br />
project aims to demonstrate, based on<br />
model regions, technical options of renewable<br />
energies for typical local environments.<br />
For this purpose, wetlands<br />
in Botswana and drylands in Namibia<br />
were selected. Each local member of<br />
the project consortium is responsible<br />
for one activity. Technische Hochschule<br />
Ingolstadt as project coordinator offers<br />
support in terms of technical and management<br />
capacities, takes care of the<br />
network itself and ensures knowledge<br />
transfer between the project partners<br />
and local activities.<br />
47
Technische Hochschule Ingolstadt<br />
Die Technische Hochschule Ingolstadt hat sich seit ihrer Gründung im Jahr 1994 rasant entwickelt. Aus damals vier Professoren<br />
und 90 Studierenden sind <strong>mit</strong>tlerweile 130 ProfessorInnen und 5.200 Studierende geworden. Aus einer ausschließlich auf die<br />
Ausbildung von Studierenden konzentrierten Fachhochschule wurde eine Hochschule, die auch anwendungsbezogen forscht<br />
und akademische Weiterbildung betreibt. Das Dritt<strong>mit</strong>telvolumen in diesen beiden Feldern wuchs auf über 5,5 Mio. € p.a. Mit<br />
diesen Geldern werden über 80 wissenschaftliche und nichtwissenschaftliche Mitarbeiter beschäftigt. Im Juni 2013 gab schließlich<br />
die Bayerische Staatsregierung bekannt: Die Hochschule Ingolstadt wird zur Technischen Hochschule. Angewandte Forschung<br />
im Bereich erneuerbare <strong>Energie</strong>technik betreibt die THI bereits seit bald 15 Jahren. Im Wintersemester 2011/2012 wurde<br />
schließlich der Bachelorstudiengang „<strong>Energie</strong>technik und Erneuerbare <strong>Energie</strong>n“ erstmals angeboten. Über 150 Studierende sind<br />
derzeit in den siebensemestrigen Studiengang eingeschrieben, der an den aktuellsten Entwicklungen und Forschungsthemen<br />
der <strong>Energie</strong>versorgung <strong>mit</strong> Erneuerbaren <strong>Energie</strong>n ausgerichtet ist. Mehr Infos unter: www.thi.de/go/eee<br />
Impressum<br />
Herausgeber<br />
Konzeption /<br />
Redaktion<br />
Gestaltung<br />
Bezug als Download<br />
Technische Hochschule Ingolstadt,<br />
Institut für neue <strong>Energie</strong>-Systeme<br />
Stefan Schneider, Iris Leonhardt<br />
fourofakind GmbH<br />
www.RegIN-plus.de<br />
Stand Juni 2015<br />
1. Auflage <strong>mit</strong> 2.500 Stück<br />
www.thi.de/go/energie<br />
Diese Broschüre wurde im Rahmen der Netzwerkinitiative RegIN+ gestaltet. RegIN+ wurde durch die Unterstützung<br />
der nachfolgenden Unternehmen sowie der Europäischen Union ermöglicht:<br />
EUROPÄISCHE UNION<br />
EUROPÄISCHER SOZIALFONDS<br />
ESF IN BAYERN<br />
WIR INVESTIEREN IN MENSCHEN