Technik-Informationsdienst Energie des Projektträgers Jülich (TEDIE)

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Technik-Informationsdienst Energie des Projektträgers Jülich (TEDIE)
Technik-Informationsdienst Energie
des Projektträgers Jülich (TEDIE)
Ausgabe 02/2011
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Inhalt:
Neue Materialien für die Batterieentwicklung
Simulationssoftware für die Batterieentwicklung
Prüflabor für Lithium-Ionen-Akkus
Neues Biosolarzentrum in Sachsen-Anhalt
CO2 als Rohstoff
Initiative des DoE und DoC der USA zur Einspeise-Modellierung erneuerbarer Energiequellen
Förderinitiative des DoE und DoI der USA für Offshore-Windenergie
Neuartige Salzschmelzen für solarthermische Kraftwerke
Gründung des Instituts für dezentrale Energietechnologien, IdE
Neue Erdwärme-Förderung des DoE der USA
Vergleich Zeitvariabler Stromtarife für Haushalte
Gründung eines materialwissenschaftlichen Instituts
Farbstoff-Solarzellen im Großformat
Neues Testlabor SmartEnergyLab
Deutsch-Australische Forschungskooperation bei Solartechnik
Überkritisches Kohlenstoffdioxid in Gasturbinen
17. März 2011
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Dritte darf ausschließlich über den Projektträger Jülich erfolgen. Darüber hinaus
ist eine kommerzielle Nutzung oder Verwertung nicht erlaubt.
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National
Batterieentwicklung
Karlsruher Institut für Technologie - KIT
Neue Materialien für die Batterieentwicklung
Am Institut für Nanotechnologie des KIT wurde ein neuer Ansatz für die Speicherung
elektrischer Energie entwickelt. Eine innovative Batteriearchitektur und neuartige
Materialien versprechen deutliche Steigerungen der Speicherkapazität bei gleichzeitig
verminderten Kosten. Im Mittelpunkt steht die Synthese von Eisen-KohlenstoffSpeichermaterialien, bei der unterschiedliche Ausgangsmaterialien mit einem Lithiumsalz
vermischt und dann gemeinsam erwärmt werden. Dabei bildet sich eine Nanostruktur aus,
die zusätzlich von Kohlenstoffdrähten, die ebenfalls entstehen, durchzogen ist. Dadurch
entstehen nanoskalige Speichereinheiten und Leiterbahnen quasi in einem Schritt. Beim
heutigen Stand der Technik ist die in einer Batterie gespeicherte Energiemenge um den
Faktor 50 geringer als die Energie in einem gleich großen Benzintank. Um einen
wirklichen Sprung in der Leistungsfähigkeit zu erreichen, müssen ganz neue Wege,
sowohl bei der Entwicklung der Materialien als auch bei der Batteriearchitektur,
beschritten werden. Die Wissenschaftler des KIT auf völlig neue Eisen-KohlenstoffMaterialien, mit deren Hilfe sich deutlich mehr Energie auf kleinem Raum speichern
lässt. Das Problem: Die bisher beschriebenen Materialien sind nicht zyklenstabil und die
Speicherkapazität sinkt schnell ab, wenn die Batterie mehrmals be- und entladen wird.
Die spezifische Kapazität des neuen Materials, also die Fähigkeit, Energie zu speichern,
liegt heute schon beim Doppelten der derzeitigen Batterien. Das ist ein enormer
Fortschritt gegenüber den bisherigen Materialien. Gelingt es, das Potential dieses neuen
Materials voll auszuschöpfen, soll sich die Speicherdichte von Lithium-Ionen-Batterien
um den Faktor Fünf verbessern lassen.
Hoch.
http://www.kit.edu/besuchen/pi_2011_6020.php
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National
Batterieentwicklung
Fraunhofer ITWM
Simulationssoftware für die Batterieentwicklung
Der Durchbruch des Elektroautos lässt auf sich warten. Dies liegt vor allem am zentralen
Bauteil – der Batterie. Noch sind Lithium-Ionen-Akkus zu teuer und ihre Reichweiten zu
gering. Neue Materialien sollen für bessere Akkus sorgen. Eine Simulationssoftware von
Fraunhofer-Forschern hilft, den Entwicklungsprozess zu beschleunigen. Die
Bundesregierung will Deutschland als Leitmarkt für Elektromobilität etablieren, bis 2020
sollen eine Million PKW mit Elektroantrieb auf deutschen Straßen fahren. Die
Startchancen sind gut: Wie der ADAC in einer Umfrage herausgefunden hat, würden sich
74 Prozent der Befragten ein Elektroauto kaufen, wenn es hinsichtlich Kosten, Komfort
und Sicherheit keine Abstriche verlangt. Abstriche wollen die Verbraucher auf keinen
Fall bei der Reichweite machen. Rund ein Drittel der Autofahrer möchte mindestens 500
Kilometer weit fahren können. Und hier liegt auch die Krux: Zu wenige Ladestationen
und geringe Batterielaufzeiten haben bislang verhindert, dass sich die Elektroflitzer
durchsetzen konnten. Lithium-Ionen-Akkus, die die meisten Autohersteller verwenden,
sind zu schwer, zu teuer und zu leistungsschwach. Neue Materialien sollen den
Energiespeicher daher in punkto Kapazität, Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und
Sicherheit verbessern. Doch die Entwicklung solcher Materialien ist zeit- und
kostenintensiv. Im Projekt „Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität“ haben
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in
Kaiserslautern jetzt die Software BEST (Battery and Electrochemistry Simulation Tool)
zur Simulation von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die diesen Prozess beschleunigen
und effizienter gestalten soll. Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus zwei porösen
Elektroden, die durch einen elektrolytgefüllten Separator getrennt sind. Beim Laden und
Entladen der Batterie werden Lithium-Ionen zwischen den Elektroden ausgetauscht.
Den ITWM-Wissenschaftlern ist es gelungen, die komplette Batteriezelle sowie
Transport- und Reaktionsvorgänge der Lithium-Ionen sowohl auf makroskopischer als
auch auf mikroskopischer Ebene darzustellen. Indem die Struktur der Elektroden
räumlich aufgelöst und dreidimensional dargestellt wird, lassen sich Parameter wie
Konzentrationsverhältnisse der Lithium-Ionen, Elektrolytkonzentration und Stromdichte
berechnen. Die Berechnungen erfolgen mit einem speziellen, selbst programmierten
Finite-Volumen-Verfahren, das die Forscher in die Software integrierten. Die Verteilung
des Stromflusses gibt beispielsweise Aufschluss über die Wärmeproduktion in der
Batterie. Sogenannte Hotspots, die besonders heiß werden und sich entzünden könnten,
sind mit der Software schnell aufgespürt. Auch Alterungseffekte lassen sich mit BEST
bewerten. Denn die Temperaturentwicklung beeinflusst die Lebensdauer der Akkus. Ziel
der Wissenschaftler ist es, das Programm um Alterungsmodelle zu erweitern, die diese
Untersuchungen noch weiter vereinfachen.
Hoch, die Bereitstellung leistungsfähiger Batterien ist eine wesentliche Voraussetzung für
die anvisierte Etablierung der Elektromobilität.
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010-2011/15/bessere-batterienfuer-elektroautos.jsp
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National
Batterieentwicklung
Energieportal24
Prüflabor für Lithium-Ionen-Akkus
TÜV NORD hat zusammen mit CETECOM in Saarbrücken das erste funktionierende
Prüflabor zum Test von Lithium-Ionen-Batterien aufgebaut. Damit erweitert der Konzern
seine Aktivitäten zur Elektromobilität mit dem Schwerpunkt Batterie- und Ladesicherheit.
Das Batterie-Prüflabor wurde durch das Unternehmen CETECOM in Saarbrücken
errichtet und gleichzeitig in die Qualifizierungsprozesse von TÜV NORD eingebunden.
Lithium-Ionen-Batterien werden als Energiespeicher für Elektrofahrzeuge eingesetzt und
gehören zu den aktuell verfügbaren Sekundärzellen mit der höchsten
Energiemassendichte. Diese hohe Energiedichte in Lithium-Ionen-Akkus kann bei
möglichen Fehlfunktionen jedoch auch Gefhar bedeuten. Die von TÜV NORD und
CETECOM entwickelten Prüfeinrichtungen sowie die Prüfverfahren für Lithium-IonenBatterien entsprechen einheitlichen Standards, so dass die Ergebnisse weltweit
reproduzierbar sind. Die so genannten „Test Benches“ sind vollständig aufgebaut und
validiert, zudem erlaubt die Laborinfrastruktur auch eine sichere Durchführung
zerstörender Tests an Lithium-Ionen-Batterien. In Saarbrücken werden die LithiumIonen-Batterien hinsichtlich ihrer Resistenz gegen mechanischen, elektrischen und
klimatischen Stress getestet. Zudem wird ihre Reaktion auf Missbrauch - zum Beispiel
durch einen Kurzschluss - überprüft. Die Batterien werden einem Crash-Test unterzogen
und es wird getestet, ob sie nach den UN-Regeln für Transporte geeignet sind. Durch die
qualifizierte Partnerschaft bilden TÜV NORD und CETECOM eine unabhängige
Prüfinstanz auf allen Gebieten der Elektromobilität.
Hoch.
http://www.energieportal24.de/pn_163763.htm
National
Biomasse
Ministerium für Wirtschaft und Arbeit Sachsen-Anhalt
Neues Biosolarzentrum in Sachsen-Anhalt
In Köthen, Sachsen-Anhalt, soll bis 2016 ein Biosolarzentrum zur industriellen
Produktion von Mikroalgen entstehen. Zudem wurde die mit 430.000 Euro vom
Landeswirtschaftsministerium geförderte Versuchsanlage für einen neuartigen
Algenreaktor in Betrieb genommen. Damit soll der Durchbruch für eine großflächigere
klimaneutrale Nutzung eingeleitet werden. Bislang scheitert sie an der mangelnden
Effektivität der heutigen Photobioreaktorsysteme. Die Biosolartechnologie beschäftigt
sich mit der Erzeugung von Biomasse auf Basis von Photobioreaktoren. Besonders gut
eignen sich dafür Mikroalgen, die mithilfe des Sonnenlichts Kohlendioxid aus der Luft
aufnehmen und sehr schnell Biomasse aufbauen. Die Biomasseproduktion erfolgt dabei
unter optimaler Nutzung von Nährstoffen und Wasser und steht nicht in Konkurrenz zur
Nahrungsmittelherstellung. Die Mikroalgen dienen als Rohstoff für die Pharma- und
Lebensmittelindustrie bzw. können zur Öl- oder Biogasherstellung genutzt werden.
Hoch, im Fokus steht die schnelle Biomasseerzeugung.
http://www.asp.sachsenanhalt.de/presseapp/data/mw/2011/042_2011_a8b22e002cef9c9f236f9b71ce67b9bc.htm
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National
CO2-Nutzung
Informationsdienst Wissenschaft - idw
CO2 als Rohstoff
Bayer geht neue Wege zur Produktion hochwertiger Kunststoffe mithilfe von
Kohlendioxid (CO2) aus der Energiewirtschaft. Im CHEMPARK Leverkusen wurde eine
Pilotanlage in Betrieb genommen, um das neue Verfahren im technischen Maßstab zu
erproben. Dort entsteht ein chemisches Vorprodukt, in das CO2 eingebunden wird. Diese
Substanz wird zu Polyurethanen weiterverarbeitet, die in vielen Dingen des täglichen
Lebens Verwendung finden. Das Verfahren ist Ergebnis eines gemeinsamen mit RWE
durchgeführten Projekts, von dem das eingesetzte CO2 stammt. Weitere Projektpartner
sind die RWTH Aachen sowie das gemeinsam von der Hochschule und Bayer betriebene
CAT Catalytic Center. Den Forschern ist vor kurzem ein Durchbruch in der
Katalysetechnik gelungen, was die effiziente Nutzung von CO2 erst ermöglicht. Das neue
Verfahren leistet in verschiedener Hinsicht einen Beitrag zur Nachhaltigkeit. So kann sich
der Einsatz von Kohlendioxid unter anderem als Alternative zum Erdöl erweisen, aus dem
die Chemieindustrie bislang hauptsächlich das wichtige Element Kohlenstoff gewinnt.
Auch Polyurethane selbst haben einen positiven Effekt für die Einsparung von Energie
und den Schutz des Klimas. Bei der Dämmung von Gebäuden gegen Kälte und Wärme
etwa sparen sie rund 70 Mal mehr Energie ein, als für ihre Herstellung aufgewendet wird.
In der Pilotanlage – konzipiert, errichtet und betrieben von Bayer Technology Services –
wird mithilfe des Kohlendioxids im Kilogramm-Maßstab eine der beiden Komponenten
hergestellt, die zur Herstellung von Polyurethanen nötig sind. An einer bereits
bestehenden anderen Anlage testet Bayer MaterialScience diese Materialien, aus denen
vor allem weicher und harter Schaumstoff gewonnen wird. Der effiziente Einsatz von
CO2 ist nur möglich, weil zuvor ein geeigneter Katalysator gefunden wurde, nach dem
die Fachwelt vier Jahrzehnte gesucht hatte. Diesen Forschungserfolg erreichten
Wissenschaftler von Bayer und dem CAT in dem ebenfalls vom Bund geförderten
Vorläuferprojekt „Dream Reactions“. In der aktuellen Initiative „Dream Production“ wird
am CAT unter anderem die Kompatibilität des Katalysators mit dem Kraftwerks-CO2
geprüft. Die RWTH Aachen unterzieht das neue Verfahren über alle Stufen einer
ökologischen und ökonomischen Gesamtbetrachtung und vergleicht es dabei auch mit
herkömmlichen Prozessen und Produkten.
Hoch.
http://idw-online.de/pages/de/news409622
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International
Erneuerbare Energien
US DoE
Initiative des DoE und DoC der USA zur Einspeise-Modellierung erneuerbarer
Energiequellen
Zusammenfassung: Das Department of Energy der USA hat zusammen mit dem the Department of
Commerce der USA eine verbesserte Zusammenarbeit bei der Modellierung der
Verfügbarkeit erneuerbarer Energien angekündigt. Ziel ist die bessere Integration
erneuerbarer Energiequellen in das eigene Verbundstromnetz. In den nächsten Monaten
soll daher von den zuständigen Behörden ein Aktionsplan für die Umsetzung dieses Ziels
entwickelt werden:
The Department of Energy and the Department of Commerce announced a new
agreement to further collaboration between the agencies on renewable energy modeling
and weather forecasting, which will help enable the nation's renewable energy resources
to be used more effectively by business and entrepreneurs. The Memorandum of
Understanding will encourage the two agencies to work together to develop and
disseminate weather and climate information needed for renewable energy technologies
that are dependent on short-term weather and longer-term climate trends. Better
information on weather patterns and improved modeling of the variability of the wind,
sun, water, ocean currents and other sources of renewable energy will ultimately increase
the country's ability to efficiently and reliably integrate renewable energy into the
electrical grid. The agreement builds on reports from both agencies that recognize the
need for improved meteorological, oceanic, and climatological observations, modeling,
and forecasting to expand the efficient use of renewable energy sources and further
integrate these energy sources into the U.S. energy system. For example, DOE's 20%
Wind Energy by 2030 report identifies several key research areas, such as improved wind
forecasting techniques, that would enhance electrical grid system operations. NOAA's
Next Generation Strategic Plan states that NOAA will develop integrated environmental
information services for the unique needs of weather-sensitive sectors, including solar,
wind, and oceanographic information critical to the development, production, and
transmission of renewable energy. The partnership will help renewable energy system
designers, operators, and electric power system administrators in improving the cost
effectiveness and reliability of weather-dependent renewable energy technologies. The
collaboration includes a working group from DOE's Office of Energy Efficiency and
Renewable Energy and the Department of Commerce's National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA) that will identify areas for continued focus and
research and help lay out next steps for improving the efficiency of renewable resources
and better integrating renewable energy sources onto the electrical grid. The group will
produce an Action Plan in the coming months that will address: Improving renewable
resource characterization models and methodologies for optimizing system reliability and
performance , Advancing meteorological and oceanic forecasting technologies, models
and methodologies, Defining national weather and oceanic monitoring systems needed to
support renewable energy, Predicting climate effects on renewable energy resources,
Coordinating both public and private sector contributions to addressing renewable
resource needs.
FuE-Relevanz:
Hoch.
Verweise:
http://www.energy.gov/news/10024.htm
17. März 2011
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International
Erneuerbare Energien
US DoE
Förderinitiative des DoE und DoI der USA für Offshore-Windenergie
Das Department of Energy der USA hat zusammen mit dem Department of Interior eine
Förderinitiative für Windenergie bekanntgegeben. Bis zu 50,5 Mio. US Dollar (37 Mio.
Euro) direkter Förderung sollen zur Technologieentwicklung, zur Beseitigung von
Markthemmnissen, und für eine neue Generatorengeneration bereitgestellt werden. Ziel
im Rahmen der „National Offshore Wind Strategy“ ist die Installation von 10 GW
Leistung in Offshore-Windparks bis 2020 und 54 GW Leistung bis 2030:
The Department of Energy and the Department of Interior presented a strategic plan to
accelerate the development of offshore wind energy, including new funding opportunities
for up to $50.5 million for projects that support offshore wind energy deployment and
several high priority Wind Energy Areas in the mid-Atlantic that will spur rapid,
responsible development of this abundant renewable resource. The deployment of clean,
renewable offshore wind energy will help meet the President's goal of generating 80
percent of the Nation's electricity from clean energy sources by 2035.The joint „National
Offshore Wind Strategy: Creating an Offshore Wind Industry in the United States“ made
public today is the first-ever interagency plan on offshore wind energy and demonstrates a
strong federal family commitment to expeditiously develop a sustainable, world-class
offshore wind industry in a way that reduces conflict with other ocean uses and protects
resources. The plan focuses on overcoming three key challenges: the relatively high cost
of offshore wind energy; technical challenges surrounding installation, operations, and
grid interconnection; and the lack of site data and experience with project permitting
processes. In support of this Strategic Work Plan, the DoI releases three solicitations,
representing up to $50.5 million over 5 years, to develop breakthrough offshore wind
energy technology and to reduce specific market barriers to its deployment in these areas:
Technology Development (up to $25 million over 5 years), Removing Market Barriers
(up to $18 million over 3 years), and Next-Generation Drivetrain (up to $7.5 million over
3 years). Further, the DoI identified four Wind Energy Areas offshore the mid-Atlantic as
part of Interior's 'Smart from the Start' approach announced in November 2010 that uses
appropriate designated areas, coordinated environmental studies, large-scale planning and
expedited approval processes to speed offshore wind energy development. The areas, on
the Outer Continental Shelf offshore Delaware (122 square nautical miles), Maryland
(207), New Jersey (417), and Virginia (165), will receive early environmental reviews
that will help to lessen the time required for review, leasing and approval of offshore
wind turbine facilities. Under the „National Offshore Wind Strategy“, the DoE is
pursuing a scenario that includes deployment of deploying 10 gigawatts of offshore wind
generating capacity by 2020 and 54 gigawatts by 2030. Those scenarios include
development in both federal and state offshore areas, including along Atlantic, Pacific and
Gulf coasts as well as in Great Lakes and Hawaiian waters. Those levels of development
would produce enough energy to power 2.8 million and 15.2 million average American
homes, respectively.
Hoch, da Offshore-Windenergie weltweit auf wachsendes Interesse stößt.
http://energy.gov/news/10053.htm
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Europa
Erneuerbare Energien
Innovationsreport.de
Neuartige Salzschmelzen für solarthermische Kraftwerke
Forscher von Siemens wollen die Effizienz von Solarthermiekraftwerken erheblich
steigern und damit die Kosten für diese klima-neutrale Stromerzeugung senken. Dazu
sollen in dem Projekt High Performance Solarthermie Salzschmelzen als Wärmeträger
eingesetzt werden. Wissenschaftler von Siemens werden mit weiteren Partnern eine
Pilotanlage in Portugal aufbauen und den Einsatz von Salzschmelzen in
Parabolrinnenkraftwerken testen. In diesen Kraftwerken fokussieren Hohlspiegel das
Sonnenlicht auf ein Absorberrohr in ihrem Brennpunkt. Durch dieses Rohr fließt ein
Wärmeträgermedium und erhitzt sich. Die Wärme wird in einem nachgeschalteten
Dampferzeuger an einen konventionellen Wasser-Dampf-Kreislauf abgegeben und über
Dampfturbine und Generator in Strom umgewandelt. Die Effizienz der Stromerzeugung
hängt hauptsächlich von der maximalen Arbeits-temperatur des Wärmeträgers ab. Je
höher dessen Temperatur, desto besser ist der Wirkungsgrad der Dampfturbine.
Siemens will anstelle von Thermoöl geschmolzenes Salz verwenden, um die
Arbeitstemperatur von 400 auf mehr als 500 Grad zusteigern. Ein Verzicht auf Thermoöl
wäre auch günstig, weil es einen relativ hohen Dampfdruck hat und leicht entzündlich ist.
Als Wärmeträger geeignete Salze bestehen aus z.B. aus Natrium- und Kaliumnitraten.
Diese sind nicht brennbar und haben fast keinen Dampfdruck, sodass die Anlage drucklos
und damit sicherer betrieben werden kann. Zudem haben Salze eine höhere
Wärmespeicherfähigkeit als Thermoöl und sind deutlich günstiger. Allerdings muss der
Erstarrungspunkt des bisher üblichen Salzes von ca. 220 Grad auf unter 150 Grad gesenkt
werden, damit es über Nacht nicht „einfriert“. Ein wichtiges Ziel der Wissenschaftler der
zentralen Siemens-Forschung Corporate Technology und der Experten von Siemens
Energy ist es, die Zusammensetzung der Salze und damit die physikalischen
Eigenschaften zu optimieren. Die Pilotanlage wird auf dem Gelände der Universität
Evora in Portugal gebaut. Hier werden die Solarkomponenten, das Dampferzeugersystem,
das Rohrsystem und die Pumpen an die höheren Temperaturen und die Eigenschaften der
Salzschmelze angepasst. Die Ergebnisse nutzen die Forscher zur Planung und
Verifizierung von kommerziellen Anlagen mit Leistungsgrößen oberhalb von 50
Megawatt. Das Projekt wird vom Bundesumwelt-ministerium gefördert. Neben Siemens
sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie die Unternehmen
Kali+Salz, Senior Berghöfer und Steinmüller Engineering beteiligt.
Hoch.
http://www.innovationsreport.de/html/berichte/energie_elektrotechnik/neue_salzschmelzen_effizientere_solarther
mie_171147.html
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National
Erneuerbare Energien
Informationsdienst Wissenschaft - idw
Gründung des Instituts für dezentrale Energietechnologien, IdE
Die Universität Kassel hat gemeinsam mit vier Unternehmen der nordhessischen
Wirtschaft sowie weiteren regionalen Partnern das Institut für dezentrale
Energietechnologien (IdE) gegründet. Das Institut soll die Entwicklung regenerativer
Energiesysteme deutlich voranbringen. Für die Aufbauphase bis 2015 ist ein Budget von
insgesamt rund 22 Mio. Euro vorgesehen. Das Hessische Wirtschaftsministerium
unterstützt seine Aktivitäten in den ersten fünf Jahren mit 2,5 Mio. Euro aus dem
Europäischen Fonds für regionale Entwicklung. Beteiligt sind am IdE die Uni Kassel mit
50 Prozent, die Unternehmen E.ON-Mitte AG, SMA Solar Technology AG, Städtische
Werke Aktiengesellschaft und die Viessmann Werke GmbH & Co. KG mit jeweils 10
Prozent sowie die Stadt Kassel und das Kompetenznetzwerk deENet mit jeweils 5
Prozent. Geleitet wird das Institut von zwei Geschäftsführern, neben Dr. Martin HoppeKilpper, dem bisherigen Geschäftsführer des deENet, wird ein weiterer Geschäftsführer
aus dem Kreis der beteiligten Unternehmen bestellt werden. Die Volkswagen AG hat sich
bereits für eine Beteiligung am IdE entschieden, weitere Großunternehmen, wie die
WINGAS GmbH sowie auch namhafte mittelständische Unternehmen haben ihr Interesse
an einer Gesellschaftsbeteiligung bekundet. Die Fraunhofer-Gesellschaft, die in Kassel
bereits das Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) betreibt, hat
ebenfalls Interesse an einer Beteiligung erklärt.
Mittel bis hoch.
http://idw-online.de/de/news410630
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17. März 2011
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International
Geothermie
US DoE
Neue Erdwärme-Förderung des DoE der USA
Das Department of Energy der USA hat eine neue Förderinitiative für Projekte im
Bereich der Erdwärmegewinnung bekannt gegeben. Bis zu 338 Mio. US Dollar (245 Mio.
Euro) direkter Förderung sollen für die die sechs Bereiche Tiefengeothermie, die
Niedertemperatur-Geothermie, Geothermie -Demonstrationsvorhaben, FuEuD von
Geothermie-Systemkomponenten, einer Geothermiedatenbank und
Erdwärmepumpendemonstrationen verwendet werden. Zusätzlich soll die Förderung
durch 353 Mio. US Dollar (255 Mio. Euro) Eigenanteile der Industrie unterstützt werden:
The DOE announced up to $338 million in Recovery Act funding for the exploration and
development of new geothermal fields and research into advanced geothermal
technologies. These grants will support 123 projects in 39 states. The grants will be
matched more than one-for-one with an additional $353 million in private and nonFederal cost-share funds. These grants are directed towards identifying and developing
new geothermal fields and reducing the upfront risk associated with geothermal
development through innovative exploration and drilling projects and data development
and collection. In addition, the grants will support the deployment and creative financing
approaches for ground source heat pump demonstration projects across the country.
Collectively, these projects represent an expansion of the U.S. geothermal industry and
will create or save thousands of jobs in drilling, exploration, construction, and operation
of geothermal power facilities and manufacturing of ground source heat pump equipment.
The projects selected for negotiation of awards fall in six categories: 1) Innovative
Exploration and Drilling Projects (up to $98.1 million): Twenty-four projects have been
selected focusing on the development of new geothermal fields using innovative sensing,
exploration, and well-drilling technologies. 2) Coproduced, Geopressured, and Low
Temperature Projects (up to $20.7 million): Eleven projects have been selected for the
development of new low-temperature geothermal fields, a vast but currently untapped set
of geothermal resources. This includes geothermal heat found in the hundreds of
thousands of oil and gas wells around the U.S., where up to ten barrels of hot water are
produced for every barrel of oil. 3) Enhanced Geothermal Systems Demonstrations (up to
$51.4 million): Three projects have been selected for the exploration, drilling and
development of enhanced geothermal systems (EGS) to validate power production from
deep hot rock resources using innovative technologies and approaches. 4) Enhanced
Geothermal Systems Components Research and Development / Analysis (up to $81.5
million): Forty-five projects have been selected to focus on research and development of
new technologies to find and drill into deep hot rock formations, stimulate enhanced
geothermal reservoirs, and convert the heat to power. 5) Geothermal Data Development,
Collection and Maintenance (up to $24.6 million): Three projects have been selected for
the population of a comprehensive nationwide geothermal resource database to help
identify and assess new fields. 6) Ground Source Heat Pump Demonstrations (up to $61.9
million): Thirty-seven projects have been selected to demonstrate the deployment of
ground source heat pumps for heating and cooling of a variety of buildings for a variety
of customer types, including academic institutions, local governments and commercial
buildings.
Mittel bis hoch.
http://energy.gov/news/10034.htm
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National
Intelligente Zähler
Verivox
Vergleich Zeitvariabler Stromtarife für Haushalte
Das Verbraucherportal Verivox hat die zeitvariablen Stromtarife der 100 größten
Grundversorger untersucht. Der Vergleich mit normalen Tarifen zeigt, dass sich die
zeitvariablen Angebote der Energieversorger bisher kaum lohnen, da sie von den
Verbrauchern viel Aufmerksamkeit verlangen und ihr Einsparpotenzial nur gering ist. Seit
Beginn des Jahres müssen Stromversorger einen Tarif anbieten, der die jeweilige Zeit des
Verbrauchs berücksichtigt. So sollen Kunden die Möglichkeit erhalten, ihren
Stromverbrauch effizienter zu steuern und von Zeitzonen mit günstigeren Preisen zu
profitieren. „Die Stromversorger experimentieren derzeit mit den verschiedensten
Angeboten“, sagt Peter Reese, Leiter Energiewirtschaft bei Verivox. „So gibt es etwa
Tarife mit sechs unterschiedlichen Zeitzonen oder ein Teil des Strompreises wird an den
stundengenauen Spotmarkt der Strombörse gekoppelt. Diese komplizierten
Konstruktionen können aber nur attraktiv sein, wenn die erhöhte Aufmerksamkeit der
Verbraucher mit entsprechend günstigen Preisen belohnt wird. Das ist bisher noch nicht
der Fall.“ Zwar bieten viele Grundversorger inzwischen mindestens einen zeitvariablen
Tarif an, 96 der 100 größten Grundversorger haben ein entsprechendes Angebot im
Programm. Dabei gehört jedoch bei nur rund einem Drittel der Versorger auch ein
intelligenter Stromzähler dazu. Die anderen Angebote setzen einen herkömmlichen ZweiTarif-Zähler voraus. In beiden Fällen gilt, dass der Einbau eines neuen Zählers notwendig
ist, was in der Regel vom Verbraucher bezahlt werden muss. Je nach Versorger und
Angebot liegen diese einmaligen Kosten zwischen 80 und 150 Euro. Um die Kosten
zeitvariabler Tarife mit Einheitstarifen zu vergleichen, hat Verivox die neuen Angebote
den herkömmlichen Grundversorgungstarifen gegenübergestellt. Geht man davon aus,
dass der Verbrauch eines Musterhaushaltes dem „Standardlastprofil“ privater Haushalte
entspricht, ergibt der Kostenvergleich für 4000 kWh nur eine geringe Einsparung von
durchschnittlich 18 Euro pro Jahr. Dabei fallen große Preisunterschiede zwischen den
Versorgern auf. So ist der zeitvariable Tarif der Stadtwerke Münster bei gleichem
Verbrauch 62 Euro teurer als der normale Grundversorgungstarif. Bei der Energiedienst
AG hingegen ist der zeitvariable Tarif rund 120 Euro günstiger als die Grundversorgung.
Um eine höhere Ersparnis zu erreichen, müssen die Kunden ihr Verbrauchsverhalten
drastisch ändern. Wenn sie es schaffen, 10 Prozent (400 kWh) ihres Stromverbrauchs in
die günstigeren Zeitzonen zu verlagern, werden die jährlichen Stromkosten um
durchschnittlich 44 Euro reduziert. Um diese Einsparung gegenüber dem
Grundversorgungstarif zu erzielen, muss das tägliche Leben jedoch dem Diktat des
Stromzählers unterworfen werden. Um das Verbrauchsverhalten zu ändern, kann der
Einsatz von Waschmaschine, Trockner, Geschirrspülmaschine und Bügeleisen noch am
ehesten beeinflusst werden. Aber auch hier setzt die individuelle Wohnsituation oft enge
Grenzen. Klassische Energiesparmaßnahmen und der Wechsel zu einem günstigeren Tarif
des örtlichen Anbieters reduzieren die jährlichen Stromkosten weitaus deutlicher, ohne
dass die Verbraucher ihr Verhalten ändern müssen. Bei den 100 untersuchten Anbietern
kann durch den Wechsel von der Grundversorgung in den günstigsten verfügbaren Tarif
(ohne Vorauskasse) eine durchschnittliche Ersparnis von 70 Euro erzielt werden.
Mittel, für die Weiterentwicklung intelligenter Netze müssen die Netzstrukturen
http://www.verivox.de/nachrichten/zeitvariable-stromtarife-lohnen-sich-bisher-kaum69965.aspx
Hinweis: Für die Informationen besteht Haftungsausschluss. Die Weitergabe an
Dritte darf ausschließlich über den Projektträger Jülich erfolgen. Darüber hinaus
ist eine kommerzielle Nutzung oder Verwertung nicht erlaubt.
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National
Materialforschung
Karlsruher Institut für Technologie - KIT
Gründung eines materialwissenschaftlichen Instituts
Das KIT hat zur Bündelung der Kompetenzen in den Materialwissenschaften das Institut
für Angewandte Materialien (IAM) gegründet. In Planung ist darüber hinaus die
Einrichtung eines neuen Studiengangs. Mit dem IAM will das KIT deutschlandweit eine
führende Rolle einnehmen. Das neue Institut bündelt die in großer Breite am KIT
vorhandenen Forschungskompetenzen und macht sie nach außen hin besser sichtbar.
Kompetenzen des IAM reichen dabei von der Werkstoffprozesstechnik über die
Materialcharakterisierung und -prüfung bis zur Materialtheorie. Das neue Institut leistet
maßgebliche Beiträge zu den KIT-Zentren NanoMikro und Energie sowie dem
Schwerpunkt Mobilitätssysteme. Aktuell forschen die Wissenschaftler an Materialien für
Lithium-Ionen-Batterien. Ziel ist die Entwicklung von Batterien mit erhöhter Leistungsund Energiedichte sowie verbesserter Sicherheit und Zuverlässigkeit für die
Elektromobilität. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Werkstoffe für den Einsatz unter
extremen thermischen und mechanischen Beanspruchungen, wie sie in modernen
Fahrzeug-Verbrennungsmotoren, Flugtriebwerken und Kraftwerksanlagen auftreten.
Auch für zukünftige Kernfusionsreaktoren sind solche hochbelastbaren Materialien von
Bedeutung. Am IAM werden die Verformungs- und Schädigungsprozesse dieser
Hochtemperaturwerkstoffe unter einsatzähnlichen Bedingungen erforscht und Strategien
zur Erweiterung ihrer Einsatzgrenzen entwickelt. Diese Arbeiten liefern wesentliche
Grundlagen für ressourcenschonende Triebwerks- und Kraftwerkstechnologien und zur
Minderung des CO2-Ausstoßes. Unter dem Dach des IAM wurden drei Institute, die in
Helmholtz-Programmen aktiv sind, und drei Institute der Fakultät Maschinenbau
zusammengefasst. Am IAM sind mehr als zehn Professorinnen und Professoren sowie
mehr als 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter tätig. Zusätzlich soll die Einführung eines
neuen Studiengangs die Materialforschung am KIT weiter stärken. Es ist geplant, zum
Beginn des Wintersemesters 2011/2012 den Bachelor- und Master-Studiengang
„Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ mit 70 Studienplätzen zu starten. Dieser ist
ein Beitrag zum Ausbauprogramm 2012 des Landes Baden-Württemberg, das neue
Studienplätze schafft.
Hoch, da umfangreiche Berührungspunkte zu Energietechniken bestehen.
http://www.kit.edu/besuchen/pi_2011_5765.php
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National
Photovoltaik
Fraunhofer ISE
Farbstoff-Solarzellen im Großformat
Farbstoffsolarmodule sind eine noch junge Photovoltaik-Technologie, die sich in den
letzten Jahren deutlich über den Labormaßstab hinaus entwickelt hat. Ihre Zielanwendung
ist die Integration in die Gebäudehülle. Eine große Herausforderung bei der Entwicklung
neuer Photovoltaik-Technologien stellt die Aufskalierung – also der Schritt von der
Laborgröße in die industrielle Umsetzung – dar. Mit der weltweit ersten Herstellung 60
cm x 100 cm großer Farbstoffsolarmodule auf einem durchgehenden Substrat ist es
Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE jetzt gelungen, eine
wichtige Hürde erfolgreich zu nehmen. In ausgedehnten Versuchsreihen gelang es den
Freiburger Forschern, funktionsfähige Prototypen von großflächigen
Farbstoffsolarmodulen auf Glas herzustellen. Erstmals wurde eine im Siebdruckverfahren
integrierte Serienverschaltung der Zellen auf 60 cm x 100 cm realisiert, so daß eine
aufwendige externe Verschaltung entfällt. Dadurch ist eine wesentliche Voraussetzung
für die kostengünstige Aufskalierung und damit auch für die industrielle Umsetzung
erfüllt. Die langzeitstabile Versiegelung erfolgt durch ein ebenfalls im Siebdruck
aufgebrachtes Glaslot. Die Module eröffnen neue Gestaltungsmöglichkeiten für in
Gebäude integrierte Solarfassaden sowie für dekorative Anwendungen. Auf 10 cm x 10
cm großen Farbstoffsolarmodulen erzielten die Fraunhofer-Forscher kürzlich einen
solaren Wirkungsgrad von 7,1% auf der aktiven Fläche. Dabei wurden die gleichen
Herstellungsverfahren wie bei den aufskalierten Modulen verwendet.
Farbstoffsolarzellen sind elektrochemische Solarzellen und ähneln in ihrer
Funktionsweise dem Primärprozess der Photosynthese. Sie lassen sich prinzipiell sehr
einfach herstellen und sind ein Paradebeispiel für die Erforschung und Realisierung von
funktionalisierten Nanomaterialien. Die Farbstoffsolarzelle basiert auf einer
nanokristallinen Trägerschicht aus Titandioxid, die mit Farbstoffmolekülen besetzt wird.
Eine kleine Menge eines gelierbaren Elektrolyten wird für den Transport der Ladungen
eingesetzt. Die Herstellung der 60 cm x 100 cm großen Module erfolgte mit
industrienahen Verfahren und Maschinen. Das Fraunhofer ISE befasst sich derzeit mit
Plänen für eine Ausgründung, um erste Demonstrationsanwendungen realisieren zu
können. Die Arbeiten am Fraunhofer ISE zu Farbstoffsolarmodulen werden im Rahmen
von Verbundprojekten durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung
(BMBF), die Europäische Kommission und das Umweltministerium Baden-Württemberg
gefördert.
Hoch, die gegegenüber kristallinen Solarzellen deutlich geringereren Wirkungsgrade
sowie Fragen der Langzeitstabilität bedürfen weiterer Entwicklungen.
http://www.ise.fraunhofer.de/presse-undmedien/presseinformationen/presseinformationen-2011/auf-dem-weg-in-die-fassadefraunhofer-ise-praesentiert-weltweit-groesstes-farbstoffsolarmodul-in-siebdruck
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National
Smart Grid
Fraunhofer ISE
Neues Testlabor SmartEnergyLab
Eine Berührung auf dem Smartphone genügt, schon ist die Heizung zu Hause ein- oder
ausgeschaltet. Was für den Normalverbraucher nach Zukunftsmusik klingt, ist für die
Wissenschaftler vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg nichts
Außergewöhnliches mehr. Im SmartEnergyLab, einem neuartigen Testlabor, untersuchen
sie unter anderem, die Vernetzung und externe Bedienung verschiedener elektrischer
Haushaltsgeräte. Vor allem in Wohngebäuden besteht ein großes Potenzial für intelligente
Energiemanagementsysteme, die die dezentrale Energieerzeugung und den Verbrauch
optimal auf das Stromnetz abstimmen: Wie lässt sich Strom aus der Sonne zu welcher
Tageszeit am besten einsetzen? Wie die gewonnene Energie speichern und
möglicherweise zu einem lukrativen Preis wieder ins Stromnetz einspeisen? Mit der
Abbildung aller thermischen und elektrischen Energieflüsse bildet das Lab eine
einzigartige Plattform, um Smart-Homes- und Smart-Grid-Lösungen für das Verteilnetz
zu analysieren, zu bewerten und zu entwickeln. Ausgestattet ist das Testlabor sowohl mit
regenerativen als auch mit elektrischen und thermischen Erzeugern und Speichern
künftiger Ein- und Mehrfamilienhäuser. Es verfügt über eine inselfähige 5kW-KraftWärme-Kopplungsanlage, einen zwei Kubikmeter großen Schichtenpufferspeicher, einen
Photovoltaik-Simulator, mehrere PV-Wechselrichter sowie diverse Inselwechselrichter,
einen Lithium-Ionen-Speicher, eine Bleibatteriebank, eine Ladeinfrastruktur für
Elektrofahrzeuge sowie weitere Apparaturen. Durch die Kombination virtueller und realer
Komponenten können die Forscher nahezu jedes Energiesystem nachstellen. Innerhalb
des jeweiligen Systems bewerten und evaluieren sie für den Kunden die
Einsparpotenziale der Betriebsführung. Die Palette der Dienstleistungsangebote reicht
von der „Integrationsbewertung thermischer und elektrischer Anlagen im System“ über
„Funktions- und Kommunikationstests von Energiemanagementsystemen“ bis hin zur
„Effizienzbewertung von Energiemanagement und Erzeugungsanlagen“.
Energieversorger und Netzbetreiber aus der ganzen Bundesrepublik nutzen bereits das
Know-how der Freiburger, um herauszufinden, welche Potenziale in der dezentralen
Steuerung solcher Anlagen liegen. Tarifmodelle müssen bewertet und ihre Auswirkungen
auf die Stromnetze untersucht werden.
Hoch, treibt Smart-Home-Entwicklungen an.
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010-2011/15/smartenergylabintelligente-energiesysteme-im-test.jsp
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International
Solarenergie
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt - DLR
Deutsch-Australische Forschungskooperation bei Solartechnik
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Australian Solar Institute
(ASI) haben am 16. März 2011 in Berlin eine Forschungskooperation auf dem Gebiet der
konzentrierenden Solartechnik vereinbart. Der Einsatz der Technik eignet sich vor allem
in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung, zu denen weite Teile Australiens gehören.
Das DLR forscht seit mehr als 30 Jahren mit einem der größten Forscherteams weltweit
auf dem Gebiet der konzentrierenden Solartechnik. Die australische Regierung hat mit
ihrer Initiative für Erneuerbare Energien fünf Milliarden australische Dollar für
Forschung, Entwicklung und Demonstration für CO2-arme Energietechnologien
bereitgestellt. Das Australian Solar Institute wurde im Rahmen dieser Initiative
gegründet, es unterstützt australische Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf dem
Gebiet der Solarenergie mit insgesamt 150 Mio. australischen Dollar.
Um ihre Ressourcen möglichst effektiv einzusetzen, wollen die Partner in Zukunft
gemeinsame Forschungsprojekte durchführen und ihre Einschätzungen bezüglich der
Chancen und Risiken der Technologien und Märkte austauschen. Weiterhin wollen sie
sich bei internen Evaluationen und Projektbewertungen unterstützen und über den
Austausch von Wissenschaftlern bei der Graduierten- und Postgraduierten-Ausbildung
zusammenarbeiten. Die Partner wollen sich außerdem für die Einrichtung eines deutschaustralischen Forschungsförderprogramms auf diesem Gebiet einsetzen. Als einen ersten
konkreten Schritt der Zusammenarbeit planen die Forscher ein beim DLR entwickeltes
Reaktor-System zur solaren Umwandlung von Methan in Wasserstoff in der australischen
Versuchsanlage im Solar Center Forschungsinstitut der Commonwealth Scientific and
Industrial Research Organisation (CSIRO) in Newcastle aufzubauen. Vor Ort können sie
dann seine Leistungsfähigkeit mit australischen Systemen vergleichen.
Hoch.
http://www.dlr.de/de/desktopdefault.aspx/tabid-6216/10226_read-29504/
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International
Turbinenentwicklung
Sandia National Laboratories - Pressemitteilung
Überkritisches Kohlenstoffdioxid in Gasturbinen
Die Sandia National Laboratories haben eine Gasturbinensystem mit überkritischem
Kohlenstoffdioxid für die Verwendung im Joule-Kreisprozess entwickelt. Die Effizienz
der Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie beträgt bis zu 50% bei
Betriebstemperaturen von lediglich 250 - 300 Grad Celsius. Ziel ist die Entwicklung eines
kompakten Turbinensystems, welches bei einer Baugröße von ca. vier Kubikmetern bis
zu 20 MW Leistung bringt:
Sandia National Laboratories researchers are moving into the demonstration phase of a
novel gas turbine system for power generation, with the promise that thermal-to-electric
conversion efficiency will be increased to as much as 50 percent. The system is also very
compact, meaning that capital costs would be relatively low. Research focuses on
supercritical carbon dioxide (S-CO2) Brayton-cycle turbines, which typically would be
used for bulk thermal and nuclear generation of electricity, including next-generation
power reactors. The goal is eventually to replace steam-driven Rankine cycle turbines,
which have lower efficiency, are corrosive at high temperature and occupy 30 times as
much space because of the need for very large turbines and condensers to dispose of
excess steam. The Brayton cycle could yield 20 megawatts of electricity from a package
with a volume as small as four cubic meters. Sandia currently has two supercritical CO2
test loops. Immediate plans call for Sandia to continue to develop and operate the small
test loops to identify key features and technologies. Test results will illustrate the
capability of the concept, particularly its compactness, efficiency and scalability to larger
systems. Future plans call for commercialization of the technology and development of an
industrial demonstration plant at 10 MW of electricity. A competing system, also at
Sandia and using Brayton cycles with helium as the working fluid, is designed to operate
at about 925 degrees C and is expected to produce electrical power at 43 percent to 46
percent efficiency. By contrast, the supercritical CO2 Brayton cycle provides the same
efficiency as helium Brayton systems but at a considerably lower temperature (250-300
C). The S-CO2 equipment is also more compact than that of the helium cycle, which in
turn is more compact than the conventional steam cycle. Under normal conditions
materials behave in a predictable, classical, “ideal” way as conditions cause them to
change phase, as when water turns to steam. But this model tends not to work at lower
temperatures or higher pressures than those that exist at these critical points. In the case of
carbon dioxide, it becomes an unusually dense “supercritical” liquid at the point where it
is held between the gas phase and liquid phase. The supercritical properties of carbon
dioxide at temperatures above 500 C and pressures above 7.6 megapascals enable the
system to operate with very high thermal efficiency, exceeding even those of a large coalgenerated power plant and nearly twice as efficient as that of a gasoline engine (about 25
percent). The combination of low temperatures, high efficiency and high power density
allows for the development of very compact, transportable systems that are more
affordable because only standard engineering materials (stainless steel) are required, less
material is needed, and the small size allows for advanced-modular manufacturing
processes.
Hoch.
https://share.sandia.gov/news/resources/news_releases/brayton-cycle-turbines/
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