Abgeschlossene Projekte

Hier finden Sie eine Auswahl der abgeschlossenen Projekte des Lehrstuhls.

Systemdienstleistungen und Energiespeicherung mittels Großbatterien zur Stabilisierung von Netzen mit hohen EE- Anteilen – Konzeption und Demonstration

Laufzeit: 01.03.2013-30.06.2018

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektbeschreibung
  • Untersuchungen eines Li-Ion-Batteriespeichers in Feldheim
  • ca. 10 MW Leistung, ca. 10 MWh Kapazität
  • Inbetriebnahme des Speichers 2015

Partner

  • ­Energiequelle GmbH
  • 50Hertz Transmission GmbH

Kontakt

Dipl.-Ing. Perco Krüger, Akademischer Mitarbeiter

Modulentwicklung eines Software-Tools für die Einsatzplanung und Steuerung von „Power to Heat“ Anlagen zur effizienten Nutzung überschüssiger, ansonsten nicht nutzbarer Erneuerbarer Energie

Laufzeit: 01.05.2016 - 30.04.2018

Fördermittelgeber:  ILB Investitionsbank des Landes Brandenburg (ProFIT Brandenburg-Programm)

Projektbeschreibung

Im Verbundprojekt Power-to-Heat (PtH) der BTU Cottbus-Senftenberg und der IBAR Systemtechnik GmbH liegt der Entwicklungsschwerpunkt auf der Formulierung von Algorithmen und Modellen zur optimalen Einsatzplanung und Steuerung von Power-to-Heat-Anlagensystemen zur effizienten Nutzung überschüssiger, ansonsten nicht nutzbarer Erneuerbarer Energien.

Mit dem dargestellten Projekt wird ein weiterer modularer Baustein geschaffen, um die Power-to-Heat-Technologie als Wertschöpfungsoption im Bereich der Energieversorgung nutzen zu können. Das Software-Tool ermöglicht die optimierte Einsatzplanung und Steuerung von PtH-Anlagen als integraler Bestandteil eines weitgehend digitalisierten Energieversorgungssystems. Das neue Tool erfasst alle Einsatzmöglichkeiten von PtH-Anlagen und ermöglicht eine innovative, komplexe sowie effiziente Entscheidungsfindung bei der Einsatzplanung und Steuerung durch eine umfassende automatisierte Datennutzung. Das Tool kann als dezentrales Energiemanagementsystem, welches über eine genaue Datenbasis relevanter externer Prozesse in Echtzeit verfügt verstanden werden.

Arbeitspakete des Teilvorhabens der BTU

  1. Analyse der Rahmenbedingungen, Optionale Szenarien und Tendenzen auf dem Markt für Regelenergie
  2. Analyse eines realen Basis-Energieversorgungssystems, Erstellung der Netzwerktopologie zur Vernetzung dezentraler Anlagen, Monitoring der aktuellen Struktur, Bestimmung der Randbedingungen und Schnittstellen
  3. Erstellung einer komplexen Konzeption zur Grundlagenbildung für Berechnungs- und Simulationsalgorithmen des Moduls
  4. Generierung von Komponentenalgorithmen, Modellierung und Simulation
  5. Konzeptionelle Entwicklung für das Software-Tool

Partner

IBAR Systemtechnik GmbH, Cottbus

Kontakt

Dipl.-Ing. (FH) Joachim Posselt, Akademischer Mitarbeiter

Nikolaos Panagiotis Sakkas M.Sc., Akademischer Mitarbeiter

Krunalkumar Thummar M.Sc., Akademischer Mitarbeiter

 

Erweiterung der elektrochemischen und Sensormesstechnik am Wasserstoff-Forschungszentrum

Laufzeit: 01.10.2016 - 31.03.2018

Förderprogramm: Richtlinie Forschungsinfrastruktur - InfraFEI Geräteinvestitionen (EFRE)

Projektbeschreibung

Projektteil: Elektrochemische Messtechnik zur Untersuchung neuer Elektrodenmaterialien

Eine der wichtigsten Komponenten eines Elektrolyseurs, die für einen hohen Wirkungsgrad, sowie eine hohe Energiedichte und damit für geringe Wasserstoff-Erzeugungspreise verantwortlich ist, sind die Elektroden. Für die Erhöhung des Elektrolyse-Wirkungsgrades werden neue Elektrodenbeschichtungen und -materialien an den Elektrolyseanlagen im Wasserstoffforschungszentrum getestet. Zur Vorevaluation neuer Materialien sind dazu elektrochemische Messungen zu Überspannungen, der Stromdichte und Degradation an Einzelelektroden dringend erforderlich. Für einen effektiven Probendurchsatz soll für diese Messungen ein neuer Labor-Messaufbau erstellt werden. Der Messaufbau besteht aus einem Potentiostaten/Galvanostaten sowie den angeschlossenen elektrochemischen Messzellen, an der die Überspannung der zu untersuchenden Arbeitselektrode gegenüber einer Referenzelektrode gemessen wird. Neben diesen galvanostatischen Messungen können mit dem Messaufbau auch dynamische Messungen mit ansteigenden oder zyklischem Spannungsverlauf (Linear potential sweep, Cyclovoltammetry) ausgeführt werden, die Informationen über das dynamische Verhalten der Elektroden liefern. Mit der weiterhin bestehenden Möglichkeit der elektrochemischen Impedanzspektroskopie am Messplatz können wichtige Informationen zu den Zeitkonstanten der an der elektrochemischen Reaktion beteiligten Transportprozesse gewonnen werden. Insgesamt trägt der Messplatz damit zu einer qualitativ und quantitativ deutlich besseren Vorevaluation neuer Elektrodenmaterialien für die alkalische Elektrolyse bei.

Projektteil: Erweiterte Sensormesstechnik am 60bar Forschungselektrolyseur

Die Erweiterung der Sensormesstechnik umfasst zum einen die Volumenstrommessung für Gase und Flüssigkeiten und zum anderen die qualitative Erfassung der Produktgaszusammensetzung sowie die Systemeinbindung der Sensoren. Mittels der exakten Quantifizierung der Produktgase können weitere Erkenntnisse zu Gasverlusten in der Elektrolyseanlage sowie zu Shuntströmen in den Elektrolysezellen gewonnen werden. Dieses bildet die Grundlage für die energetische Optimierung des Elektrolysesystems. Die Quantifizierung von Flüssigkeitsvolumenströmen, insbesondere des Laugendurchsatzes, ermöglicht die Bestimmung der Aufteilung des Laugenstromes auf Kathoden- und Anodenseite. Dies erlaubt Rückschlüsse auf den Druckverlust in der jeweiligen Elektrolysehalbzelle sowie auf das Strömungsverhalten zu ziehen, durch welches die Überspannungen in der Elektrolysezelle maßgeblich beeinflusst werden. Erkenntnisse über die Charakteristik der Elektrolytströmung sind somit elementar für die weitere energetische Optimierung und die Verbesserung des Stackdesigns sowie für die Modellabbildung der Elektrolysezelle. Die integrierte Temperaturmessung trägt darüber hinaus zur weiteren Verbesserung des Wärmemanagements bei.

Die exakte qualitative Erfassung der Produktgaszusammensetzung bietet die Möglichkeit für weitere verfahrenstechnische Untersuchung als Grundlage zur Verbesserung der Betriebsweise von Elektrolyseuren. Durch die Kombination eines präzisen Wasserstoff- und Sauerstoffdurchflussmessers und der Messeinrichtung zur Bestimmung der Art und Menge von Verunreinigungen im jeweiligen Gas kann am Testelektrolyseur die Wirkungsgradmessung des Faradayschen Wirkungsgrades erheblich verbessert werden. Die für den dynamischen und sicheren Betrieb wichtige Messung der Gasreinheit der Produktgase wird ebenfalls deutlich erweitert.

Kontakt

Dipl.-Ing. Daniel Tannert, Akademischer Mitarbeiter

Dipl.-Ing. (FH) Christian Ziems, Akademischer Mitarbeiter

WESpe - Wissenschaftliche Forschung zu Windwasserstoff-Energiespeichern

Laufzeit: 01.12.2013 - 31.12.2017

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeschreibung

Wie lässt sich überschüssige Windenergie im energiewirtschaftlichen Maßstab als Wasserstoff zwischenspeichern? Dieser Frage gehen Forscher im Projekt WESpe auf den Grund. An dem vom BMWi mit rund 4 Mill. Euro geförderten Projekt sind 5 Forschungspartner beteiligt. Die Konsortialführung liegt beim Wasserstoff- und Speicherforschungszentrum am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik der BTU.

Die Forschungspartner betrachten alle Komponenten des Gesamtsystems, von der Elektrolysetechnologie, gekoppelt mit fluktuierenden erneuerbaren Energien, über die Untergrundgasspeicherung bis zur Gasnetzanbindung aus technischer und ökonomischer Sicht. Fragen zur Akzeptanz und Kommunikation dieser Technologie in der Öffentlichkeit werden ebenfalls untersucht.

Die folgende Übersicht zeigt die Projektpartner mit Ihren Forschungsschwerpunkten.

Ein wichtiger Teil des Projektes ist die Optimierung der technischen Komponenten von Wind-Wasserstoff-Systemen. Ziel ist die längere Dauerhaltbarkeit bei besserer Leistung. Erstmals werden auch die Technologien der PEM-Elektrolyse und der alkalischen Elektrolyse nebeneinander in einem Projekt untersucht.

Der Schwerpunkt des Wasserstoff- und Speicherforschungszentrums am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik der BTU liegt in der Erprobung und Weiterentwicklung der alkalischen Druckelektrolyse. Hier spielt insbesondere das dynamische Betriebsverhalten bei der direkten Kopplung mit fluktuierenden Erneuerbaren Energiequellen (Wind, PV) eine wesentliche Rolle.

Für die Elektrolyseanlage mit allen Nebenkomponenten wurde ein detailliertes Simulationsmodell aufgebaut, das in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern für eine Gesamtsimulation verschiedener Wind-Wasserstoffpfade mit realen Eingangs- und Ausgangsdaten verwendet wird. Im rechten Bild sind beispielhaft verschiedene Pfade mit Untergrund-Kavernen-Speicherung für Wasserstoff dargestellt. Auf Basis dieser Simulationen ist eine technische und anschließend wirtschaftliche Bewertung dieser Pfade möglich.

Kontakt:

Dr. rer. nat. Ulrich Fischer, Leiter Wasserstoff- und Speicherforschungszentrum

Dipl.-Ing. André Voigt, Akademischer Mitarbeiter

Verbundforschungsprojekt für die Befähigung von PV-Kraftwerken zur Übernahme einer ganzheitlichen Energieversorgung in Kombination mit fossilen Erzeugern und Speichern

Laufzeit: 01.11.2014 - 31.10.2017

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeschreibung

Der Lehrstuhl Kraftwerkstechnik hat den Zuschlag für ein F+E-Teilvorhaben erhalten, das auf die Entwicklung eines Simulationstools für die wirtschaftliche Optimierung von PV-Kraftwerken in hybriden Energieanlagen auf Basis kundenspezifischer Lastprofile abzielt. Das Vorhaben wird über eine Laufzeit von drei Jahren durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
Im Fokus steht die Entwicklung eines Simulationstools für Kombinationen von Photovoltaik (PV) mit Diesel/Gas-Generatoren und Speichern sowie optional die Ergänzung von Wasserkraft und Windenergie. Mittels Simulationen sollen dabei Auslegung und unterschiedliche Energietechnologien in Kombinationen untersucht werden. Das Hybridkraftwerk soll wahlweise auf Kapitalrentabilität oder auf Stromerzeugungskosten optimiert werden können. Gleichzeitig soll ein geeignetes Einstrahlungs- und Photovoltaik-Modulmodell entwickelt werden, welches das Verhalten der vom Unternehmen BELECTRIC eingesetzten PV-Module exakter vorhersagen und valide Ertragsprognosen treffen kann.

Ziele des Projektes

  • Entwicklung zukünftiger marktfähiger Photovoltaik-Kraftwerke in Kombination mit anderen Erzeugerartenund als „Hybridkraftwerke“
  • Technologieentwicklungen entsprechend den internationalen Marktbedürfnissen - ganzheitliche Kostenoptimierung der KW in dezentraler, standardisierter und kundenangepasster Bauweise
  • Anpassung der Fähigkeit von PV-Kraftwerken nach Anforderungen internationaler Netzbetreiber, zur Bereitstellung notwendiger Netzdienstleistungen bis hin zur kompletten Übernahme der Netzführung mit erneuerbaren Energien in lokalen Netzen.

Schwerpunkte des Lehrstuhls Kraftwerkstechnik

  • Grundlagen für eine wirtschaftliche Optimierung der PV-Kraftwerke in Hybridkraftwerken auf Basis kundenspezifischer Lastprofile
  • Erarbeitung eines Simulationstools zur Auslegung der Kombination PV + Diesel/Gas + (optional) Wasserkraft + (optional) Wind
  • Optimierungskriterien sind wahlweise Kapitalrentabilität (ROI) oder Stromgestehungskosten (LCOE)

Partner

  • ­BELECTRIC GmbH, Kolitzheim
  • ­Adensis GmbH, Dresden
  • ­GE Energy Power Conversion GmbH, Berlin
  • ­Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., München
  • ­Jurchen Technologie GmbH, Helmstedt
  • ­MTU Friedrichshafen GmbH, Friedrichshafen
  • Padcon GmbH, Kitzingen

Kontakt

Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Mieck, Akademischer Mitarbeiter

Entwicklung eines Stützfeuerungssystems auf Basis von Trockenbraunkohle zur Erhöhung der Flexibilität bestehender Dampfkraftwerke

Laufzeit: 01.12.2013 – 31.07.2016

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Gesamtvorhabens - "Entwicklung eines Stützfeuerungssystems auf Basis von Trockenbraunkohle zur Erhöhung der Flexibilität bestehender Dampfkraftwerke" - befasste sich das Teilprojekt der BTU Cottbus - Senftenberg mit der experimentellen und theoretischen Untersuchung der elektrisch gestützten Zündung und der Charakterisierung des Verbrennungsverhaltens von Trockenbraunkohle (TBK). In Grundlagenuntersuchungen wurde zunächst die Zündfähigkeit - von TBK-Staub - beurteilt und die theoretischen Einflussgrößen auf das Zündverhalten diskutiert.

Mit dem untersuchten Plasmazündsystem konnte nachgewiesen werden, dass ein TBK-Staubbrenner zuverlässig gestartet werden kann. Gegenüber herkömmlichen Zündsystemen zeichnet sich die Plasmazündung durch eine reduzierte Zündenergie aus. Der benötigte gestiegene Anteil am konstruktiven Engineering trägt zur sicheren Funktion des Staubbrennersystems bei.

Die Einflussgrößen auf die Verbrennungsstabilität und das Emissionsverhalten wurden mittels optischer Verfahren, Prüfung von Flammenstabilitätskennzahlen, Emissionsanalysen und Analysen der Strömungsverhältnisse ermittelt und quantifiziert. Mit den gewonnenen Erkenntnissen zum Verbrennungsverhalten kann die Beurteilung der Betriebsbedingungen der Brennkammer verbessert werden und gezielt eine Steuerung des Verbrennungsprozesses erreicht werden.

Mit dem neuen Konzept des Lichtbogensystems ist ein weiteres Verfahren zur elektrischen Zündung entwickelt worden. Wesentliches Ergebnis der Neuentwicklung ist eine Lanzenkonstruktion des Lichtbogensystems, welches in kompakter Bauform die Zündenergie dem Brenner bereitstellt und ohne umfangreiche Medienversorgung für den Kraftwerkeinsatz ausgelegt ist.

Die Auswirkungen des TBK-Stützfeuersystems gegenüber der konventionellen Variante auf die Verfügbarkeit wurden im letzten Arbeitspaket untersucht. Dabei wurden ebenfalls Aspekte der Instandhaltungsdauer und -aufwendungen betrachtet.

Partner:

  • Vattenfall Europe Generation AG, Cottbus
  • Hochschule Zittau/Görlitz
  • TU Hamburg-Harburg

Druckaufgeladene Dampfwirbelschicht-Trocknung von Braunkohlen - Grundlagenuntersuchungen und verfahrenstechnische Optimierung

Laufzeit: 2002-2016 (3 Projektphasen)

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft

Projektbeschreibung

Im Jahr 2002 wurde  am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik die weltweit erste Anlage zur Druckaufgeladenen Dampfwirbelschicht-Trocknung von Braunkohlen (DDWT) im Technikumsmaßstab errichtet.

Die Erarbeitung der Grundlagen für eine Druckaufgeladene Trocknung und Einbindung in das Blockkonzept wurde im der 1. Phase gelegt. Dabei wurde der verfahrenstechnische Nachweis der Funktionsfähigkeit und der Vorteile der druckaufgeladenen Trocknung gegenüber dem nicht druckaufgeladenen Wirbelschichttrocknungsverfahren gezeigt.

Aufbauend auf den Ergebnissen aus der Pilotanlage wurde im Anschluss eine großtechnische Versuchsanlage entwickelt und die Integration in Kraftwerke mit und ohne CO2-Abscheidungstechnologien untersucht (Phase 2).

In der dritten Projektphase erfolgte die Optimierung der Komponenten (z.B. der Messmethoden zur Bewertung des Wirbelschichtzustandes) auf Basis weiterführender Grundlagenforschung zum Wärme- und Stoffübergang in der Wirbelschicht.

Anlagenparameter
Wirbelschicht-Grundfläche0,15 m²
Anlagenhöhe12,0 m
Systemdruck1,2 ... 6,5 bar
Druck Heizemdium (Sattdampf)2 ... 16 bar
Rohfeinkohle
Durchsatz250 ... 500 kg/h
Wassergehalt50 ... 60 %
Kornspektrum0 ... 6 mm
Trockenbraunkohle
Durchsatz120 ... 250 kg/h
Ziel-Wassergehalt10 ... 15 %
möglicher Wassergehalt5 ... 35 %

Partner:

  • ­ALSTOM Carbon Capture GmbH
  • ­MIBRAG Mitteldeutsche Braunkohlen Gesellschaft mbH
  • EMIS Electrics GmbH
  • Vattenfall Europe Mining & Generation
  • Babcock Borsig Steinmüller GmbH
  • CEBra e.V. Cottbus

Heliothermic Energy Studies (CSP) Educational Consortium for Integration and Sustainability within the Agro-industry

Laufzeit: 01.01.2014 - 28.02.2015

Fördermittelgeber: EU

Projektbeschreibung

Das Projekt beschreibt eine Forschungsinitiative im Bereich der nachhaltigen Energieproduktion mittels der CSP Technologie und deren Anwendungen innerhalb der Agrarindustrie in Brasilien, bei welchen die Prozesswärme im Temperaturbereich über 300 °C benötigt wird.

Partner:

  • ­Solar-Institut Jülich
  • ­Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
  • ­Industrial Solar GmbH, Freiburg
  • ­Staatliche Universität São Paulo (UNESP), Fakultät für Agrarwissenschaften
  • ­Universität von São Paulo (USP), STEAG Energy Services do Brasil
  • Solinova Technological Innovation and Enterprise LTD

Verbundvorhaben „Software-Tool zur Einsatzplanung von integrierten Speicherkomponenten für industrielle und kommunale KWK-Systeme“

Laufzeit: 01.12.2013 – 31.12.2014

Fördermittelgeber:

  • ILB Investitions- und Landesbank Brandenburg, Potsdam
  • ZAB Zukunftsagentur Brandenburg, Cottbus
Projektbeschreibung

Kraftwerke müssen möglichst immer in Betrieb sein, um rentabel zu sein. Deshalb gibt es keinen Freiraum, um verschiedene Strategien der Instandhaltung, der Befeuerung im Dampfkessel oder der Verfügbarkeit auf Plausibilität zu prüfen.

Partner: IBAR Systemtechnik GmbH, Cottbus

Wärme aus einheimischer Biomasse

Laufzeit: 01.10.2011 - 31.12.2014

Fördermittelgeber: Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE)

Link: Link zu einer externen Seite http://www.projekt-biomasse.de

Projektbeschreibung

Das Projekt „Wärme aus einheimischer Biomasse“ fördert die energetische Nutzung von Biomasse.

Gemeinsam mit dem Projektpartner wurden Untersuchungen angestellt, wie das vorhandene biogene Rohstoffpotential in der Region Spree-Neiße Bober energetisch in Kleinfeuerungsanlagen genutzt werden kann. Dazu wurden diverse Rohstoffe analysiert, Brennstoffe konzipiert und in Verbrennungsversuchen bewertet. Die Verwertungsmöglichkeiten der anfallenden Asche, sowie die durch die Reststoffnutzung entstehenden neuen Wertschöpfungsketten, hauptsächlich in Land- und Forstwirtschaft, wurden ebenso betrachtet.

Im Rahmen des Projektes wurden in der Heizperiode 2012/2013 an drei Kesselstandorten die in der Pellet-Fabrik Chlebowo industriell hergestellten Biomischpellets verwendet. Zur Charakterisierung der Biomischpellets wurden an der BTU Cottbus – Senftenberg die Brennstoffanalyse, Untersuchung des Ascheschmelzverhaltens, Bestimmung vom Heiz- und Brennwert sowie die Aschevollanalyse durchgeführt.

Zu den drei Kesselstandorten gehören:

  • Die Fachoberschule in Sława (Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych w Sławie), an der ein 80 kW-Heizkessel für Biomischpellets in einem Feldversuch über 2 Heizperioden getestet wurde.
  • Heizkessel für Biomischpellets in dem Spreeauenhof (Dissen), der das Storcheninformationszentrum beherbergt.
  • Die Staatliche Fachhochschule Sulechów (Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Sulechowie), an dem ein 80 kW-Biomassekessel in Betrieb genommen wurde.

 Partner: Staatliche Fachhochschule in Sulechow