Aktuelle Forschungsprojekte

Energiespeicher der Zukunft in der Region Spree-Neiße-Bober

Laufzeit: 01.01.2020 – 30.06.2022

Fördermittelgeber: Kooperationsprogramm Interreg VA Brandenburg – Polen 2014-2020
                              (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung)

Projektbeschreibung

Durch das Interreg VA-Programms wurde ein Förderprojekt  zum grenzüberschreitenden Wissenstransfer im Bereich der Energiespeichertechnologien und der Energieeffizienz gefördert.  Im Rahmen des deutsch-polnischen EU-Förderprojektes arbeiten die Partner: CEBra – Centrum für Energietechnologie Brandenburg e.V., die BTU Cottbus-Senftenberg, die Universität Zielona Góra und die Stadt Zielona Góra eng zusammen.

Die Kooperation der Wissenschaftspartner im Interreg VA-Projekt wird auf die Erweiterung der Ausbildungsangebote und den Wissenstransfer im Bereich der Energiespeichertechnologien und der Energieeffizienz konzentriert. Konkret geht es um die Realisierung völlig neuer, vertiefender, thematische Ausbildungsangebote (mehrtägig) auf der Grundlage der zusätzlichen Erweiterung der Ausbildungskapazitäten. In das Programm integriert ist die wechselseitige Durchführung von qualifizierten zielgruppenorientierten mehrtägigen Fachveranstaltungen in Cottbus und Zielona Góra/Nowy Kisielin.

Durch die vereinbarte Arbeitsteilung/Spezialisierung zwischen beiden Hochschulen kann jede Seite ihre Stärken in die Partnerschaft einbringen. Auf diese Weise ist es möglich vertieft Fachwissen zu vermitteln. Die CEBra e.V./BTU C-S konzentrieren sich auf das Thema elektrische und chemische Speicherung und stellen hierfür Ihre Ausbildungskapazitäten einschließlich der neuen Ausbildungsplätze für die polnischen Partner zur Verfügung.

Die Universität Zielona Góra/Stadt Zielona Góra stellen das Thema thermische Speicherung in den Mittelpunkt. Genutzt werden auch durch die deutschen Studenten aus Cottbus die neuen Laborgebäude und Laborräume im Wissenschafts- und Technologiepark der Universität Zielona Góra in Nowy Kisielin. Die Ausbildungsangebote ermöglichen sowohl die Nutzung der aktuellen Forschungsergebnisse als auch der technischen Ausstattung des jeweiligen Partners mit der modernen Infrastruktur und den Großgeräten.

Die große Herausforderung angesichts der coronabedingten Rahmenbedingungen ist die konzeptionelle Entwicklung und Organisation einer qualifizierten Online-Arbeit zur Umsetzung der Projektinhalte. Es gilt kreativ und zielführend gemeinsam mit den Projektteilnehmern attraktive Veranstaltungsformate, vorwiegend im Online-Format zu entwickeln, praktisch zu testen und dann intelligent zu organisieren.

Das neue Projekt dient der Intensivierung des grenzüberschreitenden Wissenstransfers als Grundlage einer anwendungsorientierten und wissensbasierten Wertschöpfung in der Region.

Das Projekt befördert die Entwicklung einer gemeinsamen europäischen Ausbildungs- und Forschungslandschaft und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit der Region im europäischen Maßstab.

Projektpartner

  • CEBra – Centrum für Energietechnologie Brandenburg e.V., Cottbus
  • Universität Zielona Góra, Polen
  • Stadt Zielona Góra, Polen

Kontakt

Gerd Krautz, Akademischer Mitarbeiter

Zwanzig20 – Hypos – Verbundvorhaben: H2-Flex TP3: Flexibilisierung der Chlor-Alkali-Elektrolyse-Erfahrungstransfer von der flexiblen alkalischen Wasserelektrolyse mit Modellierung des flexiblen EE-gekoppelten CAEL-Lastbetriebes

Laufzeit: 01.09.2018 - 31.12.2021

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektbeschreibung

H2-Flex- Demonstration einer großmaßstäblichen flexiblen Wasserstoffproduktion aus erneuerbarer Energie

Das übergeordnete Ziel des Projekt ist die Demonstration einer großmaßstäblichen flexiblen („grünen“) Wasserstoffproduktion (bis zu 3.000 Nm³/h) durch Elektrolyse aus erneuerbarer Energie in Ostdeutschland. Flexibler Betrieb wird die Kosten der „grünen“ Wasserstoffproduktion senken, denn er reduziert die durchschnittlichen Stromkosten und generiert zusätzliche Einnahmen aus dem Regelenergiemarkt. Das Projekt konzentriert sich auf Wasserstoff, der aus der Chlor-Alkali-Elektrolyse (kurz:CAEL) gewonnen wird. Seine Ergebnisse können jedoch auf künftige Anlagen für alkalische Wasserelektrolyse übertragen werden.

Im Teilvorhaben der BTU Cottbus - Senftenberg wird ein physikalisches Modell der Chlor-Alkali-Elektrolyse (CAEL) mit dem Simulationstool Matlab Simulink erstellt. Dieses Modell wird mit verschiedenen Input-Datenbanken erneuerbarer Energiequellen verknüpft, um den dynamischen Betrieb der CAEL in verschiedenen Betriebsmodi und in der Regelenergiebereitstellung zu simulieren. Das Ziel dieser Simulationen ist die Festlegung von Flexibilitätsparametern (Leistungsgradienten, min./max. Leistung, Stromeinspeisungsprofile usw.), die für den dynamischen Betrieb notwendig sind. Die Definition dieser Flexibilitätsparameter erfolgt in enger Rückkopplung zu den Erfordernissen aus dem ökonomischen Modell (welche Parameter sind für ökonomisch vorteilhafte Betriebsstrategien sinnvoll?) und dem Abgleich mit den technischen Möglichkeiten der CAEL (welche Parameter lassen sich tatsächlich technisch realisieren?). Ein weiteres Ziel besteht darin, mit der Anwendung des physikalischen Simulationsmodells mit Parametern aus dem realen technischen Betrieb die flexible Betriebsweise der CAEL zu optimieren.

Projektpartner

  • Nouryon Industrial Chemicals GmbH, Ibbenbüren - Akzo Nobel Industrial Chemicals GmbH 06749 Bitterfeld-Wolfen
  • Universität Leipzig, 04109 Leipzig
  • Envia Mitteldeutsche Energie AG, 04415 Markkleeberg

Kontakt

Dr. Alexander Lisk, Leiter Großlabore

Krunalkumar Thummar, Akademischer Mitarbeiter

AEL3D - Neuartige poröse 3D-Elektrodenmaterialien zur effizienteren alkalischen Wasserelektrolyse

Laufzeit: 01.07.2017 - 30.6.2021

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeschreibung

Grüner Wasserstoff für die Energiespeicherung

Neuartige Elektrodenmaterialien sollen die effiziente Wasserstoffherstellung aus regenerativen Energiequellen preiswerter machen

Am 1. Juli 2017 startete das Verbund-Forschungsvorhaben „Neuartige poröse 3D-Elektrodenmaterialien zur effizienteren alkalischen Wasserelektrolyse (AEL3D)“ an der BTU Cottbus-Senftenberg. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das dreijährige Projekt mit einem Gesamtbudget von rund 2,5 Mio. €. Der Lehrstuhl Kraftwerkstechnik von Prof. Hans-Joachim Krautz ist mit einem Fördervolumen von 819.000 € beteiligt.

Im Mittelpunkt der Forschungen steht die Weiterentwicklung der alkalischen Elektrolyse als eine der wichtigen Technologien für die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen (sogenannter „grüner Wasserstoff“). Hier fokussiert das Projekt auf eine, auch für das Land Brandenburg außerordentlich wichtige Langzeit-Energiespeichertechnologie. Im Verbundvorhaben sollen neuartige poröse, dreidimensionale Elektrodenmaterialien entwickelt und anwendungsbezogen charakterisiert werden. Diese sollen zudem auf ihre Eignung als hocheffiziente Elektrodenwerkstoffe und somit als eine der Schlüsselkomponenten für die alkalische Elektrolyse untersucht werden. Neben der Erforschung der elektrokatalytischen und strömungstechnischen Eigenschaften wird auch die Entwicklung innovativer, durchströmbarer Elektrodenformen und Zellarchitekturen einbezogen. Auf diese Weise werden die effektiven Stromdichten bei gezielter Gasabfuhr und niedrigen Überspannungen deutlich erhöht. Im Ergebnis kann „grüner Wasserstoff“ billiger und effizienter aus regenerativem Strom hergestellt werden.

Hierbei ist es Aufgabe der BTU-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Wasserstoff- und Speicher-Forschungszentrum unter Leitung von Dr. Ulrich Fischer unter anderem Teststände mit erweiterten Messmöglichkeiten für die Präqualifizierung der neuartigen Elektroden und Zellgeometrien zu entwickeln und einzusetzen. Die leistungsfähigsten Elektroden werden im technischen Maßstab am 60-bar Druckelektrolyseur des Wasserstoffzentrums unter realen Betriebsbedingungen getestet.

Im Projektkonsortium arbeiten renommierte Forschungseinrichtungen aus dem Bereich der Wasserstoff- und Energietechnologie sowie der Materialwissenschaft zusammen. Zu ihnen gehören neben der Brandenburgischen Technischen Universität das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM, Institutsteil Dresden), das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Ulm und die Technischen Universität Berlin. Das Konsortium wird durch einen Industriebeirat ergänzt, der sich aus namhaften Elektrolyseherstellern, Anlagenbauern, Zulieferern und Endanwendern zusammensetzt. Auf diese Weise wird ein hohes wirtschaftliches Verwertungspotenzial sichergestellt.

Hintergrund

Wasserstoff wird einen maßgeblichen Anteil am Gelingen der Energiewende in Deutschland haben. Als chemischer Energieträger ist er geeignet, große volkswirtschaftlich relevante Energiemengen zu speichern. Gleichzeitig ermöglicht er die Kopplung zu anderen Energie-Sektoren, wie beispielsweise dem Verkehr . Damit steht das Projekt im Kontext des Regierungsprogramms Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie (2016-2026), in dessen Rahmen eine klimaneutrale und emissionsfreie Wasserstoffmobilität und der Ausbau einer Wasserstoffinfrastruktur eine zentrale Rolle spielen.

Mit den neuen Forschungsaufgaben wird die erfolgreiche Arbeit in dem unter Konsortialführerschaft der BTU durchgeführten Verbundvorhaben „Wissenschaftliche Forschung zu Windwasserstoff-Energiespeichern – WESpe“ im Rahmen der Energiespeicher-Forschungsinitiative des Bundes sowie dem vom Land Brandenburg geförderten Projekt „AEL-MALFE - Alkalische Elektrolyse - Membranelektrolyse mit anionen-leitfähigem Festelektrolyt“ am Wasserstoff- und Speicher-Forschungszentrum fortgesetzt.

Kontakt

Dr. Alexander Lisk, Ansprechpartner Leiter Großlabore

Nikolaos P. Sakkas, Akademischer Mitarbeiter

Frank Gillung, Akademischer Mitarbeiter

AEL-MALFE - Alkalische Elektrolyse - Membranelektrolyse mit anionenleitfähigem Festelektrolyt

Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2020

Fördermittelgeber: Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) und das Ministerium für Wirtschaft und Energie des Landes Brandenburg

Projektbeschreibung

Wasserstoff übernimmt als Energiespeicher eine immer größer werdende Rolle im Bereich der Energieversorgung. Die Elektrolysetechnologie dient hierbei als Möglichkeit Überschüsse elektrischen Stromes aus regenerativen Energiequellen effizient und in großtechnischem Maßstab zu speichern. Diese Option gewinnt auch im Energieland Brandenburg immer mehr an Bedeutung.

Dazu wurde am Wasserstoff- und Speicherforschungszentrum am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik am 1.1.2017 das Forschungsprojekt „AEL-MALFE“-Alkalische Elektrolyse - Membranelektrolyse mit anionenleitfähigem Festelektrolyt gestartet. Das Projekt mit einer Laufzeit von 3 Jahren und einem Gesamtvolumen von rund 740.000 € wird durch den Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) und das MWE des Landes Brandenburg im Rahmen der StaF-Richtlinie "Stärkung der technologischen und anwendungsnahen Forschung an Wissenschaftseinrichtungen" finanziell gefördert.

Das Ziel des Forschungsprojektes MALFE ist die Weiterentwicklung und der Aufbau eines technologisch innovativen Zellkonzeptes für die alkalische Wasserelektrolyse auf der Basis einer anionenleitfähigen Membran als Festelektrolyt. Bei diesem Konzept entfällt der Elektrolytkreislauf. Gleichzeitig wird bei dieser Technologie intrinsisch die Gasqualität der Produktgase verbessert, was wiederum den erforderlichen Aufwand für die Gasreinigung gegenüber der konventionellen Technologie minimiert. Das neuartige Zellkonzept soll an einem Prototyp im Labormaßstab getestet werden. Mit den Forschungsergebnissen werden die wissenschaftlichen und anwendungsnahen Grundlagen für die Entwicklung technisch verbesserter Elektrolyseure für die Herstellung von Wasserstoff gelegt.

Das Projekt ordnet sich thematisch in den Masterplan Energietechnik Berlin-Brandenburg, Handlungsfeld Energienetze, -speicher/E-Mobilität ein.

Kontakt

Dr. Alexander Lisk,  Leiter Großlabore

Dipl.-Ing. André Voigt, Akademischer Mitarbeiter

WindNODE - Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands

Laufzeit: 01.12.2016 – 30.11.2020

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeschreibung

Der Lehrstuhl Kraftwerkstechnik der BTU Cottbus-Senftenberg hat gemeinsam mit über 50 Partnern seine vierjährige Mitarbeit an der nordostdeutschen Modellregion für intelligente Energie begonnen. Das gesamte Verbundprojekt WindNODE hat einen Gesamtumfang von rund 70 Mio. € und wird vom BMWi gefördert.

WindNODE steht für die effiziente Integration von großen erneuerbaren Erzeugungs-kapazitäten, Stromnetzen und Nutzern auf Basis digitaler Vernetzung. Das Projekt soll für ein breites Publikum Schaufenster der Energiewende der Region werden.

Der Lehrstuhl Kraftwerkstechnik ist an den Arbeitspaketen BigBatt-Innovatives Energiedrehkreuz Lausitz (BigBatt) und Entwicklung eines Kommunalen Energiemanagementsystems (KEMS) in Cottbus beteiligt. Die Forschungsarbeiten beinhalten die wissenschaftliche Begleitung der Demonstratoren BigBatt und des KEMS in Cottbus mit den jeweiligen besuchbaren Orten. Grundsätzlich stehen im Projekt Maßnahmen im Mittelpunkt, die technisch innerhalb von vier Jahren umsetzbar und zumindest perspektivisch wirtschaftlich erfolgreich sind. Dazu sind besonders Flexibilitäten auf allen Stufen der Wertschöpfung  zielstrebig auszubauen.
Beim  Arbeitspaket  BigBatt liegt das besondere Augenmerk auf der intelligenten Integration der Großbatteriespeichertechnologie in den regionale Energieverbund und der Ableitung von konkreten Geschäftsmodellen.

Beim Arbeitspaket KEMS in Cottbus liegt das besondere Augenmerk auf der Analyse, Entwicklung und konzeptionellen Gestaltung von umsetzbaren, praxistauglichen Energieclustern für den Musterstandort.

Kontakt

Dr. Alexander Lisk,  Leiter Großlabore

Gerd Krautz, Akademischer Mitarbeiter

Partner

Die Partner im gesamten Verbundprojekt WindNODE sind:

KONRAD - Konzepte und Betriebsstrategien für lastflexible Feuerungs- und Dampfsysteme

Laufzeit: 01.09.2016 - 31.12.2021

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Projektes sollen die Auswirkungen der veränderten lastflexiblen Betriebsweise auf die Teilsysteme und Kraftwerkskomponenten für kohlegefeuerte Kraftwerks-Bestandsanlagen sowie das Gesamtkraftwerk vertieft und systematisiert untersucht werden. Die Untersuchungen im geplanten Vorhaben richten sich auf das Verbrennungssystem, die beheizten Kesselbauteile (Feuerraum, Heizflächen) sowie die unbeheizten Bauteile des Wasser-Dampf-Systems und sollen unter Einbeziehung kohlegefeuerter Bestands-Partnerkraftwerke erfolgen.

Partner

  • ­Vattenfall Europe Generation AG
  • ­RWE Power AG
  • Kraftanlagen München GmbH
  • ­ALSTOM Boiler Deutschland GmbH
  • Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH
  • TÜV Süd Industrie Service GmbH
  • ASCORi GmbH & Co. KG
  • CheMin GmbH
  • Allianz Risk Consulting GmbH
  • RECOM Services GmbH

Kontakt

Dr. Alexander Lisk,  Leiter Großlabore

Dr. Matthias Klatt, Akademischer Mitarbeiter

Christian Katzer, Akademischer Mitarbeiter

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