Zotter Gerald
Dipl.-Ing.
Forum Technik und Gesellschaft Förderpreisträger 2010
Kategorie Master-/Diplomarbeiten
1. Preis
Titel
Feasibilitystudie eines alternativen Elektroenergiespeichers für fluktuierende regenerative Energie
Kurzfassung
Diese techn. Machbarkeitsstudie untersuchte einen indirekten thermodynamischen Elektroenergiespeicher, der ein kryogenes Fluid als Zwischenspeichermedium nützt. Überschüssige, nichtbenötigte elektr. Energie wird zur Gewinnung des kryogenen Fluids genutzt, anstatt diese emissionsfreie „gratis“ Energie nicht zu nutzen oder das elektr. Netz zu destabilisieren. Die tiefkalte Flüssigkeit wird in kryogenen Tanks zwischengespeichert. Im Bedarfsfall erfolgt die Wandlung in elektr. Energie in einem speziell entwickelten thermodyn. Wärmekraftprozess, indem das kroygene Fluid als Arbeitsmedium dient und ausschließlich gratis Umgebungswärme zugeführt werden muss, um aus der „Kälte“ wieder elektr. Energie zu erhalten. Über eine Expansionsmaschine wird die dabei erzeugte Nutzarbeit über einen Generator in elektrische Energie gewandelt und zur Bedarfsabdeckung in das Netz gespeist. Dieser neuartige Tieftemperaturwärmekraftprozess wurde in IPSE-Pro modelliert und mittels Exergieanalye weiter optimiert. Auch die Verdichtung im Prozess erfolgt ausschließlich durch Umgebungswärme im CRYO-P®–Kompressors, wobei ein eigenes thermodynamisches Modell für dessen Zustandsänderungen zur Implementierung in die Simulation entwickelt wurde. Eine ökonomische Analyse zeigte, dass der Wirkungsgrad für einen rentablen Einsatz weiter gesteigert werden müsste. Durch seine hohe volumetrische. Energiedichte ist sein Einsatz im Gegensatz zu Pumpspeicherkraftwerken jedoch unabhängig von geologischen Voraussetzungen.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Ein massiver Ausbau von regenerativen Energieträgern, besonders von Windkraft und Sonnenenergie, wird lt. Experten erfolgen müssen, um eine weltweite nachhaltige Energieversorgung unter der Berücksichtigung des Schutzes der Umwelt für die Zukunft garantieren zu können. Da aber gerade Wind ein zeitlich und räumlich stark fluktuierendes Angebotsprofil hat, ist der Einsatz von angepassten Speichertechnologien nötig, um diesen regen. Energieträger sinnvoll in das elektr. Versorgungsnetz integrieren zu können. Heute gibt es eine Vielzahl an Speichertechnologien. Die wenigsten haben aus wirtschaftl. und techn. Gründen die Speicherkapazität, die nötig ist, um Windenergie im großen Maße ins elektr. Netz sinnvoll zu integrieren. Großen Mengen an Energie für längere temporäre Entkopplungen zwischen Angebot und Nachfrage werden hauptsächlich von Pumpspeicherkraftwerken übernommen. Die Möglichkeiten zum Bau dieser sind jedoch durch geologische Voraussetzungen limitiert. Deshalb wurde in dieser Arbeit am Institut für Thermische Turbomaschinen ein neuartiges Speichersystem auf seine techn. Machbarkeit untersucht, dessen großer Vorteil darin liegt, aufgrund seiner höheren volumetr. Energiedichte nicht an geol. Voraussetzungen gebunden zu sein. Es handelt sich hierbei um einen indirekten thermodynamischen Speicher für elektrische Energie, der im kryogenen Temperaturbereiche arbeitet. Diese Arbeit klärt einerseits die techn. Realisierbarkeit des Speichersystems (Komponentenauslegung: spezielle Expansionsmaschine für kryogene Fluide), gibt einen Vergleich dieses völlig neuartigen Speicherkonzeptes mit den heute bekannten Energiespeichersystemen hinsichtlich technischen Anforderungskriterien (Effizienz, Energiedichte, Kapazität usw.) und zeigt die ökonomischen Rahmenbedingungen für diesen innovativen Speicher mittels energiewirtschaftlichen Methoden auf. Ebenso wurde im Zuge dieser Arbeit das eigentliche Speicherlayout optimiert, sodass die Speichereffizienz verdoppelt wurde. Diese Arbeit zeigt, dass die technische Machbarkeit dieses Tieftemperatur-Wärmekraftprozesses gegeben ist. Weiters sind aufgrund der noch notwendigen Effizienzsteigerungsmaßnahmen noch weitere F&EArbeit erforderlich, um diesen innovativen Speicher in Zukunft rentabel einsetzen zu können. Diese Arbeit gab mir die Möglichkeit eine techn. Innovation mit zu entwickeln, um nicht nur ein am Markt profitables Produkt zu bringen, sondern auch maßgeblich für eine nachhaltige Energieversorgung mitwirken zu können. Erneuerbare Energieträger müssen sich einfach, unkompliziert und kostengünstig in das Netz einbinden lassen um weiter Akzeptanz der Stromversorger und der öffentlichkeit zu erlangen. Internationale und nationale Politik sowie das öffentliche Interesse, die Wirtschaft und vor allem auch der Energiemarkt haben Einfluss auf diese wichtige Entwicklung. Aber es sind vor allem innovative, nachhaltige Verbesserungen und Erneuerungen in der Energietechnik gefragt.
Kategorie Master-/Diplomarbeiten
1. Preis
Titel
Feasibilitystudie eines alternativen Elektroenergiespeichers für fluktuierende regenerative Energie
Kurzfassung
Diese techn. Machbarkeitsstudie untersuchte einen indirekten thermodynamischen Elektroenergiespeicher, der ein kryogenes Fluid als Zwischenspeichermedium nützt. Überschüssige, nichtbenötigte elektr. Energie wird zur Gewinnung des kryogenen Fluids genutzt, anstatt diese emissionsfreie „gratis“ Energie nicht zu nutzen oder das elektr. Netz zu destabilisieren. Die tiefkalte Flüssigkeit wird in kryogenen Tanks zwischengespeichert. Im Bedarfsfall erfolgt die Wandlung in elektr. Energie in einem speziell entwickelten thermodyn. Wärmekraftprozess, indem das kroygene Fluid als Arbeitsmedium dient und ausschließlich gratis Umgebungswärme zugeführt werden muss, um aus der „Kälte“ wieder elektr. Energie zu erhalten. Über eine Expansionsmaschine wird die dabei erzeugte Nutzarbeit über einen Generator in elektrische Energie gewandelt und zur Bedarfsabdeckung in das Netz gespeist. Dieser neuartige Tieftemperaturwärmekraftprozess wurde in IPSE-Pro modelliert und mittels Exergieanalye weiter optimiert. Auch die Verdichtung im Prozess erfolgt ausschließlich durch Umgebungswärme im CRYO-P®–Kompressors, wobei ein eigenes thermodynamisches Modell für dessen Zustandsänderungen zur Implementierung in die Simulation entwickelt wurde. Eine ökonomische Analyse zeigte, dass der Wirkungsgrad für einen rentablen Einsatz weiter gesteigert werden müsste. Durch seine hohe volumetrische. Energiedichte ist sein Einsatz im Gegensatz zu Pumpspeicherkraftwerken jedoch unabhängig von geologischen Voraussetzungen.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Ein massiver Ausbau von regenerativen Energieträgern, besonders von Windkraft und Sonnenenergie, wird lt. Experten erfolgen müssen, um eine weltweite nachhaltige Energieversorgung unter der Berücksichtigung des Schutzes der Umwelt für die Zukunft garantieren zu können. Da aber gerade Wind ein zeitlich und räumlich stark fluktuierendes Angebotsprofil hat, ist der Einsatz von angepassten Speichertechnologien nötig, um diesen regen. Energieträger sinnvoll in das elektr. Versorgungsnetz integrieren zu können. Heute gibt es eine Vielzahl an Speichertechnologien. Die wenigsten haben aus wirtschaftl. und techn. Gründen die Speicherkapazität, die nötig ist, um Windenergie im großen Maße ins elektr. Netz sinnvoll zu integrieren. Großen Mengen an Energie für längere temporäre Entkopplungen zwischen Angebot und Nachfrage werden hauptsächlich von Pumpspeicherkraftwerken übernommen. Die Möglichkeiten zum Bau dieser sind jedoch durch geologische Voraussetzungen limitiert. Deshalb wurde in dieser Arbeit am Institut für Thermische Turbomaschinen ein neuartiges Speichersystem auf seine techn. Machbarkeit untersucht, dessen großer Vorteil darin liegt, aufgrund seiner höheren volumetr. Energiedichte nicht an geol. Voraussetzungen gebunden zu sein. Es handelt sich hierbei um einen indirekten thermodynamischen Speicher für elektrische Energie, der im kryogenen Temperaturbereiche arbeitet. Diese Arbeit klärt einerseits die techn. Realisierbarkeit des Speichersystems (Komponentenauslegung: spezielle Expansionsmaschine für kryogene Fluide), gibt einen Vergleich dieses völlig neuartigen Speicherkonzeptes mit den heute bekannten Energiespeichersystemen hinsichtlich technischen Anforderungskriterien (Effizienz, Energiedichte, Kapazität usw.) und zeigt die ökonomischen Rahmenbedingungen für diesen innovativen Speicher mittels energiewirtschaftlichen Methoden auf. Ebenso wurde im Zuge dieser Arbeit das eigentliche Speicherlayout optimiert, sodass die Speichereffizienz verdoppelt wurde. Diese Arbeit zeigt, dass die technische Machbarkeit dieses Tieftemperatur-Wärmekraftprozesses gegeben ist. Weiters sind aufgrund der noch notwendigen Effizienzsteigerungsmaßnahmen noch weitere F&EArbeit erforderlich, um diesen innovativen Speicher in Zukunft rentabel einsetzen zu können. Diese Arbeit gab mir die Möglichkeit eine techn. Innovation mit zu entwickeln, um nicht nur ein am Markt profitables Produkt zu bringen, sondern auch maßgeblich für eine nachhaltige Energieversorgung mitwirken zu können. Erneuerbare Energieträger müssen sich einfach, unkompliziert und kostengünstig in das Netz einbinden lassen um weiter Akzeptanz der Stromversorger und der öffentlichkeit zu erlangen. Internationale und nationale Politik sowie das öffentliche Interesse, die Wirtschaft und vor allem auch der Energiemarkt haben Einfluss auf diese wichtige Entwicklung. Aber es sind vor allem innovative, nachhaltige Verbesserungen und Erneuerungen in der Energietechnik gefragt.