BHKW des Jahres 2020
Die Zeitschrift „Energie und Management (E&M)” hat das Erdgas-BHKW am Fraunhofer IISB zum „BHKW des Jahres” gekürt, nachdem es zuvor schon im Juni 2020 zum “BHKW des Monats“ ernannt wurde.
Aus den „BHKW des Monats“, die E&M während eines Jahres vorstellt, wählt der Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V. (B.KWK) eine Anlage als Jahressieger aus.
In 2020 standen KWK-Konzepte von mit Erd- und Biogas betriebenen Motorblockheizkraftwerken zwischen 4,7 kW und 2 MW elektrischer Leistung zur Wahl.
Die Jury überzeugte das mit wissenschaftlichen Methoden entwickelte Konzept für die Integration der KWK-Anlage mit einem Wärme- und Batteriespeicher in die Institutsinfrastruktur des Fraunhofer IISB.
In Verbindung mit einer neu entwickelten intelligenten Betriebsstrategie für die Strom- und Wärmeversorgung und zur Lastspitzenreduktion wurde ein Anlagenkonzept umgesetzt, das Vorbildwirkung für die Energiewende entfaltet.
Ein wesentlicher Forschungsbereich am Fraunhofer IISB ist die Optimierung der energetischen Infrastruktur von Betrieben im Industriemaßstab. Da das Institut neben Büroräumen auch klimatisierte Reinräume und Labore mit großen Energieverbrauchern betreibt, ist es hervorragend als Demonstrationsplattform für Energiesystemlösungen für mittelständische Unternehmen und Industriebetriebe geeignet. Die Optimierungsmaßnahmen sind hierbei nicht nur auf die einzelnen vorhandenen Energiesektoren – Wärme, Strom und Kälte – bezogen, sondern haben über eine Kopplung der verschiedenen Sektoren auch das Gesamtenergiesystem im Blick.
Die Anlage auf einen Blick
Betreiber: Fraunhofer IISB, Erlangen
Anlage: Erdgas-BHKW von Tuxhorn (150kWel und 210 kWth), kombiniert mit einem Batteriesystem 60 kWh und einem Wärmespeicher mit 24 m³.
Besonderheit: Die Anlage ist optimiert auf Lastspitzenreduktion um bis zu 20 %.
Sie dient zur Versorgung und Forschung und spart zugleich Kosten.
Daten von Mitte Juli 2019 bis Dezember 2020:
- Laufzeit: Laufzeit (heißt BHKW nicht aus): 7552 h in einem Zeitraum von insgesamt 12097 h
–> entspricht 62 % - Energiebilanz: 1,12 GWh elektrische Energie, 1,69 GWh Wärmeenergie
- Benötigte Erdgasenergie: 3,26 GWh
- Durchschnittlicher Gesamtwirkungsgrad im Betrieb: 86,2 %
- Laufzeit pro Taktung: 17 h
In der E&M-Ausgabe 23/24 vom 15. Dezember 2020 berichtet die “Zeitung für den Energiemarkt” über das intelligente Lastmanagement mit BHKW, Batterie und Wärmespeicher am IISB.
Lesen Sie mehr im Artikel “Fraunhofer-Anlage ist BHKW des Jahres 2020” von “Energie & Management”.
Beispielhafte Kooperation zwischen Handwerk und Wissenschaft
Intelligenter Energieknoten (IEK)
Es ist eine gelungene Kooperation von Handwerk und Wissenschaft: Zusammen mit der Universität Bayreuth und Fraunhofer in Erlangen hat Bernd Zeilmann, Obermeister der Elektro-Innung Bayreuth, ein intelligentes Energiesystem entwickelt, dass im Rahmen der Energiewende vor allem im gewerblichen und kommunalen Bereich eine effiziente und nachhaltige Energienutzung ermöglicht. Dafür wurde seine Firma, die Richter R&W Steuerungstechnik GmbH, zusammen mit ihren Projektpartnern, dem Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik an der Universität Bayreuth und dem Fraunhofer Institut für integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB aus Erlangen, für den renommierten Seifriz-Preis nominiert.
„Diese Nominierung ist für uns eine ganz besondere Ehre und Anerkennung, macht sie doch sichtbar, dass technische Innovationen im Handwerk umgesetzt werden können“, zeigt sich Bernd Zeilmann stolz. Dies sei nur durch die erfolgreiche Kooperation zwischen seinem Handwerksbetrieb und der Wissenschaft möglich geworden.
In der Zusammenarbeit der drei Projektpartner wurde ein intelligenter Energieknoten (IEK) entwickelt, der verschiedene Module zur Umwandlung, Einspeisung, Speicherung und Abgabe von selbsterzeugter Energie, inklusive Notstromfunktionalität zusammenbringt. Diese Module seien perfekt aufeinander abgestimmt, spielten deshalb problemlos zusammen und sparten durch Eigenstromnutzung und Entlastung der Netze somit in erster Linie Kosten, erklärt der Obermeister. Dies gelinge auch durch ein prädiktives (vorausschauendes) Regelungskonzept, welches die Energiepreise berücksichtigt und aus den Parametern, wie Wettervorhersage und Sonnenscheindauer, die Produktionsleistung der PV-Anlage errechnet. Komplett automatisiert würden die günstigsten Bedingungen für Eigenverbrauch, Einspeisung und Speicherung gesucht, ohne dass der Kunde dabei manuell eingreifen muss. Bernd Zeilmann: „So wird beispielsweise der Speicher dann gefüllt, wenn es preislich günstig ist oder überschüssige Energie zur Verfügung steht. Zugriff auf den Stromspeicher nimmt man dann, wenn die Rahmenbedingungen wie Wetter oder Preis ungünstig für den Verbraucher sind oder die Netzversorgung ausfällt.“
„Ein System wie dieses gibt es in der Art und Weise momentan noch nicht am Markt. Es wird aber von vielen vehement gefordert, da im Rahmen der Energiewende neue Rahmenbedingungen der Energiewirtschaft entstehen. Dabei setzt man neben reduziertem Netzentgelt durch Spitzenlastkappung unter anderem auch auf flexible Strompreise, die sich stündlich ändern können“, stellt Bernd Zeilmann klar. „Zudem war es bisher so, dass die Energieversorgung in Gebäuden immer individuell geplant und für die jeweiligen Bedürfnisse des Kunden entwickelt wurde. Das ist ziemlich teuer“. Die jetzt geschaffenen Module könnten in großem Stil produziert und dann standardmäßig, je nach Bedarf, installiert und kombiniert werden. „Auch das spart natürlich Geld“, ist Bernd Zeilmann überzeugt.
Mit seiner Firma, der Richter R&W Steuerungstechnik GmbH, hat sich Bernd Zeilmann nach der Patentierung des neuartigen Steuer- und Regelsystems den Markennamen sichern lassen und das neuartige modulare Energiesystem entwickelt. Dabei wurde er von der Betriebs- und Innovationsberatung der Handwerkskammer von Oberfranken unterstützt. An der Universität Bayreuth wurden Prognosemethoden erarbeitet, sowie das System im Labor getestet und optimiert. Fraunhofer IISB hat die nicht am Markt verfügbare Leistungselektronik für das integrierte DC-Netz beigesteuert.
„In dieser Kooperation konnten alle Partner viel voneinander lernen – die Wissenschaft vom Handwerk und das Handwerk von der Wissenschaft“, beschreibt Bernd Zeilmann seine Erfahrungen in diesem Projekt. Für ihn ein Weg, der in Oberfranken aufgrund der passenden Rahmenbedingungen ruhig häufiger begangen werden könnte. „Es gibt genügend innovative Handwerksbetriebe, aber auch ausgezeichnete Forschungseinrichtungen, die voneinander profitieren können“. Um international konkurrenzfähig zu bleiben, sei ein beschleunigter Innovationstransfer aus der Forschung in die Praxis unabdingbar. Dies sichere Wertschöpfung und Wohlstand in der Region.
Der Seifriz-Preis wird vom Verein Technologietransfer Handwerk e.V. bereits seit 30 Jahren im zweijährigen Rhythmus vergeben. Als bundesweiter Transferpreis des deutschen Handwerks prämiert und würdigt dieser Preis herausragende Kooperationen zwischen Handwerk und Wissenschaft. Mehr Infos unter www.seifriz-preis.de.
FAU-Studierende siegen bei internationalem Wettbewerb New Flying Competition 2020
Erfolgreiche Senkrechtstarter
Ein Fluggerät, das senkrecht starten und landen kann, effizient im Energieverbrauch ist und zusätzlich auch noch autonom fliegt – das „TechFak EcoCar“-Team der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hat mit seinem Flugmodell „Night Fury“ die New Flying Competition 2020 in Hamburg gewonnen. In dem internationalen Studierendenwettbewerb geht es um die Konstruktion von Modellfluggeräten, die wichtige Aspekte des Fliegens von morgen adressieren.
Die diesjährige Aufgabe des Wettbewerbs bestand in der Entwicklung eines Flugmodells, das nach dem VTOL-Prinzip (Vertical Take-off and Landing) senkrecht starten und landen kann – ein Aspekt, der gerade beim zunehmenden Luftverkehr in dicht besiedelten urbanen Gebieten immer mehr an Bedeutung gewinnt. Eine wichtige Vorgabe: Die Konstruktion soll im Horizontalflug die gleiche Effizienz aufweisen wie ein herkömmliches Flugzeug, das zum Starten und Landen eine ausgedehnte Rollbahn benötigt. Dies ist den Studierenden des EcoCar-Teams mit ihrem VTOL-Fluggerät „Night Fury“ gelungen.
Vielseitig und sparsam
„Mit einem Energieverbrauch von nur 128 Wattstunden auf 22 Kilometer, inklusive vertikalem Start und vertikaler Landung sowie diversen Flugmanövern, weist der ‚Night Fury‘ einen sehr geringen Energieverbrauch auf“, erklärt Mechatronik-Student Adrian Sauer, Leiter des EcoCar-Teams. Möglich macht dies ein besonders effizienter Designansatz, bei dem das FAU-Team das Fluggerät um eine klassische Quadrokopter-Konfiguration herum mit vier Hubrotoren und einem zusätzlichen Schubrotor entwarf. In Verbindung mit selbstentwickelten Kohlefaser-Leichtbaustrukturen und einem besonders effizienten elektrischen Antriebssystem ermöglichte dieses Design ein Startgewicht von gerade einmal zehn Kilogramm, und zwar inklusive der vorgegebenen Nutzlast von 2 Kilogramm. „Obwohl für den Wettbewerb nicht explizit gefordert, ist der ‚Night Fury‘ zudem in der Lage, vollständig autonom zu fliegen“, fügt Adrian Sauer hinzu.
Im Wettbewerb erwies sich ‚Nightfury‘ als sehr zuverlässig. Mit ihrem Flugmodell belegten die FAU-Studierenden den ersten Platz, vor Team HORYZN von der Technischen Universität München und Team BEOAVIA von der Universität Belgrad. Das internationale Teilnehmerfeld bestand insgesamt aus sechs Gruppen aus Deutschland, China, Mexiko und Serbien.
Team TechFak EcoCar
Das TechFak EcoCar-Team wurde 2008 an der Technischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) gegründet. Hier arbeiten Studentinnen und Studenten in ihrer Freizeit oder im Rahmen ihrer Abschlussarbeiten an anspruchsvollen Projekten für die Mobilität der Zukunft. So wurden bereits ein Elektroauto und ein Elektromotorrad entwickelt und gebaut, Themenschwerpunkt der Gruppe ist aktuell aber das elektrische Fliegen. Bei ihrer Arbeit werden die Studierenden mit Infrastruktur und Leistungselektronik-Expertise des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, ein enger Kooperationspartner der FAU, unterstützt.
Die New Flying Competition wird seit 2016 im zweijährigen Turnus ausgerichtet und ist eine Initiative des Neues Fliegen e.V., ein Verein der aus der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg entstanden ist.
Weitere Informationen gibt es auf der Homepage von TechFak EcoCar:
https://www.ecocar-stud.de
Hochtemperaturschutzschichten für die Raumfahrt
Forscher des Fraunhofer IISB in Erlangen belegen bei den diesjährigen INNOspace Masters den 3. Platz in der DLR-Challenge
Dr.-Ing. Christian Reimann und M.Sc. Kevin Schuck vom Fraunhofer IISB in Erlangen belegten den 3. Platz bei der diesjährigen DLR-Challenge des INNOspace-Masters-Wettbewerbs. Prämiert wurde ihre Idee, einfache und kostengünstige Hochtemperaturschutzschichten auf Kohlenstoffkomposit-Werkstoffen für Luft- und Raumfahrtanwendungen herzustellen.
Dr.-Ing. Christian Reimann und Kevin Schuck vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen wurden für ihre Idee zur Herstellung innovativer Hochtemperaturschutzschichten ausgezeichnet. Herzstück ist dabei die am IISB entwickelte Sprühbeschichtungstechnologie. Diese Technologie ermöglicht es, Bauteile für Luft- und Raumfahrtanwendungen mit ultrahochtemperaturbeständigen Schutzschichten zu versehen.
Die INNOspace Masters zeichnen jährlich innovative Ideen und Konzepte für den Transfer von Technologien, Diensten und Anwendungen von der Raumfahrt in andere Branchen – und umgekehrt – aus. Durch die Prämierung bei der DLR-Challenge erhalten die Erlanger Forscher jetzt Zugang zu weltweiten Wissenschaftsnetzwerken. Ebenso ist mit dem 3. Platz eine Förderung für die Durchführung ihres zweijährigen Forschungsprojektes HOSSA verbunden. Ziel ist es, die innovative Idee gemeinsam mit Partnern aus der Raumfahrtindustrie in die praktische Anwendung zu bringen.
Generell verwendet man in der Luft- und Raumfahrt Kohlenstofffaser-Kompositbauteile in Triebwerken, Antrieben und Thermalschutzstrukturen. Bei Betriebstemperaturen von mehr als 1700 °C kommt es allerdings zur aktiven Oxidation und zur Zerstörung der Werkstoffe durch Partikelablation sowie Abplatzungen. Der bisherige Einsatz dieser Werkstoffe ist daher limitiert auf Anwendungen mit niedrigeren Temperaturen, was notwendigerweise auch geringere Verbrennungstemperaturen bedingt. Damit gehen jedoch niedrigere Wirkungsgrade für Triebwerke und Antriebe einher. Mit der am Fraunhofer IISB entwickelten Technologie ist es nun möglich, die betroffenen Kohlenstoffbauteile auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise mit hochtemperaturbeständigen Oxidationsschutzschichten zu versehen. Dadurch können die Triebwerke und Antriebe bei höheren Temperaturen und damit bei höheren Wirkungsgrad betrieben werden.
Die Beschichtungstechnologie bringt aber noch weitere Potentiale mit sich: Raumflugkörper werden beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre hohen Thermospannungen und Vibrationsleistungen ausgesetzt. Mit dieser speziellen Beschichtungstechnologie lassen sich die Expositionszeiten von Raumflugkörpern verlängern. Dadurch kann das Risiko einer Zerstörung des Raumflugkörpers beim Wiedereintritt minimiert werden und die Wahrscheinlichkeit steigt, dass der Raumflugkörper sicher auf die Erde zurückgelangt.
Ein Innovationskünstler in seinem Element
Sicher, sauber und fast unbegrenzt verfügbar – Wasserstofftechnologie wird einen wichtigen Beitrag für die Energieversorgung der Zukunft leisten. Innovationskünstler Johannes Geiling vom Fraunhofer IISB in Erlangen wirkt mit seiner Forschung zu wasserstoffbasierten Energiesystemen maßgeblich an der Energiewende in der Metropolregion Nürnberg mit.
„Sogar vom Homeoffice aus habe ich die Messdatenaufzeichnung unseres ‚Wasserstoff-Containers‘ regelmäßig gecheckt“, erzählt er. Die technologieübergreifende Demonstrationsplattform dient der Erzeugung, Speicherung und Rückverstromung von Wasserstoff. „Wasserstofftechnologie ist ein wichtiger Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung und Energienutzung“, ist Johannes Geiling überzeugt. Der Wasserstoff-Container ist ein Gemeinschaftsprojekt des Fraunhofer IISB mit der Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und dem Fraunhofer IIS. 2015 haben sich die Institutionen mit der Gründung des Leistungszentrums Elektroniksysteme (LZE) zusammengetan. Mit dem Container haben die FAU und die Fraunhofer-Institute eine komplette Prozesskette generiert, die elektrische Energie in chemisch gebundenen Wasserstoff überführt und daraus wieder Strom gewinnt.
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Frauhofer IIS und IISB gewinnen Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2020
Auf ihrer Jahrestagung am 9. Oktober 2020 im Fraunhofer-Forum Berlin zeichnete die Fraunhofer-Gesellschaft herausragende Projekte ihrer Forscherinnen und Forscher aus.
Seit 1978 verleiht die Fraunhofer-Gesellschaft jährlich Preise für herausragende wissenschaftliche Leistungen ihrer Mitarbeiter, die anwendungsnahe Probleme lösen. In diesem Jahr wurden vier Preise mit jeweils 50 000 Euro vergeben. Nach Erlangen gingen zwei davon.
Nürnberg: Polizei, Zoll, Feuerwehr, kritische Infrastrukturen: Sie sind zunehmend angewiesen auf Satellitennavigation. Doch diese ist leicht zu stören und zu manipulieren. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS aus Nürnberg schafft Sicherheit – mit einer robusten, vertrauenswürdigen und täuschungssicheren Lösung. Dafür erhält es einen von vier, jeweils mit 50 000 Euro dotierten Joseph-von-Fraunhofer-Preisen.
Power für die Mobilitätswende! Das Fraunhofer IISB freut sich über den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2020 für unsere Kollegen Dr. Bernd Eckardt und Dr. Stefan Matlok. Die Auszeichnung erhalten sie für die Entwicklung einer ganz neuen Generation von extrem leistungsfähigen Gleichspannungswandlern – zentrale Komponenten für die Brennstoffzellenfahrzeuge der Zukunft.
