Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Bezugnehmend auf die aktuelle Diskussion um die Laufzeit von Atomkraftwerken und deren Begrenzung erhöht sich die Forderung nach einer effektiven Nutzbarkeit von regenerativen Energien. Weiterhin wird mit Blick auf die endlichen fossilen Ressourcen und den Klimawandel eine klimaschonende und effiziente Nutzung der Energieträger immer bedeutender. In diesem Sinne rücken der Einsatz erneuerbarer Energien und alternative Konzepte der Energieumwandlung in den Mittelpunkt der Betrachtungen.

Unter dem Begriff der Energieumwandlung oder auch -erzeugung versteht man im Allgemeinen die Umwandlung von Primärenergie in Nutzenergie (z.B. Wärme oder Bewegung) oder Vorformen der Endenergie (z.B. Strom oder Benzin). Daher beschäftigt sich das Verbundprojekt „Lastspitzen-Kompensation“ mit der effektiven Kopplung von verschiedenen erneuerbaren Energien mit einem speziellen Energiespeichersystem, welches die Lastenspitzen zwischen erzeugten und benötigten Energiemengen kompensiert.
 

Die Ziele

• Verbesserung des Nutzungsgrades erneuerbarer Energieanlagen
• Schaffung von Möglichkeiten zur autarken Energieversorgung
• Vermeidung von Lücken in der Bereitstellung von Elektroenergie

Teilziele

• Einbettung von Funktionen in bewegte textile Zug- und Tragmittel
• Kombination von Generator- und Antriebsfunktion innerhalb einer Seilwinde
• Eliminierung des Zeitversatzes im Energiemanagementsystem
• Rekultivierung von stillgelegten Schachtanlagen, Industrieschornsteinen etc.

Die thematischen Schwerpunkte

Die thematischen Hauptschwerpunkte teilen sich auf die folgenden Ansätze auf:
 

• Entwicklung eines speziellen leistungsfähigen Windensystems mit integrierter Mess- und Regelungstechnik/Funktion Antrieb und Generator (AMW):
  Die Kombination eines Generators mit einer Seilwinde ermöglicht die Nutzung eines Niveauunterschieds zum Aufziehen eines entsprechenden Gewichtes. Hierbei soll die potenzielle Energie des aufgezogenen Gewichtes zum Kompensieren überschüssiger Energie verwendet werden. Beispielsweise könnte bei starkem Wind der Rotor mithilfe der Winde gebremst werden, um die maximal zulässige Rotordrehzahl beizubehalten, indem die Winde ein Gewicht aufzieht und zusätzlich Energie in den elektrochemischen Speicher abgeführt wird. Bei Windschwankungen oder schwächerem Wind wirkt das Herablassen des Gewichtes und das Entladen der Akkus als Generator und macht so die aufgenommene Energie nutzbar.
• Kopplung des mechanischen mit dem elektrischen Speicher mittels eines textilbasierten hochfesten Zugelements, welches mit Sensorik und Signalleitung ausgestattet ist (TUC):
  Ziel des Forschungsvorhabens ist es, nicht nur ein mechanisch hoch anspruchsvolles textiles Element zu entwickeln, sondern es in seiner Funktion so zu erweitern, dass es zusätzlich auch medienführend ist. Insbesondere die Leitung der elektrischen Energie soll über das textile Zugmittel gewährleistet sein.
  Zusätzlich ist es angedacht, auch Steuerleitungen im Zugelement zu integrieren. Die Umsetzung dieser Eigenschaften ist besonders anspruchsvoll, weil die eben genannten Elemente auch den sehr hohen mechanischen Belastungen standhalten müssen. In einer weiteren Option ist die Untersuchung der elastischen Eigenschaft angedacht. Dabei wird untersucht, wie sich die elastische Verformung des Zugmittels auf die Erhöhung der Speicherkapazität des Gesamtsystems auswirken kann.
  Die Umsetzung der Zugelemente erfolgt sowohl über die Flecht- als auch über die Webtechnologie. Hierbei ist angedacht, dass besonders widerstandsfähige Zugelemente geflochten werden. Diese Zugelemente, die sehr reißfest sind, sich aber zusätzlich auch sehr gut aufwickeln lassen, werden in einem nächsten Schritt, gemeinsam mit den medienführenden Elementen in einen textilen Verbund eingewebt. Auf diese Weise wird ein sehr funktionales Windenband zur Verfügung gestellt.
• Vernetzung und Regelung zugeführten und abgenommen Energie in einem intelligenten Stromsteuerungs- und Kompensationssystem (Beckmann):
  Es bedarf einer intelligenten Regelung und Steuerung der gesamten Anlage. Das benötigte intelligente System muss auf viele Anforderungen reagieren können. Beispielsweise werden Energiemengen sowohl für den Eigenverbrauch, für den Systemspeicher, aber auch für das Stromnetz benötigt. Gleichwohl werden die zur Verfügung gestellten Energiemengen logisch verteilt. Der Kompensator muss so eingesetzt werden, dass auch geringste Energiemengen in brauchbare Energie umgewandelt werden.
  Weiterhin ist darauf zu achten, dass die elektrochemischen Speicher besonders lebensdauerschonend beansprucht werden. Dies bedeutet, dass diese Elemente entweder beladen werden, oder entladen werden. Der dazu benötigte Vorgang fordert jeweils einen konstanten Lade- bzw. Entlade-Strom. Das hier vorgestellte System gewährleistet diesen Prozess auf die Art, dass eine gewisse Anzahl von Speichern vorhanden sein muss, die jeweils eine kleinere Kapazität aufweisen.
  Die Prozessregelung und -steuerung muss also folgende Vorgänge überwachen und beeinflussen:
   
  • Ermittlung der zur Verfügung gestellten Energiemenge und -art
  • Aufteilung der Energiemenge in konstanten Anteil, variablen Anteil und Verbrauch
  • Steuerung der Be- und Entladung der elektrochemischen Speicher
  • Rückführung der Energie in den Kompensator
  • Betrieb des Kondensators
  • Reaktion bei Verbrauchsspitzen und deren Abdeckung
  • Bezug und Einspeisung von Energie vom und in das Stromnetz
• Konstruktion und Bau einer Modellanlage zur Verifizierung des Wirkungsgrades des Gesamt-Lastspitzen-Kompensationssystems (KD):
  Alle theoretischen Erkenntnisse sowie konkrete Messergebnisse aus Vorversuchen und Modellbetrachtungen fließen in die Konstruktion einer Pilotanlage ein. Die Erprobung dieser Pilotanlage unter Realbedingungen lässt eine spätere Integration einer Lastspitzenkompensationsanlage in bestehende Systeme wie etwa Windkraftanlagen, private Haushalte oder Gebäude der gewerblichen Wirtschaft zu.

Partner

Die Bearbeitung des Verbundprojekts ist nur mittels einer engen Kooperation zwischen den vier Projektpartnern mit ihren jeweiligen Kompetenzen möglich. Beteiligt sind die folgenden KMU:

• Automatisierungstechnik und Maschinenbau Wendisch GmbH & Co. KG (AMW)
• KD Stahl- und Maschinenbau GmbH (KD)
• Elektro-Service u. Anlagen V. Beckmann GmbH (Beckmann)

sowie die Forschungseinrichtung

• Technische Universität Chemnitz (TUC)

Kontakt

Dipl.-Ing. Ingo Berbig
Technische Universität Chemnitz
Professur Fördertechnik
Stiftungsprofessur Technische Textilien – Textile Maschinenelemente
Reichenhainer Straße 70
09126 Chemnitz
Tel.: 0371 531-36460
Fax: 0371 531-836460
E-Mail: ingo.berbig[at]mb.tu-chemnitz.de


Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier.

Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt "InnoZug” finden Sie hier. Weitere Informationen zur ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Stiftungsprofessur „Textile Maschinenelemente” finden Sie hier.