Von NEMO-Netzwerken profitieren Erfahrungsbericht aus dem NEMO- Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom

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1 Von NEMO-Netzwerken profitieren Erfahrungsbericht aus dem NEMO- Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom 30. Juni 2011 AiF Projekt GmbH Mario Spiewack Zentrum für Produkt, Verfahrens- und Prozessinnovation GmbH Experimentelle Fabrik Magdeburg

2 Agenda Potential - Von der Idee zum Netzwerk Netzwerk Akteure und Partner Initiativen Projekte und Entwicklungen Ausblick Prototypen und Markt Experimentelle Fabrik Magdeburg

3 Historie Magdeburg Früher waren zahlreiche Flussmühlen auf der Magdeburger Elbe in Betrieb. Fluss-/Schiffsmühlen haben in Magdeburg eine lange Tradition bis zu 23 Schiffsmühlen im 17. und 18. Jahrhundert im Magdeburger Elbbereich Abb.: Flussmühle vor dem Magdeburger Dom Abb.: Nachbau einer historischen Schiffmühle von 1874

4 Schiffsmühle Minden auf der Weser mit d=5,0 m, b=5,0 m und z=10 Schaufeln

5 Wasserkraft weltweit regenerative Stromquelle Nr.1

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7 Wie ist das Netzwerk entstanden? 1.) Workshop / Expertenrunde in Grundidee 2-seitiges Ideenpapier zum AiF zur Vorklärung des Themas 2.) Workshop Anfang 2008 Ideenkonkretisierung Technische Lösungsansätze, breitere Firmenbasis Antragstellung zum 10. Förderwettbewerb Anfang ) Urkunde zum 15. Innovationstag Mittelstand 2008 Zuwendungsbescheid kurz darauf 4.) Pressekonferenz Kick-off mit damaligen Wirtschaftsminister Dr. Reiner Haseloff

8 Vorerfahrungen der Netzwerkpartner Stationäre Wasserradsysteme (oberschlächtig / unterschlächtig) Beispiel: Rübeland/Neuwerk Durchmesser: 4,1 m Leistung: 10 KW Beispiel: Prototyp einer Flussmühle bei Salzwedel realisiert im Rahmen eines Schulbildungsprojektes (coaching) Leistung: 0,5 KW Quelle: KRAUSE Ingenieurbüro für Bauplanung

9 Kompetenzen im Netzwerk Netzwerk- und Projektmanagement Wasserbauplanung Stahlwasser- und Turbinenbau Wasserradtechnologie und Wasserradbau Bootsbau und Schwimmsysteme Generatorenbau, Steuerung und Regelung Lagertechnologie und Gleitlagerfertigung Simulation und Virtualisierung Grundlagenforschung Pumpen und Turbinen Wartung und Service Kraftwerksbetrieb Wasserkraftanlagenbau Energiehandel Automatisierung Genehmigungsprozesse Innovationsmanagement und Frühvermarktung

10 07/ /2011 Das Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom zielt auf die Entwicklung und Umsetzung eines adaptiven Produkt- und Modulbaukastens zur weltweiten Erschließung von Potentialen für eine nachhaltige ökonomische und umweltfreundliche Energiegewinnung aus Flüssen mittels Hochtechnologie für Flussmühlenkraftwerke. Forschungsrahmen

11 Produkt- und Modulbaukasten für Flusswasserkraftwerke Baukasten für Standorte weltweit z.b. Südafrika z.b. Nigeria z.b. Pakistan Seite 11

12 Ideale Voraussetzungen für ein Netzwerk Gute Idee(n) mit technologischem Potential / Produktpotential Marktpotential für das angestrebte Produkt/Produktspektrum Interessierte Partner/Firmen, die hinter den Ideen stehen, (die Produktvision haben) und diese auch umsetzen wollen Ein Projektträger der die Idee/Vision versteht und befördert. Fleißiges Netzwerkmanagement welches die Arbeiten koordiniert und die Dinge vorantreibt.

13 Agenda Potential - Von der Idee zum Netzwerk Netzwerk Akteure und Partner Initiativen Projekte und Entwicklungen Ausblick Prototypen und Markt Experimentelle Fabrik Magdeburg

14 Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom 3 Forschungs- Partner (aus Sachsen-Anhalt) 14 Industriepartner (davon 8 aus Sachsen-Anhalt)

15 Forschungspartner und Kompetenzen VIRTUALISIERUNG SIMULATION Zentrum für f Produkt-,, Verfahrens- und Prozessinnovation GmbH Netzwerkmanagement GENERATOR / Steuerung und Regelung TURBINE Seite 15

16 Erweitertes Netzwerk Fluss-Strom IAF Seite 16

17 Überblick Netzwerkaktivitäten FH profunt Kleinwasserturbine (FH Merseburg, FPT) Pontonboot, Ramme, SIBAU, RKWH Kleinwasserturbinen für Fließgewässer Grundlagenforschung und Anwendung SACHSEN-ANHALT Ministerium für Wirtschaft und Arbeit FuE neuartiges Radsystem & Gleitlagerung ZIM KU Fluss-Strom-TEC (Drews; Hesseland, GMO) FuE Leichtbau-Rotoren + Fertigungsverfahren ZIM KF FOLUREN (Pontonboot, Krämer, FEMCOS, SLV) Pilot-Anlage River Rider (Bänecke, Krause) FuE neuartiges Flusswasserkraftwerk Realisierungsprinzip Rad Leitprojekt I VECTOR Forschungsversuchsträger mit Turbine (SIBAU, IFF, RKWH) FuE neuartiges Flusswasserkraftwerk Realisierungsprinzip Turbine Pilot-Anlage ElbStrom I (NEW / EHG) ZIM KU ENERTAINER (Bänecke, KRAUSE, EAG, SIBAU) FuE neuartige Generatoren für Rad & Turbine Neuartiges Containerkraftwerk Leitprojekt II PRO VECTOR Direkt gekoppelte Generatoren (RAMME; UNI MD) SACHSEN-ANHALT Ministerium für Wirtschaft und Arbeit Seite 17

18 Forschungs- / Entwicklungslinien im Netzwerk Fluss-Strom Flusswasserkraftwerk Energiegewinnung aus Flüssen ohne Staustufen Komponentenentwicklung Neuartige Lösungen für Wasserkraftwerke für vorhandene Querbauwerke VECTOR Forschungsversuchsträger Grundlagenforschung und experimentelle Entwicklung PRO-VECTOR - Direkt gekoppelte Generatoren Grundlagenforschung und experimentelle Entwicklung Mobile Kleinwasserturbinen für die Flussenergienutzung Grundlagenforschung und experimentelle Entwicklung Schachtkraftwerk Wasserkraft werk mit horizontaler Einlaufebene und vollständiger Unterwasseranordnung Gemeinschaftsforschungsprojekt im Land Sachsen Anhalt; 03/ /2011 Verbundforschungsprojekt im Land Sachsen-Anhalt; 10/ /2011 Forschungsprojekt FH profunt Förderrunde 2010; 10/ /2013 ZIM KF 10/ /2011 SIBAU, Fraunhofer IFF, RKWH RAMME, Universität Magdeburg IESY FPT/FH Merseburg, RAMME, SIBAU, Pontonboot, RKWH TU München, Fella, Schodo Pilot-Anlage ElbStrom I Flusswasserkraftanlage mit Realisierungsprinzip Rad (basierend auf verfügbaren Technologien) FLUSS-STROM-TEC Wasserradtechnologie, Ringsegmentgenerator und Gleitlagertechnik für mobile Flusswasserkraftanlagen FOLUREN Entwicklung von Leichtbaurotoren aus innovativen Materialien/ Materialverbunden ENERTAINER Standardisierte Kleinwasserkraftanlagen in Containerbauweise ZIM - KU; 05/ /2011 ZIM KF 09/ /2011 In Kooperation Netzwerk ARGE FALS ZIM-KU 01/ /2011 EHG Energie Handel GmbH; new Erneuerbare Energien GmbH Hesseland, Drews, GMO Pontonboot, FEMCOS, SLV; Dr. KRÄMER Engineering SIBAU, Bänecke, Krause, EAG D-I-E Elektro AG Seite 18

19 Angestrebte INNOVATIONEN Ortsveränderliche, mobile Flusswasserkraftwerke (Energieerzeugung aus Flüssen ohne Staustufen) PG. VECTOR Strömungsmechanische Energiewandlung durch innovative Turbinen- und Wasserradsysteme Energiewandlung durch direkt gekoppelte, langsam laufende Generatoren mit energieoptimaler Ansteuerung und Regelung Umweltfreundliche und wartungsfreie Gleitlagerung Naturintegratives Design und Erscheinungsbild H. Drews Seite 19

20 Agenda Potential - Von der Idee zum Netzwerk Netzwerk Akteure und Partner Initiativen Projekte & Entwicklungen Ausblick Prototypen und Markt Experimentelle Fabrik Magdeburg Seite 20

21 Wofür steht das Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom? Neuartige Turn key Wasserkraftanlagen für Wasserläufe mit und ohne Staustufen VECTOR ENERGY FLOATER RIVER RIDER Elb-Strom I ENERTAINER P* = 8-20 KW P* = 5-35 KW P* = 1-15 KW P* = KW P* = KW Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraft- mit Leichtbau-Radsystem mit 3D-Radsystem anlage mit Radsystem Mobile Flusswasserkraftanlage mit Turbinensystem [P* - Angestrebte Leistung je Einheit] Standardisierte containergehauste WKA für kleine Fallhöhen Unsere Mobilen Flusswasserkraftanlagen sind: Transportabel und Rückbaubar Grundlastfähig und Nachhaltig Wirtschaftlich und Ökologisch Seite 21

22 Wofür steht das Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom? Neuartige Turn key Wasserkraftanlagen für Wasserläufe mit und ohne Staustufen VECTOR ENERGY FLOATER RIVER RIDER Elb-Strom I ENERTAINER P* = 8-20 KW P* = 5-35 KW P* = 1-15 KW P* = KW P* = KW Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraft- mit Leichtbau-Radsystem mit 3D-Radsystem anlage mit Radsystem Mobile Flusswasserkraftanlage mit Turbinensystem [P* - Angestrebte Leistung je Einheit] Standardisierte containergehauste WKA für kleine Fallhöhen Unsere Mobilen Flusswasserkraftanlagen sind: Transportabel und Rückbaubar Grundlastfähig und Nachhaltig Wirtschaftlich und Ökologisch Seite 22

23 Wasserkraftnutzung durch Flussmühlen am Beispiel der Talsperre Wendefurth Die Talsperre Wendefurth bei Wendefurthim Harz ist eine der Rappbode-Talsperre nachgeschaltete Talsperre, die bis heute dem Hochwasserschutz und der Anstauung der Bode zum Unterbecken für ein Pumpspeicherwerk dient. Im Rahmen des Netzwerkes FLUSS-STROM ist eine weitergehende Nutzung der Wasserkraft durch ein Flusswasserkraftwerk (mit Radsystem) vorgesehen. Dazu wurde ein Test mit neuartigem Radsystem durchgeführt. Seite 23

24 Grafische Darstellung und Maße des Flusswasserkraftwerkes Visualisierung der Flussmühle Eckdaten: Schaufelbreite: 4,05 m Eintauchtiefe: ca. 0,48 m Durchmesser Rad 1,92 m Angeströmte Fläche: 1,94 m2 Leistungsbereich: ca. 1-2 KW bei Fließgeschwindigkeit 1,7 m/s Drehzahl 12 U/min Neuartige hoch effiziente Beschaufelung des schwimmenden Wasserrades (Patent in Anmeldung) Seite 24

25 Projektentwicklung 2010 Erfolgreicher Abschluss der Testversuche zur Errichtung einer Flussmühle am Talsperrenauslaufkanal in Wendefurthim September 2010 (Abbildung links) Seite 25

26 Patenteinreichung Wasserrad Patenteinreichung im Oktober 2010 (unterschlächtiges Wasserrad mit 3-D Schaufelradformzur optimalen Leistungsausbeute) Seite 26

27 Involvierte Netzwerkpartner in der Wertschöpfung Hauptauftragnehmer Entwurf, Planung, Berechnung, Überwachung 3D-Beschaufelung Schwimmsystem (Pontons) Montage, Inbetriebnahme Wartung und Service Seite 27

28 Schiffmühle (Referenz Wendefurth) MDR- Fernsehen am Seite 28

29 Wofür steht das Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom? Neuartige Turn key Wasserkraftanlagen für Wasserläufe mit und ohne Staustufen VECTOR ENERGY FLOATER RIVER RIDER Elb-Strom I ENERTAINER P* = 8-20 KW P* = 5-35 KW P* = 1-15 KW P* = KW P* = KW Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraft- mit Leichtbau-Radsystem mit 3D-Radsystem anlage mit Radsystem Mobile Flusswasserkraftanlage mit Turbinensystem [P* - Angestrebte Leistung je Einheit] Standardisierte containergehauste WKA für kleine Fallhöhen Unsere Mobilen Flusswasserkraftanlagen sind: Transportabel und Rückbaubar Grundlastfähig und Nachhaltig Wirtschaftlich und Ökologisch * Leistungserwartung je Einheit Seite 29

30 Neuartiges Wasserradsystem für schwimmende Flusswasserkraftwerke Schwimmende Flusswasserkraftanlage mit: Klappschaufel-Wasserrad in GFK-Leichtbauweise und standardisierter Tragwerksstruktur Klappschaufel-Wasserrad mit getriebeloser Energiewandlung Umweltfreundliche, wartungsfreie Tevlon-Polyamid- Gleitlagerung an der Achse des Radkörpers Segmentiertes und Patentiertes Klappschaufel- Wasserradsystem mit hoher Eintauchtiefe zur Leistungsmaximierung des Gesamtsystems und adaptiver modularer Bauweise für unterschiedliche Standorte weltweit Seite 30

31 Funktionsprinzip Klappschaufelwasserrad Seite 31

32 Tragwerk und Ringgenerator Seite 32

33 Modelltest-Wasserrad Seite 33

34 Statische Untersuchung nach Finite Elemente Methode Seite 34

35 Entwicklungskonzept Gleitlagerung Fluss-Strom-TEC Umweltfreundliche, wartungsfreie Gleitlagerungen am Radsystem Tevlon-Polyamid-Gleitlagerung an der Achse des Radkörpers (beidseitig) Lagerbuchsen der Schaufeln aus Gleitlagern auf Basis strahlenmodifizierter Kunststoffe Seite 35 Quelle: GMO

36 Integrierte Gesamtlösung Energy Floater Seite 36

37 Basisdaten Konfigurator (Typen S, M L 0,7 bis 35 KW) Seite 37

38 Reihenschaltung von Klappschaufelwasserrädern Seite 38

39 Wofür steht das Netzwerk Technologiekompetenz Fluss-Strom? Neuartige Turn key Wasserkraftanlagen für Wasserläufe mit und ohne Staustufen VECTOR ENERGY FLOATER RIVER RIDER Elb-Strom I ENERTAINER P* = 8-20 KW P* = 5-35 KW P* = 1-15 KW P* = KW P* = KW Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraftanlage Mobile Flusswasserkraft- mit Leichtbau-Radsystem mit 3D-Radsystem anlage mit Radsystem Mobile Flusswasserkraftanlage mit Turbinensystem [P* - Angestrebte Leistung je Einheit] Standardisierte containergehauste WKA für kleine Fallhöhen Unsere Mobilen Flusswasserkraftanlagen sind: Transportabel und Rückbaubar Grundlastfähig und Nachhaltig Wirtschaftlich und Ökologisch * Leistungserwartung je Einheit Seite 39

40 Versuchsanlagen Realtests auf der Elbe Forschungsversuchsträger im "Oberwasser" des ehem. Herrenkrugfelsen (Elbe im Raum Magdeburg; Ende 2010) Pilot-Anlage NEW/EHG Elb-Strom I oberhalb des Petriförder Elbe im Raum Magdeburg 2011 optimierte Version? Seite 40

41 Pilot-Anlage Elb-Strom I Schwimmendes Flusswasserkraftwerk Realisierungsprinzip Wasserrad Durchmesser Rad: 4 m, Breite: 2 m Abmaße Elb-Strom I: Länge: 16 m, Breite: 7 m; Gewicht: ca. 38 t 1) Wässerung: 21. April ) Positionierung am Standort: 3. Juni 3) Erster Testbetrieb: 06-08/ ) Entwässerung Ende August ) Umbau/Optimierung: IV 2010 / II 2011 Seite 41

42 VECTOR-Forschungsversuchsträger Einzigartige Technologieplattform für Fluss-Strom-Forschungen Seite 42

43 Technologieplattform Draufsicht VECTOR Breite des Arbeitsbereiches 5 m Elektro- und Steuerhaus Motorisierung mittels Antriebsmotor (175 PS) Seite 43

44 Forschungs- und Entwicklung Fluss-Strom Akquirierte FuE-Mittel Fluss-Strom Projekt-/ Entwicklungskosten für FuE-Aktivitäten: ca TEUR Fördervolumen (anteilige Kofinanzierung für FuE-Projekte): ca TEUR in Kooperation mit dem Netzwerk ARGE FALS V E C T O R P R o V E C T O R Fluss-Strom TEC F O L U R E N E N E R T A I N E R Mobile Wasserturbine SACHSEN-ANHALT SACHSEN-ANHALT Seite 44

45 Agenda Potential - Von der Idee zum Netzwerk Netzwerk Akteure und Partner Initiativen Projekte und Entwicklungen Ausblick Prototypen und Markt Experimentelle Fabrik Magdeburg Seite 45

46 Messen 2011 Fluss-Strom-Modell auf dem BMWi-Stand im ZIM-Bereich: - sehr hoch frequentiert - mehr als 50 qualifizierte Kontakte Fluss-Strom-Stand auf dem Gemeinschafts- Stand der Universität Magdeburg Forschung für die Zukunft Seite 46

47 Nutzen für Unternehmen Produktsicht Innovative Systemprodukte WKA Innovative Systemkomponenten Technologieplattform Generatoren, Gleitlager, Turbinen, Beschaufelungen, Seite 47

48 Komponenten der Netzwerkpartner Turbinen- und Wasserradsysteme Direkt gekoppelte, langsam laufende Generatoren mit energieoptimaler Ansteuerung und Regelung Umweltfreundliche und wartungsfreie Gleitlagerung... Stationäres Segmentkranzwasserrad mit integriertem Generator (made in Sachsen-Anhalt) Innovationspreisverleihung 2009 durch das Bundesministerium für Wirtschaft Seite 48

49 Die angestrebten Innovationen zielen nicht vorrangig darauf ab, eine möglichst hohe Energie pro Strömungsquerschnitt zu erzeugen, sondern einen minimalen Erzeugungspreis pro KW/h als Funktion der Investitions- und Betriebskosten. Hightech muss nicht zwangsläufig ein Maximum an Effizienz bedeuten, sondern das Preis-/ Leistungsverhältnis für den Markt muss stimmen. Forschungsversuchsträger auf der Elbe; Magdeburg = Schaufenster für die FuE von Flusswasserkraftanlagen ohne Staustrecken Seite 49

50 Energieausbeute Klappschaufel-Wasserrad - Beispiel 1: Breite = 5 m Tauchtiefe = 1 m; Anströmfläche = 5 m²; Dauerleistung bei Strömungsgeschwindigkeit 1,8 m/s (1,17 kw/m²): 5 m² * 1,17 kw/m² = 5,85 kw Generatorleistung * h/a = kwh/jahr; Jahresertrag bei aktuellem EEG-Vergütungssatz: kwh * 0,1267 EURO/kWh = ~ 5.485,- /Jahr Invest (geplant bei Serienfertigung aller Komponenten): ~ 6.500,- /kw (Generatorleistung); 5,85 kw (Generatorleistung) * 6.500,- /kw = ~ ,- EURO (Gesamtinvest) Rohamortisation nach ca. 6,9 Jahren Seite 50

51 Magdeburg = Schaufenster für Fluss-Strom-Technologieentwicklungen IPE Designarbeit zum Thema: Design von Flusswasserkraftwerken Team von 7 Studenten (Designer, Maschinenbauer, Computervisualistik) Leitung: Hr. Gatzky (Uni Magdeburg) Integrierte Produktentwicklung [IPE] nach dem Magdeburger Modell einer IPE Seite 51

52 Vermarktung und Technologietransfer Hohes Kundeninteresse und Marktbedarf im Rahmen der Frühvermarktung und des Technologietransfers durch das Netzwerkmanagement auf Messen International geprägter Markt für die angestrebten Fluss-Strom-Produkte und -Komponenten Vielschichtige Markt- und Kundenanforderungen in Abhängigkeit vom Standort und der Anwendung Seite 52

53 Fortführung des Netzwerkmanagements aus Sicht der Netzwerkpartner Dreiviertel der Netzwerkpartner (12 von 16) können sich eine Fortführung des Netzwerkes und Netzwerkmanagements vorstellen. Seite 53

54 Form der Fortführung des Netzwerkes Technologiekompetenz Fluss-Strom (Mehrfachnennungen möglich) Die überwiegende Mehrheit der Netzwerkpartner plädiert dafür, dass das Netzwerk als Forschungscluster mit zentralem Management fortgeführt wird. Seite 54

55 Vermarktung der Fluss-Strom Produkte / Marktleistungen (Mehrfachnennungen möglich) Eigenständig Vermarktung Über erweitertes Netzwerkmanagement Über zentrales Internetportal durch zentrale Dach- / Vertriebsorganisation *Keine Angaben *Eigener Vorschlag *mehrere Partner zusammen Neben der eigenständigen Vermarktung der Fluss-Strom-Ergebnisse wird aus Sicht der Netzwerkpartner eine sinnvolle Ergänzung gesehen. Seite 55

56 Relaunch Internet Seite 56

57 Messeaktivitäten 2012 geplant Hannovermesse, April 2012 IFAT München, Mai 2012 Seite 57

58 Mittelfristige Zielstellung Erarbeitung von Markterschließungsstrategien, zukünftigen FuE- Schwerpunkten, Plattformstrategien sowie der zukünftigen Form der Netzwerkorganisation zur Verstetigung des auslaufenden NEMO- Netzwerkes Technologiekompetenz Fluss-Strom zum anerkannten Kompetenz- und Testzentrum FLUSS-STROM zur Realisierung der Technologieführerschaft für neuartige Produkte zur regenerativen Energiegewinnung aus Flusswasserkraft ohne Aufstau und andere transportfähige Formen von Kleinwasserkraftanlagen. InnovationsForum FLUSS-STROM Seite 58

59 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ZPVP Zentrum für Produkt-, Verfahrensund Prozessinnovation GmbH Experimentelle Fabrik Magdeburg Ansprechpartner: Mario Spiewack Sandtorstr. 23, Magdeburg Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) mario.spiewack@exfa.de Internet: Seite 59