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1 Bekanntmachung des Förderwettbewerbs Fortschritt, der beim Menschen ankommt - Abwärmenutzung mit Thermoelektrischen Generatoren in der industriellen Praxis des Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen 0. Zusammenfassung NRW ist die führende Energie- und Industrieregion in Europa. Hier wird fast ein Drittel des deutschen Stroms produziert und noch mehr Industriestrom verbraucht. Daher werden hier auch rund ein Drittel der Treibhausgase in Deutschland emittiert. Vor dem Hintergrund der Klimaschutzziele wird eine schnellstmögliche und weitreichende Versorgung mit Erneuerbaren Energien angestrebt. Bis zur Mitte des Jahrhunderts soll ein Anteil von 80 Prozent und mehr erreicht werden. Der Transformationsprozess ist neben der gesamtgesellschaftlichen auch eine technologische und infrastrukturelle Herausforderung. Gleichzeitig stellt sie aber auch eine hervorragende wirtschaftliche und industrielle Zukunftschance insbesondere für Nordrhein-Westfalen dar. Vor diesem Hintergrund ist die effizientere Nutzung von Abwärme speziell bei energieintensiven Prozessen von besonderem Interesse. Dies wird bereits durch unterschiedliche technische Ansätze (Kraft-Wärme- Kopplung, Organic Rankine Cycle (ORC), Kalina-Prozess u.a.) adressiert. Diese Konzepte zielen speziell auf große Energieerzeuger und - verbraucher ab, bei denen noch immer ein großer Teil der eingesetzten Wärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Die Nutzung vorhandener Wärmequellen ohne aufwändige Infrastruktur wurde bisher wenig thematisiert. Thermoelektrische Generatoren (TEG) sind in der Lage, über einen Festkörpereffekt Wärme ohne mechanische Bewegung direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Mit diesem Prinzip verbindet sich eine sehr kompakte Bauweise, Langlebigkeit und hohe Zuverlässigkeit ohne Wartungsbedarf, was insbesondere im dezentralen Einsatz oder an schwer zugänglichen Stellen in Großanlagen einen erheblichen Vorzug gegenüber etablierten Technologien wie z. B. ORC oder Stirling bietet. TEG sind zudem weitaus unempfindlicher gegenüber diskontinuierlichen Primärwärmeströmen als herkömmliche Verfahren. Im Raumfahrteinsatz haben TEG ihren jahrzehntelangen störungsfreien Betrieb bereits unter Beweis gestellt. Allerdings hat sich die Technologie aufgrund des bislang relativ geringen Wirkungsgrades V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 1 von 11

2 kommerzieller thermoelektrischer Module nur in einigen Nischenanwendungen stabil etabliert. Ziel des Förderwettbewerbs ist es daher, 4 Pilotanwendungen unter Einsatz von TEG-Systemen (Prototypen) in Industrieanlagen zu implementieren und damit die Machbarkeit erfolgreich zu demonstrieren. Dabei sollen die 4 Pilotanwendungen möglichst unterschiedliche Branchen abdecken. Kriterien sind insbesondere der Innovationsgrad, die Relevanz für den Industriestandort NRW / Anwendungsbreite und die Umsetzbarkeit. Durch den pilothaften Einsatz von TEG's sollen die Möglichkeiten zur Abwärmenutzung demonstriert werden, um damit auch zu zeigen, dass der Einsatz ohne große Störungen des Produktionsprozesses möglich ist. 1. Ausgangslage und Zielsetzung des Förderwettbewerbs Die Energiewende stellt Wirtschaft und Gesellschaft in Deutschland vor große Herausforderungen. Dies gilt besonders für Nordrhein-Westfalen als starkem Industriestandort und Energieland Nr. 1 in Deutschland: Das Rückgrat der Wirtschaft bilden energieintensive Industrien, die nicht von heute auf morgen ihre Produktion umstellen können. NRW ist so dicht besiedelt wie kein anderes Flächenland in der Bundesrepublik und hat als Knotenpunkt im Herzen Europas ein besonders dichtes Verkehrsaufkommen. Dabei wird mehr als 30 Prozent des deutschen Stroms in NRW erzeugt und verbraucht und über ein Drittel des in Deutschland entstehenden CO 2 emittiert. Mit dem im Februar 2013 vom Landtag beschlossenen Klimaschutzgesetz hat die Landesregierung diese Herausforderung angenommen und sich das hochgesteckte Ziel gesetzt, NRW zur führenden Klimaschutzund Energieregion zu entwickeln. Wissenschaft und Wirtschaft kommen hierbei eine Schlüsselrolle zu: sie müssen Technologien entwickeln, die diesen Transformationsprozess ermöglichen und die gleichzeitig kostengünstig, versorgungssicher und gesellschaftlich akzeptiert sind. Vor diesem Hintergrund ist die effizientere Nutzung von Abwärme speziell bei energieintensiven Prozessen von besonderem Interesse. Dies wird bereits durch unterschiedliche technische Ansätze (Kraft-Wärme- Kopplung, Organic Rankine Cycle, Kalina-Prozess u.a.) adressiert. Diese Konzepte zielen speziell auf große Energieerzeuger und - verbraucher ab, bei denen noch immer ein großer Teil der eingesetzten Wärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 2 von 11

3 Berücksichtigt man, dass ca. 2/3 der eingesetzten Primärenergie aus den unterschiedlichen Sektoren (Automotive, Industrie, Haushalte, ) im ersten Umsetzungsprozess ungenutzt bleiben, wird das immense Potential für die Abwärmenutzung deutlich. Allein für das verarbeitende Gewerbe in NRW wurden zwischen 2000 und 2010 zwischen 726 und 885 Petajoule1 (2,5 105 GWh) pro Jahr an Endenergieverbrauch angegeben. In NRW fallen durch die Großindustrie (Glashütten, Stahlerzeugung, Aluminium- und Kunststoffverarbeitung, Keramik- und Papierherstellung u.a.), aber auch beim mittleren und Kleingewerbe sehr große Mengen an Abwärme an, die bisher mit dem Kühl- oder Abwasser bzw. durch die Abluft in die Atmosphäre abgegeben werden. Vielfältige Ansätze zur Nutzung dieser Abwärme gibt es bereits. Gerade in NRW bietet sich aufgrund des nach wie vor hohen Industrialisierungsgrades großes Potential für eine Vernetzung von Wärmeerzeugung und -nutzung. Die Nutzung vorhandener Wärmequellen ohne aufwändige Infrastruktur wurde bisher wenig thematisiert. Die Nutzbarkeit von Abwärme hängt immer auch davon ab, ob eine Erfassung der Wärme über den speziell ausgewählten Verwertungsprozess überhaupt technisch realisierbar ist, so dass sich angepasst an die verschiedenen spezifischen Randbedingungen von Fall zu Fall durchaus verschiedene Technologien der Sekundärenergienutzung als optimal erweisen können. So tritt bei vielen Energieprozessen die Abwärme in zu geringer Dichte oder bei zu geringer Temperatur aus, um sie einem Sekundärprozess zuzuführen. In Prozessen, in denen die Wärme in einem Medium mit geschlossenem Kreislauf geführt wird, birgt die Übertragung der Wärme nur wenige Schwierigkeiten. Auch die Extraktion aus dem Abwasser ist mittlerweile Stand der Technik. Thermoelektrische Generatoren (TEG) sind in der Lage, über einen Festkörpereffekt Wärme ohne mechanische Bewegung direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Sie stellen damit eine Alternative zu elektrischen Maschinen nach dem Dynamoprinzip dar, auch insofern, als durch TEG Gleichstrom erzeugt wird. Ein TEG besteht aus Wärmetauschern an der Heiß- und Kaltseite, einem meist plattenförmigen thermoelektrischen Modul und ggf. einer DC/DC-Wandler-Elektronik zur Einspeisung der elektrischen Energie in eine Batterie oder ein externes Netz. Die über das Modul abfallende Temperaturdifferenz führt dazu, dass mit dem Wärmestrom ein elektrischer Strom durch das thermoelektrische Bauteil getrieben wird. Mit diesem Prinzip verbindet sich eine sehr kompakte Bauweise, Langlebigkeit, hohe Zuverlässigkeit ohne Wartungsbedarf, was insbesondere im dezentralen Einsatz oder an V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 3 von 11

4 schwer zugänglichen Stellen in Großanlagen einen erheblichen Vorzug gegenüber etablierten Technologien wie z. B. ORC oder Stirling bietet. TEG sind weitaus unempfindlicher gegenüber diskontinuierlichen Primärwärmeströmen als herkömmliche Verfahren. Im Raumfahrteinsatz haben TEG ihren jahrzehntelangen störungsfreien Betrieb bereits unter Beweis gestellt. Allerdings hat sich die Technologie aufgrund des bislang relativ geringen Wirkungsgrades kommerzieller thermoelektrischer Module nur in einigen Nischenanwendungen stabil etabliert. Thermoelektrisch erzeugte elektrische Leistung ist aufgrund der noch zu hohen Investitionskosten für TEG (vor allem aufgrund des Fehlens etablierter Herstellungstechnologien) bislang gegenüber der konventionellen Stromversorgung wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig. Insbesondere sind wegen des niedrigen Wirkungsgrades thermoelektrische APUs (auxiliary power units TEG-Hilfsstromquellen mit eigenständiger Brennstoffversorgung) in Standardsituationen nicht wirtschaftlich. Veränderte Bewertungsmaßstäbe liegen für die netzferne bzw. netzautarke Stromversorgung vor, in mobilen Systemen oder wenn Steuer-, Mess- bzw. Überwachungssysteme mit geringer Leistungsaufnahme dauerhaft mit extrem hoher Versorgungssicherheit betrieben werden sollen. Günstige ökonomische Randbedingungen bestehen auch bei Nutzung vorhandener Abwärmequellen, da hier kein technischer Aufwand für eine separate Wärmequelle erforderlich ist und die Primärwärme kostenfrei zur Verfügung steht. Insbesondere in stationären Energieanlagen mit kontinuierlichem Betrieb über sehr lange Zeiträume können TEG aufgrund des jahrzehntelangen wartungsfreien Betriebs thermoelektrischer Module rentabel eingesetzt werden. 2. Gegenstand des Förderwettbewerbs Ziel des Programmvorschlages ist es, 4 Pilotanwendungen unter Einsatz von TEG-Systemen (Prototypen) in Industrieanlagen zu implementieren und damit die Machbarkeit erfolgreich zu demonstrieren. Dabei sollen die 4 Pilotanwendungen möglichst unterschiedliche Branchen abdecken. Durch den pilothaften Einsatz von TEG's sollen die Möglichkeiten zur Abwärmenutzung demonstriert werden, um damit auch zu zeigen, dass der Einsatz ohne große Störungen des Produktionsprozesses möglich ist. Auf Basis einer Wettbewerbsausschreibung sollen 4 Vorhaben durch eine Jury zur Förderung vorgeschlagen werden. Kriterien sind insbesondere: Innovationsgrad V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 4 von 11

5 Grad der Kooperation Wissenschaft - Wirtschaft Relevanz für den Industriestandort NRW / Anwendungsbreite Umsetzbarkeit Beitrag zur Energierückgewinnung Eigenanteil 3. Teilnahme 3.1 Antragsberechtigt sind: Unternehmen Hochschulen sonstige Forschungseinrichtungen im Sinne des Unionsrahmens für staatliche Beihilfen zur Förderung von Forschung, Entwicklung und Innovation (2014/C 198/01) 3.2 Teilnahmevoraussetzungen Das jeweilige Vorhaben muss thematisch, zeitlich und finanziell abgrenzbar sein und darf mit Ausnahme von Vorplanungen sowie Marktanalysen noch nicht begonnen worden sein. Das Projekt muss in Nordrhein-Westfalen durchgeführt werden. In der jeweiligen Projektbeschreibung ist das Konzept zur praktischen Umsetzung des Vorschlages unter Berücksichtigung der unter 4.2 genannten Kriterien zu beschreiben. Darüber hinaus sind Angaben zu den Projekt-Gesamtausgaben und der Finanzierung sowie die einzelnen Arbeitsschritte darzustellen. Die Benutzung der unter abrufbaren Antragsunterlagen ist zwingend vorgeschrieben. Der finanzielle Zuschuss aus Landesmitteln im Rahmen dieses Wettbewerbes beträgt für Unternehmen mit 1 bis 9 Beschäftigten und einem Umsatz bis 2 Mio. oder einer Jahresbilanzsumme bis 2 Mio. höchstens 80% 10 bis 49 Beschäftigten und einem Umsatz bis 10 Mio. oder einer Jahresbilanzsumme bis 10 Mio. höchstens 70% V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 5 von 11

6 50 bis 249 Beschäftigten und einem Umsatz bis 50 Mio. oder einer Jahresbilanzsumme bis 43 Mio. höchstens 50% mehr als 249 Beschäftigten höchstens 40 % der förderfähigen Gesamtausgaben des einzelnen Projektes. Diese Höchstsätze gelten lediglich für die Fälle, bei denen die zutreffenden Unionsrahmen für staatliche Beihilfen bzw. Richtlinien des Landes NRW diese oder sogar höhere Sätze zulassen. Sollten Unionsrahmen oder NRW-Richtlinien aufgrund der speziellen Art des Vorhabens nur niedrigere Fördersätze erlauben, so sind diese als Höchstgrenzen anzusetzen. Ein Rechtsanspruch auf Förderung besteht erst mit der Bestandskraft des Bewilligungsbescheides. Der Zuwendungsgeber entscheidet auf Basis der NRW-Förderrichtlinien im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel. Die Förderung erfolgt auf Ausgabenbasis. Antragstellende erklären sich im Fall der Förderung mit der Aufnahme in das öffentliche Verzeichnis der Begünstigten gemäß Art. 6 und 7 der VO EG Nr. 1828/2006 einverstanden. Sollten die einschlägigen EUbeihilferechtlichen oder landesrechtlichen Regelungen aufgrund der speziellen Art des Vorhabens Fördersätze nur bis zu einer bestimmten Höhe erlauben, so sind diese Werte als Höchstgrenzen anzusetzen. Die betragsmäßige Obergrenze der Förderung liegt bei einer Zuwendungshöhe von ,00 pro Projekt. Die Gesamtfinanzierung jedes Projektes muss nachweislich gesichert sein. Insgesamt stehen max ,- im Rahmen des vorliegenden Projektaufrufs zur Verfügung. Die Projekte müssen spätestens am abgeschlossen werden. Ein Start der geförderten Projekte am wird angestrebt. Die Wettbewerbsteilnehmerinnen und -teilnehmer erklären sich im Falle einer Förderempfehlung des Gutachtergremiums einverstanden, dass ihre Namen und der Titel des Vorhabens von der Landesregierung veröffentlicht werden. V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 6 von 11

7 3.3 Antragsverfahren Wettbewerbsbeiträge müssen in schriftlicher Form bis spätestens , 10:00 Uhr im Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen vorliegen. Projektvorschläge sind zu richten an das: Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen Wettbewerb "Fortschritt, der beim Menschen ankommt - Abwärmenutzung mit Thermoelektrischen Generatoren in der industriellen Praxis" Völklinger Straße Düsseldorf Informationen und Antragsunterlagen zum Wettbewerb finden sich im Internet unter Ansprechpartner zu Zielen und Rahmenbedingungen des Wettbewerbs sowie formale Fragen im Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen sind: inhaltlich: Herr Dr. Ulrich Steger, ulrich.steger@miwf.nrw.de, 0211 / , administrativ: Frau Andrea Grutz, Andrea.Grutz@miwf.nrw.de, 0211 / , Herr Hendrik Schöler, Hendrik.Schoeler@miwf.nrw.de, 0211 / Projektauswahl und Kriterien (einschließlich Gewichtung der Auswahlkriterien, Scoring- Verfahren) 4.1 Auswahlverfahren: Die eingegangenen Projektanträge werden auf der Basis der Auswahlkriterien (vgl. Ziff. 4.2) in förderrechtlicher, wirtschaftlicher und techno- V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 7 von 11

8 logischer Hinsicht sowie hinsichtlich ihrer gesellschaftlichen Relevanz im Sinne von "Fortschritt.NRW" geprüft und bewertet. Die Auswahl erfolgt mit Hilfe eines Scoring-Verfahrens, bei dem jedes Vorhaben anhand einer Kriterienliste bewertet wird. Die Gesamtpunktzahl jedes Vorhabens bestimmt sich anhand der gewichteten Bewertungskriterien und der jeweils vergebenen Punkte und erlaubt das Ranking der eingereichten Projektvorschläge. Auf dieser Grundlage schlägt ein Gutachtergremium eine Auswahl förderungswürdiger Projekte vor. Die Zusammensetzung des Gutachtergremiums kann - wenn erforderlich - geändert werden. Änderungen werden umgehend unter bekannt gegeben. Das Gutachtergremium empfiehlt grundsätzlich nur Vorhaben zur Förderung, bei denen alle erforderlichen Unterlagen, anhand derer ein abschließendes Votum möglich sein muss, eingereicht wurden. Alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Wettbewerbs werden im Nachgang der Gutachtersitzung durch das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen über das Ergebnis des Auswahlprozesses informiert. 4.2 Auswahlkriterien: Die Auswahlkriterien des Förderwettbewerbs orientieren sich an den Zielen der Strategie "Fortschritt.NRW". Bei einer Teilnahme am Wettbewerb ist zu folgenden Kriterien Stellung zu nehmen. Die Erfüllung dieser Kriterien sollte anhand quantitativer beziehungsweise qualitativer Angaben unterlegt werden Beitrag zur NRW-Forschungsstrategie "Fortschritt.NRW", insbesondere zu den großen gesellschaftlichen Herausforderungen Gewichtung 30 % Gemäß der NRW-Innovationsstrategie sollen neue Ansätze für Lösungen zu den großen gesellschaftlichen Herausforderungen aufgezeigt werden, beispielsweise dem Klimaschutz und der Steigerung von Ressourcen- und Energieeffizienz, eine sichere, saubere und effiziente Energieversorgung, Intelligente, umweltfreundliche und integrierte Mobilität, Gesundheit und Wohlergehen im demografischen Wandel, sowie V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 8 von 11

9 Es ist zu erläutern, welchen Beitrag das Vorhaben zu einem oder mehreren der gesellschaftlichen Herausforderungen leistet Innovationsgehalt und Industrierelevanz des vorgeschlagenen Vorhabens Gewichtung 30 % Es wird von einem umfassenden Innovationsverständnis ausgegangen, das mit ganzheitlichem und systemischem Ansatz sowohl technische als auch soziale Innovationen bzw. Prozessinnovationen, die auf ein verändertes Handeln beruhen, einbezieht. Diese sind als Umsetzung von neuen Ideen am Markt und in der Gesellschaft zu verstehen. Somit sollten Innovationen umsetzungsorientiert, also auf die Anwendung und Verbreitungsfähigkeit von Lösungen ausgerichtet sein und neue Verfahren und Lösungen für alle gesellschaftlichen Bereiche umfassen. Weiterhin sollen sie positive Auswirkungen auf die Innovationsfähigkeit des Projektkonsortiums sowie auf die Akteurslandschaft in NRW insgesamt haben. Die geplanten Projekte zu TEG sollen die Innovationsperspektiven in diesem Sinne aufzeigen. Es ist zu erläutern, wodurch sich der potentielle Innovationsgehalt des Vorhabens - charakterisiert durch Neuheit, technisches und wirtschaftliches Risiko sowie gesellschaftliche Relevanz - auszeichnet Wissenschaftliches Potential Gewichtung 20 % Mit TEG wird ein Feld adressiert, das in vielen Bereichen auch wissenschaftlich noch auf Forschung fokussiert ist. Die Projekte können somit helfen, einen Forschungsbereich weiter voranzubringen. Es ist - auch in Hinblick auf die wissenschaftliche Strategie der Antragstellerin - zu erläutern, welchen Beitrag das Vorhaben hierzu leistet Umsetzbarkeit des Vorhabens und Perspektive Gewichtung 20 % Angesichts der kurzen Projektlaufzeit ist ein fokussierter und realistischer Arbeitsplan erforderlich. Gleichzeitig muss die Perspektive für eine Weiterführung der Thematik nach erfolgreichem Projektende eröffnet werden. Dieses Zusammenspiel muss vor dem Hintergrund der ver- V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 9 von 11

10 fügbaren Ressourcen sowie der Wissenschafts- und Entwicklungsstrategien der Projektpartner erläutert werden. 5. Bewilligungsverfahren Für die zur Förderung empfohlenen Beiträge schließt sich ein formelles Bewilligungsverfahren an. Eine Bewilligung der zur Förderung ausgewählten Projekte bis spätestens zum wird angestrebt. Ein Rechtsanspruch auf Förderung besteht grundsätzlich nicht, wenn aber ein Bewilligungsbescheid ausgesprochen wird erst mit dessen Bestandskraft. Der Zuwendungsgeber entscheidet auf Basis anzuwendender Rechtsvorschriften im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel. Disclaimer Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit der Landesregierung Nordrhein-Westfalen herausgegeben. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern und -werberinnen oder Wahlhelfern und helferinnen während eines Wahlkampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt auch für Landtags-, Bundestagsund Kommunalwahlen sowie für die Wahl der Mitglieder des Europäischen Parlaments. Missbräuchlich ist insbesondere die Verteilung auf Wahlveranstaltungen, an Informationsständen der Parteien sowie das Einlegen, Aufdrucken oder Aufkleben parteipolitischer Informationen oder Werbemittel. Untersagt ist gleichfalls die Weitergabe an Dritte zum Zwecke der Wahlwerbung. Eine Verwendung dieser Druckschrift durch Parteien oder sie unterstützende Organisationen ausschließlich zur Unterrichtung ihrer eigenen Mitglieder bleibt davon unberührt. Unabhängig davon, wann, auf welchem Weg und in welcher Anzahl diese Schrift der Empfängerin oder dem Empfänger zugegangen ist, darf sie auch ohne zeitlichen Bezug zu einer bevorstehenden Wahl nicht in einer Weise verwendet werden, die als Parteinahme der Landesregierung zugunsten einzelner politischer Gruppen verstanden werden könnte. Impressum Herausgeber: Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen Völklinger Straße 49, Düsseldorf V:\Maira Schmidt\TEG\Bekanntmachung TEG.docx 10 von 11

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