INSTITUT FÜR ENERGIESYSTEME

Transkript

1 NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs FHO Fachhochschule Ostschweiz INSTITUT FÜR ENERGIESYSTEME

2 Energie ist Leben Das Institut für Energiesysteme IES bietet Ihnen Systemlösungen im Bereich der Energieeffizienz und erneuerbaren Energien aus einer Hand. In enger Kooperation mit weiteren Instituten der NTB begleiten wir Sie konstruktiv von der Idee über das Design bis hin zur Kleinserien-Fertigung. Zur Sicherung der Qualität Ihrer Produkte bieten wir zudem akkreditierte Messdienstleistungen für Wärme- und Kältemaschinen. Die berufsbegleitende Weiterbildung pflegen wir mit angewandten und modernen Inhalten unseres MAS- Masterprogramms. Wir freuen uns gemeinsam mit Ihnen einen Schritt in eine saubere und energieeffiziente Zukunft zu machen! Stefan Bertsch Prof. Stefan Bertsch, PhD Leiter Institut für Energiesysteme IES

3 INSTITUT FÜR ENERGIESYSTEME IES WAS WIR FÜR SIE TUN KÖNNEN Prof. Stefan Bertsch, PhD Institutsleiter Wärme- & Kältetechnik Prof. Kurt Schenk, PhD Leistungselektronik Prof. Dr. Daniel Gstöhl Thermodynamik und Strömungslehre Dipl. Ing. FH Mick Eschmann Wärmepumpen- Testzentrum WPZ Das Institut für Energiesysteme führt angewandte Forschung und Entwicklung an thermischen und elektrischen Energiesystemen durch. Der Fokus liegt im Bereich der Wärmepumpen, Kältetechnik, Leistungselektronik und der dezentralen Energieversorgung. Wir bieten Konzeptstudien und Recherchen, ebenso wie Auslegung, Design, Bau und Analyse von Prototypen in verschiedenen Anwendungen. Diese umfassen Energieumwandlung in Gebäuden und Fahrzeugen, Haushaltsgeräten und in der Industrie. Unsere umfassende Infrastruktur ermöglicht Labor- und Feldmessungen, akkreditierte Messungen sowie den Zugriff auf viele Simulationstools. Die Forschung ist gut mit der Aus- und Weiterbildung vernetzt und erlaubt einen qualitativ hochstehenden und praxisorientierten Unterricht im Bachelor- und Masterstudium. Der institutsinterne Weiterbildungs-Lehrgang MAS Energiesysteme bietet zudem berufsbegleitende Ausbildung mit Nähe zu Industrie und Wirtschaft. Mitarbeitende 3 Dozierende 26 wissenschaftlich Mitarbeitende 1 Techniker NTB Institut für Energiesysteme IES Werdenbergstrasse Buchs ies@ntb.ch

4 AM PULS DER ZEIT Der eingeleitete Wandel von der fossilen Energieversorgung zu einer regenerativen Energieversorgung verändert nicht nur die Produktionsweise in den Industrieunternehmen, ganze Branchen erleben massive Änderungen. Das Masterprogramm MAS Energiesysteme ist in der Region eine einzigartige, voll berufsbegleitende Ausbildung, welche technisch vertieft und praxisorientiert den Inhalt von erneuerbarer Energie und Energieeffizienz vermittelt. Sie liefert damit das Know-How für einen erfolgreichen Wandel.

5 INSTITUT FÜR ENERGIESYSTEME IES KOMPETENZEN UND INFRASTRUKTUR ENERGIEEFFIZIENZ IN DER INDUSTRIE Im industriellen Umfeld bestehen noch grosse Potentiale zur Energieeinsparung, beispielsweise durch bessere Vernetzung bestehender Prozesse und den Einsatz neuer Prozesse. Im Rahmen des SCCER-Programms EIP (Efficiency of Industrial Processes), einer Forschungsinitiative des Bundes mit Beteiligung mehrerer Schweizer Industrie- und Hochschulpartner, leitet das IES ein Arbeitspaket, in dem es um übertragbare Prozesse geht, die auf viele Kunden anwendbar sind. Beispiele sind die effiziente Dampferzeugung oder Hochtemperatur- Wärmepumpen. EFFIZIENTE ENERGIEWANDLUNG BEI HOHER LEISTUNGSDICHTE Bei vielen Anwendungen, beispielsweise in der Beleuchtungstechnik, sind hohe Leistungsdichten bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad erforderlich. Neue Halbleiter, wie Siliziumkarbid SiC und Galliumnitrid GaN, ermöglichen heute entsprechende Konverter-Designs. Am IES wurde unter anderem ein Vorschaltgerät basierend auf dieser Technologie entwickelt. Kombiniert mit miniaturisierten und energiesparenden LED Leuchten, lassen sich sehr kompakte Designs realisieren. FELDMESSUNGEN AN WÄRMEPUMPEN Qualitätssicherung bei Wärmepumpen hört nicht beim fertigen Produkt auf. Erst durch die richtige Installation und Einstellung können die Anlagen ihr volles Potential entfalten. Das IES führt aus diesem Grund neben den Labormessungen für Entwicklung und Zertifizierung auch Messungen von gesamten Systemen im Feld durch. Bis zu 50 Datenpunkte werden alle 10s erfasst und in einer Datenbank aufbereitet. Aus den gewonnenen Erkenntnissen gelingt es, gemeinsam mit den Herstellern, Planern und Installateuren, die Energieeffizienz auch in Zukunft weiter zu steigern.

6 KLIMAKAMMERN Das Wärmepumpen-Testzentrum WPZ verfügt über Prüf stände, die nach EN akkreditiert sind. Darauf können Luft / Wasser-Wärmepumpen mit einer Leistung von bis zu 100 kw und Sole / Wasser und Wasser / Wasser-Wärmepumpen mit einer Leistung von bis zu 200 kw getestet werden. Die Prüfung erfolgt nach den internationalen Normen EN 14511, EN oder EN und den erweiterten Anforderungen des EHPA- Prüfreglements, des Wärmepumpen-Keymarks, der ErP- oder den NF-Richtlinien. Zudem können die fünf Klimakammern auch für andere Anwendungen (vom Klimagerät über Automobile bis zum Helikopter) adaptiert werden. 06

7 INSTITUT FÜR ENERGIESYSTEME IES KOMPETENZEN UND INFRASTRUKTUR WÄRMEPUMPEN UND KÄLTETECHNIK Nachdem in der Industrie seit Jahren nur technische Detailverbesserungen am Wärmepumpenkreislauf betrieben wurden, sind für weitere Wirkungsgrad-Steigerungen neue Ideen zur Integration von wärme- und kältetechnischen Systemen und beim Design von Komponenten gefragt. Wir sind durch Simulation, Labor- und Feldmessungen in der Lage, Projekte von der ersten Idee bis zum Prototypenstadium zu begleiten. Die Anwendungen reichen vom Kühlschrank bis zur industriellen Hochtemperaturwärmepumpe und vom Helikopter bis zur Haushaltswärmepumpe. WÄRMEPUMPEN-TESTZENTRUM WPZ Die Effizienz und die Schallemission von Heizsystemen spielen eine immer grössere Rolle. Am WPZ werden Labormessungen für Entwicklung und Zertifizierung von diversen Wärmepumpen (Raumheizung, Trinkwassererwärmung) und Kältemaschinen (Klimageräte, Industriekälte) durchgeführt. Die Systeme werden auf Leistung, Effizienz und Geräuschentwicklung überprüft und optimiert. Hierzu stehen fünf moderne akkreditierte Prüfstände zur Verfügung. Zudem können Warmwasserspeicher oder -bereiter nach EnV (Energieverordnung) geprüft werden. THERMODYNAMIK UND STRÖMUNGSLEHRE Am Anfang einer Produkteentwicklung oder eines technischen Optimierungsprozesses befinden sich oft grundlegende physikalische Fragestellungen zur Machbarkeit. Wir analysieren die Systeme mit thermodynamischen Ansätzen und führen entsprechende Simulationen und Messreihen durch, um diese von Grund auf zu verstehen. Wärmeübertragung und Strömungsverhältnisse werden optimiert, um die Produkte oder Prozesse zu verbessern oder deren Effizienz zu steigern.

8 F&E IM BEREICH LEISTUNGSELEKTRONIK Immer komplexer werdende elektronische Geräte verlangen entsprechend anspruchsvollere Stromversorgungen. Das Leistungselektronik-Team des IES befasst sich mit der Umwandlung elektrischer Energie für eine Vielzahl von Anwendungen, wobei der Fokus im unteren Leistungsbereich von einigen Watt bis einigen 10 kw liegt. Typische Anwendungen umfassen DC / DC Konverter, Netzgeräte, Power Factor Corrector Frontends, Wechselrichter, Vorschaltgeräte für Beleuchtungsanwendungen und Umrichter für elektrische Antriebe.

9 INSTITUT FÜR ENERGIESYSTEME IES KOMPETENZEN UND INFRASTRUKTUR LEISTUNGSELEKTRONIK Unterschiedliche Anforderungen an die Designs erfordern spezifische Lösungen. Unsere langjährige Erfahrung im Schaltungsdesign beinhaltet klassische PWM-Konverter sowie innovative Soft-Switching- und Resonanztechnologien. Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Design der magnetischen Komponenten. Dies beinhaltet die Auslegung von Wickelgütern für Leistungsanwendungen, gekoppelte Induktivitäten für mehrphasige PWM Konverter bis zu komplexen integrierten magnetischen Strukturen. Moderne Software und Hardware- Tools stehen zur Verfügung. DRAHTLOSE ENERGIEÜBERTRAGUNG Im Bereich der Elektromobilität gewinnt die drahtlose Energieübertragung aufgrund der erhöhten Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit stetig an Bedeutung. Unsere Kompetenz liegt in der Optimierung der Wicklungsgeometrie mittels FEM- Simulationen. Diese geht Hand in Hand mit der elektrischen Simulation und Auslegung der Sender- und Empfängerspulen, sowie deren Ansteuerungs- und Kompensationsnetzwerken. Systeme bis zu einigen 10 kw Übertragungsleistung werden am IES realisiert und getestet. DEZENTRALE ENERGIEVERSORGUNG Wir planen und realisieren Versorgungssysteme für ein dezentralisiertes Stromnetz. Darüber hinaus ist Energiemeterologie eine Kernkompetenz. Lösungen davon sind Wind-und Solarkataster. Anwendungen sind regionale / lokale Energiekonzepte mit Day-Ahead-Prognose. IT-Realisierungen werden umgesetzt für Eigenverbrauchslösungen mit Batteriespeichern, thermischen Speichern und Ladealgorithmen von E-Mobilität. Wir haben Erfahrung in der Tarifmodellierung für eine sichere und wirtschaftliche Spannungshaltung im Verteilnetz.

10 NTB SYSTEMTECHNIK ANWENDUNGSFELDER KOMPETENZEN Automation/ Robotik Elektronik Energie Digitalisierung Material Mess- und Prüftechnik Mikro-/ Nanotechnik Numerische Simulation Precision Engineering Photonik Produktentwicklung Softwareentwicklung EMS ESA ICE IES INF MNT PWO INSTITUTE Der Bereich angewandte Forschung und Entwicklung ist in sieben Instituten organisiert, die in verschiedenen Kompetenzbereichen und Anwendungsgebieten intensiv zusammenarbeiten. Auf diese Weise gelingt es, den Systemtechnikgedanken aktiv zu leben, gute und solide Projektergebnisse zu erzielen und bestens qualifizierte Studienabgänger für die Wirtschaft zu liefern.

11 INSTITUT FÜR ENERGIESYSTEME IES DAS SYSTEM NTB TECHNIK GANZHEITLICH DENKEN Praxisorientierte und kompetente Ingenieurinnen und Ingenieure auszubilden gelingt nur in einem anwendungsorientierten Umfeld. Aus diesem Grund sind angewandte Forschung und Entwicklung sowie Dienstleistungen als wichtiger Leistungsauftrag in der NTB-Philosophie verankert. Wir leben den Systemtechnikgedanken in Lehre und angewandter Forschung. Die Absolventen der NTB bringen ein breites Basiswissen in Systemtechnik mit, das je nach Interesse in den Richtungen Maschinenbau, Elektronik und Regelungstechnik, Ingenieurinformatik, Informations- und Kommunikationstechnik, Mikrotechnik oder Photonik vertieft ist. Industriepartner können deren topaktuelles Know-how und «den Blick von aussen» im Rahmen von Bachelor- und Masterarbeiten nutzen. In der angewandten Forschung fokussiert sich unsere Arbeit auf zwei wesentliche Anwendungsschwerpunkte: Industrial and Precision Engineering Digitalisierung, Industrie 4.0, ICT Für diese Themen können unsere Industriekunden konkrete, fachlich hervorragende und ganzheitliche Antworten von der NTB erwarten. Gespeist werden diese Anwendungsschwerpunkte durch zehn Kernkompetenzen, die wir an der NTB vertreten. Diese werden durch unsere Dozierenden und wissenschaftlichen Mitarbeitenden in gemeinsamen Projekten mit unseren Industriepartnern umgesetzt und weiterentwickelt. Dafür gibt es vielfältige Möglichkeiten der Zusammenarbeit: Studentische Arbeiten auf Bachelor- und Masterstufe Beratungsmandate und direkte Projektaufträge Entwicklungspartnerschaften Forschungsprojekte mit öffentlicher Förderung Firmenspezifische Schulungen und Weiterbildungen Die kommerzielle Verwertung der Projektergebnisse erfolgt in der Regel durch den Industriepartner, Geheimhaltung kann gewährleistet werden.

12 NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs NTB Campus Buchs Werdenbergstrasse Buchs Tel Institut für Energiesysteme IES Institutsleiter Prof. Stefan Bertsch, PhD stefan.bertsch@ntb.ch Tel FHO Fachhochschule Ostschweiz