Optimierungspotentiale der Energiewende Herausforderungen für Forschung und Normung

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Optimierungspotentiale der Energiewende Herausforderungen für Forschung und Normung"

Götz Baum
vor 6 Jahren
Abrufe

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Hamburg University of Applied Sciences Institute for Energy Systems and Fuel Cell Technology W.

1 Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Hamburg University of Applied Sciences Institute for Energy Systems and Fuel Cell Technology W. Winkler Optimierungspotentiale der Energiewende Herausforderungen für Forschung und Normung DIN/DKE-Workshop zu Normung und Standardisierung in Horizont 2020 Brücken bauen zwischen Forschung und Normung 26. Mai 2014, DIN e. V., Berlin

2 Definition der Aufgabe und Lösungsoption Stationäre Strukturen Mobile Lösungen Speicher und Systemintegration Normung und Innovation Schlussfolgerungen

3 Definition der Aufgabe und Lösungsoption Stationäre Strukturen Mobile Lösungen Speicher und Systemintegration Normung und Innovation Schlussfolgerungen

Gesellschaft als Maß Reversibler Prozess definiert

4 Zielfunktion Nachhaltigkeit Werkzeug: Thermodynamik 2. Hauptsatz Irreversibler Entropiefluss der Gesellschaft als Maß Reversibler Prozess definiert die Regeln Reversibler Prozess Grenzfall des Realprozesses

Erläuterung der Entropieerzeugung T 1 2 3 T 1 T 2 T 0 W Ges1 Q 12 W Ges2 Q 23 Potentielle Arbeit

5 Erläuterung der Entropieerzeugung T T 1 T 2 T 0 W Ges1 Q 12 W Ges2 Q 23 Potentielle Arbeit Verlustwärme Q 12 =Q 23 =Q W ges3 =0 Q V Q V Q V ΔS 1 ΔS 2 ΔS 3 Maß für Entwertung der Energie S

Reversibles S von: T quelle S Reversibles

6 Überblick reversible Prozesse Potentialdifferenz h Kein reversibles S Reversibles mechanisches System Potentialdifferenz T quelle -T senke Reversibles S von: T quelle S Reversibles thermisches System (Carnot) Chemisches Potential Reversibles S ( R S) Reversibles chemisches System (Gibbs)

7 Transformation in reale Prozesse Exergetischer Gütegrad ζ = Exergie Exergie aus ein Reversibler Prozess Wissenschaft Struktur Realer Prozess Technologie

8 Definition der Aufgabe und Lösungsoption Stationäre Strukturen Mobile Lösungen Speicher und Systemintegration Normung und Innovation Schlussfolgerungen

9 Reversible Docking Station ±W treva Reversible Aktivität ±Q 0revC Ideale Isolation Elektrochemischer Raum Reaktor T, p T, p C ±W trevc +W trevhp -W trevhe -Q 0revHE WP 1 WK n +Q 0revHP WP j WK 1 T 0,p 0 Reversible Wärmepumpe Reversible Wärmekraftm.

10 Bsp.: Reversible Brenngasnutzung von H 2 Freie Reaktionsenthalpie ΔG Rev. Systemarbeit: ΔG 0 T 0 Gibbs - BZ Reversible Brennstoffzelle Reversibler Reaktorbetrieb Ionenleitende Membran Reaktortemperatur T T C Carnot WK van t Hoff

11 Definition der Aufgabe und Lösungsoption Stationäre Strukturen Mobile Lösungen Speicher und Systemintegration Normung und Innovation Schlussfolgerungen

12 Reversible Transportprinzipien Pendel Irreversibilität: Reibung Bedarf an externer Energiespeicherung und Arbeitszufuhr m m g h Maschine h m v² 2 Reversible Struktur Bedarf an interner Speicherung und Wandlung von Energie A Distanz AB B ARCHITEKTUR

13 Antriebsstrang und Reversibilität Irreversible Struktur VKM Reversible Struktur Elektro- Motor- Generat. Lastmanagement Range Extender: VKM BZ Batterie Rekuperationsbatterie

14 Definition der Aufgabe und Lösungsoption Stationäre Strukturen Mobile Lösungen Speicher und Systemintegration Normung und Innovation Schlussfolgerungen

15 Grundsätzliche SpeicherprinzipienKMESmAelKMEStelVFVAcnW.0..0)( = Gespeicherte elektrische Arbeit VASnAc = *0*0)(Oberflächenspeicher Volumenspeicher ) ( ) ( ) ( A M A A c β =

16 Substanzkonzentration der Leitsubstanz A 0 Substanzkonzentration c(a 0 ), c*(a 0 ) in mol/m³ wteles.km.oberflächenspeicher ZellspannungV ESm.PM in V

17 Paradigmenwechsel Kraft-Wärme-Kopplung Optimierte Wärmeerzeugung Thermische Prozesse Substanz Wärme Fluktuierende Einspeisung Optimiertes Wärmemanagment Elektrochemische Prozesse Substanz Elektrizität

18 Einsatzoptionen zur Flautendeckung Reversible Zyklenzahl Fe C 2 H 4 Cl 2 NH 3 H Reversible Arbeit in MWh/t

19 Definition der Aufgabe und Lösungsoption Stationäre Strukturen Mobile Lösungen Speicher und Systemintegration Normung und Innovation Schlussfolgerungen

20 Innovation, reversibler und realer Prozess Bedarf an Aktivität Stand der Technik Bestmögliche Lösung Realprozess Reversibler Prozess Verbesserungspotential

Struktur Prozesskette mit: ζ = ζ j j Gütegrad ζ

21 Inhaltlicher Normungsaufbau Mess- oder Auslegungswerte der realen Maschine Arbeitsmaschine Regenerative Maschine Kraftmaschine Modus Gütegrad ζ AM Reversible Struktur Prozesskette mit: ζ = ζ j j Gütegrad ζ KM Irreversible Entropieproduktion ΔS irr.am Irreversible Entropieproduktion ΔS irr.km

22 Standardisierungswege Smart grid Standardisierte Bedingungen und Lösungen Standardisierte Bedingungen Individuelle Lösungen Gerät standardisiert Anlage Nur Vorgehen standardisiert Komponenten standardisiert

23 IEC ACEE Document: Thermodynamic view of Motor System Real Work Work Machine Thermodynamic Potential Electricity Rotating Mass

24 Definition der Aufgabe und Lösungsoption Stationäre Strukturen Mobile Lösungen Speicher und Systemintegration Normung und Innovation Schlussfolgerungen

25 Schlussfolgerungen Verschiebung der Primärenergiequelle von Kohlenwasserstoffen zu elektrischem Strom Vermeidung von Wärmeverlusten (kostengünstige Dämmung und Wärmerückgewinnung) Einsatz neuer elektrochemischer Verfahren zur Stoff- und Energiewandlung Maximale Effizienz bei Maschinen Ablösung mechanischer Systeme durch elektrische Systeme mit integrierten Energiespeichern, Strukturänderung durch Vollhybridfahrzeuge Tarifpolitik Integrierte industrielle Speicher können industrielle KWK ablösen Keine generelle Reduzierungsverpflichtung der Stromversorgung hemmt Effizienz des Gesamtsystems durch Ausweichen auf thermische Verfahren

26 Normungsaspekte Verbesserung der Aussage von Energiestandards Präzisierung der Handlungsoptionen Anwendung in Systemnormen (extended product) Unterstützung der Innovationsprozesse

27 Die hier präsentierten Ergebnisse wurden zum Teil in dem BMWi geförderten und von der DKE geleiteten INS Projekt SO-FIE N 510 Smart grid und e-mobility als Instrument zur Maximierung von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit erzielt. Der Autor möchte hierfür danken.

Ähnliche Dokumente

Thermodynamik I. Sommersemester 2012 Kapitel 4, Teil 2. Prof. Dr.-Ing. Heinz Pitsch

Thermodynamik I. Sommersemester 2012 Kapitel 4, Teil 2. Prof. Dr.-Ing. Heinz Pitsch Thermodynamik I Sommersemester 2012 Kapitel 4, Teil 2 Prof. Dr.-Ing. Heinz Pitsch Kapitel 4, Teil 2: Übersicht 4 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 4.5 Entropiebilanz 4.5.1 Allgemeine Entropiebilanz 4.5.2