Leitprojekte für leitmärkte - Panthera leo
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leitprojekte
Panthera leo
für leitmärkte
09/2014
* [PANTHERA LEO] ist eine Art der Katzen. Die Augen des Löwen sind nach vorne gerichtet, so dass sie Entfernungen sehr gut einschätzen können. Für die Jagd ist dies lebensnotwendig.
Inhaltsverzeichnis
VORWORT Seite 03
Wind- und Sonnenergie unterirdisch speichern Seite 05
Die Speicherung von Wind- und Sonnenenergie in einer ehemaligen natürlichen Erdgaslagerstätte
wird erforscht. Gas lässt sich in großen Mengen in bereits vorhandener unterirdischer Infrastruktur
transportieren und in ebenso vorhandenen natürlichen Gaslagerstätten umweltfreundlich speichern.
Wasserstofferzeugung mit Hochtemperatur Brennstoffzellen Seite 11
Die Wasserelektrolyse und damit verbundene H2-Produktion bzw. -Speicherung stellt eine Schlüssel-
technologie für die künftige Energieversorgung auf Basis regenerativer Kraftwerke dar. Das Projekt
beschäftigt sich mit der Entwicklung von Hochtemperaturelektrolyse auf Basis von Feststoff-Oxid Zellen.
Entwicklung eines innovativen Sorptionsspeichersystems Seite 17
Sorptionsspeichersysteme haben großes Potenzial zur Wärmespeicherung. Im Rahmen des Projekts wird
ein Konzept für innovative Sorptionsspeichersysteme entwickelt: Kurzzeitspeicher für multifunktionale
Fassaden und Langzeitspeicher zur Integration von Überschuss- und Solarwärme in ein Wärmenetz.
Flexible Photovoltaik vom Fließband Seite 21
Ziel ist, flexible Solarzellen und einen dafür kostengünstigen industriellen Produktionsprozess zu entwickeln.
Die entwickelten Technologien werden dann in unterschiedlichen Applikationen, wie Geräte des täglichen
Lebens oder in der Gebäudehülle demonstriert und auf ihre Anwendbarkeit hin evaluiert.
Forschungsfabrik zur Energieeffizienz Seite 27
Wenn Energiebedarf mit den Faktoren Zeit, Geld und Qualität ausbalanciert wird, entsteht eine Systemlösung,
die Energieeffizienz und Wettbewerbsfähigkeit gleich unterstützt. Hier wird an einer ganzheitlichen Methodik
zur Planung und Steuerung des Energiebedarfs industrieller Produktion gearbeitet.
Alle geförderten Projekte im Überblick Seite 3202 | 03
25,0 10
22,5 9
20,0 8
17,5 7
in Millionen €
15,0 6
12,5 5
10,0 4
7,5 3
5,0 2
2,5 1
Förderhöhe Anzahl Projekte
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Z I TAT
„ Die Rolle der Alpenrepublik wird stark durch die Kleinheit unseres Marktes geprägt,
der es erfordert und gleichzeitig ermöglicht, uns als internationale Pilotregion für
die Energiezukunft zu etablieren. Nützen wir diese Chance.“
THERESIA VOGEL, GESCHÄFTSFÜHRERIN DES KLIMA- UND ENERGIEFONDSVorwort
Leitmarkt Österreich! Innovative Energietechnologien
aus Österreich für den Weltmarkt.
Hohe Wachstumsraten und eine starke Innovationsdynamik zeichnen den Leitmarkt für Energietechnologien
aus: Globale Trends hin zu einer klimaschonenden Energieversorgung und nachhaltigen industriellen
Produktion kurbeln die Nachfrage nach einem breiten Spektrum innovativer Energietechnologien an.
Leitprojekte für Leitmärkte lautet das Motto des Klima- und Energiefonds! Ziel ist es, Lösungen für die großen
gesellschaftlichen Herausforderungen es 21. Jahrhunderts - Reduktion von Treibhausgasen und effiziente und
nachhaltige Ressourcennutzung - zu entwickeln und damit gleichzeitig einen Beitrag für nachhaltiges Wachs-
tum und Beschäftigung in Österreich zu leisten.
Im Mittelpunkt steht die technologische Realisierbarkeit von Systemlösungen mit langfristiger Wachstums-
perspektive. Leitprojekte dienen der Stärkung einer Branche und bewirken nationale und internationale
Sichtbarkeit für österreichische Technologien. Möglich machen dies starke und innovationsorientierte
heimische Unternehmen, die mit Ihren Projekten zur Weltspitze aufschließen können.
Seit 2007 hat der Klima- und Energiefonds 97 Millionen Euro in 36 Leitprojekte investiert.
Das entspricht einem Anteil von 36 % des Forschungsbudgets vom Klima- und Energiefonds.
Eine aufschlussreiche Lektüre wünscht Ihnen
Ihr Klima- und Energiefonds04 | 05
U
EIT NG
L
Projektleitung: DI STEPHAN BAUER
RAG Rohöl-Aufsuchungs AG
Arbeitsplan/Work Packages ABBILDUNG 1
WP 1: Project Management
WP 2: WP 3: WP 4: WP 5: WP 6:
and Life Cycle Assessment
Geochemistry Microbial Processes Demixing of Materials and SME
WP 9: Risk Assessment
and Reactive in Hydrogen Natural Gas Corrosion
WP 9: Economic and
Transportmodelling Exposed Reservoirs and Hydrogen
Legal Analysis
WP 7: Design and Construction of Testbed
WP 8: Testbed OperationPROJEKTNUMMER: 840705
Wind- und Sonnenenergie unterirdisch speichern
Underground Sun Storage
Erstmals wird in Österreich die Speicherung von Wind- eines Konsortiums gemeinsam mit den Partnern
und Sonnenenergie in einer ehemaligen natürlichen Montanuniversität Leoben (MUL), Universität für Boden-
Erdgaslagerstätte erforscht. Basis dafür ist die „Power- kultur (BOKU) – Departement IFA Tulln, Energieinstitut
to-Gas“-Technologie, bei welcher der aus Wind- und an der JKU Linz, VERBUND AG und Axiom Angewandte
Sonnenenergie gewonnene Strom in ein speicherbares Prozesstechnik durchgeführt wird. Das Projekt wird
Methan-Wasserstoffgemisch umgewandelt wird. vom österreichischen Klima- und Energiefonds im
Der große Vorteil: der Energieträger Gas lässt sich in Rahmen eines Leitprojektes gefördert.
großen Mengen sicher und unsichtbar in bereits vor-
handener unterirdischer Infrastruktur transportieren Ziel des Projekts „Underground Sun Storage“
und in ebenso vorhandenen natürlichen Gaslager- Überschüsse aus der Produktion erneuerbarer Energie
stätten umweltfreundlich speichern. werden durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt.
Stromgewinnung aus Sonnen- und Windenergie Die Wasserstofftoleranz der Erdgasinfrastruktur ist
unterliegt starken wetterbedingten und damit nicht Thema zahlreicher Untersuchungen, dort konnten
planbaren Schwankungen. Eine nachfrageorientierte Ergebnisse erzielt werden, die einen Wasserstoffanteil
Produktion, wie bei konventionellen Kraftwerken üb- im einstelligen Prozentbereich plausibel erscheinen
lich, ist nicht möglich. Bereits heute gibt es in Europa lassen. Für Untergrund-Gasspeicher und hier insbe-
Gebiete – z.B. das nördliche Burgenland -, wo an wind- sondere Porenspeicher hingegen liegen noch keine
reichen Tagen die Stromproduktion aus Windkraft die Untersuchungen oder bestenfalls Literaturstudien vor.
Nachfrage deutlich übersteigt. Bei zunehmendem Neben der Ausarbeitung der Aspekte zur Wirtschaft-
Ausbau der der Stromerzeugung aus Wind und Sonne lichkeit, steht der technische Aspekt der Speicherung
gewinnt die Frage der Energiespeicherung massiv an von Wasserstoff in natürlichen Gaslagerstätten im
Bedeutung. Selbst in Österreich werden Pumpspeicher- Mittelpunkt.
kraftwerke in den Alpen diese Funktion alleine nicht Die Durchführung des Projektes erfolgt in zehn defi-
erfüllen können. nierten Arbeitspaketen („work packages“), die nach
entsprechender Zuständigkeit von den Teilnehmer-
Projektpartner Innen im Konsortium bearbeitet werden.
Die RAG ist einer der führenden Speicherbetreiber Beispielsweise werden in WP2 Laborversuche zur Dicht-
Europas und bestrebt, eine nachhaltige Nutzung und heit des Deckgebirges, zur Gesteinsalteration und zu
Positionierung der Gas-Infrastrukturen im Energie- Transportmechanismen im Reservoir durchgeführt.
system voller Umbrüche sicherzustellen. Aus diesem Zusätzlich werden geochemische Simulationen durch-
Grund wurde von RAG das Forschungsprojekt geführt. Bereits im Vorfeld des Projektes wurde im Zuge
„Underground Sun Storage“ initiiert, das im Rahmen einer Diplomarbeit ein statisches geochemisches ModellWasserstoff im Erdgas [Vol. – %]
06 | 07
0
10
20
30
40
50
60
70
2
1
Transportleitung (1)
1
Gasturbine (2)
Transport
Transport- und Speicherverdichter (3)
Kaverne (4)
Poren (5)
Kugel/Tanks (6)
Limit nach Regelwerk/
Gasspeicher
Komplettierungstechnik/OT-Anlagen (7)
Normen/Herstellervorgaben
Max. 2 Vol.-% H2 (DIN 51624)
Ultraschallgaszähler (8)
Berücksichtigung d. Methanzahl
Turbinenradgaszähler (9)
Balgengaszähler (10)
2
1
M&R
Mengenumwerter (11)
2
Prozessgaschromatograph (12)
Druckregelgeräte (13)
Odorieranlage (Impfdüse) (14)
Komponenten
Stahl (Verteilungsleitungen) (15)
Limit nach sensiblen
PVC, PE, Inliner (Verteilungsleitungen) (16)
Dichtungen (17)
Garantien/Gewährleistungen
Steck-, Schraub- und Pressverbindung (18)
Überblicksmatrix: H2 -Toleranz ausgewählter Elemente im Erdgasnetz
H2-Anteil > 0,2 Vol.-%: PGC’s mit
Gasströmungswächter (19)
Verteilung
eichfähiger H2-Bestimmung notwendig
Armaturen (20)
Dichteelemente, Flammenrückschlagen,
Hausinstallation (Verrohrung) (21)
1
Fahrzeuge: Motoren (22)
2 Fahrzeuge: CNG1-Tanks (23)
Atmosphärische Gasbrenner (24)
Anwendung
Gebläsebrenner (25)
Brennewertkessel (26)
Lösung für höhere
Brennstoffzelle (27)
Stilingmotor (28)
Anpassungs- und Regelbedarf
H2-Zumischung vorhanden
Gasherd (29)
zur weiteren Untersuchung
BHKW (30)
Zumischung Wasserstoff unbedenklich
Forschungs- und Untersuchungsbedarf
DVGW-Folgeprojekt/F&E-Projekt
ABBILDUNG 2840705
„ Die Power-to-Gas-Technologie macht die Umwandlung überschüssiger
Z I TAT
elektrischer Energie in Wasserstoff bzw. synthetisches Methan möglich –
im Forschungsprojekt „Underground Sun Storage“ wird die Speicherfähigkeit
von Wasserstoff als Beimengung zu Erdgas/synthetischem Methan erstmals
in einer echten Lagerstätte erforscht“. PROJEKTLEITER DI STEPHAN BAUER
erstellt. Dabei konnten mögliche Reaktionen der geworben wurden, werden unter definierten Verhält-
Speicherformation mit dem Wasserstoff identifiziert nissen (Temperatur, Druck) dem Lagerstättenwasser
und eingegrenzt werden. Im laufenden Projekt werden und variierenden Gasmischungen (Methan, Wasser-
ähnliche Modelle um eine kinetische Komponente stoff, Kohlendioxid, Schwefel-Komponenten) exponiert.
erweitert. Die Montanuniversität Leoben beschäftigt Biogeochemische Transformationsprozesse und Phasen-
sich hier mit der Entwicklung eines Simulationstools übergange von gasförmigen, flüssigen und festen
zur Modellierung reaktiver Transportmechanismen. Reaktorinhalten werden charakterisiert.
Ein Entwicklungsziel ist, durch den Abgleich von WP4 testet die Stabilität der Erdgas - Wasserstoff-
Ergebnissen aus Laborversuchen und Modellbetrach- mischung unter Reservoirbedingungen und steht
tungen das Verhalten von Speicherformationen unter in unmittelbarem Zusammenhang mit WP2.
Wasserstoffeinfluss vorauszusagen und damit auch In WP5 werden die bei RAG verwendeten typischen
Aussagen für andere Speicher treffen zu können. Werkstoffe (Stähle und Bohrlochzement) in den Labor-
WP3 wird von der Universität für Bodenkultur – einrichtungen der Montanuniversität Leoben getestet.
Department IFA Tulln bearbeitet. Ziel ist es, die Die Beständigkeit der verwendeten Stahlsorten gegen-
mikrobiellen Prozesse bei Einleitung von Wasserstoff über gasförmigem Wasserstoff, wird mit spezifischen
in einen Untertage-Erdgasspeicher zu charakterisieren. Korrosionsversuchen getestet. Dazu werden unter
Um Bedingungen im Erdgasspeicher zu simulieren, definierten Prüfbedingungen Langsamzugversuche
werden Bohrkerne und Lagerstättenwasser in Druck- und Versuche bei konstanter Last durchgeführt, sowie
Bioreaktoren eingebaut. Die Gesteinskerne, welche die Wasserstoffabsorption der Werkstoffe untersucht.
aus einer geologischen Erdgas führenden Formation Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten wurde ein08 | 09
Schematische Darstellung ABBILDUNG 3
eines Porenspeichers840705
Versuchsplan festgelegt, mit dessen Hilfe die Einflüsse Feldversuchsanlage ist für das letzte Projektjahr vorge-
der unterschiedlichen Komponenten im Angriffs- sehen. Das Projekt wird durch eine Risikobewertung,
medium differenzierbar sind. ein Life-Cycle-Assessment – beides durchgeführt von
RAG möchte mit diesem Projekt auch ganz allgemein der Montanuniversität Leoben – sowie einer Analyse
die nachhaltige Nachnutzung natürlicher Lagerstätten der rechtlichen Rahmenbedingungen und der öko-
zur Speicherung gasförmiger (erneuerbarer) Energie nomischen Modellierung von Anwendungsfällen –
aufzeigen. Einzigartig macht dieses Projekt die durchgeführt am Energieinstitut an der Johannes
Möglichkeit – vorausgesetzt die dazu erforderlichen Kepler Universität Linz mit Unterstützung von
behördlichen Genehmigungen können erwirkt VERBUND – begleitet.
werden – einen Speicherversuch mit einem Erdgas-
Wasserstoffgemisch „in situ“ in einem tatsächlichen Für das Projekt ist ein Zeitraum von insgesamt
Porenspeicher der RAG durchzuführen. 3,5 Jahren bis Ende 2016 vorgesehen.
In Kürze werden die ersten Zwischenresultate erwartet,
danach erfolgt die Planungs-, Genehmigungs- und Weitere Informationen finden Sie unter
Bauphase der Feldversuchsanlage. Der Betrieb der www.underground-sun-storage.at
DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT
_ Der zunehmende Ausbau der erneuerbaren Energiegewinnung aus Sonne und Wind erfordert
TOP 3
zukunftsweisende saisonale Speicherlösungen
_ Untertage Gasspeicher sind bereits heute sichere und verlässliche großvolumige Energiespeicher
_ Die Verbindung der Strom- und Gasinfrastruktur ermöglicht mehr Flexibilität und Effizienz im
gesamten Energiesystem10 | 11
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EIT NG
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Projektleitung: RICHARD SCHAUPERL
AVL List GmbH
Power-to-Gas Technologien im Energienetzwerk ABBILDUNG 1
Electricity network Gas network
Constant
electricity
production
CCGT
CO2
Wind, Solar,
etc.
Basic
electricity Centralized
demand O2 Fuel Cells
Electrolysis
/ H2 storage
H2
Cars
H2
Methanation CH4 Cars,
/ CH4 storage Trucks,
CO2 Heating
CH4
Jet fuel kerosene
production aircraftsPROJEKTNUMMER: 838770
Wasserstofferzeugung mit Hochtemperatur Brennstoffzellen
HYDROCELL
Einleitung
Die heutigen Energiesysteme können nur sehr sind immer mit Verlusten behaftet. Daher sollte der
bedingt mit stochastisch auftretenden regenerativen Schwerpunkt von Energietechnikinnovationen darin
Energiequellen (Wind, Solar) umgehen, da die Strom- bestehen, Methoden und neuartige Prozesse zur Mini-
produktion nicht plan- bzw. vorhersagbar ist und die mierung dieser Verluste zu finden. Aus verfahrens-
Speicherung bisher nur in sehr eingeschränktem Aus- technischer Hinsicht ist die Elektrolyse noch immer
maß möglich ist. Die Elektrolyse bietet dabei einen die einfachste Methode zur Wasserstoffproduktion.
sehr attraktiven Lösungsansatz für diese Problemstel- In Abbildung 2 ist ein Vergleich der Wasserstoff-
lung. Durch Elektrolyse wird die regenerative Energie produktion mit konventionellen Technologien zur
lokal direkt in Wasserstoff oder ein Synthesegas um- Stromspeicherung dargestellt. Mit SOE ist es ebenfalls
gewandelt. Dieses Gas kann direkt z.B. im Erdgasnetz möglich, mittels Co-Elektrolyse von Wasserdampf
gespeichert, oder lokal durch Synthese in beliebige und Kohlendioxid direkt Synthesegas herzustellen,
Kraftstoffe weiterverarbeitet werden. So wird eine di- um dieses dann z. B. für die Produktion synthetischer
rekte Koppelung des Stromnetzes mit dem Erdgasnetz Treibstoffe (z.B. SNG) zu nutzen.
möglich. Dies resultiert in einer signifikant gesteiger-
ten Flexibilisierung des Energiesystems. Auch das aus Herausforderung
vielen Ländern massiv bekannte Kapazitätsproblem Eine wesentliche Herausforderung in der Wasser-
der Stromübertragung wird signifikant reduziert, da stoffproduktionstechnologie ist es aus erneuerbaren
Energie zusätzlich über das Gasnetz transportiert wer- Primärenergieträger, technische Systeme mit hohem
den kann. Ein Konzept eines geschlossenen Kreislaufs Gesamtwirkungsgrad bei hohen Wasserstoffproduk-
ist in Abbildung 1 dargestellt. tionsraten darzustellen. Hier könnte in der Zukunft
die Hochtemperatur-Elektrolyse eine wichtige Rolle
Wasserstoffproduktion spielen. Das Hauptmerkmal der SOEC ist, dass ein
Ein Hauptvorteil der Verwendung von Wasserstoff als signifikanter Teil der erforderlichen Reaktionsenergie
Kraftstoff ist die lokale Emissionsfreiheit bei Verstro- in Form von Wärme zugeführt werden kann, im Unter-
mung in z.B. Brennstoffzellen. Wird auch die Wasser- schied zur Niedertemperaturelektrolyse (Alkalisch,
stoffproduktion „grün“ gestaltet, z.B. durch Elektrolyse PEM), wo dafür hochwertige elektrische Energie
aus Windstrom ist die gesamte Kette energetisch herangezogen werden muss. Aufgrund beschleunigter
nachhaltig und emissionsfrei. Bei der Herstellung Reaktionskinetik bei diesen hohen Temperaturen
von Wasserstoff durch Spaltung von Wasser in seine besteht zusätzlich die Möglichkeit Kosten zu senken
Bestandteile, wird elektrische und/oder thermische (billigere Katalysatoren wie z.B. Ni) und den Umwand-
Energie benötigt. Technische Umwandlungsprozesse lungswirkungsgrad zu erhöhen. Da Hochtemperatur-12 | 13
Vergleich der Wasserstoffspeicherung mit konventionellen Energiespeicher-Technologien ABBILDUNG 2
10000
long-time storage
SNG
1000
100 PHS
discharge time [h]
10
CAES
H2
1
Batteries
0.1
0.01
0.001 Flywheels
10 100 1 10 100 1 10 100 1 10 100
kWh kWh MWh MWh MWh GWh GWh GWh TWh TWh TWh
storage capacities
SNG Synthetic Natural Gas
H2 Hydrogen
PHS Pumped storage hydro power station
CAES Compressed Air Energy Storage
Z I TAT
„ Wasserstoff, Brennstoffzellen und Elektrolyse sind Schlüsseltechnologien
für eine zukünftige, nachhaltige, sichere, leistbare und wettbewerbsfähige
Energieversorgung mit einer im Gegensatz zum heutigen Ölimport hohen
regionalen und nationalen Wertschöpfung..” PROJEKTLEITER RICHARD SCHAUPERL838770
elektrolysezellen bei Temperaturen zwischen 650 und Funktionsprinzip einer SOEC ABBILDUNG 4
1000°C betrieben werden, besteht die Synergie, die
Abwärme von Kraftwerken (z.B. erneuerbare Energie,
O2
Geo-Thermie, Solar-Thermie, Industrie-Abwärme)
oder industriellen Prozessen als Wärmequelle des + Anode
Elektrolysebetriebs zu nutzen. Damit kann in Summe
der Gesamtwirkungsgrad der Wasserstoffherstellung Elektrolyt O2- e-
bzw. Energiespeicherung deutlich verbessert werden.
- Kathode
SOE
Funktionsprinzip Hochtemperatur-Elektrolyse H2O H2
Die SOE (SOE = Solid Oxide Elektrolyser) verspricht
einen wesentlich höheren Wirkungsgrad (deutlich
über 80 %) und niedrigere Kosten als konventionelle Motivation
Verfahren. Die SOE ist das Gegenstück zum chemi- Wie in Abbildung 5 und 6 gezeigt, steigen seit Anfang
schen Prozess in einer SOFC Brennstoffzelle. Diese der 2000-er Jahre die installierten Leistungen von
spaltet im Wesentlichen unter Zuführung von Elek- Windkraft- und PV (PhotoVoltaic)-Anlagen sehr stark
trizität Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf. Der an. Dadurch ist auch der Bedarf an Energiespeicherung
Aufbau der SOE ist derselbe wie bei der SOFC, aller- dieser sehr unregelmäßigen auftretenden Energie-
dings dient nun die Brennstoffelektrode als Kathode quellen erklärbar und langfristig gegeben. D.h. für alle
und die Sauerstoffelektrode als Anode. Bei der SOE Elektrolyse- Technologien und die damit verbundene
wird Wasserdampf zur Kathode geleitet, wo er mit chemische Speicherung von elektrischer Energie stellt
zwei Elektronen zu Wasserstoff und Sauerstoffanionen sich nicht die Frage, ob diese Technik in Zukunft auch
reagiert. Die Sauerstoffanionen wandern durch den noch benötigt wird, sondern vielmehr ob es allenfalls
Elektrolyten zur Anode, wobei dort unter Abgabe andere, noch effizientere oder kostengünstigere Spei-
zweier Elektronen Sauerstoff gebildet wird. Während cher- bzw. Umwandlungstechniken geben wird. Aus
der Elektrolyse wird zur Sauerstoffelektrode Luft zu- Sicht des Projektkonsortiums stellt die SOEC aber
geführt, um den produzierten Sauerstoff zu entfernen; eine der derzeit am effizientesten Umwandlungstech-
theoretisch benötigt man keine Gaszufuhr zur Anode. niken dar.
Die Reaktionsgleichungen der Kathode und Anode Bezüglich der Auswirkungen auf die Wertschöpfung
sowie die Gesamtreaktion der Hochtemperaturelektro- und Beschäftigung im Bereich dieses neuen Techno-
lysezelle sind in den untenstehenden Gleichungen logiefeldes lassen sich zum aktuellen Kenntnisstand
dargestellt. noch keine genauen Aussagen treffen. Um diese
Potenziale jedoch auch quantifizieren zu können und
Gleichung für SOE ABBILDUNG 3 dadurch in der Folge fundierte Aussagen machen zu
können, wird dieses Technologieentwicklungsprojekt
H2O + 2e- H2 + O2- HydroCell von einer ökonomischen Analyse
begleitet.
O2- ½ O2 + 2e-
H2O H2 + ½ O214 | 15
Gesamte installierte Leistung an Wind ABBILDUNG 5
40
Source: GWEC, AWEA, EWEA
35
United States
30
25
Germany
Gigawatts
20
Spain
15
India
10
5
China
0
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Jährliche Produktion von elektrischer Energie je ausgewähltem Land und Jahr
Leistung durch Photovoltaik je Region ABBILDUNG 6
6
Source: PV News, Bradford
5
United States
4
Gigawatts
3
Japan
2 Europe
China/Taiwan
1
0
1994 1997 2000 2003 2006 2009838770
Ziele des Projektes und damit wichtige Zuverlässigkeitsanalysen durchge-
Im Projekt HydroCell wird das Hochtemperatur- führt, wodurch bereits die ersten SOEC Stacks sowohl
elektrolyse-Verfahren untersucht und in einem hinsichtlich der Leistungsdichte als auch Haltbarkeit
„proof-of- Concept“ System realisiert. Im Rahmen ansprechende Ergebnisse liefern sollen. Dieses Projekt
dieses Projekts werden auch die Anforderungen einer liefert substanzielle Erkenntnisse und Betriebser-
großindustriellen SOEC Anlage erfasst. Es werden die fahrungen mit SOEC Zellen / Stacks / Modulen und
Schlüsselkomponenten des SOEC Stacks (Elektroden, einem ersten SOEC Teil-System. Parallel dazu werden
Interkonnektoren, Dichtungen) entwickelt und getes- die wirtschaftlichen und anwendungsspezifischen
tet. Diese Komponenten werden dann in komplette Rahmenbedingungen untersucht. Das HydroCell
Stacks verbaut und umfassend unter systemnahen Konsortium besteht aus namhaften Partnern (Plansee
Randbedingungen getestet. Es wird ein komplettes SE, Fraunhofer IKTS Institut, Montan Universität
Anlagenkonzept entwickelt und in einem „proof-of- Leoben und Fraunhofer Austria) mit einer langen
Concept“ System am Prüfstand realisiert. Es werden Erfolgsgeschichte zur SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
verschiedenen Anwendungs- (z.B. gemeinsam mit Technologie. Die Synergien zwischen den nahe
Methanisierung zur Syn-Methan Herstellung) und verwandten Technologien SOEC und SOFC sollen
Up-Scale Szenarien erarbeitet, um diese Technologie voll ausgenutzt werden, um möglichst rasch SOEC
in Zukunft auf eine großindustriell relevante Größen- Technologie auf einen im nächsten Schritt industriali-
ordnung (>1MW) zu skalieren. Ebenfalls wird eine sierbaren Status zu bringen. Dazu soll dieses Projekt
3D CFD Simulationsplattform für SOEC geschaffen HydroCell wesentliche Erkenntnisse beisteuern.
DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT
_ Der SOEC Prozess erlaubt die effiziente Umwandlung von erneuerbarer elektrischer und
TOP 3
thermischer Energie in das chemische Speichermedium Wasserstoff (oder Synthesegas)
und kann damit einen wesentlichen Beitrag zur Energiespeicherung von erneuerbaren
Ressourcen leisten
_ Der Wasserstoff ist ein ungiftiges Gas mit hoher Energiedichte (somit gut als Speichermedium
geeignet) und kann durch elektrochemische Prozesse mit der SOEC sowohl zentral wie auch
dezentral erzeugt werden
_ Wasserstoff kann in einem chemischen Reaktor (Synthese) unter Zumischung von CO in
2
flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoff-Verbindungen umgewandelt werden, wodurch
die Energiedichte noch weiter erhöht werden kann.16 | 17
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Projektleitung: MATTHIAS THEISSING
4ward Energy Research GmbH
„ Sorptionsspeichersysteme sind eine vielversprechende Technologie mit großem
Z I TAT
Potenzial zur Wärmespeicherung. Bisherige Forschungsarbeiten machen aber
auch den umfassenden Entwicklungsbedarf auf dem Weg zur Marktreife deutlich.
Im Fokus des Projekts novelSORP steht daher die Entwicklung eines neuartigen
Sorptionswärmespeichersystems, mit dem ein Technologiesprung in der
Wärmespeicheranwendung erzielt werden soll.” MATTHIAS THEISSINGPROJEKTNUMMER: 840694
Entwicklung eines innovativen Sorptionsspeichersystems
novelSORP - Novel SORPtion storage flagship system enhancing Austria`s leadership
Thermischer Energiespeicherung wird eine zunehmend Energie-Service GmbH, Fraunhofer-Gesellschaft
wichtige Rolle für die Integration von Erneuerbaren zur Förderung der angewandten Forschung e.V.,
Energien zugesprochen. Eine der vielversprechendsten Kaltenegger und Partner Architekten ZT GmbH,
Technologien sind Sorptionsspeicher. Bisherige Kulmer Holz-Leimbau GesmbH, KWB - Kraft und
Forschungsarbeiten zeigen zwar das große Potenzial Wärme aus Biomasse Gesellschaft m.b.H., Montanuni-
von Sorptionssystemen zur Wärmespeicherung, versität Leoben, Paltentaler Minerals GmbH & Co KG,
machen aber auch deutlich, dass noch umfassender Pink GmbH Energie und Speichertechnik, SPIN Tec
Entwicklungsbedarf auf dem Weg zur marktfähigen GmbH und Technisches Büro Ing. Bernhard Hammer
Technologie besteht. Herausforderungen stellen sich GmbH innerhalb des Projekts, das im Rahmen des
vor allem in Bezug auf österreichischen Forschungs- und Technologiepro-
gramms „e!Mission.at“ des Klima- und Energiefonds
_ Sorptionsmaterialien: Diese weisen bislang gefördert wird.
ungenügende Zyklenstabilität und häufig hohe
spezifische Kosten auf. Der Fokus liegt auf neuen, hochfunktionellen und
_ Systemkomponenten: Verbesserungspotenziale gleichzeitig kostengünstigen Sorptionsmaterialien
gibt es insbesondere hinsichtlich Wärmeleitung sowie auf innovativen Systemkomponenten. Heraus-
und Massetransport. forderungen im technologischen Bereich liegen unter
_ Systemintegration in potenziellen Anwendungs- anderem in der Zyklenbeständigkeit der Materialien,
feldern: Erfolgreiche Nachweise der Einsatzfähig- im optimalen Wärme- und Massetransfer sowie im
keit in Feldtests fehlen bislang. Korrosionsverhalten. Im ökonomischen Bereich steht
das Erreichen marktfähiger Kosten des Speichersystems
Das Projekt novelSORP zielt auf einen Techno- im Vordergrund. Diesen Herausforderungen soll in
logiesprung in der Wärmespeicheranwendung novelSORP ebenso begegnet werden wie den Anfor-
Diesen Herausforderungen stellt sich das Projekt derungen an den Einsatz in verschiedenen Anwen-
novelSORP, das die Entwicklung eines innovativen dungsbereichen hinsichtlich Kurz- und Langzeit-
Sorptionswärmespeichersystems zum Ziel hat. Unter speicherung von Wärme. Übergeordnetes Ziel des
der Projektleitung der 4ward Energy Research GmbH Projekts ist es, österreichisches Know-how in diesem
erfolgen umfassende Forschungs- und Entwicklungs- Technologiefeld durch einen Innovationssprung in
arbeiten der Projektpartner CAP Engineering GmbH, der Wärmespeicheranwendung weiter auszubauen.18 | 19
ENSH
RE
OT
SC
Sorptionsmaterialentwicklung im Projekt novelSORP:
Salzbehandelter Zeolith von Projektpartner Paltentaler
Minerals GmbH & Co KG im Querschnitt, ca. 10.000fache
Vergrößerung840694 Entwicklungsherausforderungen Die Einsatzfähigkeit und Performance einer erreichbar, was aber gleichzeitig mit verfahrenstech- Wärmespeichertechnologie in verschiedenen nischen Herausforderungen in der Anwendung Anwendungsfeldern ist wesentlich vom verwendeten einhergeht, beispielsweise das „Schmelzverhalten“ Speichermaterial abhängig. Sorptionsmaterialien bestimmter Salzhydrate, Korrosivität, niedrigere Re- unterscheiden sich in ihrem Verhalten insbesondere aktionsgeschwindigkeiten etc. Eine Möglichkeit, diese durch die notwendige Regenerationstemperatur für unterschiedlichen Eigenschaften von Absorbentien die Desorption, mögliche Temperaturentwicklung und Adsorbentien optimal zu kombinieren, stellen bei Nutzung, Energiespeicherdichte, Adsorptions- Komposite – eine Mischung von Adsorbentien (Mine- kapazität, Zyklenstabilität, Umweltverhalten (Giftig- rale) und Salzhydraten in bestimmten Mengenverhält- keit), Korrosivität, Brennbarkeit etc. Neben den für nissen – dar. Kompositmaterialien können im Idealfall den jeweiligen Einsatzbereich möglichst optimalen die guten Reaktionseigenschaften der Molekularsiebe thermodynamischen Eigenschaften und einer hohen (Temperaturhub, Reaktionszeit, mechanische Stabilität) Energiespeicherdichte spielen nicht zuletzt die mit den hohen Speicherdichten der Salzhydrate Materialkosten eine entscheidende Rolle für die vereinen. Insbesondere Zeolithe weisen günstige Verwendung in einem marktfähigen Speichersystem. Eigenschaften als Adsorbentien in Kompositen auf. Für Sorptionsspeicher stehen einerseits mikro- und Eine wesentliche Entwicklungsherausforderung stellt mesoporöse Adsorbentien (wie Silicagele, Zeolithe) jedoch immer noch die Zyklenstabilität der Materialien und andererseits Absorbentien in Form von Salz- dar. Darüber hinaus ist der ökonomische Aspekt ins- hydraten zur Verfügung – letztere sowohl in flüssiger besondere hinsichtlich der Kosten des Sorptionsmate- (Lösungen wie LiBr, LiCl, CaCl2) als auch in fester rials für die Verwendung entscheidend. Im Projekt Form (verschiedene feste Salze, z.B. Sulfate wie novelSORP wird daher unter anderem das Ziel verfolgt, MgSO4, Al2SO4 oder Chloride wie MgCl2, CaCl2). Sorptionsmaterialien mit optimaler Materialperfor- Mikro- und mesoporöse Adsorbentien zeigen üblicher- mance bei gleichzeitig kostengünstiger Herstellung zu weise gute Reaktionseigenschaften (Temperaturhub, entwickeln. Daneben werden optimal auf die Material- Reaktionszeit, mechanische Stabilität), weisen aller- eigenschaften sowie die Technologieeinsatzbereiche dings gegenüber Salzhydraten geringere erreichbare abgestimmte Systemkomponenten entwickelt. Ziel Speicherdichten auf. Mit Salzhydraten sind dagegen ist schließlich der Nachweis der Einsatzfähigkeit des aufgrund des deutlich höheren Energieumsatzes bei Speichersystems im Labor und die Demonstration in Hydration und Dehydration höhere Speicherdichten zwei Testbed-Anwendungen. DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT _ Entwicklung eines neuartigen Sorptionswärmespeichersystems mit Schwerpunkt auf TOP 3 hochfunktionellen und gleichzeitig kostengünstigen Sorptionsmaterialien sowie auf innovativen Systemkomponenten _ Nachweis der Einsatzfähigkeit im Labor und Demonstration in zwei Feldanwendungen _ Ausbau des österreichisches Technologie-Know-hows durch einen Innovationssprung in der Wärmespeicheranwendung.
20 | 21
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Projektleitung: ANDREAS ZIMMERMANN
Sunplugged - Solare Energiesysteme GmbH
Konzept für Selenisierungsanlage von CIGS-Glasmodulen
Substrates (CIG)
Load Lock
Carrier loading Pusher
Preheat
Buffer Selenization
Cooling
Load Lock
Ca
Carrier with rri
er
Substrate Re
tur
n
High efficient 3 Stage Se
Trap and Recovery System
Se Source
Substrates (CIGSe)PROJEKTNUMMER: 840706
Flexible Photovoltaik vom Fließband
SynerCIS- Synergizing Austrian Breakthrough Innovation for CI(G)S solar cells
Dünnschichtsolarmodule gelten als ein großer SynerCIS schafft Synergien zwischen den
Hoffnungsträger für die Zukunft der Photovoltaik. österreichischen „CIGS“-Akteuren entlang
Sie zeichnen sich durch niedrigeren Verbrauch an der gesamten Wertschöpfungskette
Rohstoffen und Energie bei der Herstellung aus. Das Leitprojekt SynerCIS adressiert dabei die wesent-
Weiters können fertigungstechnisch zahlreiche kosten- lichen, technologischen Hürden, um österreichische
senkende Methoden und Prozesse verwendet werden. Innovationen im Bereich von CIGS-Solarzellen lang-
So ist im Gegensatz zur konventionellen, auf kristal- fristig in globalen Wachstumsmärkten zu etablieren
linen Siliziumsolarzellen basierenden Photovoltaik, und sie unter Realbedingungen zu evaluieren.
eine integrierte monolithische Verschaltung von Solar- SynerCIS umfasst alle technologischen Problem-
zellen zu Modulen möglich. Neben Glas können auch bereiche entlang der Wertschöpfungskette: Von der
flexible Substrate verwendet werden, was die Herstel- Herstellung bisher fehlender Halbzeuge wie geeigneten
lung leichtgewichtiger flexibler Photovoltaikmodule Trägerfolien und Verkapselungsmaterialien, über die
und eine kostengünstige Rolle-zu-Rolle Fertigung er- Entwicklung von Anlagen für den eigentlichen CIGS
möglicht. Diese Fertigungsoptionen helfen nicht nur Absorber, der Entwicklung von flexibel fertigbaren
die Kosten zu senken, sondern erlauben auch größere Solarzellen und -modulen bis hin zur Evaluierung der
Freiheiten bezüglich Form und Design der Module. Technologien in neuen, bisher nicht realisierten PV-
Applikationen österreichischer Hersteller.
Als besonders erfolgsversprechend gelten Dünnschicht-
solarmodule basierend auf einer Absorptionsschicht Substrate und Verkapselungsfolien für flexible
bestehend aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen. CIGS Solarzellen
Diese sogenannten CIGS Solarzellen erreichen im Flexible CIGS Solarzellen bieten neue Chancen für
Labor bereits Wirkungsgrade von knapp 21% und den Einsatz der Photovoltaik. Sie sind leicht und kön-
liegen daher nahezu im Bereich von kristallinen Sili- nen aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften in
ziumsolarzellen. Darüberhinaus haben CIGS Solar- zahlreichen, bisher nicht genutzten Anwendungen,
zellen ein gutes Diffuslichtverhalten und erzielen hohe verwendet werden. Entwicklungsseitig sind flexible
Energieerträge über den gesamten Tag. CIGS Solarzellen jedoch sehr anspruchsvoll. So gibt
Eine Reihe österreichischer Forschungseinrichtungen es derzeit kaum geeignete Trägerfolien, welche die
und Unternehmen sehen daher ein großes Potenzial thermischen und mechanischen Anforderungen bei
von CIGS-basierten Solarzellen und entwickeln neue der Herstellung von CIGS Solarzellen erfüllen.
Ansätze, um der Technologie zum Durchbruch zu Daher wird im Rahmen des SynerCIS Projekts ein tem-
verhelfen. peraturstabiles, multifunktionales Substrat entwickelt.22 | 23
„ Dünnschichtsolarmodule bieten neue Anwendungsfelder für die Photovoltaik und
Z I TAT
überzeugen durch geringen Energie- und Materialbedarf bei ihrer Herstellung
Durch das SynerCIS Projekt werden technische Hürden überwunden, die der
Markteinführung österreichischer Innovationen entgegenstehen.”
PROJEKTLEITER ANDREAS ZIMMERMANN
Dabei wird auf eine günstige Metallfolie eine dünne, Robuste Prozesse sorgen für Wirkungsgrad-
elektrisch isolierende Schicht mittels Sol-Gel-Verfahren steigerungen und geringeren Herstellkosten
aufgebracht. Dieses Substrat erlaubt eine neue, serielle Die Qualitätsanforderungen an das CIGS- Schicht-
Kontaktierung der Solarzellen, verhindert die Diffusion system sind sehr hoch. In den letzten Jahren konnten
von Eisenionen und wirkt als Natriumspender zur hier dank Optimierung der Herstelltechniken und
späteren Bildung des CIGS Absorbers. Weiters kann Materialzusammensetzungen des Schicht-Stapels
dieses Substrat mit Mikrostrukturen versehen werden, deutliche Fortschritte erzielt werden, aber immer
um die Lichtausbeute zu verbessern. Technologiegeber noch liegen die Wirkungsgrade zwischen Labor und
für die Sol-Gel-Entwicklung ist das renommierte industrieller Fertigung weit auseinander. Die beiden
deutsche Forschungsinstitut für neue Materialien Unternehmen Sunplugged und Ebner arbeiten gemein-
in Saarbrücken. Die Entwicklung einer dafür ange- sam mit dem AIT an der Verbesserung der einzelnen
passten Solarzelle übernimmt Sunplugged und Ent- Solarzellenschichten und an neuem Produktionsequip-
wicklung der Mikrostrukturen wird an der TU Wien ment zur Herstellung von glasbasierten und flexiblen
durchgeführt. Photovoltaikmodulen.
Ein Schwachpunkt von flexiblen CIGS Solarzellen ist So wird im Zuge des Projekts seitens der Fa. Ebner
die Verkapselung. CIGS Solarzellen sind empfindlich ein Design für eine neue Selenisierungsanlage zur
gegenüber Feuchte und haben daher hohe Anforder- Herstellung von großformatigen Glas-CIGS-Modulen
ungen an die Barriereeigenschaften der Solarmodul- entwickelt.
verkapselung. Im SynerCIS entwickelt die Isovoltaic Neben der Solarzelle selbst ist die serielle Verschaltung
AG mechanisch belastbare und UV-beständige zur Erhöhung der Modulspannung ein wesentlicher
Einkapselungsmaterialien mit verbesserten Barriere- Einflußfaktor für die erzielbaren Wirkungsgrade und
eigenschaften zur Vermeidung von Wasserdampf und die Kosten des fertigen Photovoltaikmoduls.
Sauerstoffeintrag.840706
1
2
1 Charakterisierung von flexiblen Verkapselungs-
materialien für CIGS-Solarmodule
2 Lamination von flexiblen Einkapselungsmaterialien24 | 25
3
4
„ Nur die Produktion in Billiglohnländern zu verlagern ist auf Dauer riskant. Für eine
Z I TAT nachhaltige Entwicklung brauchen wir in Europa Know-how zur Herstellung von
Produkten für die erneuerbare Energieerzeugung. Das SynerCIS Projekt ermöglicht
die Entwicklung von marktfähigen, österreichischen Photovoltaikinnovationen.”
PROJEKTLEITER ANDREAS ZIMMERMANN840706
Die integrierte monolithische Verschaltung von CIGS Demonstration der Entwicklungen in der
Solarmodulen ist industriell state-of-the-art. Diese Gebäudeintegration und bei der Versorgung
Methode ist jedoch für eine flexible, kundenspezifische von mobilen elektrischen Geräten
Produktion zu starr und nur für glasbasierte CIGS Am Ende des Projekts werden alle entwickelten Tech-
Module ausgereift. Sunplugged hat bereits im Zuge nologien demonstriert und auf ihre Anwendbarkeit,
eines Vorläuferprojekts eine Kontaktierung entwickelt, Energie- und Ressourceneffizienz hin evaluiert. PVP
welche die maßgeschneiderte Produktion von Dünn- demonstriert die entwickelten CIGS Technologien in
schichtsolarmodulen erlaubt. Dabei können Größe, einem gebäudeintegrierten Photovoltaikmodul und
Form und Spannung eines Solarmoduls über einen Sunnybag entwickelt ein ergonomisch optimiertes
selektiven Laserprozeß und zwei, damit verknüpfte Solarladegerät. Beim Design der werden beide
Druckprozesse „on-the-fly“ definiert werden. Im Zuge steirische Unternehmen durch Modellierung und
des SynerCIS-Projekts wird diese Basisentwicklung Simulation von der TU Wien unterstützt. Die Evalu-
vom Labor auf industrielles Fertigungsniveau hoch- ierung der Demonstratoren erfolgt durch das AIT
skaliert. in Wien.
DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT
_ Die im Projekt entwickelten Technologien sind weltweit in österreichischen Produkten verwertbar
TOP 3
und stärken den Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Österreich.
_ Das Projekt führt zu einer Effizienzsteigerung und gleichzeitigen Kostenreduktion bei der Herstellung
von Dünnschichtsolarmodulen.
_ Das Projekt spannt einen weiten Bogen über die gesamte Wertschöpfungskette: Von der Entwicklung
von fehlenden Halbzeugen, über neue Produktionstechnologien für Dünnschichtsolarzellen bis hin zur
Demonstration in Gebäudehüllen und mobilen Endgeräten.
3 Flexible Solarfolie mit gedruckter Solarzellenverschaltung
4 Stahlfolie mit elektrisch isolierender Sol-Gel-Schicht26 | 27
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Projektleitung: PROF. FRIEDRICH BLEICHER
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Z I TAT „Balanced Manufacturing erhöht die Ressourcenverträglichkeit und die
Wettbewerbsfähigkeit der österreichischen Industrie durch signifikante
Energieeffizienzsteigerungen in der Produktion. Das Projekt entwickelt
Lösungen zur energieoptimierten Planung und Steuerung von Produktions-
prozessen und Produktionsinfrastruktur unter Berücksichtigung der
ökonomischen Erfolgsfaktoren Zeit, Kosten und Qualität.“
PROJEKTLEITER PROF. FRIEDRICH BLEICHER
Bildquellen von links
© TU Wien, Intitut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechik, © greenlagirl,
© TU Wien, Institut für Interdisziplinäres BauprozessmanagementPROJEKTNUMMER: 840746
Forschungsfabrik zur Energieeffizienz
BaMa - Balanced Manufacturing
Forschungsschwerpunkt Das Forschungsprojekt „Balanced Manufacturing“
für zukunftsorientierte Industrie geht nun einen Schritt weiter und versucht erstmalig
Der Wirtschaftssektor der produzierenden Industrie in Zusammenarbeit von universitären und indus-
ist in Österreich für ungefähr 30 % des Gesamtenergie- triellen Partnern eine ganzheitliche Methodik der
bedarfes des Landes verantwortlich (Gesamtenergie- Systemanalyse und darauf aufbauend eine Software-
bilanz 2012, Statistik Austria) und stellt somit neben Tool-Kette zur Planung und Steuerung des Energie-
privaten Haushalten und Transport einen der größten bedarfs in der laufenden Produktion zu entwickeln.
Verbraucher dar. Während in den beiden anderen Dabei wird der Ansatz verfolgt eine ausgewogene,
Sektoren Energieeffizienz und -einsparungen seit wirtschaftliche und energieeffiziente Produktion
vielen Jahren vorangetrieben werden, findet eine zu gewährleisten. Es soll eine Systemlösung unter
Umorientierung am produzierenden Sektor erst seit Berücksichtigung der unternehmerischen Erfolgs-
kurzem statt. Wirtschaftliche und soziale Rahmen- faktoren entstehen, die Energieeffizienz und Wett-
bedingungen, wie steigende Energiekosten und bewerbsfähigkeit gleichermaßen unterstützt und in
wachsendes Bewusstsein für ökologisch nachhaltige Einklang bringt. Dabei werden simulationsbasierte
Konsumentscheidungen, lenkten in der jüngeren Methoden für die interdisziplinäre Analyse und
Vergangenheit den Fokus vieler Unternehmen zu- Optimierung des Einsatzes der Ressource Energie
nehmend auf das nachhaltige Planen und Betreiben verwendet und in Leitstandsoftware zur Fertigungs-
ihrer Produktionsstandorte. Dadurch gewinnt der planung und zum Infrastrukturbetrieb implementiert
Faktor CO2-Ausstoß für viele Firmen immer mehr an um gesamtheitlich optimierte Betriebsabläufe zu
Gewicht und erweitert somit das Spannungsfeld der realisieren. Alle relevanten Bausteine einer Produkti-
unternehmerischen Erfolgsfaktoren Zeit, Qualität onsstätte (Produktionssystem, Gebäude, Energie-
und Kosten. system, Logistik) werden unter Berücksichtigung
Eine Hürde auf dem Weg in Richtung ressourcen- von Managementaspekten modelliert.
effizienter Produktion stellten bis dato die schwer
abschätzbaren Auswirkungen auf den wirtschaftlichen Von wissenschaftlichen Methoden
Erfolg des Betriebs dar. In vorangegangenen For- zu einsatzfähigen Tools
schungsprojekten wurden an der TU Wien bereits Bei dem Energieeffizienz-Ansatz nach Balanced Manu-
Methoden und simulationsbasierte Tools entwickelt facturing wird der produzierende Betrieb in seiner
um die Effekte energieeffizienzsteigernder Techno- Gesamtheit betrachtet und sowohl Produktionssysteme,
logien in der Planungsphase einer Industrieanlage Logistikeinrichtungen, Gebäude als auch Energiesys-
sichtbar zu machen. teme in die Betrachtung mit einbezogen. Unternehmen28 | 29
sollen in die Lage versetzt werden mit dem Balanced- Cube soll als repräsentative und anwendungsnahe
Manufacturing-System den Energiebedarf ihrer Produktionseinheit für detaillierte Messungen und
Systeme mit Hilfe modernster Simulationstechnik Analysen der Energie- und Ressourcenflüsse genützt
zu analysieren, prognostizieren und durch angepasste werden. Eine wesentliche Funktion liegt auch in
Betriebsführungsstrategien zu optimieren. der Verbreitung der gewonnen Erkenntnisse, wo mit
Das Projekt startet mit einer eingehenden Analyse Hilfe des Experimental-Cubes Demonstrationen
und der aufbauenden Formalisierung der erforder- und Schulungen durchgeführt werden können.
lichen Methoden zur Analyse der betrachteten Aufbauend auf den Analysen der Energie- und Ressour-
Betriebe, die Balanced-Manufacturing-Methode. Eine cenflüssen sowie Simulationen werden auf Produkt-
besondere Herausforderung bei der Konzipierung der ebene aussagekräftige Übersichten und Kennzahlen
Methodik stellt die große Anzahl unterschiedlicher, zum Energie-Verbrauch abgeleitet. Der Produkt-
energetisch relevanter Anlagen dar, die in das System Fußabdruck repräsentiert die Aufwendungen für das
integriert werden müssen. Hierzu werden unter- Produkt betreffend Zeit, Kosten, Energie und den
schiedliche Modellierungsansätze und Methoden, wie resultierenden Einfluss auf die Umwelt z.B. durch
z.B. diskrete und kontinuierliche, physikalische und Kohlendioxid-Emissionen während der Produkt-
datenbasierte Modelle in einem System zusammen- Lebenszyklus-Phase innerhalb der Fabrik. Hierbei
gefasst. Um die Heterogenität der Anwendungsfälle wird, im Gegensatz zu aktuell gebräuchlichen Metho-
und verwendeten Modellierungsmethoden abbilden den, die Änderung des Fußabdruckes aufgrund der
zu können wird für die Systemanalyse ein modularer zum Zeitpunkt der Produktion herrschenden ener-
Ansatz gewählt. getischen Situation des Betriebes mitberücksichtigt.
Der gesamte Produktionsbetrieb wird in einzelne Der Fußabdruck wird somit dynamisch und für jede
Systembereiche mit definierten Systemgrenzen unter- Produktcharge separat ausgewiesen.
gliedert, genannt „Cubes“. Cubes sind damit durch Aufbauend auf die entwickelte Methodik wird eine
eine klare Schnittstellendefinition gekennzeichnet Kette an Software-Werkzeugen für den energieeffizi-
und erlauben die Identifikation des Einflusses von enten Betrieb, und als mögliche Zweitnutzung die
Teilsystemen auf den Ressourcenverbrauch eines Gestaltung und die Sanierung, unter wettbewerblichen
Produktes in Hinblick auf Energie, Kosten und Zeit. Randbedingungen mit minimalem Energie- und
Ein weiterer wichtiger Vorteil dieser Herangehens- Ressourcenverbrauch entwickelt und implementiert,
weise ist die Abbildbarkeit als ein in sich konsistentes welche drei Kernmodule umfasst.
Modell im Balanced-Manufacturing-System, also die
Umlegung des real vorhandenen Cubes auf das virtu- Die Monitoring-Funktion: Um eine grundlegende
elle Modell. Durch die klare Abgrenzung wird die Datenbasis und Validierungsmöglichkeiten für die
Möglichkeit geschaffen verschiedene Modellierungs- Simulationen zu generieren, werden Informationen
ansätze zu kombinieren. zu Ressourcenverbräuchen gesammelt, aufbereitet
Für die Erprobung von innovativen Energiesystemen und visualisiert. Hierbei wird die Segmentierung
für Bearbeitungszellen, die sich mit der Messung, dem nach dem Cube-System als Ausgangsbasis für die
Monitoring, der Datenakquisition, dem Rekuperieren Planung des Monitoringsystems verwendet.
bzw. der Weiternutzung von elektrischer und thermi-
scher Energie wie auch der optimierten Betriebsfüh- Die Vorhersage-Funktion: Aufbauend auf dem
rung beschäftigen, wird eine Testumgebung unter Produktionsplan wird der Energieverbrauch der Fabrik
Laborbedingungen eingerichtet. Dieser Experimental- prognostiziert. Mittels der Modelle der einzelnen840746
BaMa-Toolchain
Optimierung, Prädiktion
Virtuelles System
Simulation Mon
itori
ngd ERP
aten
Corporate Level
TGA GEBÄUDE Opt.
Betr
iebs
stra
tegi SCADA, MES, MIS ... Operating & Process
MASCHINE LOGISTIK e Control Level
PLC, SPS, HMI, ...
Eingriff Control Level
Sensors, bus systems, ...
Field Level
CO2-Emissionen Stelleingriffe Messwerte
10
Realer Produktionsbetrieb
10 10
Qualität Zeit
TGA GEBÄUDE
MASCHINE LOGISTIK
10
Kosten30 | 31
ABBILDUNG 12
BaMa
IKT
Produktionsmanagement
Produktionsanlagen
Energiesystem
& Logistik
Gebäude
Weitere Informationen finden
Sie unter www.projekt-info.org
Anlagen wird der Produkt-Fußabdruck einzelner Um die BaMa-Tools mit den normativen Voraus-
Produkte sowie der Gesamtenergiebedarf der Produk- setzungen an ein vollwertiges Energiemanagement-
tion simuliert und kann somit auf einen gewissen system nach ISO 50001 in Einklang zu bringen, wird
Prädiktionshorizont vorhergesagt werden. ein Change-Management-Prozess zur Begleitung
der Implementierung bei den Anwendungspartnern
Die Optimierungs-Funktion: Basierend auf den entwickelt.
Ergebnissen der durchgeführten Simulationen wird
mittels eines Optimierungsalgorithmus eine Strategie Kompetentes Konsortium
für den Einsatz der verfügbaren Anlagen (Produktions- für vielfältige Anwendungsfelder
anlagen, Förderanlagen, Gebäude- und Energieinfra- Im Rahmen des vierjährigen Forschungsprojekts
struktur) ermittelt, welche die vorgegebenen Opti- kooperieren Partner aus Forschung und Industrie um
mierungsziele (Energieeinsatz, Kosten, Zeit) unter eine anwendungsorientierte Lösung für die gestellten
Berücksichtigung bestehender Randbedingungen Herausforderungen zu finden. Neben fünf Instituten
bestmöglich erfüllt. der TU Wien, welche den interdisziplinären Charakter
Die entwickelten Software-Tools werden an markt- des Projektes sicherstellen und den methodischen
übliche Automatisierungssysteme angekoppelt und Zugang erschließen, beteiligen sich auch mehrere
sollen in Zusammenspiel mit ERP- und MES-Systemen Industriepartner an der Entwicklung der Tools. Von
eine Ergänzung zur Planung der Produktion unter dieser Seite wird Expertise aus jahrelanger Erfahrung in
Gesichtspunkten der Ressourcenschonung bilden. der Beratung von Industrieunternehmen hinsichtlich840746 Energie- und Ressourceneffizienz eingebracht. Die sind. Die Firma Franz Haas Waffelmaschinen geht Umsetzung und spätere Verwertung der Tools wird den beinahe gegenteiligen Weg und möchte mit Hilfe durch zwei etablierte Anbieter von Automatisierungs- von Balanced Maunfacturing ihre Kunden dabei lösungen gewährleistet. unterstützen ihre Produktionsstandorte optimal Um die Anwendbarkeit der Projektergebnisse sicher- an die Süßwarenproduktion anzupassen. Infineon zustellen, nehmen mehrere Anwenderfirmen unter- Technologies Austria AG möchte mit Hilfe von schiedlichster Produktionssparten (metallverarbeitende Balanced Manufacturing im „Pilotraum Industrie 4.0“, Industrie, Elektronikindustrie, Nahrungsmittel- der am Standort Villach entsteht, durch optimierten industrie) am Projekt teil, in deren Produktionsein- Infrastrukturbetrieb den Brückenschlag zwischen richtungen die entwickelten Ergebnisse prototypisch intelligenter Produktionstechnik und Nachhaltigkeit implementiert werden. Dadurch werden sehr diversi- schaffen. Für die metallverarbeitenden Betriebe im fizierte Anforderungen an Balanced Manufacturing Anwenderkonsortium, GW St. Pölten, MKE und gestellt und es sind unterschiedliche, unternehmens- Berndorf Band stellt BaMa eine Möglichkeit dar die spezifische Fragestellungen zu beantworten. energetischen Großverbraucher in ihren Betrieben So möchte beispielsweise die Bäckerei der Super- zu identifizieren und möglichst (energie)effizient marktkette MPREIS Balanced Manufacturing dazu zu betreiben. Durch die breite Streuung der Anwen- einsetzen Betriebsstrategien zu finden, die optimal dungsfelder im Projekt soll sichergestellt werden, auf die Produktion der am Standort vorhandenen dass Balanced Manufacturing für eine Vielzahl von alternativen Energieerzeugungsanlagen abgestimmt Abnehmern anwendbare Lösungen bieten kann. DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT _ Die interdisziplinäre Herangehensweise von Balanced Manufaturing, verknüpft durch modernste TOP 3 Informations- und Kommunikationstechnologien, zeigt neue Wege für ressourcenschonende Produktion auf. _ Die im Rahmen des Projektes entwickelte BaMa-Tool-Chain zum Monitoring, zur Vorhersage und zur Optimierung des Energiebedarfs soll ein verlässliches Instrument zur ökonomisch und ökologisch nachhaltigen Planung und Steuerung eines Produktionsbetriebes darstellen. _ Die Projektergebnisse von Balanced Manufacturing sollen durch ihre modulare Gestaltung für eine große Bandbreite von Produktionssparten und Anwendungsfeldern anwendbar sein.
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Wind- und Sonnenenergie unterirdisch speichern
Projektnummer 840705
Koordinator RAG Rohöl-Aufsuchungs AG
Projektleitung Stephan Bauer: stephan.bauer@rag-austria.at
Partner Uni Leoben (Lehrstuhl für Verfahrenstechnik), Verbund,
BOKU (Institut für Umweltbiotechnologie, Energieinstitut an der JKU Linz, Axiom
Förderprogramm e!Missi0n+.at - Energy Mission Austria, 1. Ausschreibung
Dauer 01.05.2013 - 31.10.2016
Budget 4.542.351 €
Wasserstofferzeugung mit Hochtemperatur Brennstoffzellen
Projektnummer 838770
Koordinator AVL List GmbH
Projektleitung Jürgen Rechberger: juergen.rechberger@avl.com
Partner Fraunhofer Austria Research, Uni Leoben (Lehrstuhl für Physikalische Chemie),
Plansee, Fraunhofer (Institut für Keramische Technologie+Systeme)
Förderprogramm e!Missi0n+.at - Energy Mission Austria, 1. Ausschreibung
Dauer 01.03.2013 - 31.08.2015
Budget 2.858.872 €
Entwicklung eines innovativen Sorptionsspeichersystems
Projektnummer 840694
Koordinator 4ward Energy Research GmbH
Projektleitung Matthias Theissing: novelsorp@4wardenergy.at
Partner Uni Leoben (Lehrst. f. Thermoprozesstechnik), Pink GmbH, Paltentaler Minerals GmbH & Co KG,
Kaltenegger & Partner Architekten ZT GmbH, Techn. Büro Ing. Bernhard Hammer GmbH, SPIN Tec
GmbH, KWB - Kraft & Wärme aus Biomasse GmbH, Fraunhofer-Ges. zur Förderung der angewandten
Forschung e.V., Energie-Service GmbH, Kulmer Holz-Leimbau GmbH, CAP Engineering GmbH
Förderprogramm e!Missi0n+.at - Energy Mission Austria, 1. Ausschreibung
Dauer 01.09.2013 - 31.08.2017
Budget 3.238.028 €Sie können auch lesen
