TU BRAUNSCHWEIG
dgm

Forschungsprojekte

Am elenia werden verschiedene Forschungsprojekte mit unterschiedlichen Schwerpunkten im Bereich der elektrischen Energieversorgung bearbeiten. Nachfolgend ist eine Auswahl zur aktuellen Forschung und Entwicklung zu sehen.

 

BASIS

Im Rahmen des Forschungsprojekts BASIS (Building Automation with a Scalable and Intelligent System) wird ein System zu gewerkeübergreifenden Gebäudeautomation entwickelt. Dieses vom BMWi geförderte Projekt (über AIF VP) bildet mit 8 Projektpartnern ein leistungsstarkes Konsortium zur Entwicklung einer neuen Gebäudetechnik. Synergien zwischen Energiemanagement, technischer Gebäudeausrüstung (TGA), Ambient Assisted Living und Smart Home Funktionalitäten werden dabei betrachtet. Die technische Umsetzung erfolgt auf einem an der TU Braunschwieg entwickelten SmallCAN Bus System, welches sich unter anderem durch seinen Detailgrad und einen sehr geringen Energiebedarf der Steuerelektronik von bisher am Markt verfügbaren Systemen abgrenzt. Das elenia beschäftigt sich im Kontext dieses Forschungsprojekts mit Energiemanagement. Eine feingranulare Vernetzung mit Erzeugern, Speichern und Verbrauchern auf Haushaltsebene und der Datenaustausch mit den anderen Gewerken und externen Informationsquellen bilden die Datengrundlage. Es wird ein skalierbares System entwickelt, welches sowohl in Einfamilienhäusern einsetzbar ist, als auch Anwendungsfall spezifisch erweitert werden kann. Gemeinsam mit der Nibelungen Wohnbau werden im Laufe des Projektes Demonstratorwohnungen ausgerüstet, um das System in der Praxis zu erproben.

Partner:Digitale Signalverarbeitungssysteme & Informationstechnik GmbH, Bremen
 DOMOLOGIC Home Automation GmbH, Braunschweig
 Peter L. Reichertz Instituts für Medizinische Informatik, MHH
 Dröge Baade Drescher GmbH & Co. KG, Salzgitter
 Hermes Systeme GmbH, Wildeshausen
  
Assoziierte Partner:Nibelungen Wohnbau, Braunschweig   
  
Verantwortliche(r) im elenia:Stephan Diekmann
  
Projektleiter: Prof. Engel

DaLion

Im Rahmen des Projektes DaLion (DataMining in der Produktion von Lithium-Ionen Batteriezellen) werden seit Dezember 2015 die Wirkzusammenhänge und Wechselwirkungen innerhalb der Produktion von Lithium-Ionen Batteriezellen erforscht. Dazu werden alle relevanten Produkt- und Prozesseigenschaften sowie Stoff- und Energieströme im Produktionssystem systematisch erfasst und mittels Methoden des Data-Mining zu einem Expertensystem verknüpft. So entsteht eine Datenbasis, die im Hinblick auf die Qualitätssicherung und Effizienzsteigerung die Grundlage für eine Analyse, Bewertung und Entscheidungsunterstützung bei der Wahl der Eingangsparameter und Produktionsprozesse sowie deren Modellierung und Simulation darstellt. Der Fokus des elenia liegt bei diesem Projekt auf dem Prozessschritt der Formierung sowie der anschließenden Charakterisierung der Zellen hinsichtlich ihrer Leistungseigenschaften. Mittels einer standardisierten Formierungsprozedur werden die Zellen formiert und anhand eines definierten Katalogs von Qualitätskriterien bewertet. Das Ziel ist mittels der ganzheitlichen Datenerfassung, der Qualitätskriterien und der Data-Mining-Methoden schnelle Rückschlüsse auf Produktionseinflüsse zu erlangen.

Partner:iPAT - Institut für Partikeltechnik (TU BS)
 IWF - Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (TUBS)
 ifs - Institut für Füge- und Schweißtechnik (TUBS)
 InES - Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (TUBS)
 IÖNC - Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie (TUBS)
 Lion Engineering GmbH
  
Verantwortliche(r) im elenia:Kerstin Kurbach
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

e-home

Mit dem e-home Energieprojekt wird die Energieversorgung der Zukunft unter realen Bedingungen erforscht. Dazu wurden 32 Haushalte mit Photovoltaikanlagen, moderner Klimatechnik, Elektroautos, intelligenten Zählern und Batteriespeichern ausgestattet. Mit dem regelbaren Ortsnetztrafo (rONT) kommt zusätzliche eine innovative Netztechnologie zum Einsatz. Das Zusammenspiel all diese Komponenten im Niederspannungsnetz wird in diesem Projekt untersucht. Das elenia untersucht hierbei in erster Linie die Technolgie „Batteriespeicher“. Neben wirtschaftlichen Betrachtungen werden auch Untersuchungen zu Verlusten im Labor sowie Auswirkungen auf das Netz untersucht.

Partner:Avacon AG
 EFZN (Energieforschungszentrum Niedersachsen)
  
Assoziierte Partner:Maschinenfabrik Reinhausen   
  
Verantwortliche(r) im elenia:Hauke Loges
  
Projektleiter: Prof. Engel

EnEff Campus: blueMAP TU Braunschweig

Im Rahmen des Forschungsprojekts Energieeffizienter Campus wurde zunächst für den Campus der Technischen Universität Braunschweig ein Integraler Energetischer Masterplan entwickelt. Dabei wurden auf Basis einer Bestandsaufnahme Methoden und Werkzeuge zur mittelfristigen Reduzierung des Primärenergieverbrauchs um 40 % und zur langfristigen Versorgung des Campus mit ausschließlich regenerativen Energien erarbeitet. In die konzeptionelle Planung ist der lokale Energieversorger mit eingebunden. Die interdisziplinären Methoden und Werkzeuge werden im Zuge des Projekts und der Umsetzung des Masterplans (Folgeprojekte Umsetzung & Monitoring) in der Lehre eingesetzt und an andere Hochschulen weitergegeben.

Partner:Institut für Gebäude und Solartechnik (IGS)
 Institut für Städtebau und Entwurfsmethodik (iSE)
 Institut für Pflanzenbiologie (IfP)
 Gebäudemanagement
 Institut für Nachrichtentechnik (IfN)
  
Assoziierte Partner:ITD (HBK)
 BS|Energy
 HIS-Hochschulentwicklung
 Synavision
  
Verantwortliche(r) im elenia:Benjamin Munzel
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

EnEff Campus 2020

Ziel des Folgeprojekts EnEff Campus 2020 ist es, den in EnEff Campus: blueMAP TU BRAUNSCHWEIG entwickelten konzeptionellen Umsetzungsplan zu realisieren. Das integrale Konzept besteht aus fünf Strategien zur energetischen Optimierung des Campus. Diese werden im auf drei Jahre angelegten Folgeprojekt für einen Großteil der rund 200 Gebäude des Campus umgesetzt. Parallel wird ein umfassendes Monitoring und Evaluierungskonzept aufgebaut. Den Forschungsfokus bilden dabei die Demonstration von Maßnahmen in der Umsetzung sowie die Entwicklung einer integrierten Technologieerforschungsplattform.
Das elenia ist im Rahmen des Projektes verantwortlich für die Strategieausrichtung Energieversorgung. In den drei Teilstrategien Energieerzeugung und -speicherung, Energieverteilung und Netzstabilität sowie Integration der Elektromobilität in das Versorgungsnetz werden innovative Konzepte entwickelt und umgesetzt.

Partner:Institut für Gebäude und Solartechnik (IGS)
 Institut für Psychologie
 Institut für Städtebau und Entwurfsmethodik (iSE)
 Institut für Nachrichtentechnik (IfN)
 Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund (IBR)
 Gebäudemanagement der TU Braunschweig
 Steinbeis Innovationszentrum energie+ (SIZ e+)
 BS|Energy
  
Verantwortliche(r) im elenia:Stefanie Koch
 Lorenz Soleymani
  
Projektleiter: Prof. Kurrat
 Prof. Engel

Energy Toolkit

Ziel des Projektes Energy Toolkit ist die Entwicklung einer Methodik zur integrierten Simulation, Betriebsführung und Überwachung von Gebäuden und lokalen Infrastrukturnetzen (Strom, Wärme, Gas). Der Lösungsansatz setzt dabei auf die Zusammenführung vorhandener Methoden und Werkzeuge aus verschiedenen Disziplinen:

  • Entwicklung eines Baukastens der Wärme- und Stromlasten für Typengebäude mit differenzierten Technologien (Heizung, Kühlung, Lüftung, Beleuchtung etc.)
  • Einfache und schnelle Bestandsdokumentation von Stadtquartieren (Gebäude und Infrastrukturnetze)
  • Simulation von Entwicklungsszenarien für Konzepte und Technologien unter verschiedenen Randbedingungen (verfügbare Technologien, Kosten, gesetzlicher Rahmen etc.)
  • Modellierung von Transformationsprozessen und Szenarien, Bestimmung von Lastprofilen und Transformationskosten
  • Netzplanung auf Basis verschiedener ausgewählter Szenarien einschl. Kosten
  • Managementkonzepte für realisierte Pilotprojekte
  • Validierung umgesetzter Konzepte

Das Anwendungskonzept des Projektes ist in besonderem Maße an den konkreten Anforderungen von Netzbetreibern, Städten und Kommunen sowie Herstellern von „SmartGrid-Komponenten“ orientiert.

Partner:IGS - Institut für Gebäude- und Solartechnik
 iVA – Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik
  
Assoziierte Partner:Avacon AG
 Braunschweiger Netz GmbH
 Stadtwerke München
 IBA Hamburg
  
Verantwortliche(r) im elenia:Marcus Bunk
 Stefanie Koch
  
Projektleiter: Prof. Engel

Fleets Go Green

Das Projekt Fleets Go Green dient zur Erforschung der Einsatzfähigkeit von Elektro- und Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen im Flottenbetrieb. Durch eine ganzheitliche Analyse, das heißt vom Netzverhalten bis hin zur Alltagstauglichkeit von elektrisch betriebenen Fahrzeugflotten, soll dieses Themengebiet umfassend untersucht werden. Das Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen – elenia beteiligt sich am Modul 3 Netzverhalten, in dem eine Analyse der Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Fahrzeugflotten mit dem Stromnetz thematisiert wird. Im Rahmen des Projektes wird ein Energiemanagementsystem entwickelt, welches eine prognosebasierte Ladesteuerung unter Berücksichtigung von lokalen Erzeugungskapazitäten und Ladezustandsinformationen ermöglicht.

Partner:BS|Energy
 imc Meßsysteme
 I+ME ACTIA GmbH
 iPoint-systems GmbH
 Lautlos durch Deutschland GmbH
 TLK-Thermo GmbH
 Volkswagen AG
 Niedersächsisches Forschungszentrum Fahrzeugtechnik
 Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung
  
Verantwortliche(r) im elenia:Jan Mummel
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

GEENI

Das durch das niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur geförderte Graduiertenkolleg „GEENI“ widmet sich fachübergreifend der Frage, wie Mobilität ohne fossile Brennstoffe gewährleistet werden kann. Im Speziellen wird die Herausforderung angegangen, durch neue oder weiter entwickelte präparative, analytische und numerische Methoden auf unterschiedlichen Größenskalen das Verständnis über die Vorgänge in Lithium-Ionen-Batterien deutlich zu verbessern und darauf aufbauend dieses Batteriesystem auf unterschiedlichen Ebenen weiter zu entwickeln.

Anhand gemessener Impedanzspektren von Li-Ion-Batteriezellen wird ein physikalisches Modell entwickelt. Zur Nachbildung unterschiedlicher Einflüsse auf die Zellparameter werden die Abhängigkeiten des Ladezustandes (SOC) und der Temperatur ermittelt. Darauf aufbauend kann das Alterungsverhalten der Zellen in Abhängigkeit der Entladetiefe, bei einer Zyklisierung mit unterschiedlichen Lade- und Entladestromstärken, messtechnisch untersucht werden. Bei diesem Modell steht die Bestimmung des Ladezustandes, in Abhängigkeit zur Temperatur, im Fokus dieser Arbeit, da Sie die entscheidende Größe bei der Ermittlung der Parametergrößen des physikalischen Modells ist.

Partner:TU Braunschweig (elenia, IPAT, IWF, ifs, InES, IÖNC)
 TU Clausthal (IEE, MVT, IEPT, ICVT)
 LUH Hannover (ACI, PCI, TFD)
 WWU Münster (MEET)
 Uni Göttingen (IMP)
 HAWK Göttingen
 Uni Oldenburg (IfC)
 Fraunhofer (IFAM)
  
Assoziierte Partner:PTB
  
Verantwortliche(r) im elenia:Uwe Westerhoff

green2store

In dem Projekt green2store werden dezentrale Speichereinheiten über eine Cloud zusammengefasst. Das Cloud-Prinzip wird in der Informationstechnologie schon länger eingesetzt. Im Forschungsprojekt dienen die installierten Speicher (8 Hausspeicher mit je 5 bis 9 kWh, ein Ortsnetzspeicher mit 270 kWh, ein Arealspeicher mit 135 kWh und ein Campusspeicher mit 100 kWh) jeweils ihrem primären Einsatzzweck. Zu Zeiten, in denen die Speicher nicht gebraucht werden, vermarktet der Eigentümer die Kapazität über die Cloud an weitere Nachfrager. Das elenia untersucht in dem Projekt die Verdienstmöglichkeiten von Nachfragern über die Cloud und den Einfluss der Cloud-Speicher auf das Energieversorgungssystem.

green2store – Zusammenfassung dezentraler Speichereinheiten über eine Cloud

Partner:EWE
 EWE Netz
 Alcatel-Lucent
 Süwag Energie
 BTC
 ABB
 OFFIS
 NEXT ENERGY
  
Verantwortliche(r) im elenia:Daniel Unger
  
Projektleiter: Prof. Engel

InduktivLaden/emilia

Das Schaufensterprojekt InduktivLaden/emilia (Elektromobilität mittels induktiver Ladung im Automobil) ist das Folgeprojekt von Primove/emil. Das Gesamtprojektziel ist die gemeinsame Nutzung der induktiven Ladung von Fahrzeugen des ÖPNVs und des Individualverkehrs. Zusammen mit dem Institut für Elektrische Maschinen, Antrieben und Bahnen und dem Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik werden dafür drei Elektrofahrzeuge vom Typ eGolf umgebaut, dass diese induktiv mit einer Leistung von 20 kW auf der bereits vorhandenen Ladeinfrastruktur geladen werden können. Neben der Entwicklung einer Ladeablaufsteuerung, bei der innerhalb des Fahrzeuges eine Ladesäule emuliert wird, untersucht das elenia die Integration des induktiven Hochleistungsladens mit 200 kW in schwachen Netzausläufern. Dafür werden mit Hilfe von Netzsimulationen die Einflüsse von Ladestationen auf die Spannung und Betriebsmittel in diesen Netzausläufern analysiert. Das Ziel dabei ist eine optimierte Anbindungsmethode, um negative Effekte als Folge der Ladung zu minimieren.

Partner:Braunschweiger Verkehrs GmbH
 BS|Energy
  
Assoziierte Partner:Bombadier
  
Verantwortliche(r) im elenia:Jonas Wussow
  
Projektleiter: Prof. Engel

Lautlos und Einsatzbereit

Entwicklung eines Leitfadens zur integrierten Planung und Steuerung von Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur zur Erreichung eines ökologischen und ökonomischen Betriebs von Fahrzeugflotten unter Extrembedingungen bei der Polizei Niedersachsen.

Ausgangslage (und Problemstellung)
Polizeiflotten zeichnen sich durch eine Vielzahl verschiedener Fahrzeugtypen, eine hohe Fahrzeuganzahl und eine große Sichtbarkeit ihrer Fahrzeuge aus. Aufgrund der Vorbildfunktion der Polizei in der Gesellschaft ist ein nachhaltiger und umweltfreundlicher Betrieb dieser Flotten durch den Einsatz neuer Antriebstechnologien von besonderer Relevanz. Deshalb nimmt die Polizei eine Vorreiterrolle ein und integriert batterieelektrische (BEV) und Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge (PHEV) in ihre Flotten. Die Nutzung von BEV und PHEV geht im Vergleich zu konventionell angetriebenen Fahrzeugen mit langen Ladezeiten, begrenzten Reichweiten und einer daraus resultierenden begrenzten Verfügbarkeit der Fahrzeuge einher. Für den Betrieb der Fahrzeuge wird darüber hinaus eine Energie- und Ladeinfrastruktur benötigt. Mit dem geplanten, kombinierten Einsatz von BEV und PHEV im Einsatz- und Streifendienst steht die Polizei vor der Herausforderung einen kontinuierlichen Einsatz bei einer 24/7-Verfügbarkeit der Fahrzeuge zu gewährleisten. Dadurch entstehen eine Vielzahl von Abhängigkeiten zwischen der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur und die Planungs- und Steuerungskomplexität erhöht sich um ein Vielfaches.

Zielsetzung und Vorgehensweise
Im Projekt „lautlos&einsatzbereit“ sollen 50 BEV und PHEV im Polizeidienst Niedersachen für die Einsatzbereiche des Streifendienstes, des Kriminalermittlungsdienstes und für Verwaltungsfahrten in Betrieb genommen und erprobt werden. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitforschung werden die Mobilitäts- und Ladebedarfe der verschiedenen Anwendungsbereiche erhoben. Darauf aufbauend wird ein integriertes System für die Flottenplanung und -steuerung sowie das Lademanagement entwickelt, das den besonderen Anforderungen des Polizeieinsatzes gerecht wird. Die Herausforderung des neuen Planungs- und Managementsystems besteht darin, die – vor allem im Einsatz- und Streifendienst – extremen Anforderungen, wie nicht planbare Einsatzzeiten und -umfänge sowie die Notwendigkeit einer nahezu 24/7-Verfügbarkeit zu erfüllen.

Im Ergebnis des Projekts entsteht ein Leitfaden für die integrierte Planung sowie den ökologischen und ökonomischen Betrieb von Fahrzeugflotten unter extremen Einsatzbedingungen. Dieser kann die Entscheidungsträger bei der Planung, der Beschaffung und dem Betrieb von E-Fahrzeug-Flotten vor allem unter extremen Einsatzbedingungen unterstützen (z. B. weitere Polizeiflotten, aber auch Feuerwehr oder Rettungsdienste).

Partner:Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion (AIP)
 Institut für Hochspannungstechnik und elektrische Energieanlagen (elenia)
 Institut für Fahrzeugtechnik (IfF)
 Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)
 Polizei Niedersachsen (Polizeidirektion Braunschweig)
  
Laufzeit:2016 bis 2019
  
Verantwortliche(r) im elenia:Olga Pronobis
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

LithoRecII

Das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderte Projekt LithoRecII hat den Aufbau einer Pilotanlage zum Lithium-Ionen-Batterierecycling aus Elektrofahrzeugen zum Ziel. Durch ein hydrometallurgisches Verfahren sollen Sekundärbatterien in Batteriequalität hergestellt werden um die Rohstoffunabhängigkeit Deutschlands unter anderem von Lithium und Kobalt sicherzustellen und den Materialkreislauf zu schließen. Das Projekt umfasst mehrere Prozessschritte die jeweils von verschiedenen Instituten und Industriepartner untersucht werden. Entlang aller Prozessschritte werden zudem eine ökologische und ökonomische Bewertung durchgeführt. Das elenia beschäftigt sich mit dem Prozessschritt der Batterieentladung. Es werden geeigneten Entladestrategien für Batteriezellen, -module und -systeme untersucht, um die Folgeprozesse Zerkleinerung und Materialrückgewinnung sicher und optimal zu gestalten.

Partner:TU Braunschweig (elenia, IPAT, IWF, ICTV, AIP)
 Universität Münster (MEET)
 Volkswagen AG
 Audi AG
 I+ME ACTIA GmbH
 Electrocycling GmbH
 H.C. Starck GmbH
 Hosokawa Alpine AG
 Solvay Fluor GmbH
  
Assoziierte Partner:Adam Opel AG (Opel)
 Bosch Rexroth AG
 KUKA Roboter GmbH
 Lion Engineering UG
  
Verantwortliche(r) im elenia:Daniel Hauck
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

Metrology for HVDC

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) ermöglicht verlustarmen und wirtschaftlichen Transport von elektrischer Energie selbst über große Entfernungen und eine Verbesserung der Stabilität elektrischer Netze. Ihr Einsatz ist essentiell für das Erschließen großer erneuerbarer Energiequellen - wie Offshore-Wind - für die Stromproduktion Europas.

Das EU geförderte Forschungsprojekt „EMRP ENG07 Metrology for HVDC“ verbessert die metrologische Infrastruktur in folgenden Bereichen: präzise Hochspannungs-Gleichstrom-Messungen, Verlustbestimmung in HGÜ-Systemen, Vor-Ort-Messung der Versorgungsqualität an HGÜ-Stationen, Gleichstromzähler. Das Projekt ist ein gemeinsames Bestreben von 7 europäischen nationalen Metrologie-Instituten, der Technischen Universität Braunschweig und dem Industriepartner Trench.

Zusammen mit der PTB entwickelt das elenia Methoden und Instrumente zur präzisen Verlustbestimmung unter der Bedingung schneller Messsignale. Dies ist erforderlich, weil moderne Stromrichterventile schnelle Schalthandlungen bei hohen Spannungen und großen Strömen vollführen. Eine verlässliche Verlustbestimmung und Analyse des Ventil-Betriebsverhaltens unterstützten die Stromrichter-Optimierung bereits in der Entwicklungsphase eines Stromrichters.

Partner:SP (Schweden)
 I.N.RI.M (Italien)
 MIKES (Finnland)
 NPL (Großbritannien)
 PTB Braunschweig
 UME (Türkei)
 VSL (Niederlande)
 TU Braunschweig – elenia
 Trench (Schweden)
  
Verantwortliche(r) im elenia:Vladimir Ermel
 Ole Binder

MOBIL4e

Das vom Schaufenster Niedersachsen geförderte Projekt „Mobil4e– Mobilität elektrisch erleben, erfahren, erlernen“ hat die berufsbegleitende und insbesondere zeitnahe Fort‐ und Weiterbildung zahlreicher Akteure in akademischen Berufen zu den Themenfeldern der Elektromobilität zum Ziel. An Universitäten und Fachhochschulen des Schaufensters „eMobilität Metropolregion Niedersachsen“ wird dazu ein hochschulübergreifendes modulares Fort‐ und Weiterbildungsangebot geschaffen, welches auf drei verschiedenen Weiterbildungsinstrumenten basiert: Die Weiterbildungsmodule vermitteln in Seminaren den aktuellen Stand der Wissenschaft; auf einer virtuellen Lernplattform werden Modellierungs- und Simulationswerkzeugen eingesetzt, um den Teilnehmern die Gestaltung und Steuerung von Mobilitätsdienstleistungen näher zu bringen; die Bildungswerkstätten bieten der Zielgruppe praxisnahen Kontakt mit dem Thema Elektromobilität. Indem die Inhalte erlebt, erfahren und erlernt werden, qualifiziert das Verbundprojekt „Hochschuloffensive eMobilität“ Akademiker zum aktuellen Thema Elektromobilität.

Partner:TU Braunschweig (elenia, IPAT, IWF, InES, IÖNC, ifs, IFF, IK, IVB, IMAB, AIP)
 Ostfalia – Hochschule für angewandte Wissenschaften
 Leibniz Universität Hannover
 TU Clausthal
 Hochschule für Bildende Künste Braunschweig
 Hochschule Hannover
  
Verantwortliche(r) im elenia:Stephan Diekmann
 Uwe Westerhoff
 Kerstin Kurbach
  
Projektleiter: Prof. Kurrat
 Prof. Engel

NEDS: Nachhaltige Energieversorgung Niedersachsen

Das Forschungsprojekt „NEDS – Nachhaltige Energieversorgung Niedersachsen“ hat zum Ziel, Szenarien einer zukünftigen nachhaltigen Energieversorgung für Niedersachsen basierend auf erneuerbaren Energien zu entwickeln und zu überprüfen. Dazu werden technisch umsetzbare und unter Nachhaltigkeitskriterien optimale Transitionspfade zur Erreichung dieser Zielvorgaben bestimmt.
Dieses inter- und transdisziplinare Projekt soll eine multikriterielle Bewertung von möglichen Energieversorgungsstrukturen und ihrer Umsetzungspfade vom Ist-Zustand in die angestrebte Struktur im Spannungsfeld aus Technik, Ökonomie, Ökologie und Gesellschaft/Sozialverträglichkeit vornehmen.
Das elenia beschäftigt sich dabei mit der nachhaltigen Entwicklung und Integration von Smart Home in die zukünftige Energieversorgung Niedersachsens. Dazu erfolgt eine Modellierung von Hausanschlussprofilen auf Basis verschiedener Technologien in Bezug auf den nachhaltigen Betrieb des Verteil- und Übertragungsnetzes. Eigene Berechnungen im NS-Netz und die Erhebung von ökologischen und ökonomischen Kennzahlen auf Hausanschlussebene sollen eine gesamtheitliche multikriterielle Bewertung von zukünftigen Smart Home ermöglichen.

Partner:Technische Universität Braunschweig (elenia, IPMB)
 Leibniz-Universität Hannover (IEH, IUW)
 Universität Göttingen (Professur für Produktion und Logistik)
 OFFIS (FuE Bereich Energie)
 Universität Oldenburg (Lehrstuhl für Produktionswirtschaft und Umwelt)
  
Verantwortliche(r) im elenia:Christian Reinhold
  
Projektleiter: Prof. Engel

PV-Regel

Im Rahmen des Forschungsprojekts PV-Regel wird untersucht, in welcher Form Photovoltaik-Systeme zukünftig zur Regelleistungserbringung für einen stabilen und kosteneffizienten Netzbetrieb beitragen können. Weiterhin wird analysiert, welche Rolle diese Photovoltaik-Systeme beim Netzwiederaufbau spielen sollten. Hierfür wird eine ganzheitliche Systemoptimierung durchgeführt, die sowohl die übergeordneten Netzkonzepte, den sich verändernden Stromerzeugungsmix, zukünftige Marktbedingungen, die notwendige Informations- und Kommunikationstechnik sowie die Potentiale und erforderlichen Modifikationen an den dezentralen PV-Anlagen berücksichtigt. Nach der Erarbeitung von Konzepten für die Regelleistungserbringung sowie den Regelleistungsnachweis werden die entwickelten regelleistungsfähigen Wechselrichter auf Laborebene und im Feldtest evaluiert.

Partner:SMA Solar Technology AG
 GEWI AG
  
Assoziierte Partner:50Hertz Transmission GmbH
 Amprion GmbH
 TenneT TSO GmbH
 TransnetBW GmbH
  
Verantwortliche(r) im elenia:Björn Osterkamp
 Julia Seidel
  
Projektleiter: Prof. Engel

PV-Speicherzähler

Ziel des Vorhabens ist es zu untersuchen, wie PV-Speichersysteme für den Eigenbedarf durch innovative Messsysteme Dritten zugänglich gemacht und in die Energiewirtschaft integriert werden können, um so die Wirtschaftlichkeit dieser PV-Speichersystemen zu erhöhen. Es soll die Möglichkeit geschaffen werden, die verschiedenen Energiebezüge und -lieferungen einzeln zu messen und abrechnungsfähig zu machen und darüber hinaus in angemessener Form Netzqualitätskenngrößen zu erfassen. Dabei werden einerseits die messtechnischen, rechtlichen und informationstechnischen Aspekte berücksichtigt und andererseits die Anforderungen der Energiewirtschaft an Betrieb und Netzdienlichkeit solcher mehrfach genutzten Speichersysteme betrachtet. Dies erfolgt durch ein interdisziplinäres Konsortium aus PVIndustrie, Zählerhersteller, Messstellenbetreiber, Energiewirtschaft und Wissenschaft.

Partner:Physikalisch-Technische Bundesanstalt
 EMH Metering GmbH & Co. KG
 SMA Solar Technology AG
 enconsys GmbH
  
Assoziierte Partner:Stadtwerke München GmbH
  
Verantwortliche(r) im elenia:Frank Soyck
 Franziska Funck
  
Projektleiter: Prof. Engel

PV-Wind-Symbiose

Durch die Verdrängung von Großkraftwerken steigt der Bedarf an Blindleistungsbereitstellung durch dezentrale Stromerzeugungsanlagen. Insbesondere direkt an die Hochspannungsebene angeschlossene Photovoltaik- und Windkraftwerke können einen wesentlichen Beitrag zur Netzregelung leisten. Grundlage sind bisher die geltenden Einspeiserichtlinien, die eine Blindleistungseinspeisung im begrenzten Umfang verlangen. Im Forschungsprojekt „PV-Wind-Symbiose“ soll diese Funktionalität deutlich erweitert werden. Es wird untersucht, wie der gemeinsame Betrieb eines Wind- und eines PV-Kraftwerks zu einer effizienteren Blindleistungsbereitstellung beitragen kann. Dazu werden Messkampagnen an einer Pilotanlage realisiert, neue Regelstrategien implementiert, und umfangreiche Netzsimulationen durchgeführt.

Zusammen mit dem Fraunhofer ISE und Partnern aus der Industrie untersucht das elenia die Potentiale für die Netzregelung, die sich aus der Kombination eines Wind- mit einem PV-Kraftwerk ergeben. So entsteht ein Flächenkraftwerk, das die unterschiedlichen Hochphasen der Stromerzeugung aus Sonne und Wind für ein möglichst effizientes Blindleistungsmanagement nutzt. Mithilfe von Messungen und Regleranpassungen an einer Pilotanlage kann das Konzept unter realen Bedingungen hinsichtlich Systemstabilität, Verlusten, Oberschwingungsaussendung und Kostenstruktur untersucht werden. Zusätzlich werden Simulationen durchgeführt, um Auswirkungen auf erweiterte Netzbereiche zu beurteilen und passende Netzführungsstrategien zu entwickeln. Mit diesen Informationen kann anschließend die Vermarktungsfähigkeit von Blindleistung aus Flächenkraftwerken bewertet werden. Ziel ist es, die Nutzbarkeit von PV- und Windkraftwerken für den Regelbetrieb des Energienetzes zu erhöhen und passende technische Lösungen, Regelstrategien und Vergütungsmodelle vorzuschlagen. Die Aktivitäten sind dabei Teil des Bestrebens, ein Stromnetz zu entwerfen, das auch bei 100 % Erneuerbare Energien noch stabil und zuverlässig betrieben werden kann und Versorgungssicherheit garantiert.

Partner:Fraunhofer ISE
  
Assoziierte Partner:ENERCON GmbH
MITNETZ STROM mbH
SMA AG
  
  
Verantwortliche(r) im elenia:Hartmudt Köppe
 Fridolin Muuß
  
Projektleiter: Sönke Rogalla
Fraunhofer ISE

OptiZellForm

Das Ziel von OptiZellForm (Beschleunigung und energetische Optimierung der Zellformierung in der Fertigung von Lithium-Ionen Batterien mittels Untersuchungen zu Prozess-Eigenschafts-Beziehungen) ist es ein Verständnis der Prozess-Wirkzusammenhänge von Formierstrategien auf die Performance einer Batteriezelle zu entwickeln und die Kenntnisse in ein Vorhersagemodell zu überführen. Durch das tiefgehende Verständnis können charakteristische Eigenschaften einer Zelle durch die Formierung wie die Schnellladefähigkeit, Zyklenstabilität oder Wirkungsgrad von Lade- zu Entladeenergie bewusst beeinflusst werden. Für die Optimierung einer ganzheitlichen Zellproduktion ergibt sich durch die Kenntnis der Prozess-Eigenschaft-Beziehung die Möglichkeit der Verkürzung des Formierungsprozesses und der Reifedauer um damit Zellkosten zu reduzieren und den Durchsatz an produzierten Zellen zu erhöhen. Ziel bei der Erstellung eines Vorhersagemodells ist die Minimierung von Ausschussprodukten bei Variation vorgelagerter Prozessparameter.

OptiZellForm ist ein Forschungsprojekt im Kompetenzcluster zur Batteriezellproduktion (ProZell). Zentrales Ziel des Kompetenzclusters ist es, die wissenschaftliche Basis für die nachhaltige, internationale Kosten- und Technologieführerschaft zu erreichen, indem ein tiefgehendes wissenschaftliches Verständnis der Produktionsprozesse und deren Einflüsse auf Leistungsfähigkeit der Batteriezelle und -qualität sowie Kosten erarbeitet wird.

Link

Partner:PEM – Production Engineering of E-Mobility Components (RWTH Aachen)
 MEET Batterieforschungszentrum (WWU Münster)
  
Verantwortliche(r) im elenia:Uwe Westerhoff
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

QuEEP

Das Ziel von QuEEP (Qualitätserhöhung und Verkürzung der Entwicklungszyklen von Energiespeichern durch Effizienzsteigerung der Produkt- und Prozessforschung) ist eine Ausstattungserweiterung der BLB in Form von Anlagentechniken, um sowohl die mögliche Ergebnisanzahl und damit auch die statistische Aussagesicherheit als auch die Ergebnisqualität noch einmal erheblich zu steigern. Die durch die intensive Nutzung der Anlagenerweiterung generierten Ergebnisse können auf verschiedene Energiespeichersysteme übertragen werden, was wiederum zu einer schnelleren Produkt- sowie nachgeschalteten Prozessentwicklung führt. Dies stärkt insbesondere prozess- und produktionstechnologische Untersuchungen für Elektroden und Zellen, die die Analyse einer Vielzahl von Variationen erfordern.

Partner:iPAT – Institut für Partikeltechnik (TU BS)
 IWF – Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (TU BS)
  
Verantwortliche(r) im elenia:Uwe Westerhoff
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

Smart Modular Switchgear (SMS)

Die Netzintegration dezentraler Energieanlagen wie Photovoltaiksysteme, Batteriespeicher oder Offshore-Windparks ist notwendig für den Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien. Diesen modularen Erzeugersystemen ist die Verwendung von Gleichstromkreisen gemeinsam. Für eine hocheffiziente Nutzung gilt es hierbei eine möglichst hohe Systemspannung für den jeweiligen Spannungsbereich zu beherrschen und Umwandlungsverluste zu minimieren.
In derzeitigen Konzepten sind Hochleistungsschalter für eine Reihenschaltung von Submodulen der dezentralen Stromversorgungssysteme vorgesehen. Aufgrund der Verschaltung der Module müssen unter hohen Kosten und technischem Aufwand Sicherheitsschalter mit hoher Schaltleistung entwickelt werden. Die Modulbauweise der dezentralen Stromversorgungssysteme bietet hierbei die Möglichkeit für einen Paradigmenwechsel und für eine intelligente Lösung der Schaltaufgabe. Das Konzept von „Smart Modular Switchgear“ basiert auf vielen Gleichstromschaltern, die einzelne Module miteinander verbinden. Für die Ausschaltung eines Fehlerstroms aller Submodule müssen sich mehrere Schalter die Schaltaufgabe teilen. Durch die Abschaltmöglichkeit der einzelnen Submodule erweitern und verbessern sich die Sicherheitsfunktionen vorteilhaft auch für Fehler zwischen den Submodulen.
Das Forschungsprojekt „Smart Modular Switchgear“ beschäftigt sich daher mit der Erforschung und Entwicklung von Schalt- und Schutzkonzepten für den Einsatz in Gleichstromnetzen unterschiedlicher Spannungsebenen.

Partner:Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
 E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH
  
Verantwortliche(r) im elenia:Christoph Klosinski
 Nasser Hemdan
 Lorenz Soleymani
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

U-Control

In dem Projekt U-Control „Technischer und wirtschaftlicher Vergleich von Verfahren zur statischen Spannungshaltung“ wird untersucht, welche Arten von Spannungshaltungskonzepten in den Verteilnetzen sicher, robust und wirtschaftlich betrieben werden können und zu einer Steigerung des Integrationspotenzials dezentraler Erzeuger beitragen können. Besonderes Augenmerk liegt auf der Kombination verschiedener Spannungshaltungsverfahren im Netzbetrieb. Insgesamt werden folgende Verfahren untersucht: cosφ(P), fester cosφ, festes Q, Q(U), P(U), NS-STATCOM, rONT, Einzelstrangregler und Einspeisemanagement. Das elenia wird in dem Projekt Simulationen und Laboruntersuchungen zum dynamischen Verhalten dieser Verfahren durchführen, sowie ausgewählte Verfahren in einem Feldtest untersuchen und eine wirtschaftliche Bewertung durchführen.

Partner:RWTH Aachen
 TU München
 FGH Aachen
 SMA Solar Technology AG
 Maschinenfabrik Reinhausen
 Netze BW
 Bayernwerk
 Infrawest
  
Verantwortliche(r) im elenia:Ole Marggraf
 Stefan Laudahn
  
Projektleiter: Prof. Engel

UPS

Verschleißarmer und kompakter Hybrid-Leistungsschalter hoher Leistungsdichte für den Einsatz in Verteilnetzen für Gleich- und Wechselstrom zur Systemintegration erneuerbarer Energien.

Der Umbau der deutschen Energieversorgung erfordert die Integration erneuerbarer Energien. Für einen effizienten Betrieb muss die wachsende Anzahl der Großanlagen in geeigneten Energiemanagementstrategien zu- und abschaltbar sein. Zum Erreichen hoher Wirkungsgrade werden in solchen Anlagen Erzeuger- und Speichermodule, wie PV-Anlagen, Brennstoffzellen, Batterie- und RedoxFlow-Speicher mit zentralen DC- und AC-Netzstrukturen hoher Spannungsebenen gekoppelt. Um den sicheren Betrieb zu gewährleisten, sind kompakte, leistungsfähige und wartungsarme Leistungsschaltererforderlich.
Vorhabenziel:
In einem Verbundprojekt aus Industrie und Wissenschaft wird in UPS ein optimierter Leistungsschalterentwickelt. Der Hybridschalter stellt ein neues Konzept aus mechanischem Schaltgerät und Leistungshalbleiter in einem lichtbogenarmen Schalter dar. Dieser besitzt gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten Vorteile bezüglich Lebenserwartung (Verschleiß), Schaltvermögen (Leistungsdichte) und Baugröße.

Partner:Elektrotechnische Apparate GmbH (E-T-A), Altdorf
 Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig
  
Assoziierte Partner:Rockwell Automation GmbH Switzerland, Aarau
  
Verantwortliche(r) im elenia:Hendrik-Christian Köpf
 Dirk Bösche
  
Projektleiter: Prof. Kurrat

Virtuelles Bilanzkreiskraftwerk

Es werden Frage- und Problemstellungen bearbeitet, die sich mit der zukünftigen Integration von Elektrofahrzeugen (EFZ) mit dem Ziel eines CO2-freien Ladens auf Bilanzkreisebene beschäftigen. Aufgrund der Tatsache, dass die Energiebereitstellung aus Wind- und Photovoltaikanlagen mit Unsicherheiten in Bezug auf die Qualität der Day-Ahead Prognose behaftet ist, führt eine erhöhte Integration von Erneuerbaren Energien in einen Bilanzkreis zu einem erhöhten Bedarf an Ausgleichsenergie. Durch die Hinzunahme von steuerbaren Blockheizkraftwerken lassen sich Fahrplanabweichungen gezielt ausregeln. Dadurch kann der Bezug von Ausgleichsenergie reduziert, bzw. vermieden werden. Zudem besteht die Möglichkeit, die durch das unsichere Ladeverhalten von Elektrofahrzeugen auftretenden Prognoseunsicherheiten ebenfalls ausgleichen zu können.

Partner:Volkswagen Kraftwerk GmbH
  
Verantwortliche(r) im elenia:Arne Dammasch
 Hartmudt Köppe
 Prof. Bernd Engel
  
Projektleiter: Prof. Engel