Vorstellung des Instituts für Energietechnik 2015 Prof. Dr. Georg Erdmann Institut für Energietechnik 2 Naturwissenschaften Wirtschaftswissenschaften Institut für Energietechnik Ingenieurswissenschaften • Grundlagenforschung sowie anwendungsbezogene und energiepolitische Themen • Aktualität durch den Wandel der Energiemärkte, insbesondere bei den leitungsgebundenen Energien © Prof. Dr. Georg Erdmann Fachgebiete und Fachgebietsleiter 3 • Energiesysteme Prof. Dr. Georg Erdmann • Energietechnik und Umweltschutz Prof. Dr.-Ing. George Tsatsaronis • Energieverfahrenstechnik und Umwandlungstechniken regenerativer Energien Prof. Dr. Frank Behrendt • Exergiebasierte Methoden für kältetechnische Systeme Prof. Dr. Tetyana Morozyuk • Gebäude-Energie-Systeme Prof. Dr.-Ing. Martin Kriegel • Maschinen- und Energieanlagentechnik Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler © Prof. Dr. Georg Erdmann Projektstudium Ingenieurwissenschaften PIW 4 • komplexe Aufgabenstellung selbstst. Bearbeitung • Motivation für das Studium durch frühzeitigen Kontakt zum ingenieurwissenschaftl. Aufgabengebiet • Motivation dafür, warum das Studium zunächst mit mathematischen, natur- und ingenieurwissenschaftl. Grundlagen beginnt • Erproben der team- und projektorientierten Ingenieurtätigkeit • Bewertung je 1/3: Projektdurchführung, Projektbericht und Präsentation © Prof. Dr. Georg Erdmann FG Energiesysteme 5 fWert 32000 30000 28000 26000 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 1203000000 1204000000 tsStart Prof. Erdmann © Prof. Dr. Georg Erdmann Lehre im FG Energiesysteme 6 Grund-/Bachelorstudium: • Wirtschaftliche Grundlagen für Studierende der Ingenieurwissenschaften • Energiewirtschaft • Energy Economics Haupt-/Masterstudium: • Energiesysteme • Neue Entwicklungen auf den Energiemärkten • Energiepolitik in der Energiewende © Prof. Dr. Georg Erdmann Forschungsprofil FG Ensysteme 7 Systemanalysen Optimierung Ökonometrie Windkraft Brennstoffzelle Wasserstoff Wettbewerb Regelenergie Kosten, Preise Innovationen Bio-Kraftstoffe Märkte Versorgungssystem EEG EnWG Unternehmensstrategien Volkswirtschaft CO2-Zertifikate Investitionen Industrieökonomik Evolutionstheorie Public Choice © Prof. Dr. Georg Erdmann FG Energietechnik und Umweltschutz 8 Prof. Tsatsaronis © Prof. Dr. Georg Erdmann Lehre im FG Energietechnik und Umweltschutz 9 In deutscher Sprache • Thermodynamik I • Energietechnik I und II • Kraftwerkstechnik • Vertiefendes Rechnerpraktikum zur Energietechnik In englischer Sprache • Design, Analysis and Optimization of Energy Conversion Systems © Prof. Dr. Georg Erdmann Forschungsprofil FG Energietechnik und Umweltschutz 10 • Weiterentwicklung und Anwendung exergoökonomischer und exergoökologischer Methoden • Mathematischen Optimierungsmethoden bei Entwurf und Betrieb von Energieumwandlungsanlagen • Kosteneffiziente Abtrennung von CO2 • Entwicklung von kosteneffektiven Brennstoffzellen • Entwicklung und Bewertung fortschrittlicher Energieumwandlungskonzepte • Microenergy – Versorgung strukturschwacher Regionen © Prof. Dr. Georg Erdmann PIW: wirtschaftl. CO2-Reduktion einer regionalen Stromversorgung 11 Die Region L. wird durch ein Braunkohlekraftwerk des örtlichen Energieversorgers V. mit Elektrizität versorgt. V. Ist sich seiner sozialen und ökologischen Verantwortung bewusst. Vor dem Hintergrund des europaweiten Emissionshandels überlegt der Vorstand von V., wie CO2‐Emissionen wirtschaftlich reduziert werden können. U.a. werden folgende Fragen untersucht: • • • • Sind Energieeinsparungen ausreichend? Ist der Einsatz von Brennstoffzellen und erneuerbaren Energien sinnvoll? wie groß sollten deren Anteile in einem zukünftigen Kraftwerkspark sein? Können Blockheizkraftwerke einen Beitrag zur Stromversorgung leisten? Teilnehmer: 12, Betreuung: Franziska Klaucke, Eike Mollenhauer © Prof. Dr. Georg Erdmann FG Energieverfahrenstechnik und Umwandlungstechniken regenerativer Energien (EVUR) 12 Prof. Behrendt © Prof. Dr. Georg Erdmann Lehre im FG EVUR 13 • • • • • Umwandlungstechniken regenerativer Energien Technische Reaktionsführung Technik der Luftreinhaltung Energieverfahrenstechnik Praktika, Blockveranstaltungen und Summer-School • Mitwirken bei weiterbildenden Masterstudiengängen (Campus El Gouna und Campus EUREF) © Prof. Dr. Georg Erdmann Forschungsprofil FG EVUR 14 • Aktuelle Forschungsprojekte - BioProGReSs - Direktverflüssigung von Biomasse mit fossilen Rohstoffen unter Verwendung des Bergius-PierVerfahrens - Energienetz Berlin Adlershof - EnvirAM4grid - Festbettreaktor - Flammenspektroskopie - NWG-TCKON - Reaktion und Transport in einzelnen pyrolysierenden Holzpartikeln – Modellierung und experimentelle Validierung mit in situ-Messungen © Prof. Dr. Georg Erdmann PIW: Erzeugung CO2-neutraler Brenngase durch Vergasung von Biomasse 15 • Aus Biomasse (z. B. Holz) können durch biologische wie auch thermochemische Umwandlungsprozesse Brenngase gewonnen werden. Zur Erzeugung wird Biomasse in einem Wirbelschichtreaktor vergast. • Die Wirbelschichttechnik kommt heute in vielen Bereichen der EVT, aber auch in der Verarbeitungsund Fertigungstechnik zum Einsatz. • Im PIW sollen einige grundlegende Aspekte der Erzeugung im Wirbelschichtreaktor (Simulation und Experiment) näher betrachtet werden max. 10 Teilnehmer, Betreuung: Mohamad Hussein, Marie-Theres Scharl © Prof. Dr. Georg Erdmann FG Exergiebasierte Methoden für kältetechnische Systeme 16 Prof. Morozyuk © Prof. Dr. Georg Erdmann Lehre im FG Exergiebasierte Methoden für kältetechnische Systeme 17 In englischer Sprache • Energy Engineering I • Energy Engineering II • Thermal Design of Compression Refrigeration Machines • Refrigeration Installations © Prof. Dr. Georg Erdmann Forschungsprofil FG Exergiebasierte Methoden für kältetechnische Systeme 18 • • • Thermodynamische, wirtschaftliche und ökologische Optimierung kältetechnischer Systeme Weiterentwicklung von exergiebasierten Methoden Optimierung innovativer Konzepte zur Verdampfung von LNG • Konzepte zur Verflüssigung von Erdgas • Entwicklung und Optimierung alternativer Kälteprozesse für nachhaltige Anwendungen © Prof. Dr. Georg Erdmann PIW: Anwendung der Kältetechnik – Analyse von Supermarkt-Kühlungssystemen 19 Die Anwendung der Kältetechnik umfasst viele Bereiche. Das beste Beispiel dafür ist der Haushaltskühlschrank, der in jeder Wohnung zu finden ist. Doch das ist nicht der einzige Ort, wo Lebensmittel gekühlt werden müssen. Die sogenannte Kühlkette darf von der Erzeugung des Produktes über den Transport und den Verkauf im Supermarkt bis schließlich zum Konsumenten nicht unterbrochen werden. Nur so kann die Qualität der Lebensmittelprodukte sichergestellt werden. Doch wie funktioniert eigentlich das Kühlsystem in einem Supermarkt? Im Rahmen des Projekts sollen verschieden Möglichkeiten zur Kühlung von Lebensmitteln im Supermarkt aufgezeigt werden. Zusätzlichen sollen Potential zur Energieeinsparung sowie die Auswirkung von unterschiedlichen Kältemittelen auf die Umwelt untersucht werden. Folgende Fragestellungen sollen unter anderem im Rahmen des Projektes bearbeitet werden: • Welche Möglichkeiten gibt es bei der Kühlung der Lebensmittel im Supermarkt? • Durch welche Maßnahmen lässt sich der Energieverbrauch reduzieren? • Welche Auswirkungen haben unterschiedliche Kältemittel auf die Umwelt? Teilnehmer: 12-15, Betreuung: Stefanie Tesch © Prof. Dr. Georg Erdmann FG Gebäude-Energie-Systeme Hermann-Rietschel-Institut 20 • 1885 Berufung Hermann-Rietschels auf den weltweit ersten universitären Lehrstuhl für „Heizung & Ventilation“ Prof. Kriegel © Prof. Dr. Georg Erdmann Lehre im FG Gebäude-Energie-Systeme 21 Bachelor • Energiesysteme für Gebäude • Solare Energiesysteme für Gebäude • Computergestützte Energieplanung für Gebäude • Labor Gebäudetechnik Master • Energie- und Anlagentechnik für Gebäude • Vertiefung – Heizung, Lüftung, Klima • Projekt Gebäudeenergietechnik • Brandschutz • Gebäudeautomation • Reinraumtechnik © Prof. Dr. Georg Erdmann Forschungsprofil FG Gebäude-EnergieSysteme Hermann-Rietschel-Institut Gebäude-Energie-Systeme 22 Luftströmungsoptimierung in einer Flugzeugkabine zur Verbesserung der thermischen Behaglichkeit • instationäre Klimatisierung • personalisierte Heizung und Lüftung Die Bedeutung des Komforts von Fluggästen nimmt in der Luftfahrtindustrie immer mehr zu. Zurzeit wird die Zuluft in Flugzeugkabinen unterhalb der Decke und an den Seitenwänden mit einem hohen Impuls und einer großen Temperaturdifferenz eingebracht. Dies führt zu einer Durchmischung der Luft. Bei dieser Kabinenkonfiguration kann häufig jedoch nicht auf allen Sitzplätzen thermische Behaglichkeit sichergestellt werden. Dieses Problem wird sich in Zukunft aufgrund von größer werdenden inneren Lasten, beispielsweise durch Inflight-Entertainment, noch verstärken. von Geschwindigkeitsfeldern), sowie Laser Doppler Anemometrie, um Geschwindigkeitsprofile an den Durchlässen für weitere Strömungssimulationen zu ermitteln. • energieeffiziente Stadt Abb. 2: PST-Vektorbild in einer Messebene Unter anderem wurde untersucht, ob Quellluftsysteme auch in Flugzeugkabinen einsetzbar sind. Dazu wurden für die Zuluft großflächige Durchlässe unterhalb der Fenster sowie im gesamten Bodenbereich eingesetzt. • Rechenzentren • Biomimetik Abb. 1: A320 Mock-up mit Passagier-Dummies • Reine Räume Im Mock-up des Flugzeugkabinenausschnitts eines Airbus A320 werden verschiedene Möglichkeiten der Belüftung untersucht, um die thermische Behaglichkeit zu optimieren. Dazu werden die Luft-, die Oberflächensowie die operative Temperatur mit Thermoelementen gemessen. Die Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt je nach Untersuchung mittels Thermoanemometrie, Particle Streak Tracking Velocimetry (PST, ein optisches Messverfahren zur Bestimmung Neben den Quellluftdurchlässen wurden diverse andere Durchlassarten (Schlitz-, Kugelschienen- sowie Dralldurchlässe) und verschiedene Konfigurationen getestet. Abb. 3: Strömungsverlauf in einer Ebene • Fahrzeugklimatisierung © Prof. Dr. Georg Erdmann PIW: Behaglichkeits- und Effizienzmessungen in der Raumklimatechnik 23 • Messtechnische Erfassung von Raumklimaparametern - Luft- und Strahlungstemperaturen, - Luchtfeuchten, und –geschwindigkeiten • Analyse der thermischen Behaglichkeit - statistische Beurteilung des Raumklimas - erwartete Zufriedenheit • Bewertung der Energieeffizienz - Luftaufbereitung (Heizen, Kühlen, Be- / Entfeuchten) - Lufttransport - erneuerbarer & nicht erneuerbarer Energieaufwand max. 15 Teilnehmer, Betreuung: Lea Fuchsloch © Prof. Dr. Georg Erdmann PIW: Energieeffizienz & thermische Behaglichkeit stationäre / instationäre Quelllüftung 24 • Kennenlernen des Quellluftprinzips - Vor- und Nachteile ggü. anderen Lüftungsarten • Raumluftströmungen messen & visualisieren - Anwendung und Vergleich unterschiedlicher Verfahren • Vergleich von stationärem & instationärem Betrieb - Beurteilung der Lüftungseffektivität - Bewertung der Energieeffizienz max. 15 Teilnehmer, Betreuung: Nina Schultz, Eugen Lichtner © Prof. Dr. Georg Erdmann FG Maschinen- und Energieanlagentechnik 25 Prof. Ziegler © Prof. Dr. Georg Erdmann Lehre im FG Maschinen- und Energieanlagentechnik 26 Bachelor • Technische Wärmelehre (Wirtschaftsingenieurwesen u.a.) • Energie- Impuls-und Stofftransport (EIS) I (Energie- und Prozesstechnik und alle Studiengänge der Fakultät II) Master • Maschinenlehre (insbes. Wirtschaftsingenieurwesen) mit Vertiefung regenerative Energien • Kältetechnik • Projektstudium Energieseminar; Entwurf und Planung von Energieversorgungsanlagen • Laborpraktika © Prof. Dr. Georg Erdmann Forschungsprofil FG Maschinen- und Energieanlagentechnik Komponenten, Pilotanlagen, Prototypen: Absorptionskälte (Solares Kühlen, Kraft-WärmeKälte-Kopplung) Dampfstrahlkälte Wärmespeicher Thermosyphon-Pumpe Wirbelrohr Absorptionskälteanlage Grundlagen: Wärme- und Stoffübergang, (Verdampfung, Kondensation, Absorption, Desorption ...) und: Systemanalyse, Machbarkeitsstudien, Projektbegleitung … Blasensieden Prof. Dr. Georg Erdmann PIW: Anlage zur solaren Kälteerzeugung 28 • Konventionelle Raumkühlung ist günstig in der Anschaffung, aber teuer im Betrieb • Aus der Forschung: Kühlen mit PV-Modulen, um die Umwelt zu schonen • Untersuchung der Konkurrenzfähigkeit des neuen Produkts gegenüber konventionellen Lösungen Teilnehmer: 15 Betreuer: Reiner Buchholz © Prof. Dr. Georg Erdmann 29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! © Prof. Dr. Georg Erdmann
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