Photovoltaik im LLEC

by  | 9. September 2021

Mit diesem ersten Beitrag wird das Thema Photovoltaik (PV) als erneuerbare Energie im LLEC-Netz näher beleuchtet. Starten werden wir mit einer Übersicht über die in der Planung bzw. im Aufbau befindlichen PV Systeme. Im weiteren Projektverlauf werden wir einzelne Projekte im Detail vorstellen.

Im LLEC Projekt wollen wir eine installierte Gesamtleistung von 1,5 Megawatt (Peak Leistung) auf dem Forschungs-Campus installieren. Dafür benötigt man heutzutage, je nach Anlagendesign, eine Fläche von ca. ein bis zwei Hektar. Für gesplittete Systeme (viele kleine Systeme, anstelle eines Gesamtsystems) auch deutlich mehr. Auf unserem Campus kommen dafür Gebäudedächer (Bestands- wie auch Neubauten), Gebäudehüllen (Building Integrated PV (BIPV)) und nicht genutzte Freiflächen in Betracht. Zunächst wurde das Potential von PV Installationen auf Dächern von Bestandgebäuden auf dem Campus untersucht, mit dem Resultat, dass nur einige wenige Bestandsgebäude für eine PV Installation geeignet sind. Insgesamt ist das PV Potential für die Bestandsgebäude in der Größenordnung von ca. 130 Kilowatt Peak Leistung. Zusätzlich soll PV auf den Dächern von Neubauten entstehen. Einfacher ist es, PV bei Neubauten zu berücksichtigen. Hier liegt das Potential bei den derzeit in der Planung befindlichen Bauvorhaben bei 340 Kilowatt Peak-Leistung. Insgesamt sind wir da noch deutlich weg von dem Ausbauziel von 1,5 Megawatt Gesamtleistung PV.

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Reversible Brennstoffzelle bei 800 °C Betriebstemperatur

by  | 24. Juni 2021

Das Energiesystem der Zukunft, das im LLEC schon jetzt aufgebaut wird, basiert auf erneuerbaren und damit fluktuierenden Energiequellen. Dies macht neben der intelligenten Kopplung der Systeme auch die dezentrale Energiespeicherung für eine sichere und klimafreundliche Energieversorgung erforderlich. Um Wasserstoff als Energieträger für die Speicherung erfolgreich einsetzen zu können, ist ein hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung und Speicherung von zentraler Bedeutung. Mit Hochtemperatur-Festoxidwandlern ist es sowohl möglich mit elektrischer Energie per Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen, als auch umgekehrt, als Brennstoffzelle betrieben, Wasserstoff bei Bedarf zu verstromen. Dabei kann derselbe Zellenstapel für beide Betriebsmodi mit sehr hoher Effizienz eingesetzt werden. In diesem Fall wird in der Fachsprache von einer reversiblen Festoxidzelle bzw. rSOC (reversible Solid Oxide Cell) gesprochen. Die eingesetzten Zellen bestehen im Wesentlichen aus einem festen Elektrolyten, der bei hohen Temperaturen durchlässig für Sauerstoffionen ist, und zwei porösen Elektroden über die der elektrische Strom zu- bzw. abgeführt wird.

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Elektrolyse für die effiziente Wasserstofferzeugung

by  | 22. Dezember 2020

Ein Schlüsselelement eines zukünftigen Energiesystems ist Wasserstoff, der aus erneuerbar erzeugter elektrischer Energie hergestellt wird. Dieser Wasserstoff kann gasförmig gespeichert oder aber noch weiter umgewandelt werden, ehe er als Rohstoff oder Energieträger genutzt wird.

Eine wichtige Forschungsfrage liegt darin, wie man möglichst viel Wasserstoff mit der via Photovoltaik oder Wind produzierten elektrischen Energie erzeugen kann. Hier konnten in den letzten Jahren deutliche Fortschritte, gegenüber kommerziell erhältlichen System erzielt werden, diese wurden aber fast ausschließlich im Labormaßstab nachgewiesen. Im Rahmen des Living Lab Projektes wird nun vom IEK-14 ein Zellstapel (Stack) mit einer Leistung von 400 kW aufgebaut, der besonders leistungsstark und effizient ist. Dazu wurden neue Herstellungsverfahren am Forschungszentrum erarbeitet und in den technischen Maßstab skaliert und derzeit erfolgen die Tests der so hergestellten Komponenten der nächsten Generation.

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HPC-Abwärmenutzung zur Gebäudeheizung – Baustart des Niedertemperaturnetzes

by  | 20. Oktober 2020
FZ Juelich

Der Jülicher Supercomputer JUWELS wurde im vergangenen Jahr in Betrieb genommen und ermöglicht das Lösen rechenintensiver Problemstellungen. Für den Betrieb wird JUWELS über einen Wasserkreislauf gekühlt, der die entstehende Abwärme an die Umwelt abführt.

Bislang wurden technische Prozesse meistens einzeln optimiert, ohne Betrachtung von benachbarten Prozessen. So wird aktuell die Abwärme der Supercomputer aktiv „weggekühlt“ obwohl gleichzeitig umliegende Gebäude in der Heizperiode Heizwärme benötigen. Das geht sicherlich effizienter. Ein solche innovative Möglichkeit wird bald im Reallabor Living Lab Energy Campus (LLEC) demonstriert.

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High-energy and high-power batteries for the LLEC project

by  | 5. Oktober 2020

As part of the LLEC energy demonstrators, two battery energy storage systems will be installed on the FZJ campus. These battery systems are quite different from each other in terms of storage capacity and power because this makes them more interesting for the LLEC science case. The first battery is a high-energy battery system with a capacity of 2600 kWh and a power of 595 kW. The second battery is a high-power system with a capacity of 500 kWh and a total power of 1500 kW. Note that kWh is actually a unit to express (electrical) energy consumption for which e.g. the energy company charges you every month some money. However, in this context, it is more common to speak about capacity. The difference between a high-energy and high-power battery is that a high-energy battery has a high number of kWh’s per unit of weight. High-energy batteries are, for example, typically found in battery electric vehicles and laptops to allow long-range driving and user time, whereas high-power batteries are often used in hybrid electric vehicles and mobile power tools to (shortly) boost an electric device with high power.

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Das Energiesystem der Zukunft am Beispiel des Schülerlabors „JuLab“

by  | 1. September 2020

Unser Umgang mit Energie ist im Wandel. Dies betrifft nicht nur die alltäglichen Situationen, in denen wir uns selbst daran erinnern, das Licht auszuschalten oder einmal auf das Auto zu verzichten, sondern auch die gesamte Infrastruktur von Erzeugung über die Speicherung bis hin zur Nutzung von Energie – kurzum unser gesamtes „Energiesystem“. Um diesen Wandel zu vollziehen, benötigen wir intelligente, dezentrale und vor allem vernetzte Technologien, die im Rahmen des Projektes „LLEC::JuPilot“ entwickelt und am Schülerlabor des Forschungszentrums Jülich erlebbar gemacht werden sollen.

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Gemeinsam für die Campusenergiewende: Mitarbeiterbeteiligung im LLEC

by  | 20. April 2020

Das Energiesystem des Forschungszentrums Jülich (FZJ) wird sich im Laufe des Projekts „Living Lab Energy Campus“ (LLEC) fundamental verändern. Wir sind davon überzeugt, dass die erfolgreiche Umgestaltung des Energiesystems maßgeblich von der Mitwirkung der Nutzerinnen und Nutzer abhängt. Deshalb ist die Nutzereinbindung ein zentrales Element des LLEC-Projekts, für das wir ein eigenes Projektteam „Engagement und Dissemination“ eingerichtet haben. Hier berichten wir über die Arbeit unseres Teams.

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Die LLEC-Informations- und Kommunikationsplattform

by  | 19. Februar 2020

Unser Energiesystem basiert bis heute überwiegend auf Großkraftwerken. In Zukunft wird die Energieversorgung aber immer häufiger auch durch kleinere und dezentrale Energiequellen geprägt sein – z.B. Windenergie-Parks, Photovoltaik-Anlagen oder Wasserkraftwerke. Solche Energiequellen liefern nicht zu jeder Tages- und Jahreszeit gleichmäßige Energieströme, sondern ihre Leistung hängt etwa von Lichteinfall, Wetter und anderen veränderbaren Parametern ab.

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Neuartiger LOHC-Wasserstoffspeicher

by  | 3. Dezember 2019

Eine der zentralen Fragestellungen im Rahmen der Energiewende ist die saisonale Speicherung großer Mengen von Energie. Im Juni 2019 wurde das LLEC-Projekt daher um eine weitere, zentrale Komponente erweitert. Dabei handelt es sich um eine neuartige Technologie auf Basis von LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier), welche die chemische Speicherung großer Mengen von Energie in füssiger Form erlaubt. Die Energiedichte des beladenen Fluids beträgt dabei ca. 1,86 MWh/m3 und entspricht damit Druckwasserstoff bei etwa 700 bar. Die weltweit einzigartige Demontrationsanlage arbeitet im Verbund mit der neuen Wärmevollversorgungszentrale (WVVZ) und wird durch die Sektorkopplung von Strom, Wärme und chemischer Energie Speicherwirkungsgrade von über 90% erreichen.

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Die LLEC-Energiedemonstratoren

by  | 19. September 2019

Ich persönlich finde es schön, wenn Ideen aus der Wissenschaft nicht nur eine rein virtuelle Umsetzung finden, sondern wenn diese baulich umgesetzt werden und somit in unserer realen, physischen Welt spürbar und erlebbar sind. Glücklicherweise gibt es beim LLEC eine Vielzahl von Demonstratoren, die auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich in der nächsten Zeit realisiert werden sollen!

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