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Projekte

Nachhaltige Synthese des Energieträgers Dimethylether aus Abwasser

Laufzeit: 2019 – 2023

Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektpartner: Prof. Dr. Johannes Gescher (Technische Universität Hamburg Institut für technische Mikrobiologie, TMI), Prof. Dr. Ingo Krossing (Universität Freiburg), Dr. Achim Schaadt (Fraunhofer ISE) und TUTTAHS & MEYER GmbH

Beteiligte Arbeitsgruppen: Fachgebiet Umweltverfahrenstechnik (Prof. Dr.-Ing. habil. Sven Kerzenmacher)

Ansprechpartner:  kerzenmacherprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de, Prof. Dr.-Ing. habil. Sven Kerzenmacher

Beschreibung:

In der Abwassereinigung muss bislang eine beträchtliche Menge Strom für die Entfernung organischer Inhaltsstoffe aufgewendet werden. Gleichzeitig enthalten diese selbst chemische Energie. An diesem Punkt setzt das interdisziplinäre Verbundprojekt BioDME an: Die in Industrieabwasser enthaltene Energie soll genutzt werden, um Dimethylether (DME) herzustellen und damit die Abwasserreinigung effizienter zu machen. DME eignet sich hervorragend als lager- und transportfähiger Energieträger und kann darüber hinaus auch als Grundstoff für chemische Synthesen eingesetzt werden. Ziel des Projekts ist die Realisierung einer Demonstrationsanlage mit der die Stabilität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit des Prozesses im Praxiseinsatz untersucht werden kann.

Bioelektrochemisches System zur flexiblen Biogas-Erzeugung

Laufzeit: 2020 – 2023

Projektförderung:  Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)/ Fachagentur nachwachsende Rohstoffe (FKZ 2219NR379)

Projektpartner: Prof. Dr. Johannes Gescher (Karlsruher Institut für Technologie KIT, Koordination des Verbundprojekts), Prof. Dr. An-Ping Zeng (Technische Universität Hamburg) und Dr. Zuberbühler (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff- Forschung Baden-Württemberg ZSW)

Beteiligte Arbeitsgruppen: Fachgebiet Umweltverfahrenstechnik (Prof. Dr.-Ing. habil. Sven Kerzenmacher)

Ansprechpartner:  kerzenmacherprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de, Prof. Dr.-Ing. habil. Sven Kerzenmacher

Beschreibung:

Flexible Biogasbereitstellung durch Regelung über die Anode einer mikrobiellen Elektrolysezelle. Im Biogasreaktor wird die Biomasse vergärt und zu Methan und Kohlendioxid umgewandelt. Durch Anlegen eines Potentials an die Anode können mit Hilfe von sogenannten exoelektrogenen Bakterien Elektronen auf die Elektrode übertragen werden. Dadurch wird die Fracht an organischen Säuren herabgesetzt. Die Elektronen fließen zur Kathode und die Protonen können über eine Protonenaustauschmembran (PEM) in die Elektrolysekammer gelangen. Dort wird an der Kathode über Elektrolyse aus Elektronen und Protonen Wasserstoff gewonnen. Wasserstoff und das Rohbiogas werden in die Produktionskammer geleitet. Hier können Mikroorganismen aus Wasserstoff und Kohlendioxid einen Wertstoff (z.B. Butandiol) generieren. Dadurch wird außerdem das Kohlendioxid aus dem Biogasgemisch teilweise entfernt, wodurch die Biogasverarbeitung erleichtert wird.

DiSCO2-Bremen: Datenbasierte und intelligente Simulation des Verkehrs zur CO2-Reduktion in Bremen

Laufzeit: 01. Juli 2020 - 31. Dezember 2022

Projektförderung: AUF-Programm zur Förderung der angewandten Umweltforschung aus Mitteln des
Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Bremen

Projektpartner: Universität Bremen; Verkehrsmanagementzentrale (VMZ); Die Senatorin für Klimaschutz, Umwelt, Mobilität, Stadtentwicklung und Wohnungsbau

Beteiligte Arbeitsgruppen: AG Optimierung und Optimale Steuerung

Ansprechpartner:  bueskensprotect me ?!math.uni-bremenprotect me ?!.de, Prof. Dr. Christof Büskens 

Beschreibung:

Der vom Menschen verursachte Klimawandel hat in den letzten Jahren immer mehr Aufmerksamkeit erregt. Möglichkeiten zur Reduzierung der CO2-Emissionen sind daher von großem Interesse. In Deutschland sind die Autoabgase für fast 20% aller CO2-Emissionen verantwortlich. Besonders in den Städten ist der CO2-Ausstoß hoch, da ständiges Bremsen und Beschleunigen einerseits und niedrige Geschwindigkeiten unter 50 km/h andererseits den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Ausstoß in die Höhe treiben. Aufgrund seiner Geografie ist Bremen davon stark betroffen, da die umliegenden Flüsse nur wenige Verbindungsstraßen in das Umland zulassen, so dass diese Straßen eine hohe Verkehrsdichte aufweisen. Die Verkehrsmanagementzentrale in Bremen hat die Möglichkeit, einen großen Teil der Ampeln zu steuern und damit den Verkehrsfluss zu verbessern.
Im Projekt DiSCO2 soll ein sogenannter digitaler Zwilling - eine Simulation des Bremer Stadtverkehrs - entwickelt werden. Dieser erlaubt zuverlässige Vorhersagen über den Verkehrsfluss und die damit verbundenen CO2-Emissionen in Abhängigkeit z.B. vom Wochentag, der Jahreszeit, der Wetterlage und von Veranstaltungen. Darüber hinaus können Anomalien erkannt und die Auswirkungen von Baustellen und Großereignissen auf den Verkehrsfluss erfasst und reduziert werden.
Seit etwa 10 Jahren wird die Verkehrsdichte im gesamten Stadtgebiet an ca. 600 Messstellen mit Induktionsschleifendetektoren erfasst. Diese Aufzeichnungen eignen sich für die Entwicklung eines datenbasierten Hybrid-Modells, d.h. einem Modell, dessen Parameter mittels Methoden aus den Bereichen Big Data und Maschinellem Lernen optimiert werden. Zunächst beschränkt auf einen Messpunkt, werden die Vorhersagen im Laufe des Projektes auf den gesamten Stadtverkehr ausgeweitet. Da die Messungen in Echtzeit genutzt werden können, ist ein weiteres Ziel die intelligente Steuerung von Lichtsignalanlagen, um den Verkehrsfluss zu verbessern und damit den CO2-Ausstoß zu reduzieren.

HVDC-MMC mit MPC: Ein neues Verfahren für die Reduktion der Verlustleistung von MMC-Höchstspannungs-Umrichtern mittels MPC

Laufzeit: 01. Juli 2020 - 30. Juni 2023

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner: Universität Bremen; Siemens AG

Beteiligte Arbeitsgruppen: AG Optimierung und Optimale Steuerung, Institut für Automatisierungstechnik (IAT)

Ansprechpartner:  bueskensprotect me ?!math.uni-bremenprotect me ?!.de, Prof. Dr. Christof Büskens 

Beschreibung:

Um erneuerbare Energien bestmöglich zu nutzen, müssen regenerative Energieerzeugungsanlagen dort errichtet werden, wo die entsprechende Energieform in ausreichender Menge vorhanden ist. Vor allem Offshore-Windparks im Norden Deutschlands befinden sich dadurch weit entfernt von energieintensiven Industrien in Mittel- und Süddeutschland. Daraus ergibt sich zunehmend die Notwendigkeit, große Mengen elektrischer Energie über weite Entfernungen transportieren zu müssen. Besonders verlustarm und unterirdisch in Form von See- und Erdkabeln ist dies mit Übertragungsleitungen möglich, die mit Hochspannungs-Gleichstrom (HVDC) arbeiten. Für diese Technologie ist wiederum der Einsatz von Höchstspannungsumrichtern erforderlich, die Gleich- in Wechselstrom (und umgekehrt) auf entsprechend hohen Spannungsniveaus konvertieren können. Ziel des Projekts ist, durch die Verwendung von optimalen Regelungsalgorithmen in Höchstspannungsumrichtern den Wirkungsgrad von Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecken zu verbessern.
Im Zentrum des Forschungsprojekts steht die Entwicklung, Implementierung und Erprobung einer leistungs- und echtzeitfähigen, nichtlinearen modellprädiktiven Reglers (NMPC) zur Regelung eines modularen Höchstspannungs-Wechselrichters (HVDC-MMC). Ein NMPC-Regler verfügt intern über ein vereinfachtes Modell der vollständigen Prozessdynamik, welches genutzt wird, um den zukünftigen Verlauf der Prozessvariablen über einen begrenzten Zeitraum vorherzusagen. Für ein gegebenes Kostenfunktional kann mit Hilfe eines numerischen Optimierungsverfahrens die optimale Arbeitsweise über den betrachteten zukünftigen Zeithorizont ermittelt werden. An den Prozess übergeben wird jedoch nur der erste Schritt der optimalen Lösung. Im nächsten Abtastschritt erfolgt dann eine Verschiebung des betrachteten Zeitraums, und die gesamte Berechnung wird erneut durchgeführt. Durch diese Vorgehensweise werden in jedem Zeitschritt neue Messwerte einbezogen und damit nicht gemessene Störgrößen und Abweichungen zwischen Prozessmodell und realem Prozessverhalten berücksichtigt.
Da in jedem Schritt die Lösung des Optimierungsproblems Berechnungszeit in Anspruch nimmt, ist bei der Umsetzung von NMPC-Verfahren in hochdynamischen Echtzeitanwendungen der Umgang mit Begrenzungen von Berechnungszeit und -kapazitäten eine Herausforderung. Hierzu soll ein völlig neuer, auf die charakteristischen technologischen Eigenschaften von Umrichtern zugeschnittener Ansatz verfolgt werden, der es ermöglicht, das Rechenzeitproblem trotz der hochfrequenten Schaltvorgänge zu bewältigen und die Vorteile der NMPC-Verfahren zur Verlustminimierung in Höchstspannungsumrichtern einzusetzen.

SmartFarm2

Laufzeit: 01. Februar 2021 - 31. Januar 2024

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner: Universität Bremen; nD-enerserve GmbH, Q3 ENERGIE GmbH & Co. KG

Beteiligte Arbeitsgruppen: AG Optimierung und Optimale Steuerung

Ansprechpartner:  bueskensprotect me ?!math.uni-bremenprotect me ?!.de, Prof. Dr. Christof Büskens 

Beschreibung:

Erneuerbare Energien gehören zu den wichtigsten Stromquellen in Deutschland, und ihr Ausbau ist eine zentrale Säule der Energiewende. 2020 wurde erstmals mehr als 50% Strom aus erneuerbaren Energieträgern in die Netze eingespeist. Die Nutzung erneuerbarer Energien geht mit einem hohen Flächenbedarf einher, daher verzeichnet vor allem der ländliche Raum eine Zunahme an EE-Anlagen. Daraus ergeben sich neue Strukturen für die Akteure - Landwirte werden z.B. zu Energiewirten. Für die ersten Photovoltaikanlagen ist jedoch Ende 2020 die gesetzlich garantierte Vergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ausgelaufen, da diese pro Anlage nur für 20 Jahre gilt. Auch für die ersten Windanlagen fällt die Förderung weg. Ein Weiterbetrieb der PV- und Wind-Altanlagen nach Ablauf der gesetzlichen Vergütungspflichten ist jedoch erstrebenswert, nicht allein, um die produzierte Energie nutzen zu können. Für Betreiber solcher Anlagen kann es durchaus lohnend sein, auf Eigenverbrauch umzustellen. Das Projekt SmartFarm2 will Potentiale zur Eigenverbrauchsoptimierung aufzeigen und exemplarisch umsetzen. Dazu soll ein Testfeld mit 101 Realdemonstratoren (Milchhöfe, Schweinemastbetriebe, Gewächshäuser, Schulen, etc.) mit sehr leicht handhabbarer Sensorik der beteiligten mittelständischen Unternehmen (KMU) ausgestattet werden, um die bisher nicht verfügbaren hochaufgelösten tageszeitabhängigen Verbraucher- und Erzeugerdaten zu erfassen. Basierend auf diesen Daten kann mit Hilfe der Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) und mathematischer Optimierungsalgorithmen das wirtschaftliche Potenzial einer Eigenverbrauchsoptimierung aufgezeigt werden. Darauf aufbauend wird dann ein hochautomatisiertes Energiemanagementsystem (EMS) entwickelt.

Lernfabrik - Forschendes Lernen im Bereich energieautarker Produktionssystem

Laufzeit: 01.Dez 2021 – 31. Oktober 2023

Projektförderung: Brede Stiftung

Projektpartner:

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Michael Freitag und Dr. Matthias Burwinkel

Ansprechpartner: burprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de

Beschreibung:

Der Klimawandel und die damit einhergehenden Schäden stellen eine nie dagewesene Herausforderung dar, welche in alle Bereiche des menschlichen Lebens und Handelns eingreift. Ursache hierfür sind anthropogene

Treibhausemissionen, die zu einem großen Teil auch von produzierenden Unternehmen emittiert werden. Aus diesem Grund sehen sich Produktionsunternehmen immer mehr mit dem Einsatz und der Handhabung erneuerbarer Energien konfrontiert. Dabei ist für den ökologisch und ökonomisch effizienten Einsatz dieser Technologien ein optimierter Abgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch von Energien unausweichlich. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, das Wissen innerhalb des Unternehmens so zu erweitern, dass in allen tangierenden Bereichen ein Verständnis für die Eigenschaften und den Umgang erneuerbarer Energien entsteht.

Refine - Turmstruktur für zukünftige Windenergieanlagen – Aeroelastische Analyse, Sensorierung und wirtschaftliche Betrachtung der Turmstrukturen von Windenergieanlagen

Laufzeit: 01. Juni 2021 - 31. Mai 2024

Projektförderung: DasBundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner: Nordex SE

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Michael Freitag und Prof. Dr. Klaus-Dieter Thoben

Ansprechpartner: freprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de

Beschreibung:

Laut dem Umweltbundesamt ist die Windenergie eine tragende Säule der Energiewende. Mit zunehmender Größe steigen die Effizienz, aber auch die technischen Herausforderungen moderner Windenergieanlagen (WEA). Eine davon ist die Beherrschung von Turmschwingungen, welche beispielsweise Errichtungs- oder Wartungsarbeiten behindern oder zu struktureller Schädigung führen können. Das Ziel des Verbundforschungsprojekts REFINE ist, das Verständnis für die Ausprägungen und Ursachen von Turmschwingungen zu verbessern. Darauf aufbauend sollen aerodynamische Vorrichtungen für Türme entwickelt und sowohl technisch als auch wirtschaftlich evaluiert werden. Hierzu wird ein vierstufiger Ansatz verfolgt: (1) Mithilfe innovativer, an der Universität Bremen entwickelter Messtechnik sollen über einen längeren Zeitraum Messungen an einer großen Flotte von Onshore-WEA durchgeführt werden. (2) Ergänzend werden strömungsmechanische Simulationen mit Strukturmodellen der WEA gekoppelt. (3) Darauf aufbauend werden aerodynamische Vorrichtungen zur Reduktion der Schwingungsanregung entwickelt und unter Realbedingungen getestet. (4) Die wirtschaftlichen Auswirkungen der aerodynamischen Vorrichtungen werden über ganzheitliche Wirtschaftlichkeitssimulationen bewertet. Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des “7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung” gefördert.

compARe - Optimierung der Instandhaltung von Windenergieanlagen durch den Einsatz von bildverarbeitenden Verfahren auf mobilen Augmented Reality-Endgeräten

Laufzeit: 01. Juli 2020 - 30. Juni 2023

Projektförderung: DasBundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Projektpartner: RoSch Industrieservice GmbH

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Michael Freitag

Ansprechpartner: freprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de

Beschreibung:

Im Förderprojekt „compARe“ soll ein AR-basiertes technisches Assistenzsystem entwickelt werden, welches auf bildverarbeitende Verfahren zurückgreift, um Servicetechniker*innen bei der Instandhaltung von Windenergieanlagen zu unterstützen. Dabei wird insbesondere auf Aufgabenstellungen fokussiert, die eine Defekterkennung nur durch einen Abgleich zwischen aktuellem und einem zuvor dokumentierten Zustand oder einem Soll-Zustand zulassen. Somit können Schäden an den WEA vermieden und die Effizienz der Instandhaltungsmaßnahmen gesteigert werden.

Mittels KI-basierter Bildverarbeitungsverfahren, wie z.B. Convolutional Neural Networks (CNN), können Defekte an Bauteilen, welche über lange Zeiträume entstehen, erkannt, klassifiziert und ausgewertet werden. Darüber hinaus wird der Abgleich von Bauteilzuständen anhand historischer Daten ermöglicht. Zur Unterstützung von Servicetechnikerinnen in der Windenergie haben sich mobile Assistenzsysteme als vielversprechend erwiesen. Der Einsatz dieser rechenintensiven Bildverarbeitungsverfahren auf mobilen Endgeräten stellt eine Herausforderung dar, bietet jedoch in Kombination mit dem Einsatz von mobiler Augmented Reality (AR)-Technologie ein großes Potenzial. Auf diese Weise können virtuelle Informationen zur Zustandsveränderung unmittelbar in Bezug zu den betreffenden Bauteilen im Sichtfeld der Servicetechnikerinnen bereitgestellt werden.

EisAuge - Eis-Erkennung an Windenergieanlagen mittels KI-unterstützter Bildverarbeitung

Laufzeit: 16. Juli 2021 - 31. März 2023

Projektförderung: Land Bremen / EFRE (FKZ: VE0126C)

Projektpartner: Universität Bremen, BSB Bremer Software & Beratungs GmbH

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Michael Freitag und Prof. Dr. Klaus-Dieter Thoben

Ansprechpartner: freprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de

Beschreibung:

Vereisungen an Rotorblättern von Windenergieanlagen führen jedes Jahr zu Ausfällen und somit zu erheblichen finanziellen Verlusten. Das Projekt "EisAuge" hat die Entwicklung eines Kamera-basierten Eiserkennungssystems zum Ziel, um diese Ausfallzeiten zu reduzieren. Die aufgenommenen Farb- und Infrarot-Bilder werden durch moderne Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) analysiert und auf diese Weise der aktuelle Vereisungszustand auf den Rotorblättern der Anlage ermittelt. Die aufgenommenen Bilder und die Modellausgaben werden anschließend in einer Cloud-Lösung abgelegt.

Das BIBA entwickelt in diesem Projekt das Kamerasystem. Das Ziel hierbei ist ein Kamerasystem, welches sowohl tags- als auch nachtsüber scharfe, detailreiche Bilder aufnehmen kann. Zudem unterstützt das BIBA im Projekt die Entwicklung der KI-Algorithmen. Hierzu werden moderne Methoden der Bildverarbeitung, beispielsweise Convolutional Neural Networks (CNNs), verwendet. Hierbei steht insbesondere die Übertragbarkeit der Modelle auf neue Windenergieanlagen im Fokus.

DFWind_2 - Deutsche Forschungsplattform für Windenergie - Phase 2

Laufzeit: 01. Dezember 2020 - 30. November 2023

Projektförderung: Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., ForWind - Universität Oldenburg, ForWind - Universität Bremen, ForWind - Universität Hannover, WRD Wobben Research and Development GmbH.

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Bernd Orlik, Prof. Dr. Michael Freitag und Prof. Dr. Klaus-Dieter Thoben

Ansprechpartner: freprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de

Beschreibung:

Übergeordnetes Projektziel ist die Beantwortung von Forschungsfragen zur Förderung des Ausbaus der Windenergie vor dem Hintergrund der Wirtschaftlichkeit und der Akzeptanz in der Bevölkerung bzw. die Bearbeitung von Fragestellungen in Bezug auf Windenergieanlagen, die bisher nicht oder nur schwer möglich war. Beim Aufbau der Windenergieforschungs- und Entwicklungsplattform steht die ganzheitliche Betrachtung im Vordergrund, in welcher der Forschungsfokus auf der Interaktion der Subsysteme im Gesamtsystem Windenergieanlage(WEA) auch unter Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung von zwei separaten WEA in den windphysikalischen externen Bedingungen bis hin zur Wirkung auf das Verbundnetz liegen wird. Die Universität Bremen wird vor diesem Hintergrund insbesondere an der Instrumentierung der Lager mit Sensorik arbeiten und Vorbereitungen für die Datenauswertung zu treffen. Im Speziellen werden das Haupt-, das Azimut-, und die drei Blattflanschlager betrachtet.

ReaLCoE - Robuste, zuverlässige und große 12+MW Offshore Windenergieanlage der nächsten Generation für saubere, günstige und wettbewerbsfähige Energie

Laufzeit: 01. Mai 2018 - 31. Januar 2026

Projektförderung: EU

Projektpartner: BIBA, Senvion GmbH, 8.2 Group, Jan De Nul Group, TNO Organisation, Fraunhofer IWES, Jörss - Blunck – Ordemann GmbH, Principle Power, Ingeteam, Uptime Engineering, Wood Group, Technical University of Denmark, DNV, ABB, EnBW Energie Baden-Württemberg AG.

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Michael Freitag und Prof. Dr. Klaus-Dieter Thoben

Ansprechpartner: freprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de

Beschreibung:

Die Offshore Windenergie ist eine Schlüsseltechnologie für die Erzeugung von regenerativen Energien. Aufgrund ihrer relativ hohen Kosten, unter anderem durch komplexere Installations- und Wartungsprozesse, sind Offshore Windenergieanlagen (OWEA) bislang jedoch nur bedingt wettbewerbsfähig und maßgeblich von Subventionen abhängig. ReaLCoE setzt an diesem Punkt an und versucht durch verschiedene Maßnahmen die Stromgestehungskosten (LCoE) entlang der gesamten Wertschöpfungskette der OWEA von derzeit 117€/MWh auf 35€/MWh zu senken.

Um eine Senkung der LCoE in dieser Größenordnung zu realisieren, erarbeitet und implementiert das BIBA u.a. ein Konzept für die Digitalisierung der OWEA entlang ihres kompletten Lebenszyklus. Hauptaugenmerk liegt dabei einerseits auf einer Industrie 4.0 Einbindung der OWEA durch einen digitalen Zwilling und das Internet der Dinge (IoT). Neben einem verbesserten Informationsaustausch sollen mittels der dadurch geschaffenen Dateninfrastruktur auch intelligente Strategien und Instrumentarien für eine vorausschauende Wartung eingeführt werden. Außerdem werden optimierte Installations- und Logistikprozesse während der Errichtungsphase der OWEA konzipiert, die auf eine Kostenreduktion in der Errichtungsphase abzielen. Validiert werden die erarbeiteten Konzepte anhand eines 12+MW Turbinen-Prototyps sowie durch Start einer ersten Vorserie von 4-6 OWEAs.

Entwicklung einer Stakeholder-orientierten Interaktionsplattform für die Gestaltung resilienter Transformationspfade einer regionalen Wasserstoffwirtschaft (HyTracks)

Laufzeit: 2020 bis 2023

Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Jutta Günther, Dr. Torben Stührmann

Ansprechpartner: office-guenther@uni-bremen.de

Beschreibung:

In diesem Projekt wird in einem interdisziplinären Team von Technik-, Informatik- und WirtschaftswissenschaftlerInnen ein Modellierungsansatz für die Begleitung von Transformationsprozessen erarbeitet. Ziel des Projekts ist es, mögliche Transformationspfade zu einer regionalen Wasserstoffwirtschaft am Beispiel des Bremer Industriehafens zu entwickeln. Hierzu werden sozio-ökonomische Zusammenhänge untersucht und unter Einbeziehung von Stakeholdern Transformationspfade entlang der Wasserstoffwertschöpfungskette erarbeitet. Ansätze aus der Innovationsforschung, agentenbasierten Modellen sowie Energiesystemmodellen werden hierbei kombiniert. Im Zentrum des Projekts steht die ganzheitliche Modellierung dieser Verknüpfungen und die Nutzung einer Partizipationsplattform. Die interaktive Plattform wird es ermöglichen die systemischen Auswirkungen von Entscheidungsprozessen und Maßnahmen interaktiv zu visualisieren. Somit werden partizipative Prozesse und der Einbezug von Stakeholdern für die Gestaltung von Transformationspfaden bestärkt.

Roadmap für eine graduelle Defossilisierung der Stahlindustrie und urbaner Infrastrukturen mittels Elektrolyse-Wasserstoff in Bremen (H2B)

Laufzeit: 2020 bis 2022

Projektförderung: Bremer Aufbaubank

Beteiligte Arbeitsgruppen: Prof. Dr. Jutta Günther, Dr. Torben Stührmann

Ansprechpartner: office-guenther@uni-bremen.de

Beschreibung:

In diesem Projekt wird in einem interdisziplinären Team eine Roadmap zum Aufbau von Wasserstoffwertschöpfungsketten in Bremen und den Nachbarregionen erstellt. Darüber hinaus wird eine Potenzialanalyse zur Realisierung eines Elektrolyseurs am Standort der Stahlwerke Bremen durchgeführt ebenso wie verhaltensökonomische Untersuchungen zur Akzeptanz neuer Wertschöpfungsketten. Die Forcierung der Energiesystemtransformation im Kontext der Stahlwerke bietet sowohl das Potenzial eine klimarelevante Branche zu defossilisieren als auch den regionalen Strukturwandel zukunftsgerichtet zu gestalten. Dazu wird sozio-technische und ökonomische Expertise kombiniert.

Int2Grids - Integration von intelligenten Quartiersnetzen in Verbundnetze

Laufzeit: 01. Mai 2020 - 30. April 2023

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner: Universität Bremen; Technische Universität Illmenau; OFFIS e.V. - Institut für Informatik; IAV  GmbH (Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr); EWE Netz GmbH

Beteiligte Arbeitsgruppen: AG Optimierung und Optimale Steuerung

Ansprechpartner:  bueskens@math.uni-bremen.de, Prof. Dr. Christof Büskens 

Beschreibung:

Gegenstand des Verbundprojektes ist die Integration von Quartiersnetzen in die übergeordneten Netzführungen und die Untersuchung ihres potentiellen Beitrags zur Erbringung von Netz- und Systemdienstleistungen. Unter einem Quartiersnetz wird hierbei eine lokale Gruppierung von Erzeugern und Lasten verstanden, welche die Möglichkeit und das Bestreben einer lokalen eigenbedarfsorientierten Optimierung besitzt, wie es zum Beispiel bei Smart-City-Quartieren oder geschlossenen Verteilernetzen der Fall sein kann.

 

MAP-BORealis: Assistierte Schiffsführung auf arktischen Passagen via Berechnung optimaler Routen mittels SAT-basierter Fernerkundungsdaten

Laufzeit: 01.07.2019 - 30.06.2021

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Projektpartner: Drift + Noise Polar Services DLR Forschungsstelle Maritime Sicherheit, Bremen; Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Beteiligte Arbeitsgruppen: AG Optimierung und Optimale Steuerung

Ansprechpartner: bueskens@math.uni-bremen.de, Prof. Dr. Christof Büskens

Beschreibung: 

MAP-BORealis beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Routenoptimierung für Schiffe in eisbedeckten Gewässern der Arktis. Dazu sollen innovative Methoden aus Bereichen wie Fernerkundung, Machine Learning, Meereismodellierung und Optimierung verwendet und hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit in diesem Kontext analysiert werden. Ziel des Projekts ist ein Workflow, welcher die Meereisklassifikation, die Meereisvorhersage und die Routenoptimierung miteinander kombiniert. Das Projekt arbeitet in Zusammenarbeit mit Testnutzern aus verschiedenen Anwendungsfeldern, wie dem deutschen Forschungseisbrecher FS Polarstern und der nautischen Besatzung an Bord von Hapag Lloyd Kreuzfahrtschiffen.

PreciWind - Präzises Messsystem zur berührungslosen Erfassung und Analyse des dynamischen Strömungsverhaltens von WEA-Rotorblättern

Laufzeit: 2020 bis 2022

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), 7. Energieforschungsprogramm

Projektpartner: Deutsche WindGuard, Varel; LASE – Industrielle Lasertechnik, Bremen; Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und Dynamik;  InfraTec, Dresden

Beteiligte Arbeitsgruppen: BIMAQ, Prof. Dr. Andreas Fischer

Ansprechpartner: andreas.fischer@bimaq.de

Beschreibung:

Beschreibung: Die Grenzschichtströmung von aerodynamischen Profilen an Rotorblättern von Windenergieanlagen (WEA) ist instationär, da die Strömungsbedingungen wie die Windgeschwindigkeit, der Turbulenzgrad und der Anstellwinkel in Abhängigkeit von der Position des Rotorblatts während einer Umdrehung des Rotors variieren. Dieses dynamische Verhalten beeinflusst die aerodynamischen Eigenschaften des Profils und damit die Effizienz der Energieerzeugung der gesamten WEA.

Stand der Technik für eine nicht-invasive Messung der Grenzschichtströmung an Rotorblättern von WEA im Betrieb ist die thermographische Strömungsvisualisierung. Im Vergleich zum Stand der Technik, der invasive Präparationen der Blattoberfläche vorsieht, nutzt die thermografische Strömungsvisualisierung den Effekt unterschiedlicher Oberflächentemperaturen aufgrund unterschiedlicher Wärmeübergangskoeffizienten in der Grenzschicht zur berührungslosen Unterscheidung der Strömungszustände. Bisher visualisiert das Messsystem nur statische Strömungsphänomene durch einzelne Momentaufnahmen des Rotorblatts während des Betriebs und berücksichtigt keine dynamischen Verformungen der Windenergieanlage. Daher ist eine Weiterentwicklung der bestehenden Messtechnik notwendig, die es ermöglicht, das dynamische Strömungsverhalten unter Berücksichtigung der dynamischen Verformungen von Turm und Rotorblättern zu untersuchen.

Ziel des Projektes PreciWind ist es daher, ein neues korotierendes Messsystem zu entwickeln, das es dem Kamerasystem ermöglicht, der Rotorblattbewegung zu folgen. Auf diese Weise wird jeder radiale Abschnitt des Rotorblattes während einer Umdrehung des Rotors kontinuierlich beobachtet. Dies ermöglicht eine detaillierte Messung des dynamischen Strömungsverhaltens in der Grenzschichtströmung sowie des dynamischen Strukturverhaltens aufgrund der wechselnden Strömungsbedingungen, die auch unterschiedliche Strukturbelastungen implizieren.

SUrfErCut - Systematische Ursachenforschung von Erosionsschäden an Windkraftanlagen mittels Computertomographie (XRM)“ als Basis zur Schadensminimierung und und Serviceoptimierung

Laufzeit: 2019 - 2021

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF)

Projektpartner: DFMRS e.V.; Faserinstitut Bremen e.V; Fraunhofer IFAM, Bremen; 14 Unternehmen und Verbände

Beteiligte Arbeitsgruppen: BIMAQ, Prof. Dr. Andreas Fischer

Ansprechpartner: andreas.fischer@bimaq.de

Beschreibung: 

Die Vorderkante eines Rotorblattes ist besonders mechanischen und umweltbedingten Belastungen ausgesetzt, wie z. B. bei Regen, wo die Tropfen mit einer Aufprallgeschwindigkeit von über 300 km/h auf das Blatt treffen. Durch den Aufprall der Regentropfen werden sowohl die beschichtete Oberfläche als auch Teile des darunter liegenden Glasfaserverbundwerkstoffs allmählich herausgelöst. Der Zustand der Blattvorderkante einer Windenergieanlage beeinflusst maßgeblich die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes und damit die Leistungsfähigkeit der Windenergieanlage (WEA). Schäden, die vor allem durch Erosion verursacht werden, begrenzen die Lebensdauer von WEA und führen zu hohen Wartungs- und Reparaturkosten.

Ziel des Projektes SUrfErCut ist es, diese initialen Defekte und deren Auswirkung auf den Schadensverlauf bei Regen zu untersuchen. Mittels thermografischer Messungen und einem entsprechenden Schadenskatalog werden die Anfangsdefekte und die daraus resultierenden Erosionsschäden erkannt, um frühzeitig Maßnahmen, wie z.B. eine Reparatur, einleiten zu können.

Zur Erstellung des Schadensbildes werden im Projekt rotorblattähnliche Probekörper im Labor im Ausgangszustand und zu verschiedenen Zeitpunkten eines künstlich induzierten Schädigungsprozesses, der durch die Belastung des Probekörpers in einem Regenerosionssystem hervorgerufen wird, durch XRM-Messungen sowie durch thermographische Messungen untersucht und dokumentiert.

LoGAZ - Laseroptisches Geometriemessverfahren zur Analyse des Zustands an Windenergieanlagen

Laufzeit: 2019 - 2021

Projektförderung: EFREAngewandte Umweltforschung Bremen (AUF)

Projektpartner: LASE – Industrielle Lasertechnik, Bremen; Deutsche WindGuard Engineering, Bremerhaven

Beteiligte Arbeitsgruppen:  BIMAQ, Prof. Dr. Andreas Fischer

Ansprechpartner: andreas.fischer@bimaq.de

Beschreibung: 

Um den aerodynamischen Zustand von Windenergieanlagen (WEA), z.B. im Hinblick auf Pitchverstellungen, beurteilen und notwendige Wartungsarbeiten planen und vorbereiten zu können, sind berührungslose Messungen über große Entfernungen (100 m - 300 m) der Rotorblattgeometrie im Anlagenbetrieb erforderlich. Zur Erfassung der Oberfläche wird ein kommerzielles LIDAR-System (Light Detection and Ranging) des Projektpartners LASE eingesetzt.

Mittels geeigneter Auswertealgorithmen werden die mit dem 3D-Laserscanner erfassten Messdaten in das Turbinenkoordinatensystem (TCS) transformiert. Durch die Implementierung geometrischer und mechanischer Freiheitsgrade in die Approximation der Messdaten durch das Rotorblatt-Sollprofil wird anschließend die Orientierung der Rotorblatt-Sehne berechnet. Die Forschungsfrage lautet: Mit welcher Unsicherheit lässt sich die Lage der Rotorblatt-Sehne aus einer Reihe von Abstandsmessungen (Profilen) bestimmen? In diesem Zusammenhang ist zu klären, ob die Orientierung des Messsystems zur WEA intrinsisch aus den Mess- und Solldaten berechnet werden kann oder durch separate Kalibriermessungen ermittelt werden muss.

ThermoStall - Berührungslose In-Prozess-Messung von Strömungsablösungen an nicht-skalierten Windenergierotorblättern

Laufzeit: 2019 bis 2021

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektpartner: -

Beteiligte Arbeitsgruppen: BIMAQ, Prof. Dr. Andreas Fischer

Ansprechpartner: andreas.fischer@bimaq.de

Beschreibung:

Beschreibung: Aufgrund der effizienzsenkenden Wirkung ist die Ablösung der Grenzschichtströmung ein unerwünschtes Phänomen an Rotorblättern von Windenergieanlagen (WEA). Die abgelöste Strömung führt außerdem zu instationären Belastungen, die die Lebensdauer des Strukturmaterials verringern und Geräuschemissionen verursachen.

Um ein besseres Verständnis der Grenzschichtströmungsablösung zu erreichen, wird eine schnelle, nicht-invasive und berührungslose Methode zur Strömungsvisualisierung gefordert, die den anspruchsvollen Anforderungen von In-Prozess-Messungen an realen WEA gewachsen ist.

Ziel dieses Projektes ist es daher, die bestehende thermografische Strömungsvisualisierung zur Detektion von Strömungsablösungen an WEA im Betrieb weiterzuentwickeln. Im Vergleich zu bisherigen Verfahren mit invasiver Präparation der Blattoberfläche nutzt die thermografische Strömungsvisualisierung den Effekt unterschiedlicher Oberflächentemperaturen aufgrund unterschiedlicher Wärmeübergangskoeffizienten in der Strömungsgrenzschicht, um berührungslos und mit großem Arbeitsabstand zwischen verschiedenen Strömungsregimen zu unterscheiden.

Während das prinzipielle Potenzial der Thermografie zur Erkennung von Strömungsablösungen bereits in Windkanalanwendungen nachgewiesen wurde, steht die Anwendung auf In-Prozess-Messungen noch aus. Um den Kontrast zwischen der Strömungsablösung und anderen Strömungszuständen zu erhöhen, werden verschiedene raum-zeitliche Bildverarbeitungsmethoden untersucht, wobei eine offene Forschungsfrage die Aufnahme und Auswertung von Bildserien an einem bewegten Rotor mit instationären Anströmbedingungen ist. Weitere Aufgaben sind die Bewältigung der geringen räumlichen Auflösung aufgrund der hohen Messdistanzen und der insgesamt nicht reproduzierbaren, nicht-laborähnlichen Umgebungsbedingungen. Als Ergebnis der Projektergebnisse wird die Strömungsvisualisierung an WEA im Betrieb durch die Stall-Detection-Fähigkeit grundlegend erweitert.

GEOWISOL2 - Auswirkung der geographischen Verteilung und zeitlichen Korrelation von Wind- und solarer Einspeisung auf die Stromversorgung

Laufzeit: 2019 bis 2021

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner: Deutsche WindGuard, Varel; energy & meteo systems, Oldenburg; Stiftung Offshore-Windenergie, Varel; DFMRS e.V., Bremen

Beteiligte Arbeitsgruppen: BIMAQ, Prof. Dr. Andreas Fischer

Ansprechpartner: andreas.fischer@bimaq.de

Beschreibung:

Beschreibung: Der Ausbau der erneuerbaren Energien für ein alternatives Energiesystem ist eines der Hauptziele für die Energiewende und für die Reduzierung klimaschädlicher Treibhausgase. Durch die Fluktuation von Wind- und Solarstrom steigen die Herausforderungen für das deutsche Stromnetz mit dessen Anteil an der Stromerzeugung. Um den steigenden Bedarf optimal decken zu können, ist eine genaue, zeitlich und örtlich aufgelöste Kenntnis sowohl der Einspeise- als auch der Bedarfsmengen notwendig. Eine solche umfassende Datenbasis ist derzeit nur für Teile Deutschlands oder mit begrenzter räumlicher Auflösung verfügbar.

Aus diesem Grund wurde eine Datenbank entwickelt, die Einspeisemengen für Wind-, Solar- und andere erneuerbare Energien sowie Energiebedarfszeitreihen, jeweils als 15-Minuten-Durchschnittswerte und mit einer lokalen Auflösung von 2-stelligen Postleitzahlengebieten, bereitstellt. Mit GeoWiSol 2 soll die Datenbasis nun um die Zeitreihen konventioneller Kraftwerke erweitert werden. Außerdem ist geplant, die ermittelte geografische Verteilung auf die vorhandenen Stromtrassen abzubilden. Auf dieser Basis sollen die Übertragungsmengen im aktuellen Ausbauzustand und für zukünftige Ausbauszenarien im Zeitverlauf analysiert und bewertet werden. Dabei werden insbesondere der Netzausbau und die Integration von Speichersystemen berücksichtigt, da beide Aspekte zunehmend an Bedeutung gewinnen. So entsteht ein Werkzeug, mit dem zukünftige Energieinfrastrukturprojekte bewertet werden können.

Entwicklung und Demonstration einer dynamischen, effizienten und skalierbaren Prozesskette für strombasiertes Kerosin - Phase 1 (KEROSyN 100)

Laufzeit: 2018 - 2022

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner: Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH; Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) ‒ Institut für Vernetzte Energiesysteme; IKEM – Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität; Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen; Technische Universität Bergakademie Freiberg; Raffinerie Heide GmbH; SKL – Engineering & Contracting GmbH

Beteiligte Arbeitsgruppen: Resiliente Energiesysteme

Ansprechpartner:  timo.wassermann@uni-bremen.de, M.Sc. Timo Wassermann 

Beschreibung:

Im Forschungsprojekt KEROSyN100 soll das Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet (P2J) Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung entwickelt werden. Dabei steht eine systemdienliche Integration in das Energiesystem sowie eine vollständige Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen im Fokus. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin bei gleichzeitiger Reduktion der Abregelungen von EE-Stromerzeugern.

Das Zusammenspiel von systemanalytischen Untersuchungen und der Entwicklung einer innovativen Technologie zur Synthese von Kerosin aus Methanol mündet in der Erarbeitung eines maßgeschneiderten Basic Engineerings für eine P2J Anlage am Standort Raffinerie Heide. Ein wesentliches Merkmal des Projektes ist die technologieoffene Herangehensweise. So ist die Prozesskette für die Erarbeitung des Basic Engineerings nicht vordefiniert. Die Identifikation der vielversprechendsten Technologien erfolgt auf Basis einer multikriteriellen Bewertung. Weiterhin werden im Projekt die Integration einer entsprechenden Anlage in eine konventionelle Erdölraffinerie und das Energiesystem analysiert sowie Vorschläge für geeignete regulatorische Rahmenbedingungen erarbeitet. Die Umsetzung ist in einer zweiten Projektphase vorgesehen.

QUARREE100

Laufzeit: 01. November 2017 - 30. Oktober 2022

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie das Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner: Entwicklungsagentur Region Heide; „Steinbeis Innovationszentrum (SIZ) energie+“ (Technischen Universität Braunschweig); sowie weitere Partnern

Beteiligte Arbeitsgruppen: Resiliente Energiesysteme

Ansprechpartner: t.stuehrmann@uni-bremen.de, Dr. Torben Stührmann

Beschreibung:

Entwicklung von zukunftsweisenden Energietechnologien und des nachhaltigen Umbaus der Energieversorgung eines Stadtquartiers in der Stadt Heide, Kreis Dithmarschen. Im Stadtteil Rüsdorfer Kamp soll eine effiziente Strom-, Wärme und Kraftstoffversorgung entwickelt werden. Ziel ist die möglichst vollständige Verwertung von erneuerbaren Energien und insbesondere die Nutzung von den Anteilen der Windenergie, die aufgrund von Netzengpässen und fehlender Flexibilität im System abgeregelt werden und damit verloren gehen.

RecycleWind

Laufzeit: 01.08.2020 – 31.01.2022

Projektförderung: Bremer Aufbaubank (BAB)

Projektpartner: Institut für Energie und Kreislaufwirtschaft an der Hochschule Bremen GmbH (Projekt Koordination); brands & values GmbH

Beteiligte Arbeitsgruppen: Resiliente Energiesysteme

Ansprechpartner: t.stuehrmann@uni-bremen.de, Dr. Torben Stührmann

Beschreibung:

Mit dem Ansatz bei RecycleWind und den dort geschaffenen Grundlagen für ein resilientes und selbstlernendes Verwertungsnetzwerk wird im Sinne der abfallrechtlich verankerten Herstellerverantwortung ein komplett neuer Weg beschritten, um hochwertiges Recycling auch für langlebige Produkte mit Nutzungsdauern von 20 und mehr Jahren, wie Windenergieanlagen, sicherstellen zu können. 

Die Schwerpunkte des Projekts liegen in der Erforschung und Entwicklung von wissenschaftlich abgesicherten Methoden der Selbststeuerung in Stoffstromsystemen, der Simulation von möglichen Anwendungen und der Konzeptentwicklung von geeigneten Dienstleistungen für diesen neuartigen Ansatz eines derartigen Netzwerkes. Ziel ist, dass die Akteure (beteiligte Firmen oder Behörden) gemeinsam konkrete aber anpassungsfähige Recyclingvereinbarungen zur ressourcenschonenden Lenkung von Stoffströmen festlegen.