50.70 Energie: Allgemeines
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Diese Masterarbeit untersucht, wie Wasserstoff zur Lösung eines der letzten verbleibenden Probleme der Energiewende beitragen kann. Die verstärkte Nutzung von volatilen erneuerbaren Energiequellen stellt für die konventionelle Energieversorgungsstruktur eine große Herausforderung dar. Eine Versorgung mit ausschließlich erneuerbaren Energien wird nur möglich sein, wenn man eine geeignete und wirtschaftlich vertretbare Methode findet, die unstetig erzeugte Energie sowohl kurz- als auch langfristig speichern kann. Um Eigenheime mit der eigenen Photovoltaikanlage auch nachts ohne Sonneneinstrahlung versorgen zu können, benötigt es geeignete Speicherlösungen. Derzeit am Markt erhältliche Batteriesysteme sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Kosten nicht für die Langzeitspeicherung geeignet. Beim energiewirtschaftlichen Konzept Power-to-gas wird aus überschüssigem Solarstrom mittels Elektrolyse Wasserstoff hergestellt. Dieser kann unter hohem Druck über lange Zeiträume gespeichert werden. Bei Bedarf wird die im Gas gespeicherte chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. Mit den dafür notwendigen Technologien setzt sich diese Masterarbeit auseinander. Im ersten Schritt werden die Grundlagen der konventionellen Energieversorgung und der erneuerbaren Energien, sowie die physikalischen und physiologischen Eigenschaften von Wasserstoff erläutert. Neben unterschiedlichen Wasserstoffherstellungsverfahren und Möglichkeiten für dessen Speicherung, werden Technologien zur Rückverstromung auf deren Tauglichkeit für den Einsatz in einem Speichersystem untersucht. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen, wird schließlich ein Konzept eines Speichersystems auf Wasserstoffbasis vorgestellt. Des Weiteren werden anhand einer Simulation mit realen Solarstrahlungsdaten, sowie typischer Haushaltslastverläufen, das Verhalten und die Auswirkungen unterschiedlicher Systemkonfigurationen auf Kenngrößen wie Autarkiegrad und Eigenverbrauchsanteil näher untersucht. Abschließend geben Kalkulationen Aufschluss darüber, ob ein wirtschaftlicher Betrieb zu erwarten ist.
Die Voestalpine Böhler Edelstahl GmbH & Co KG mit ihrem Stammwerk in Kapfenberg gehört weltweit zu den bedeutendsten Anbietern von Werkzeugstählen, Schnellarbeitsstählen und Sonderwerkstoffen. Mehr als 200 Stahlmarken, eingesetzt in den verschiedensten Bereichen wie in der Luftfahrttechnik und Energiegewinnung, fordern hochbeanspruchbare Spezialstähle. Höchstpräziser Edelstahl gewinnt heutzutage vermehrt an Bedeutung, so auch die Hilfsaggregate der Voestalpine Böhler Edelstahl GmbH & Co KG, wie zum Beispiel in der Schmiedelinie, die durch kontinuierliche Überwachung der Anlagenprozesse an Bedeutung zunehmen. Besonders bei alttechnologischen Anlagen besteht ein Verbesserungspotential in Hinsicht auf Instandhaltungskosten und Energieverbräuche. Die Thermoprozessanlage fungiert in der Schmiedelinie zur Erwärmung von Stählen, welche in weiterer Folge im Produktionsfluss geschmiedet, gepresst oder gewalzt werden. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, eine Energie- und Kosteneinsparung durch Eingriff in den Verbrennungsprozess mittels Regelungsänderung der Luftvorwärmkompensation auszuarbeiten. Die Umsetzung findet an einem Herdwagenofen mit Warmluftbrenner statt. Die Verbrennung sollte mittels Sauerstoffmessung im Ofenraum dauerhaft überwacht werden und die Stellung der Luftklappe am Brenner für den gewünschten Sollwert eingreifen. Das Resultat an der erdgasbeheizten industriellen Thermoprozessanlage ist eine Senkung des Energieverbrauches und Verbesserung des Verbrennungsprozesses.
