50.70 Energie: Allgemeines
Refine
Document Type
- Master's Thesis (5)
Has Fulltext
- yes (5)
Is part of the Bibliography
- yes (5)
Keywords
- Erneuerbare Energien (2)
- Energieverbrauch (1)
- Fotovoltaik (1)
- Tankstelle (1)
- Wasserstoff (1)
Institute
This thesis does a comprehensive examination of scalable technological and economic models for hydrogen refueling stations (HRS), with a particular focus on facilitating the widespread adoption of fuel cell electric vehicles (FCEVs) through sustainable infrastructure. Given the escalating demand for hydrogen in transportation, the analysis considers various supply pathways, including compressed gaseous hydrogen (CGH₂) delivered by truck, pipeline distribution, liquid hydrogen (LH₂) transport and on-site production by renewable energy sources. A modular station architecture designed for a variety of vehicle fleets, including buses, heavy-duty trucks and passenger cars, is supported by each strategy.The proposed station design includes essential components such as storage tanks, compressors, cryogenic pumps, cascade systems and dispensers. The framework is intentionally flexible, enabling incremental expansion in response to increased utilization.Techno-economic modeling reveals notable distinctions among supply strategies in terms of both capital and operational expenditures. Pipeline integration, while requiring high upfront investment, offers the lowest ongoing costs and is therefore advantageous in high-demand, stable environments with possibility for future scaling. In contrast, LH₂ supply can reduce initial infrastructure costs but entails higher operational expenses, primarily due to the energy demands of liquefaction and losses from boil-off. CGH₂ delivery, reliant on frequent truck deliveries and high compression energy, incurs high logistical costs and is most appropriate for smaller, nearby stations. On-site production provides potential independence from supply chains but needs major investment in electrolysis and renewable energy generation infrastructure. Its viability is closely linked to favorable electricity prices and the availability of adequate site area. A support tool created with Excel is used to compare not only the levelized cost of hydrogen (LCOH), capital expenditure (CAPEX), operating expenditure (OPEX) and return on investment (ROI) for every supply option, but also forecasts hydrogen demand between 2025 and 2035.Besides, a ten-year Net Present Value (NPV) analysis for each option using the ROI target as the discount rate and the internal rate of return (IRR) as alternative performance indicators. With investment planning, technical design and demand forecasting, the thesis lays the basis for determination of the most suitable hydrogen supply strategy.
In der vorliegenden Masterarbeit werden die Herausforderungen mobiler Batteriespeicher, insbesondere im Kontext von Elektrotrucks, und deren Implementierung in einem Mikrogrid untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf Industrieanwendungen, wie beispielsweise Logistikdepots, welche Transporttätigkeiten und die Distribution von Gütern umfassen. Einleitend erfolgt die Darstellung der theoretischen Grundlagen, die die verschiedenen Zellchemien von Batterien aufzeigen, den Unterschied zu stationären Speichern verdeutlichen, die bidirektionale Infrastruktur erläutern sowie Details und Zukunftsaussichten für Mikrogrids darlegen. Den Abschluss des Theorieteils bildet die Wirtschaftlichkeitsrechnung, in der ein Logistikdepot mit Diesel- und Elektro-LKWs verglichen wird, um die Rentabilität von elektrischen Trucks unter Berücksichtigung der derzeit hohen Anschaffungskosten zu ermitteln. Im Anschluss an den Theorieteil werden verschiedene Szenarien und jeweils ein Last-, Photovoltaik- und Mobilitätsprofil festgelegt. Diese dienen als Ausgangspunkt für die Simulation, in der die Modellierung eines Logistikdepots erfolgt. Neben der Wirkleistung ist auch die Blindleistung berücksichtigt, die im weiteren Verlauf in einer programmierten Applikation als Parameter eingegeben wird. Die Gewährleistung einer ausreichend genauen Übereinstimmung zwischen Simulation und Web-Anwendung ist somit sichergestellt. Das Programm erlaubt den Import unterschiedlicher Profile, die Online-Änderung von Parametern und die Visualisierung der Ergebnisse über einen Zeitraum von 24 Stunden. Eine integrierte Wirtschaftlichkeitsanalyse bietet zusätzliche Einblicke in die Rentabilität der gewählten Konfiguration.
Diese Masterarbeit befasst sich mit einer Ertragsprognose für Photovoltaikanlagen, unterstützt durch Python. Das entwickelte Programm soll in der Lage sein, sowohl prognostizierte als auch historische Messdaten zu verwalten. Auf Basis dieser Informationen können Systeme wie Haus- oder Balkonkraftwerke geplant und dimensioniert werden, was ein gezieltes Energiemanagement im privaten Bereich ermöglicht. Die Größe der PV-Systeme spielt dabei keine Rolle; entscheidend sind die Solarleistungen, die die Erdoberfläche erreichen. Solche Daten, beispielsweise die Globalstrahlung auf horizontalen Flächen, bilden die Grundlage dieser Arbeit. Meteorologische Online-Dienste werden zur Beschaffung der erforderlichen Daten herangezogen. Das Projekt berücksichtigt mehrere Aspekte zur Erstellung der Ertragsprognosen. Dazu zählen die Sonnenposition und die Globalstrahlung auf geneigten Flächen. Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Programmierung in Python. Dabei entsteht eine Vielzahl von Daten, die mit dem Datenbankmanagementsystem (DBMS) MariaDB verwaltet werden. Die Nutzung dieses DBMS erleichtert die Datenverwaltung und bietet über die Webanwendung phpMyAdmin eine übersichtliche Darstellung. Diese Arbeit umfasst sowohl die theoretischen Grundlagen der benötigten Berechnungsmodelle als auch deren praktische Umsetzung in der Programmierung, die ausführlich beschrieben wird.
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.
