620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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Analyse von Erdgas- und Stromlastprofilen für die Dekarbonisierungsstrategie eines Gewerbegebiets
(2025)
Ziel des Beitrags ist es, eine Datengrundlage zu schaffen, die den unternehmensspezifischen Energiebedarf eines Gewerbegebiets in stündlicher Auflösung abbildet. Im Fokus steht die Erhebung des Strom- und Wärmebedarfsprofils von Unternehmen eines Gewerbegebiets mittels einer Kombination aus synthetischen und realen Lastprofilen. Diese werden benötigt, um die heterogenen Energiebedarfe von Industrie- und GHD-Unternehmen in einem Gewerbegebiet möglichst realitätsnah abzubilden. Aufgrund der eingeschränkten Verfügbarkeit realer Verbrauchsdaten werden 323 synthetische Strom- und 125 Gaslastprofile aus verschiedenen Studien herangezogen. Der Vergleich zeigt, dass synthetische Profile die tatsächlichen Bedarfe einzelner Unternehmen nur eingeschränkt wiedergeben können. Jedoch nähern sich die synthetischen Daten mit zunehmender Aggregation dem realen Verbrauchsprofil des gesamten Gewerbegebiets an. Die durchgeführte Erhebung und Analyse bilden die Grundlage zur Implementierung eines Energiesystemmodells, das die ökonomischen und technischen Synergien lokaler Energiegemeinschaften im Rahmen von Dekarbonisierungsstrategien in Gewerbegebieten untersucht.
In Germany, administrative specifications must be strictly observed for N (nitrogen) and P (phosphorus) fertilization. There are several factors need to be taken into account when calculating nutrient fertilizer levels. The main calculation factor for the nutrient amounts for N, P and K (potassium) is the expected yield respectively a 3-year yield average. Furthermore, the soil nutrient contents have to be considered when calculating the P and K fertilizer quantities. Possible remaining harvest residues (for example, straw from the previous harvest) including the P and K values within these residues have to be subtracted from the current P and K fertilizer values.
Die Dekarbonisierung industrieller Prozesswärme ist eine zentrale Herausforderung für das Erreichen der deutschen Klimaziele bis 2045. Dies betrifft besonders den Temperaturbereich unter 100°C, der mehr als zwei Drittel des industriellen Wärmebedarfs ausmacht. Brauereien sind hier ein typisches Anwendungsbeispiel, da sie hauptsächlich Temperaturen unter 120°C benötigen.
Für die klimafreundliche Wärmeerzeugung stehen unter anderem zwei solare Technologien zur Verfügung: Die klassische Solarthermie und Wärmepumpen in Kombination mit Photovoltaik. Ein Vergleich anhand einer Beispiel-Brauerei zeigt die Vor- und Nachteile beider Systeme. Die Solarthermie erreicht günstigere Wärmegestehungskosten, kann aber nur etwa die Hälfte des Wärmebedarfs decken, sodass noch andere Quellen erforderlich sind. Die Wärmepumpen-PV-Kombination deckt zwar den gesamten Bedarf, führt aber zu höheren Wärmegestehungskosten. Bei der CO2-Einsparung liegen beide Systeme gleichauf.
Die Wirtschaftlichkeit beider Lösungen hängt stark von Förderungen, Energiepreisen und den spezifischen Bedingungen vor Ort ab. Es ist empfehlenswert, zunächst das Potenzial von Energieeffizienzmaßnahmen auszuschöpfen und dann eine ganzheitliche Analyse durchzuführen, die auch die Kombination verschiedener Technologien berücksichtigt.
Alloy 400 is a corrosion-resistant, NiCu-based material which is used in numerous industrial applications, especially in marine environments and the high-temperature chemical industry. As conventional manufacturing limits geometrical complexity, additive manufacturing (AM) of the present alloy system promises great potential. For this purpose, a robust process chain, consisting of powder production via gas atomization and a design of experiment (DoE) approach for laser powder bed fusion (LPBF), was developed. With a narrow particle size distribution, powders were found to be spherical, flowable, consistent in chemical composition, and, hence, generally applicable to the LPBF process. Copper segregations at grain boundaries were clearly detected in powders. For printed parts instead, low-intensity micro-segregations at cell walls were discovered, being correlated with the iterative thermal stress applied to solidified melt-pool-near grains during layer-by-layer manufacturing. For the production of nearly defect-free LPBF structures, DoE suggested a single optimum parameter set instead of a broad energy density range. The latter key figure was found to be misleading in terms of part densities, making it an outdated tool in modern, software-based process parameter optimization. On the microscale, printed parts showed an orientation of melt pools along the build direction with a slight crystallographic [101] texture. Micro-dendritic structures were detected on the nanoscale being intersected by a high number of dislocations. Checked against hot-extruded reference material, the LPBF variant performed better in terms of strength while lacking in ductility, being attributed to a finer grain structure and residual porosity, respectively.
NiCu-based alloys are frequently employed as a key material for heat exchangers and superheated steam systems where the emphasis is put on the resistance against metal dusting and corrosion in harsh environments and, at the same time, excellent mechanical properties at elevated temperatures. The present contribution delivers the experimental results on high-temperature fatigue and creep performance of additively manufactured NiCu-based Alloy 400 and compares it with conventionally produced material. The fatigue tests were performed in symmetrical force control loading in laboratory air at elevated temperatures. Standard constant stress uniaxial creep tests were carried out up to the rupture at applied stresses ranging from 30 to 150 MPa and temperatures between 600–880°C in a protective argon atmosphere. Results indicate inferior fatigue and creep properties of additively manufactured Alloy 400. This detrimental effect of the manufacturing process on mechanical properties can be caused by several factors, including the orientation of the building direction relative to the loading direction, strong texture in 〈011〉 direction, and also by the presence of defects revealed by means of scanning electron microscopy on fracture surfaces of additively manufactured materials.
This study compares the technical viability and ecologic benefits of solar thermal energy systems with PV-supported heat-pump systems within the South African beverage sector. Different configurations of solar thermal (ST), photovoltaics (PV) and heat pumps are modelled and evaluated. After a general consideration, simulation results for three selected cases with operating temperatures below and above 100 °C are modelled and examined. The cost of heat and CO2 emissions are evaluated for solar thermal systems and heat-pump systems with and without photovoltaic support. The effect of “Loadshedding” is discussed, especially for the application of high-temperature heat pumps (HTHP). While batteries are quite expensive, thermal storage tanks can be used to cover most of the process heat demand. The study finds that the LCOH and CO2 emissions can be reduced significantly at temperatures below 100°C compared to oil fired boilers. When high-temperature steam is produced, the LCOH is at least twice that of coal-fired steam boilers. Furthermore, the effect of feed-in tariffs is discussed. Therefore, the study suggests the need for additional research to optimize systems that reduce steam requirements, leading to improved economics of heat pumps and solar thermal. It also calls for a collaborative effort to promote the development and funding of high-temperature heat pumps for industrial use.
Mit Hilfe der NIR-Spektroskopie soll die Bodenfeuchte online tiefenbezogen im Feld gemessen werden. Für diesem Zweck sind vorbereitende Untersuchungen im Labor an unterschiedlich feuchten und ungestörten Bodenproben mit unterschiedlichen Bodenarten durchgeführt worden. Es zeigt sich, dass der entwickelte spektrale Wasserindex (Quotient: 1450 nm / 1230 nm) einen guten Zusammenhang zur gravimetrischen bestimmten Bodenfeuchte aufweist.