Kooperation Energie

Innovationskraft trifft Praxisbezug

Seit 5 Jahren arbeiten die Fachrichtung Gebäude-, Versorgungs- und Energietechnik (GVE) und die Stadtwerke Trier (SWT-AöR) gemeinsam an innovativen Ideen für nachaltige Energiesysteme, um die Klimabilanz der Region durch die Senkung von Emissionen zu verbessern.

Die Studierenden des Masterstudienganges Energiemanagement (M.Eng.) arbeiten im Rahmen eines Seminars an realen Aufgaben und konkreten Forschungsprojekten mit Echtdaten zur Optimierung von Energiesystemen und deren Ausbauplanung. So können sie die Kooperation aktiv erleben und werden bestmöglich auf die Praxis vorbereitet.

Durch die Kooperation Energie werden neben der Ausarbeitungen der Seminare in Form von Vorträgen und Projektarbeiten auch Abschlussarbeiten, Praktika und gemeinsame Forschungsprojekte durchgeführt. 

Aktuelles Mastermodul: Intelligente Netze

  • Inhalte: Auswirkung erneuerbarer Energien auf die Verteilnetze, Flexibilisierung der Last (z.B. Elektrospeicherheitungen oder Wärmepumpen), Netzintegration E-Mobilität, Einsatz von Speichern, Erstellung von Quartierstromkonzepten, Entwicklung von Smart-City-Konzepten, Sektorenkupplung
  • Lehrender: Prof. Dr.-Ing. Jochen Bühler

Themenbeispiele

Smart-City-Lösungen • Smart-Meter-Lösungen • Smart-Grid-Lösungen • Definition von Energieeinsparvolumen • Variable, erneuerbaren Energien ins Netz einspeisen und ausregeln • Speicher in die Netze integrieren • Kopplung von Elektrizitäts- und Wärmemarkt • Forschung an den Themen PtH, PtG und Nutzung/Ausbau der Gasnetze • Konzepte zur Abwärmenutzung entwickeln • Konzepte zur Senkung von Treibhausgasemissionen • Transport mittels E-Mobilität voranbringen • Leuchtturm- und Pilotprojekte realisieren

Realisierte Projekte

Planung des elektrischen Energieversorgungsnetzes eines Neubaugebietes der Stadt Trier

HINTERGRUND UND AUFGABENSTELLUNG
Ziel des Seminares war es ein kostenoptimales Stromnetz für ein geplantes Neubaugebiet der Stadt Trier zu ermitteln. Wichtig war es hierbei das Netz so zu konzipieren, dass umfangreichere Netzverstärkungsmaßnahmen bis zum Erreichen der durchschnittlichen Lebensdauer der installierten elektrischen Betriebsmittel (ca. 40 Jahre) vermieden werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, war es nötig bereits heute schon den erwarteten Zubau an Photovoltaikanlagen und Heimspeichersystemen für das Neubaugebiet zu ermitteln sowie zukünftige Entwicklungen im Mobilitäts-, Wärme- und Transportsektor zu prognostizieren, welche sich auf die Struktur des elektrischen Netzes auswirken könnten. Zudem war es essentiell zu analysieren, inwieweit die Flexibilitäten, welche zukünftig in das Stromnetz integriert werden, wie z.B. die Speicher von Elektroautos, genutzt werden können, um die Kosten aus Sicht des Netzbetreibers zu Minimieren.

ERGEBNIS
Durch den Einsatz von Flexibilitäten können die anfallenden Netzausbaukosten des Netzbetreibers für die kommenden 40 Jahre drastisch reduziert werden. Durch den wirtschaftlichen Vergleich von konventionellem Netzausbau und dem Netzausbau mit Flexibilitäten konnte folgende Einsparung festgestellt werden: Bei der Kombination aller Flexibilitäten reduzieren sich die Netzausbaukosten zum Jahre 2060 um 63 %.

Um das Stromnetz auf die zukünftigen Veränderungen, insbesondere die Zunahme von Elektromobilität anzupassen, ist eine Verlegung von Lehrrohren empfehlenswert. In diese können bei Bedarf neue Leitungen eingezogen werden.

Es gilt zu berücksichtigen, dass diese Untersuchung auf Annahmen beruht, welche sich in Zukunft ändern können. Es können Abweichungen in den Ergebnissen auftreten, wenn sich beispielsweise die Durchdringung der Elektromobilität oder Preise für Leitungs- und Transformatorgrundstoffe ändern. Dennoch zeigte die Untersuchung eine eindeutige Tendenz auf. Wenn Netzbetreiber heute investieren, regelbare Ortsnetztransformatoren und Lastmanagement in möglichst vielen Bereichen einsetzen, verringern sich in Zukunft die Ausbaukosten, der Bedarf an neuen Transformatoren und Leitungen und somit der Verbrauch von kostbaren Ressourcen. Dies ist im Sinne der Nachhaltigkeit ein wichtiges anzustrebendes Ziel.

Planung des elektrischen Energieversorgungsnetzes für die Gebiete Heiligkreuz und Basilika der Stadt Trier im Jahr 2060

HINTERGRUND UND AUFGABENSTELLUNG
Aufgabe des Seminars Intelligente Netze war es, in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Trier (SWT) und Localiser, das elektrische Niederspannungsnetz 2060 in Teilgebieten von Trier zu planen. Dabei wurde die Aufgabenstellung aufgeteilt in das Planungsgebiet Heilligkreuz und das Planungsgebiet Basilika in der Trierer Innenstadt. Die Planung erfolgte hauptsächlich anhand einer Lastflussberechnungssoftware. Neben der tatsächlichen Netzimplementierung standen auch die grundlegenden Annahmen zum zukünftigen Verbrauch des Viertels, der Auswirkung der zunehmenden Elektromobilität und Photovoltaik im Vordergrund der Planungsanstrengungen.

Die Berechnung und Implementierung des Stromnetzes im Planungsgebiet sollte in einer Vorausschau von 40 Jahren, auf das Jahr 2060, durchgeführt werden. Dabei spielten, wie bei allen Stadtwerken und Regionalversorgern, eine Vielzahl an ungewissen Faktoren eine entscheidende Rolle bei der Planung. Gerade im Zuge der Energiewende standen dabei die Elektromobilität und der Ausbau an Photovoltaik im Fokus. Ziel war die Planung eines stabilen Niederspannungsnetzes für den Rückspeisefall, also dem angenommenen Fall, dass ein hoher Anteil des privat erzeugten Photovoltaikstroms wieder zurück in das Netz gespeist wird. Des Weiteren wurde der Starklastfall betrachtet, also dem angenommenen Fall, dass alle Verbraucher 100% ihrer angenommenen elektrischen Leistung aus dem Netz beziehen und dabei die Einspeisung der PV-Anlagen bei null Prozent liegt.

ERGEBNIS
Die Stromnetze sind schon heute in weiten Teilen ausreichend für zukünftige Beanspruchungen dimensioniert. Aufgrund der geringen Leitungslänge, welche bis 2060 ausgebaut werden muss, ist es nicht wirtschaftlich intelligente Netzausbaumaßnahmen, wie die Installation eines regelbaren Ortsnetztransformators, durchzuführen. Um für die Zukunft Kosten zu sparen ist es sinnvoll schon heute Leerrohre für den zukünftigen Netzausbau zu verlegen.

Elektromobilitätskonzept für den Energie- und Technikpark

HINTERGRUND
Zurzeit errichten die Stadtwerke Trier einen Energie- und Technikpark (ETP) in Trier-Kürenz. Ziel der Stadtwerke ist es ab Anfang 2019 ihre technischen Abteilungen, also den kompletten Fuhrpark, Werkstätten, Gas-, Wasser- und Strombetriebe, Lager und Schlosserei, zusammen mit den städtischen Einheiten des Tiefbau-, Stadtreinigungs- und Grünflächenamts in den ETP zu verlegen.

Im Zuge des Standortwechsels planen die Stadtwerke ihren Fuhrpark, soweit dies technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist, zu elektrifizieren. Weiterhin soll zukünftig der städtische Fuhrpark und der werksinterne Verkehr elektrifiziert werden. Dementsprechend soll der Energie- und Technikpark mit der hierfür nötigen Ladeinfrastruktur ausgestattet werden. 

AUFGABENSTELLUNG
Im Zuge des Standortwechsels sollten Möglichkeiten zur Verkleinerung der Fahrzeugflotten durch Pooling-Potenziale sowie die Möglichkeit der Elektrifizierung dieser Fahrzeuge unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit überprüft werden. Dementsprechend galt es, die mögliche Ausstattung des Energie- und Technikparks mit einer Ladeinfrastruktur einzubeziehen.

Unterstützung bei der Bearbeitung der Aufgabenstellung, erhielten die Studierenden seitens der Stadtwerke Trier AöR (SWT), der städtischen Ämter 66, 67, 70 sowie dem Elektromobilitäts-Team der Reiner Lemoine Institut gGmbH (RLI) aus Berlin.

ERGEBNIS
Die durchgeführte Analyse hat zeigt, dass unter Verwendung recht konservativer Annahmen bereits mehrere Fahrzeuge durch Pooling eingespart werden können. Im Rahmen der Gesamtkostenbetrachtung wurde deutlich, dass sich Elektrofahrzeuge trotz des hohen Neuanschaffungspreises im Vergleich zu Verbrennerfahrzeugen teilweise als wirtschaftlicher erweisen. 

Mit Hilfe des CO2-Rechners des Öko-Institutes wurden die CO2-Emissionen beider Fahrzeugklassen verglichen. Dieser Vergleich hat gezeigt, dass die Elektrofahrzeuge im betrachteten Zeitraum insgesamt 54 % weniger CO2 ausstoßen, als die Verbrennerfahrzeuge. 

Anhand der vorgestellten Ergebnisse lässt sich abschließend festhalten, dass eine Elektrifizierung des Fuhrparks der städtischen Ämter, unter Berücksichtigung von Fahrzeugeinsparungen durch intelligentes Pooling, sowohl technisch als auch wirtschaftlich darstellbar ist. 

Jägerkaserne & Busdepot: Zukunftsfähiges Nahwärmenetz

HINTERGRUND
Wärmenetze spielen in der Wärmeversorgung eine immer größer werdende Rolle. Auch für das künftige Wohngebiet "Jägerkaserne & Busdepot" in Trier wird die Möglichkeit untersucht, ein solches Netz einzusetzen. Die Anforderungen an ein modernes Wärmenetz, sogenannte Wärmenetze 4.0, sind technisch enorm anspruchsvoll.

AUFGABENSTELLUNG
Die speziellen Anforderungen eines Wärmenetzes 4.0 sollen herausgearbeitet werden. Anschließend soll dargestellt werden, wie man mit einem Netz im Wohngebiet "Jägerkaserne & Busdepot" diesen Ansprüchen gerecht werden kann. 

ERGEBNIS
Es wurde ein Vielzahl von Anlagenvarianten untersucht und in einem Katalog zusammengefasst, verglichen und bewertet. Dabei wurden großen Wert auf Innovation und Zukunftsfähigkeit gelegt. Der Ergebnisbericht dient als Grundlage für die jetzt folgende Detailplanung. 

Wasserversorgung: Product Carbon Footprint - Beitrag zum Klimaschutz

HINTERGRUND
Nachdem im Projekt "Wasserversorgung: Product Carbon Footprint" der CO2-Fußabdruck für ein Liter Trinkwasser im Versorgungsgebiet der Stadtwerke Trier AöR von der Gewinnung bis zur Reinigung erstellt und vom TÜV zertifiziert wurde, sollen in diesem Projekt nun Konzepte entwickelt werden, wie dieser Wert möglichst effektiv präsentiert und für den Klimaschutz genutzt werden kann.  

AUFGABENSTELLUNG
Der Wert des CO2-Fußabdrucks soll mit Werten anderer Wasserversorger und Getränkeherstellern verglichen werden. Darüber hinaus sollen Konzepte zur effektiven Nutzung des Wertes zum Klimaschutz erarbeitet werden. 

ERGEBNIS
folgt in Kürze

Wasserversorgung: Erzeugung von Strom im Abwassernetz

HINTERGRUND
Nachdem das Projekt "Wasserversorgung: Erzeugung von Strom im Wassernetz" vielversprechende Potentiale identifiziert hat, soll dieses Folgeprojekt die Planungen zur Hebung der ermittelten Potenziale konkretisieren und die Analyse von Potentialen zur Eigenerzeugung benötigter elektrischer Energie auf das Abwassernetz ausweiten.

AUFGABENSTELLUNG
Die Ergebnisse des Vorprojekts sollen mit einer Detailplanung weiter vertieft werden. Die Anlagen zur Eigenerzeugung sollen so ausgelegt werden, dass sich Erzeugung und Bedarf möglichst weit decken. Potentialanalyse und Detailplanung sollen um das Abwassernetz erweitert werden. 

ERGEBNIS
folgt in Kürze

Klärwerk: Optimierung des Stromnetzes

HINTERGRUND
Zur Versorgung des Hauptklärwerkes mit Strom betreiben die Stadtwerke Trier AöR ein lokales Elektrizitätsnetznetz. Durch die Erzeugung von Strom im Klärwerk über zwei Blockheizkraftwerke, Photovoltaikanlagen und eine Turbine wird Qualität des Netzes beeinflusst.

AUFGABENSTELLUNG
Es soll ein nachhaltiges Konzept entwickelt werden, um die Netzqualität um das Hauptklärwerk zu verbessern.

ERGEBNIS
Ein Folgeprojekt wird für das Hauptklärwerk ein Netz aus Filtern dimensionieren, das die Störfaktoren nahe am Verursacher und individuell beseitigt. 

Gasversorgung: Optimierung der Druckminderstationen

HINTERGRUND
Zur Versorgung der Stadt Trier mit Erdgas betreiben die Stadtwerke Trier AöR eine Vielzahl von Druckminderstationen. Hier wird das Gas von einem hohen Druck auf einen geringeren Druck gebracht. Entspannt man Gas, wird es kalt. Je größer die Druckdifferenz, desto stärker diese Effekt. Damit die Anlagen nicht einfrieren, muss das Gas bei der Entspannung erwärmt werden. Dies erfolgt derzeit noch unter Nutzung fossiler Energieträger, in den meisten Fällen Erdgas. Aktuell werden pro Jahr ca. 3 Mio. kWh eingesetzt.

AUFGABENSTELLUNG
Ziel des Projektes ist es Konzepte zu entwickeln, die unter Nutzung regenerativ erzeugter Energien die notwendige Wärme für die Gasentspannung bereitzustellen oder die anfallende Kälte direkt zu nutzen. 

ERGEBNIS
Die Gruppe hat einen Katalog entwickelt, der je nach Bedingungen an einer Gasdruckminderstation verschiedene Möglichkeiten zeigt, Energie einzusparen oder regenerativ bereitzustellen. Das ermittelte Einsparpotential, das sogar wirtschaftlich gehoben werden kann, ist sehr hoch. Folgeprojekte werden sich mit der Detailplanung befassen. 

Wasserversorgung: Product Carbon Footprint

HINTERGRUND
Zur Trinkwasserversorgung ihres Versorgungsgebietes betreiben die Stadtwerke Trier AöR viele verschiedene Einrichtungen. In den betriebenen Wasser- und Klärwerken, aber auch im Wasser- und Abwassernetz, werden neben Energie auch verschiedene Betriebsmittel eingesetzt. All dies setzt direkt oder indirekt klimaschädliche Treibhausgase frei.

AUFGABENSTELLUNG
Um zu erfahren, wieviel und wodurch klimaschädliche Treibhausgase direkt bzw. indirekt bei der Trinkwasserversorgung anfallen, soll ein sogenannter „Product Carbon Footprint“ erstellt werden. Hierzu ist es notwendig die komplette Stoff- und Energiebilanz der Wasserversorgung zu erfassen. 

ERGEBNIS
Das Ergebnis ist ein produktbezogener CO2-Fussabdruck, welcher das Treibhausgaspotential, gemessen am CO2, ausweist. Hierdurch sind die Stadtwerke Trier AöR künftig in der Lage Potentiale zur Reduzierung von klimaschädlichen Treibhausgasen aufzudecken und zu nutzen. Um den Kunden einen Liter Trinkwasser bereitzustellen, werden 0,354 g CO2-Äquivalente freigesetzt. Berücksichtigt sind dabei Rohwassergewinnung, Aufbereitung, Transport und Abwasserreinigung. 
 

WEITERE INFORMATIONEN

Wasserversorgung: Erzeugung von Strom im Wassernetz

HINTERGRUND
Für die Versorgung von Trinkwasser im Versorgungsgebiet der Stadtwerke Trier AöR benötigen diese große Energiemengen. Angestrebt wird die benötigte Energie zu einem möglichst großen Anteil mit eigenen Erzeugungsanlagen bereitzustellen. 

AUFGABENSTELLUNG
Es soll das Potential bewertet werden, um mit Hilfe von Kleinstturbinen im Trinkwassernetz und mit Photovoltaikanlagen auf Gebäuden der Wasserversorgung Strom zu erzeugen. Hierzu soll die Gruppe mögliche Standorte aufdecken und diese mittels selbstentwickelten Simulationsmodellen bewerten. 

ERGEBNIS
Die Untersuchung hat gezeigt, dass im Trinkwassernetz des Versorgungsgebietes der Stadtwerke Trier AöR ein technisch nutzbares Potential durch den Einsatz von Kleinstturbinen und Photovoltaikanlagen vorhanden ist. Im Netz wurden hierzu insgesamt 10 potentielle Standorte für Kleinstturbinen und 28 Betriebsgebäude für den Einsatz von Photovoltaik betrachtet. Insgesamt könnte durch den Einsatz von Kleinstturbinen und Photovoltaik der Anteil an eigen erzeugtem Strom für die Trinkwasserversorgung um ca. 20 % gesteigert werden. 

Kraftwerk: Optimierung Speisewasservorwärmung

HINTERGRUND
Die Firma Moritz J. Weig GmbH & Co. KG mit Sitz in Mayen erzeugt den für die Produktion von Papier benötigten Dampf und Strom in einem eigenen Kraftwerk.  Das für die Dampferzeugung benötigte Speisewasser wird aufbereitet und vorgewärmt. Die Vorwärmung des Speisewassers ist recht Energie intensiv und benötigt derzeit noch einen hohen Anteil fossiler Energieträger. 

AUFGABENSTELLUNG
Es soll ein Konzept entwickelt werden, um den Einsatz fossiler Energieträger zur Vorwärmung von Speisewasser im Kraftwerk zu reduzieren. Um dieses Ziel zu erreichen, soll das Kraftwerk mittels eines thermodynamischen Kreislaufmodells zunächst bilanziert und anschließend optimiert werden. Welche technischen Veränderungen welchen Effekt auf das Kraftwerk haben, soll durch die Simulation verschiedener Szenarien bewertet werden. 

ERGEBNIS
Es wurden drei technische Szenarien modelliert. Alle drei führen zu einer Reduzierung des Einsatzes fossiler Energieträger und damit zu einer Reduzierung direkter CO2-Emissionen. 

Ansprechperson

Prof. Dr. Jens Neumeister
Prof. Dr. Jens Neumeister
Leiter der Fachrichtung Gebäudetechnik, Versorgungstechnik, Energietechnik

Kontakt

+49 651 8103-359
+49 651 8103-377

Standort

Schneidershof | Gebäude A | Raum 303
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