Der weltweit steigende Bedarf an elektrischer Energie, die Endlichkeit der fossilen Primärressourcen und die Risiken des Klimawandels erfordern einen drastischen Wandel unseres elektrischen Energiesystems.
Die Energietechnik beschäftigt sich mit der Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Nutzung von elektrischer Energie. In diesem Bereich arbeitet das Department Energie- und Verfahrenstechnik an Antworten auf folgende Forschungsfragen:
Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Ressourcen
Das System der Stromerzeugung, das bisher hierarchisch von Grundlast- zu Spitzenlastkraftwerken auf Basis fossiler Primärenergieträger organisiert war und dem variablen Lastbedarf folgte, sich zu einem System wandeln, das hauptsächlich auf Wind- und Photovoltaik-Energie basiert und die volatile Erzeugung und die variable Last koordinieren muss. Zur Bewältigung dieser neuen Aufgaben müssen Systeme für kurz-, mittel- und langfristige Speicherfähigkeit entwickelt und hinsichtlich Steuerung und Betrieb optimiert werden. Darüber hinaus helfen Demand Side und Supply Side Management.
Von Großkraftwerken zu dezentraler Stromerzeugung
Das gesamte elektrische Energiesystem, das bisher auf großen zentralen Kraftwerken mit hoher Leistungsdichte und auf einer Top-Down-Struktur der Stromnetze basierte, muss sich ändern. Ein dezentrales System, bestehend aus kleinen Erzeugungsanlagen, die als verteilte Systeme oder als virtuelles Kraftwerk agieren, muss den Bedarf in den Lastzentren sowie in ländlichen Gebieten mit geringer Nachfragedichte decken. Die dezentralen Erzeugungseinheiten müssen in Zukunft auch Netzdienstleistungen wie Frequenz- und Spannungsregelung erbringen, die bisher von großen thermischen Kraftwerken erbracht wurden. Die Optimierung eines solchen verteilten Systems erfordert neben der Netzinfrastruktur auch ein ausgeklügeltes Kommunikationssystem.
Umstrukturierung elektrischer Übertragungs- und Verteilungssysteme
Durch die Erzeugung aus erneuerbaren Energien fernab der Lastzentren, z.B. Offshore-Windkraft, werden neue hohe Stromübertragungskapazitäten benötigt. Für die Entwicklung von unterirdischen Übertragungssystemen für höchste Wechsel- und Gleichspannungen stellen sich Fragen nach der Spannungsfestigkeit, der Langzeitstabilität von Isoliermaterialien und der Isolationskoordination. Neben der Herausforderung der Massenstromübertragung über große Entfernungen muss auch der lokale Blindleistungsbedarf berücksichtigt werden, der heute durch konventionelle Wärmekraftwerke gedeckt wird.
Für neue Lastflussszenarien braucht es erweiterte elektrische Übertragungs- und Verteilungsnetze. Es gibt keine reinen Erzeugungs- oder Verbrauchsnetze mehr, Verbraucher:innen wandeln sich zu Prosumer:innen, die produzieren und konsumieren. Neue Anwendungen wie Elektrofahrzeuge, die als passive (Last) und aktive (Speicherung, Bereitstellung von Netzdiensten) Elemente fungieren, beeinflussen das System. Dies verändert die klassische Verteilungsstruktur und ermöglicht den Markteintritt einer großen Anzahl von Erzeugern und Verbrauchern. Hierfür müssen neue Marktmodelle entwickelt werden (Smart Market).
Wakes produced by upstream wind turbines have a profound influence on the performance of downstream machines. In fact, compared to clean isolated conditions, waked turbines experience a lower power…
Human milk oligosaccharides are found in large quantities in breast milk. The trisaccharide 2'-fucosyl-lactose (2′-FL) is one of the most abundant oligosaccharides and 2’-FL is an approved ingredient…
To improve biotechnological processes, mathematical models come into play for a better understanding of the inner workings of cells. Although various modelling approaches are available and a high…
The wind industry is developing wind turbines and airborne wind energy devices which span altitudes well above the well-studiedsurface layer. A full understanding of the unsteady inflow conditions…
≪p≫For the ongoing green energy transition, underground high-voltage direct current (HVDC) cable systems are deployed instead of more conventional overhead transmission lines, as they require less…
≪p≫Although the biotechnological production of succinic acid (succinate) with bacteria has already been very well-investigated, high productivity has hardly been achieved in the bioreactor. An aspect…
A new bioelectrochemical system (BES) will be studied for the electrocatalytic CO2 reduction (CO2R) coupled to the in-situ conversion of the produced electron carriers and carbon sources in the…
The concept of integrated operation of different energy sectors such as electric, heating/cooling, gas and transportation has attracted significant attention in the energy scientific community in the…
For medium voltage (MV) variable speed drive (VSD) systems both the grid- and machine-side converters should be optimally controlled for improved system efficiency and performance. The relative…
The social upheaval towards "renewable energies" demands the partial re-evaluation of known concepts. In power electronics, the influence of the use of "novel" semiconductor materials, such as silicon…
The aim of this project is sensorless control for linear electromagnetic actuators which have permanent magnets as mover. This type of actuators houses two coils in the stator connected in series…
Upscaling of bioprocesses is often accompanied by loss in productivity compared to well-mixed lab-scale processes. One reason is the formation of population heterogeneity. Even though this phenomenon…
Most biotechnological processes employ bacteria that metabolize carbohydrate compounds in order to generate the desired product. In these conventional processes the cost of the carbohydrate feedstock…
Pseudomonas putida is an important workhorse for contemporary biotechnological applications, as it combines easy handling and fast growth with a low nutrient demand and an intrinsic resistance to…
Antibodies form part of the most growing segment of pharmaceutical industry. Based on optimized production processes with increasing product titers the challenge for the subsequent purification…
Studies in living organisms are the next milestone on the way to broad applicability of DNA-molecules for nanotechnology. For the latter as well as for studies on the application of DNA nano-objects…
By avoiding position sensors in electric drives, it is possible, inter alia, to save cost and space, and achieve improved reliability. Methods for sensorless control in the lower speed range employ…
Up to now, proper conditions for crystallization of proteins on a technical scale can only be identified empirically. Aim of the present research project is to substitute the conventional elaborate…
Medium voltage and high power drives are widely used in various applications, such as in petrochemical or process industries etc. However most of the installed MV motors are running with a constant…
For medium-voltage (MV) ac drives the inverter's switching losses should be kept low. To achieve this, the switching frequency could be decreased, but this would lead to an unacceptable increase in…
During the research project, computationally-efficient direct model predictive control (CE-DMPC) schemes for current/torque and power control of three-level neutral-point (diode) clamped (3L-NPC)…
Solid oxide fuel cells (SOFC) in principle offer the possibility of highly efficient conversion of synthesis gas in small, decentraliced thermo-chemical biomass gasification plants. This has been…
The shortage in the global fossil fuels and the increase in environmental concern have initiated a major interest for discovering renewable energy sources. PV generation systems have shown the…
