Themen & Projekte
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, wird 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).
Ausgewählte Projekte der Professuren
Am TUM Department of Energy and Process Engineering sind zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsprojekte in Bearbeitung. Die Spannweite der Themen reicht von der Energiegewinnung durch erneuerbare Ressourcen über eine dezentrale Stromerzeugung bis hin zur Umstrukturierung der elektrischen Übertragungs- und Verteilungssysteme. Eine Auswahl aktueller Forschungshighlights:
Kopernikus SynErgie - FlexASU
Erforschung eines flexibleren Betriebs von energieintensiven Industrieprozessen zur Bereitstellung für Demand Side Management.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Anlagen- und Prozesstechnik
Digitalisierte Bioprozessentwicklung
Einsatz intelligenter Software-Komponenten zur wissensbasierten Versuchsplanung, zur Ablaufsteuerung von parallelisierten und automatisierbaren Laborexperimenten in Echtzeit und zur Online-Datenauswertung für eine drastische Verkürzung der Entwicklungszyklen in der Bioprozessentwicklung.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Bioverfahrenstechnik
Storage MultiApp
Verbesserung der Performance von gewerblich genutzen Energiespeichersystemen.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Elektrische Energiespeichertechnik
Intelligente Verteilnetze mit kommunizierenden Betriebsmitteln
Entwurf eines robusten und praxistauglichen Regelkonzeptes für die Ansteuerung der einzelnen Betriebsmittel.
Weitere Forschungsprojekte der Professur für Hochspannungs- und Anlagentechnik
RegHEE
Regionaler Handel von Strom aus erneuerbaren Energien und Stromkennzeichnung auf einer Blockchain-Plattform.
Weitere Forschungsprojekte des Professur für Energiemanagement-Technologien
BioCORE
Entwicklung einer Technologie, die auch überschüssige erneuerbare Energien in synthetisches Methan umwandeln und als Speicher nutzen kann, um die Effizienz und Hochskalierbarkeit von Biogas-basierten Festoxidbrennstoffzellen-Anlagen zu erhöhen.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Energiesysteme
Induktives Laden – Wireless Power Transfer
Forschung an kontaktlosen, induktiven Ladesystemen (WPT – Wireless Power Transfer) für die Elektrifizierung des Automobils.
Weitere Forschungsprojekte des Professur für Energiewandlungstechnik
Labor für nachhaltige Energiesysteme (SES Lab)
Steigerung des Verständnisses bei Studierenden und Erweiterung des Wissens und der Erfahrungen bei Schülerinnen und Schülern sowie Lehrkräften in den entsprechenden Fachbereichen für die geplante und notwendige Reduktion von CO2-Emissionen, und den daraus resultierenden Veränderungen und Anpassungen der Energiesysteme.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme
Crosswind Kite Power
Vielversprechende Alternativen zur Nutzung der Windenergie mit Drachen oder gefesselten Flügeln.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Hochleistungs-Umrichtersysteme
Neuartige Isoliergase für gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen
Untersuchung der elektrischen Festigkeit an für die Hochspannungstechnik typischen Modellanordnungen.
Weitere Forschungsprojekte der Professur für Hochspannungs- und Anlagentechnik
Potential-kontrollierte Chromatographie
Entwicklung eines neuen elektrochemischen Verfahrens zur Aufreinigung von Wertstoffen aus Fermentationslösungen.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Bioseparation Engineering
CoConut
Zell-Zell-Interaktion in einer synthetischen Co-Kultur, PHA-Produktion aus Sonnenlicht und CO2 in einer künstlichen Co-Kultur zwischen Synechococcus elongatus und Pseudomonas putida.
Weitere Forschungsprojekte der Professur für Systembiotechnologie
Design von Windturbinen
Entwicklung von automatisierten Entwurfsverfahren, die in ausgefeilte Softwaretools implementiert sind und den integrierten aerostrukturellen Entwurf einer kompletten Windkraftanlage ermöglichen.
Weitere Forschungsprojekte des Lehrstuhls für Windenergie