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Course Type (SWS)
Lecture: 2 │ Exercise: 1 │ Lab: 0 │ Seminar: 0
Exam Number:
Exam Code:
Type of Lecture:

Power Point presentation and processing of exercises

Language: English
Cycle: WS/SS
ECTS: 4
Exam Type Written Exam (120 min.)
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Beschreibung:

Die Sektorenkopplung kann als die fortgeschrittene Phase der Energiewende bezeichnet werden. Dabei konzentrieren sich die Aspekte der Dekarbonisierung und Flexibilität nicht nur auf den Stromsektor, sondern erstrecken sich auch auf den Transport-, Wärme- und Industrie-/Chemiesektor. In diesem Zusammenhang beschreibt die „Sektorenkopplung“ die weitere Verlagerung von fossilen zu erneuerbaren Brennstoffen, indem der Primärenergiebedarf verändert und der endgültige CO2-Fußabdruck von Energie in mehreren Sektoren beeinflusst wird. Diese Vorlesung bietet einen Überblick über die technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen der Kopplung von Strom, Wärme und Brennstoffen für eine kohlenstoffarme Wirtschaft unter dem Namen Power-to-X-Technologien. Auf dieser Grundlage werden die theoretischen Grundlagen und eine Übersicht von Power-to-Power, Power-to-Heat und Power-to-Fuel Technologien auf dem neuesten Stand der Technik analysiert.

Vorlesungsmodule und Schwerpunkte (12 Vorlesungen im Wintersemester):

• Vorlesungsmodul 1: Einleitung in Sektorenkopplung
o    1.1 Definition von Power-to-X
o    1.2 Einführung in Power-to-X-Technologien


• Vorlesungsmodul 2: Power-to-Power-Technologien:
o    2.1 Batterien,
o    2.2 Topping cycles
o    2.3 Brennstoffzellen
o    2.4 Technoökonomische Analyse von Pumped Hydro, Druckluftspeicher und Flüssigluftspeicher


• Vorlesungsmodul 3: Power-to-Heat-Technologien
o    3.1 Grundlagen der Wärmespeicherung
o    3.2 Wärmepumpen


• Vorlesungsmodul 4: Power-to-Fuel und Power-to-Chemicals-Technologien
o    4.1 H2-Produktion
o    4.2 CO2-Abscheidung und -Handhabung
o    4.3 Kraftstoffsynthese
o    4.4 Gesetzgebung-Sektorenkopplung-REDII
o    4.5 Lebenszyklusanalyse und Berechnung des CO2-Fußabdrucks

Lernziele:

Die Studierenden können alle Arten von Power-to-X-Technologien sowie ihre Anwendungsbereiche in der Industrie kennenlernen. Sie werden in der Lage sein, technoökonomische Aspekte dieser Technologien zu bewerten und den CO2-Fußabdruck des Endprodukts zu berechnen.

Literatur:

WHITE PAPER Sector Coupling: Concepts, State-of-the-art and Perspectives, Marie Münster, Daniel Møller Sneum, Rasmus Bramstoft, Fabian Bühler and Brian Elmegaard, Spyros Giannelos, Xi Zhang and Goran Strbac, Mathias Berger and David Radu, Damian Elsaesser and Alexandre Oudalov, Antonio Iliceto, ETIP SNET 2020, https://www.etip-snet.eu/wp-content/uploads/2020/02/ETIP-SNEP-Sector-Coupling-Concepts-state-of-the-art-and-perspectives-WG1.pdf

Energiewende "Made in Germany", Low Carbon Electricity Sector Reform in the European Context Christian von Hirschhausen, Clemens Gerbaulet, Claudia Kemfert, Casimir Lorenz, Pao-Yu Oei, Springer Nature Switzerland AG 2018, https://doi.org/10.1007/978-3-319-95126-3

Elektromobilität und Sektorenkopplung, Infrastruktur- und Systemkomponenten, Komarnicki Przemyslaw, Haubrock Jens, Styczynski Zbigniew A, Springer Vieweg 2020, ISBN 978-3-662-62036-6

Agora Energiewende. 2018. Energiewende 2030: The Big Picture – Megatrends, Targets, Strategies and a 10-Point Agenda for the Second Phase of Germany’s Energy Transition. Impulse. Berlin.

Agora Energiewende, and Agora Verkehrswende. 2018. The Future Cost of Electricity-Based Synthetic Fuels. Study. Berlin.

Vorleistung:
Infolink:
Bemerkung:
Description:

Sector coupling can be described as the advanced phase of energy transition, also known as Energiewende, where decarbonisation and flexibility aspects does not solely focus on power sector but are extended into the transport, heat and industry / chemical sector. In this regard “sector coupling” describes the further shift from fossil fuels to renewable ones by changing the primary energy demand and impacting on the final carbon footprint of energy in multiple sectors. This lecture provides an overview of the technical and economic challenges of coupling electricity, heat, and fuels towards a low-carbon economy under the name Power-to-X technologies. On this basis, the fundamental principles and review of power-to-power, power-to-heat and power-to-fuel state of the art technologies are analysed in detail.

Lecture modules and topics (12 Lectures in the winter semester):

•    Lecture Module 1: Introduction to Sector Coupling
o    1.1 Definition of Power-to-X
o    1.2 Introduction to Power to X Technologies

•    Lecture Module 2: Power-to-Power Technologies:
o    2.1 Batteries,
o    2.2 Topping of existing cycles
o    2.3 Fuel Cells
o    2.4 Techno-economic analysis of Pumped Hydro, Compressed Air Energy Storage and Liquid Air Energy Storage

•    Lecture Module 3: Power-to-Heat Technologies
o    3.1 Heat Storage basics
o    3.2 Heat Pumps

•    Lecture Module 4: Power to Fuel and Power to Chemicals Technologies
o    4.1 H2 production
o    4.2 CO2 capture and handling
o    4.3 Fuel Synthesis
o    4.4 Legislation-Sector Coupling-REDII
o    4.5 Life Cycle Analysis and Carbon footprint calculation

Learning Targets:

The students will be able to know all types of Power-to-X technologies as well as their fields of application in industry. They are able to assess techno-economic aspects of these technologies and calculate the carbon footprint of the final product.

Literature:

WHITE PAPER Sector Coupling: Concepts, State-of-the-art and Perspectives, Marie Münster, Daniel Møller Sneum, Rasmus Bramstoft, Fabian Bühler and Brian Elmegaard, Spyros Giannelos, Xi Zhang and Goran Strbac, Mathias Berger and David Radu, Damian Elsaesser and Alexandre Oudalov, Antonio Iliceto, ETIP SNET 2020, https://www.etip-snet.eu/wp-content/uploads/2020/02/ETIP-SNEP-Sector-Coupling-Concepts-state-of-the-art-and-perspectives-WG1.pdf

Energiewende "Made in Germany", Low Carbon Electricity Sector Reform in the European Context Christian von Hirschhausen, Clemens Gerbaulet, Claudia Kemfert, Casimir Lorenz, Pao-Yu Oei, Springer Nature Switzerland AG 2018, https://doi.org/10.1007/978-3-319-95126-3

Elektromobilität und Sektorenkopplung, Infrastruktur- und Systemkomponenten, Komarnicki Przemyslaw, Haubrock Jens, Styczynski Zbigniew A, Springer Vieweg 2020, ISBN 978-3-662-62036-6

Agora Energiewende. 2018. Energiewende 2030: The Big Picture – Megatrends, Targets, Strategies and a 10-Point Agenda for the Second Phase of Germany’s Energy Transition. Impulse. Berlin.

Agora Energiewende, and Agora Verkehrswende. 2018. The Future Cost of Electricity-Based Synthetic Fuels. Study. Berlin.

Pre-Qualifications:
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