Die Energiewende in Deutschland und Europa geht mit grundlegenden Änderungen in der Erzeugerstruktur und damit auch den Netzstrukturen einher. Während in der Vergangenheit die Versorgung der Verbraucher durch Großkraftwerke in den Übertragungsnetzen erfolgte, sind regenerative Erzeugungsanlagen größtenteils in den Verteilnetzen platziert.
Die Einspeisung durch regenerative Erzeugungsanlagen erfolgt dabei vor allem über leistungselektronische Komponenten, die sich in ihrem elektrischen Verhalten wesentlich von den Generatoren konventioneller Kraftwerke unterscheiden. In der Regel werden die neuen Erzeugungsanlagen über Kabel angebunden, infolgedessen der bisherig hohe Freileitungsanteil im 110-kV- und in den Mittelspannungs-Netzen sinkt. Dieser in den letzten 25 Jahren erfolgte und perspektivisch zu erwartende Rückbau der konventionellen Kraftwerke trifft insbesondere auch die sächsischen Verteilnetze. Dies führt zu neuen An- bzw. Herausforderungen an den Betrieb der Netze und an die Betriebsmittel mit deren Isoliersystemen.
Die Verteilnetze zeichneten sich in der Vergangenheit durch eine hohe Versorgungsqualität aus, die auch in Zukunft beibehalten werden soll. Bisherige Konzepte zur Betriebsführung der Verteilnetze, insbesondere in kritischen Betriebszuständen, basieren aber auf den Netzstrukturen des konventionellen Netzbetriebs. Die Betriebsführung ist bisher auf Freileitungsnetze ausgelegt und muss auf die Anforderungen der Netze mit erhöhtem Kabelanteil und dezentralen regenerativen Erzeugungsanlagen erweitert werden.
Konzepte zur Betriebsführung der Verteilnetze müssen auf deren zukünftige Struktur angepasst bzw. neu entwickelt werden. Der wichtigste Bestandteil dieser Konzepte ist die Begrenzung des Erdfehlerstroms auf Werte, die die Personensicherheit und den stabilen Betrieb des Verteilnetzes garantieren. Die zunehmende Verkabelung und der Ausbau der Netze hat jedoch zwangsläufig größere Fehlerströme zur Folge. Des Weiteren führt die Zunahme von leistungselektronischen Baugruppen, sowohl auf der Seite der Erzeuger, als auch auf der Verbraucherseite, zu erhöhten Oberschwingungspegel, welche sich im Netz ausbreiten, Isolierungen beanspruchen und auch einen nicht unerheblichen Beitrag zum Fehlerstrom leisten.
Die Bestimmung und die Auswirkungen dieser erhöhten Fehlerströme und mögliche Gegenmaßnahmen werden derzeit kontrovers diskutiert und sind Bestandteil der Forschung. Die Auswirkungen der zusätzlichen Beanspruchung der Isolierungen der Betriebsmittel durch Oberschwingungen ist bisher weitestgehend unbekannt. Untersuchungen dazu sind folglich zwingend notwendig.
Juli 2018 - Juni 2021
Hier finden Sie die Projektbeschreibung im FIS
Kunststoffe finden in der Gesellschaft vielfältig Anwendung, z. B. in Form von Verpackungen. Durch unsachgemäßen Umgang, Entsorgung oder durch Abnutzung werden die Kunststoffe in verschiedenste Umweltkompartimente eingetragen. Infolge von Degradationsprozessen kann dabei sogenanntes Mikroplastik entstehen. Die Forschung hat sich in den letzten Jahren auf die Untersuchung der Kontamination von aquatischen Systemen fokussiert. Doch zugleich existiert eine weitere Ressource, die umfassender Aufmerksamkeit bedarf: der Boden. Durch natürliche Transportprozesse wird Mikroplastik auch in dieses Umweltkompartiment, einschließlich landwirtschaftlicher Flächen, eingetragen.
Januar 2020 - Dezember 2022
Hier finden Sie die Projektbeschreibung im FIS!
Die Nachwuchsforschergruppe in Form eines Graduiertenkollegs führt Forschende mit der Zielrichtung Promotion und ihre Projekte aus technischen und techniknahen Fächern symbiotisch zur Untersuchung und Entwicklung „Neuer Systeme zur Ressourcenschonung“ zusammen.
Das Hauptziel ist die bestmögliche Vorbereitung der beteiligten Nachwuchsforscher auf ihren weiteren Karriereweg in Wirtschaft und Wissenschaft. Ein vielversprechender Ansatz liegt in der interdisziplinären Bearbeitung von Themen, die sowohl für die Hochschule Zittau/Görlitz (HSZG) als auch für die Wirtschaft der Region relevant sind.
Der gewählte Themenbereich ist dem Forschungsschwerpunkt Energie und Umwelt zuzuordnen und beinhaltet dabei die wissenschaftliche Begleitung des für die HSZG abbildbaren Bereichs der „Energiewende“. Die Nachwuchsforscher werden dabei sowohl zur Durchführung von angewandter Forschung, als auch zur Tätigkeit als Führungskraft, zur Stärkung des Wissenstransfers und der Vernetzung in der Region sowie zur Lehre befähigt.
Zukunftssichere Stromerzeugung [FIS]
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. A. Kratzsch
Instationäre Strömungen
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. J. Meinert
Ressourcenschonende Produkte
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. M. Klaubert, Prof. Dr.-Ing. F. Hentschel
Power-to-Gas-to-Power [FIS]
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. habil. T. Zschunke
Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. J. Meinert
Informations- und Kommunikations-Technologien
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. J. Lässig
Regionale Energiemärkte [FIS]
Projektleitung: Prof. Dr. rer. pol. T. Schütte
Laufzeit der Projekte: 01.08.2015 - 31.07.2018
Hier bekommen Sie eine Übersicht der Projekte als PDF.
Zu den Anlagen der Umweltinfrastruktur gehören u. a. natürliche Fels- und Lockergesteinshänge, Dämme, Deiche, Deponien und Kippenablagerungen, die ihre Funktion für unbestimmte oder zumindest sehr lange Zeiträume erfüllen sollen. Dafür werden Prognosewerkzeuge entwickelt und der Materialeinsatz optimiert.
Das grundsätzliche Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Etablierung umweltingenieurtechnischer Konzepte für die nachhaltige Nutzung der Umweltressourcen.
Für dieses Vorhaben wurde eine hochschulübergreifende Nachwuchsforschergruppe mit Absolventen unterschiedlicher Ingenieur- und Umweltstudienrichtungen gebildet. Es werden die spezifischen Arbeitsweisen der beteiligten Fachgebiete für die Entwicklung von Verfahren zur nachhaltigen Nutzung der Ressourcen kombiniert.
Laufzeit: Juli 2016 - Juni 2019
Hier finden Sie die Projektbeschreibung im FIS!
Erdgekoppelte Wärmepumpen tragen dazu bei, den Endenergiebedarf für die gebäudeseitige Wärmeversorgung zu minimieren. Ihr Leistungsvermögen kann diese Technologie vor allem im kombinierten Heiz- und Kühlbetrieb entfalten. Zur Ausschöpfung verfügbarer Effizienzpotenziale besteht Forschungsbedarf hinsichtlich der Planungsmethoden, der Vorhersagemodelle sowie praxistauglicher Betriebskonzepte.
Zielstellung des Forschungsvorhabens ist es, im Themenfeld der erdgekoppelten Wärmepumpenanlagen wissenschaftlichen Problemstellungen lösungsorientiert zu begegnen, Optimierungskonzepte zu entwickeln und damit ebenso einen praxisrelevanten Beitrag zu leisten. Hierbei soll die praxisorientierte Forschung speziell durch das Zusammenwirken von Absolventen unterschiedlicher Fachbereiche profitieren.
Um im Zuge der Forschungstätigkeit numerische Modellrechnungen mit einem vertretbaren Zeitaufwand realisieren zu können, verfügt die Nachwuchsforschergruppe über eine leistungsstarke Rechentechnik. Für experimentelle Untersuchungen kann das Forscherteam darüber hinaus auf einen umfangreich ausgestatteten Erdwärmesondenversuchsstand zurückgreifen.
Augutst 2017 - Juni 2020
Mehr Informationen zur Nachwuchsforschergruppe gibt es auf der Fakultätswebsite und im FIS.
An der Fakultät Natur- und Umweltwissenschaften der Hochschule Zittau/Görlitz hat die Nachwuchsforschergruppe „Biocatalysis Platform Zittau“ (BioPlatZ) im Oktober 2017 die Forschungsarbeiten zum Thema „Identifikation von Enzymen als Biokatalysatoren und deren Anwendung in bio- und chemokatalytischen Prozessen zur Herstellung von Feinchemikalien“ aufgenommen. Gefördert wird das Projekt mit Mitteln des Europäischen Sozialfonds und von der Sächsischen Aufbaubank. Im Rahmen dieses interdisziplinären Projektes sollen neuartige energie- und ressourcenschonende Syntheseverfahren für Verbindungen entwickelt werden, die in Form von Wirkstoffen hohe Anforderungen an deren Reinheit stellen.
Unter Verwendung von ganzen Zellen bzw. isolierten Enzymen als Biokatalysatoren sollen selektive Transformationen von Ausgangssubstanzen ermöglicht werden, die wiederum als Grundbausteine für Synthesen komplexer chiraler Moleküle dienen. Diese Kombination biotechnologischer und chemischer Ansätze ermöglicht die Einbeziehung biobasierter Rohstoffe bei einer nachhaltigen, energie- und umweltschonenden Herstellung von Feinchemikalien als high added-value Produkte.
Das Team der Nachwuchsforschergruppe BioPlatZ besteht aus sechs jungen Wissenschaftlern aus Deutschland und Tschechien. Ganz konkret werden in den kommenden drei Jahren chemo-enzymatische Synthesen chiraler building blocks untersucht. Chemo-enzymatisch bedeutet dabei, dass sowohl chemische als auch biologische Katalysatoren eingesetzt werden.
Gemeinsames Ziel der Nachwuchsforschergruppe BioPlatZ ist es, mithilfe chemo-enzymatischer Reaktionen chemische Verbindungen herzustellen, die eine bestimmte, genau definierte Konfiguration besitzen. Das bedeutet, dass die in der Nachwuchsforschergruppe hergestellten Strukturen eine spezifische dreidimensionale Anordnung im Raum aufweisen müssen, um als chirale building blocks eingesetzt werden zu können. Chirale building blocks sind kleine Moleküle mit definierter Stereochemie, mit deren Hilfe später pharmazeutische Produkte entstehen, beispielweise Wirkstoffe gegen zu hohen Blutdruck.
Das Nachwuchsforscherteam setzt sich aus drei Disziplinen zusammen:
In dieser Konstellation kann so jedes Fachgebiet seine Expertise einbringen. Die Arbeitsgruppe von Professor Wiegert ist in der Lage, Mikroorganismen so zu verändern, dass eine bestimmte Reaktion erreicht werden kann. Die AG von Professorin Fuchs übernimmt die genetisch optimierten Stämme und macht ein Screening. Professor Greif führt schließlich die chemischen Reaktionen durch und erhält die gewünschten Produkte.
September 2017 - November 2020
Hier finden Sie die Projektbeschreibung im FIS!
Unsere Nachwuchsforschungsgruppe untersucht Gründe für ungleiche Beteiligung der Geschlechter an Förderprojekten des Europäischen Sozialfonds (ESF) in Sachsen. Die angestrebte ausgewogene Geschlechterverteilung wurde in der letzten Förderperiode des ESF (2014 bis 2020) mit rund zwei Dritteln geförderter Männer gegenüber einem Drittel unterstützter Frauen klar verfehlt.
Unsere Aufgabe ist herauszuarbeiten, welche dieser Gründe innerhalb des Systems der Hochschule liegen und daraus Handlungsempfehlungen zu erarbeiten wie die gefundenen Ursachen innerhalb der Hochschulen bzw. der Programme abgebaut oder verändert werden können.
In unserer interdisziplinären Nachwuchsforschungsgruppe arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an den Technischen Universitäten Dresden, Chemnitz und Freiberg sowie an den Hochschulen Mittweida und Zittau-Görlitz.
Weitere Informationen finden Sie auf der Website des TRAWOS Nachwuchforschergruppe Instituts.
Mit der Nachwuchsforschergruppe (NFG) werden von der COVID-19-Pandemie betroffene (Nachwuchs-)WissenschaftlerInnen durch gemeinsame Forschungsarbeit und Kompetenzerweiterung zur Steigerung des Wissens- und Technologietransfers und zur Netzwerkbildung zwischen der HSZG und der regionalen Wirtschaft befähigt. Die Teilprojekte bearbeiten sehr unterschiedliche Aufgabenstellungen innerhalb des Forschungsschwerpunktes „Energie und Umwelt“ der HSZG. Sie liefern einen Beitrag zur Weiterentwicklung und Sicherung der Energiewirtschaft in Sachsen.
Teilprojekt I: Einfluss von Oberschwingungen auf das Isoliervermögen von Silikonelastomeren (Jun Ting Loh)
Basierend auf den Erkenntnissen aus bisherigen dielektrischen Untersuchungen wird in diesem Teilprojekt die kurzzeitige elektrische Festigkeit der Silikonelastomere bei Oberschwingungen untersucht. Der bestehende Versuchsstand soll angepasst werden, um Oberschwingungen nachzubilden. Dabei ist eine Prüfspannung aus zwei überlagerten Wechselspannungen (AC-AC) zu erzeugen. Als Prüflinge dienen sowohl ungefüllte als auch funktionell gefüllte Silikonelastomere, diese kommen z.B. in der Praxis in Mittelspannungs-Kabelgarnituren zum Einsatz.
Untersucht wird zunächst die elektrische Festigkeit der Silikonelastomere bei einer Wechselspannung (AC) mit verschiedenen Frequenzen und Temperaturen. Mit den Erkenntnissen zu deren Frequenz- und Temperaturabhängigkeit kann der Einfluss von Oberschwingungen konkret beschrieben werden. Dabei werden die Prüflinge mit einer überlagerten AC-AC Prüfspannung beansprucht. Die Versuche werden mittels kontinuierlichen Spannungssteigerungsversuchen durchgeführt, wobei die Spannung und Zeit beim Durchschlag messtechnisch ermittelt werden.
Die aus dem Projekt ermittelten Ergebnisse bieten der sächsischen Industrie eine Grundlage zur Entwicklung innovativer Ansätze im Hinblick der neuartigen elektrischen Belastung regenerativer Quellen. Neue und weiterführende Fragestellungen können in folgenden Forschungsprojekten als Bestandteil der Promotion untersucht werden und weitere Erkenntnisse ermöglichen. Der Promotionsabschluss ist im Jahr 2023 geplant. Die enge Zusammenarbeit zwischen Forschung und regionalen Industrie bietet Wissenstransfer und einen optimalen Berufseinstieg nach dem Promotionsabschluss.
Teilprojekt II: Angepasste Betriebskonzepte für Verteilnetze im Inselnetzbetrieb (Benjamin Küchler)
In diesem Teilprojekt werden die Auswirkungen der Energiewende auf den zuverlässigen Betrieb des Stromnetzes analysiert. Im Fokus stehen dabei der Wegfall konventioneller, steuerbarer Kraftwerke und der zunehmende Anschluss wetterabhängiger Erzeuger sowie die verstärkte Nutzung gleichstrom-basierter Techniken, wie Batteriespeicher oder die Wasserstoffsynthese. Durch den geplanten Ausstieg aus der Kern- und Kohleenergie sowie die Zunahme elektronisch geregelter Verbraucher wird die Ausbilanzierung der Verbraucher- und Erzeugerleitung zukünftig deutlich dynamischer und anspruchsvoller sein. Für den Fall einer großflächigen Störung des Verbundnetzes sind Konzepte für den regionalen Inselnetzbetrieb zur Notversorgung kritischer Infrastrukturen aufzustellen und Varianten des dezentralen Netz-Wiederaufbaus zu erstellen.
Dazu werden zunächst bestehende Studien zur Entwicklung des deutschen Energieversorgungssystems zusammengefasst und plausible Prognosen aufgestellt. Anhand des erarbeiteten Szenarios werden die technischen, personellen und politischen Anforderungen an den Aufbau einer Netzinsel ausgearbeitet. Dies erfolgt in ständiger Rücksprache mit Netz- und Kraftwerksbetreibern. Darauf aufbauend sind Modellstudien an real existierenden Netzstrukturen sowie nach Möglichkeit praktische Versuche im Netz durchzuführen. Dadurch werden bestehende Potenziale und die Grenzen der Machbarkeit aufgezeigt. Schließlich werden angepasste Betriebs- und Netz-Wiederaufbaukonzepte für den Notbetrieb mit Inselnetzen aufgestellt und für eine zuverlässige elektrische Energieversorgung Empfehlungen für zukünftige technische und politische Anpassungen formuliert.
Das Projekt fördert die Bindung von Kompetenzen zur dezentralen Energieversorgung an die HSZG bzw. den Forschungsstandort Sachsen. Ein stabiler Netzbetrieb ohne Kern- und Kohlekraftwerke ist Grundvoraussetzung für eine umweltschonende Energieversorgung und nimmt beim regionalen Strukturwandel, vor allem in der Lausitz, eine Schlüsselrolle ein. Die persönliche Qualifikation des Bearbeiters wird im Zuge des Forschungsprojektes weiter gesteigert. Das Mitwirken in der Lehre sowie die enge Zusammenarbeit mit regionalen Unternehmen während der Promotion gewährleisten den Wissenstransfer und generieren langfristig Fachpersonal für den Standort Sachsen.
Teilprojekt III: Hydrophobiewiederkehr an silikonbasierten Isoliermaterialien (Florian Praße)
In diesem Teilprojekt wird die intrinsische Materialregeneration von Silikonelastomeren betrachtet. Nachdem im bislang durchgeführten Forschungsvorhaben vor allem der Hydrophobieverlust von Silikonen nach kombinierter elektrischer und elektrolytischer Beanspruchung als erster Schritt vor der Wiederkehr beleuchtet wurde, soll nun der Fokus verstärkt auf die Regeneration (Hydrophobiewiederkehr) von silikonbasierten Isoliermaterialien gerichtet werden. Hierfür werden zunächst Silikonelastomere, nach bereits erarbeiteten Verfahren, mit frei einstellbaren Materialeigenschaften (Netzwerkdichte, Sol-Anteil) synthetisiert und im beschleunigten Alterungsverfahren des Dynamischen Tropfentests (DTT) bis zum Ausfall (Hydrophobieverlust) geschädigt. Die Probekörper werden ruhen gelassen, bis die Regeneration, durch Diffusion von unvernetzten, hydrophoben Bestandteilen an die Oberfläche des Materials erfolgt.
Durch Wiederholung des DTTs an bereits vorbelasteten Prüfkörpern wird die Qualität der Hydrophobiewiederkehr näher beleuchtet. Die Analyse unterstützend werden dynamische Kontaktwinkelmessungen (Hydrophobieuntersuchung), sowie REM-EDX-Aufnahmen zur Oberflächenelementaranalysen geschädigter Prüfkörper ausgeführt. Weiterhin wird die Hydrophobiewiederkehr an statischen Tests (eingebetteten Elektroden) untersucht, wonach in diesem Setup die Hydrophobie lokalisiert abgebaut werden kann. Dynamische Kontaktwinkelmessungen ermöglichen anschließend den analytischen Nachvollzug der Hydrophobiewiederkehr für diesen Versuchsaufbau.
Die Projektergebnisse sind ein Alleinstellungsmerkmal (für öffentlich zugängliche) Forschungsaktivitäten im Bereich der Isolierstoffforschung. Sie bilden zum einen die Basis für weitere Projekte zur Lebenszeitverlängerung von Verbundisolatoren, was zum Ressourcenschutz beiträgt. Zum anderen kann durch den Abschluss der Promotionsarbeit (geplant 2022) und die damit verbundene erfolgreiche Qualifizierung ein Beitrag zur Fachkräftesicherung in Sachsen im hochqualifizierten MINT-Bereich – in Wissenschaft oder auch Wirtschaft - geleistet werden. Beispielhaft genannt sei das Werk der WACKER AG in Nünchritz, in welchem Know-How der Silikonchemie (Isolatoren, Grundstoffe der Solarindustrie, …) sicher auch in Zukunft benötigt sein wird.
Teilprojekt IV: Dekarbonisierung von wärmetechnischen Industrieprozessen (Ulrike Gocht)
Mit Hilfe einer ingenieurtechnischen Analyse typischer Industrieprozesse werden mögliche Dekarbonisierungsmaßnahmen identifiziert. Anschließend wird die energetische und umwelttechnische Modellierung dieser Maßnahmen mit den Werkzeugen des Software-Tools Andema untersucht. Für Prozesse/Teilprozesse, deren Modellierung mit Hilfe der Datenbank ecoinvent nicht direkt möglich ist, erfolgt eine erste grob abschätzende umwelttechnische Modellierung auf der Basis verfügbarer Literaturdaten. Für die Berechnung und Korrektur des Primärenergiebedarfes von Prozessen mit Verwendung von Abfällen/Reststoffen in ecoinvent ist eine Analyse der Datenbankeinträge erforderlich. Es ist eine abschätzende Methodik zu entwickeln, wie die Primärenergieaufwendungen zu korrigieren sind und auf ausgewählte Prozesse anzuwenden. Es erfolgt die Kontaktaufnahme und Zusammenarbeit mit regionalen Firmen.
Die Nutzung des Software-Tools Andema ermöglicht die Einwerbung von Drittmitteln für die Hochschule Zittau/Görlitz. Auch die Einwerbung von Fördermitteln zur Weiterentwicklung des Software-Tools ist geplant, um eine Weiterbeschäftigung der Bearbeiter zu ermöglichen. Mit Hilfe des Software-Tools Andema werden regionale Unternehmen beim Umwelt- und Ressourcenschutz, besonders beim Übergang zu erneuerbaren Energieträgern unterstützt.
