Auflistung nach Autor:in "Baumann, Thomas"

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Flexibilitätsoptionen der Strom- und Wärmeerzeugung mit Geothermie in einem von volatilem Stromangebot bestimmten Energiesystem
(Umweltbundesamt, 2020) Irl, Matthäus; Aubele, Katharina; Baumann, Thomas; Technische Universität München. Lehrstuhl für Energiesysteme; Universität Bayreuth; Deutschland. Umweltbundesamt
Die tiefe Geothermie ist integraler Bestandteil der Wärmewende und kann darüber hinaus einen signifikanten Beitrag zur Bereitstellung elektrischer Energie liefern Bislang unzureichend untersucht ist die Frage, in wie weit Geothermiebasierte Strom-Wärme-Systeme für eine flexible Deckung des Strombe-darfs, insbesondere der Bereitstellung von Regelleistung genutzt werden können, ohne negative Auswirkungen auf die Wärmeversorgung zu bedingen. Die Studie stellt fest, dass aus hydrogeochemischer Sicht ein flexibler Betrieb des Thermalwasserstroms für die Anlagenkomponenten und das Reservoir, gerade im Molassebecken weitgehend unbedenklich ist. Es ist festzuhalten, dass Erfassung von Messdaten und eine anlagenbezogene Bewertung unersetzlich ist. Die durchgeführte technische Analyse sowie die Simulation der Geothermieanlagen zeigen auf, dass das technische Potenzial der dauerhaften Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung für nahezu alle technischen Flexibilitätsoptionen, insbesondere für Bestandsanlagen gering ist. Ausnahme ist das technische Flexibilitätspotential für die Bereitstellung von positiver Regelleistung durch den Einsatz von Heißwasser- bzw. Thermalwasserspeichern. Hier ist das technische Potential als mittel bis groß einzuschätzen, jedoch steigt auch der technische Aufwand. Das technische Potenzial der positiven und negativen Regelleistungsbereitstellung mit eingeschränkter zeitlicher Verfügbarkeit (also in Zeitscheiben) ist hingegen für nahezu alle Flexibilitätsoptionen mittel bis groß. Folglich besteht ein di-rekter Einfluss der zeitlichen Verfügbarkeit auf das Potenzial der Regelleistungsbereitstellung; der technische Aufwand korreliert mit der Größe der Speichervolumina. Das Gesamtpotential der Regel-leistungsbereitstellung bleibt jedoch insgesamt auf niedrigem Niveau. Verglichen mit konventioneller Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zeigt die Geothermie eine sehr variable Stromkennzahl, wodurch eine sehr große Flexibilität zwischen Strom- und Wärmeerzeugung gewährleistet ist. Weiterhin sind die CO2-Emissionen pro erzeugter Energieeinheit deutlich positiver zu bewerten als bei fossil betriebener KWK. Die ökonomischen Bewertungen zeigen, dass unter aktuellem Preisniveau und Anwendung von technischen Flexibilitätsoptionen die Anlagen nur bedingt wirtschaftlich Regelleistung erbringen können. Anlagen im Bestand mit Unterstützung durch das Spitzenlast-Heizwerk können bereits heute durch Bereitstellung von positiver Sekundärregelleistung zusätzliche (geringe) Gewinne erwirtschaften. Bei Anlagen im Bestand ohne Modifikation bzw. der Erweiterung durch Wärmespeicher ist dies nicht der Fall. Die Verringerung des anzulegenden Werts für Strom aus Geothermie birgt eine verstärkte Ausnutzung des Flexibilitätspotentials und damit ökonomische Vorteile. Anlagen im Bestand und Anlagen mit Spitzenlast-Heizwerk können dann wirtschaftlich negative und positive Sekundärregelleistung vorhalten. Eine Bereitstellung von Flexibilität durch tiefe Geothermiekraftwerke, deren Stromerzeu-gung nach EEG vergütet wird, ist damit ohne zusätzliche Anreize mittelfristig nicht zu erwarten. Eine zeitliche Entkopplung der Stromproduktion von der Wärmenachfrage mit Hilfe von Wärmespeichern ermöglicht eine mehr strompreisorientierte Fahrweise des Geothermiebasierten Strom-Wär-mesystems. Das flexiblere Energiesystem reduziert dabei die Gesamtkosten mittels Maximierung der Erlöse durch Stromeinspeisung ins Netz zu Zeiten mit hohen Strompreisen. Zusätzliche elektrische Wärmeerzeuger (wie in dieser Untersuchung z. B. eine Wärmepumpe) werden bei sehr niedriger Residuallast und damit verbundenen geringen Stromkosten für die Wärmegewinnung eingesetzt. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass aktuell die Bereitstellung von Regelleistung durch Geothermiebasierte Strom-Wärme-Systeme aus hydrogeochemischer und technischer Sicht mit Einschrän-kungen möglich ist. Die zu erwirtschafteten Gewinne sind gering. Aufgrund der (bislang) geringen Anzahl von Geothermie-basierten Strom-Wärme-Systemen ist der systemdienliche Benefit ebenfalls als gering einzustufen. Quelle: Forschungsbericht
Remobilization of Ag NP retained in sediments of an artificial riverbank filtration system
(2016) Degenkolb, Laura; Metreveli, George; Zehlike, Lisa; Kumahor, Samuel; Schaumann, Gabriele E.; Baumann, Thomas; Vogel, Hans-Jörg; Kaupenjohann, Martin; Lang, Friederike; Klitzke, Sondra
Nanoparticles (NP) can enter aquatic environments via various pathways such as industrial or municipalwaste water or surface run-off from farmland. Once they enter aquatic systems they may impair the quality of the environment and drinking water reservoirs. Riverbank filtration systems can prevent contaminants from reaching such resources. The retention capacity of riverbank filtration systems and the reversibility of NP immobilization are therefore important aspects for risk assessment.
To simulate a riverbank filtration scenario, Ag NP aged in different media (soil solution, river water, Millipore water) were applied to a water-saturated column (length 1.5 m) filled with medium quartz sand.All types of particles were mainly retained in the first 10 cm of the sediment column, ranging from 50 % for soil-aged particles to approximately 100 % for particles aged in Millipore and river water. However, it is unclear under which conditions the retained Ag NP can be remobilized. Therefore, the aim of our study is to determine the remobilization of the NP and the physico-chemical factors (i.e. shear forces and hydrochemical properties) controlling this process.
In batch experiments, the sediment containing NP will be exposed to varying shear forces (i.e. ultrasonic treatment of 1.5 W/cṃand horizontal shaking of 1 h up to 7 days) in the presence of dissolved organic matter and reduced ionic strength. The total amount of remobilized silver in the supernatantwill be measured by ICP-MS following acid microwave digestion. The size and composition of mobilized homo-and heteroaggregates will be analysed by HDC-ICP-MS.
First results show that strong shear forces induced by ultrasonic treatment lead to highest remobilization of the retained Ag NP of up to 60 % for particles aged in river water. One hour of shaking remobilizes 15-20 % of the Ag NP in the sediment. Further results of the remobilization experiments will be presented.
In: Degenkolb, L; Klitzke, S Metreveli, G; Kumahor, S; Schaumann, G; Baumann, T; Vogel, HJ; Kaupenjohann, M; Lang, F (2016):Remobilization of Ag NP retained in sediments of an artificial riverbank filtration system. In: Abstract Booklet of the InternationalWorkshop "Nanoparticles in Soils and Waters: Fate, Transport and Effects", p. 32, 20 th - 21 st October, Landau in der Pfalz