RET5/6-Projekt Regenerative Energietechnik

RET5/6-Projekt
Regenerative Energietechnik
Prof. Dr.-Ing. ILJA TUSCHY
Prof. Dr.-Ing. HOLGER WATTER
PROF. DR.-ING. GERD HAGEDORN
ANDERS FONAGER CHRISTENSEN
Inhaltsverzeichnis
1 Vorbemerkungen.................................................................................................................................. 2
1.1 Fachlich-inhaltliche und methodische Kompetenzen ................................................................... 2
1.2 Sozial- und Selbstkompetenz ........................................................................................................ 2
1.3 Lerninhalte .................................................................................................................................... 3
2 Ablaufplanung ...................................................................................................................................... 3
2.1 Projektvorbereitung ...................................................................................................................... 3
2.2 Projektmanagement ...................................................................................................................... 4
2.4 Ergebnissicherung/Dokumentation .............................................................................................. 6
3 Beispielaufgabenstellungen ................................................................................................................. 7
Anhang: Prüfungs- und Studienordnung des Studienganges Regenerative Energietechnik .................. 8
1 Vorbemerkungen
Prüfungsverfahrensordnung1 definiert „Projekt“ als „Entwurf und Realisierung von Lösungen zu
praktischen Fragestellungen in Teamarbeit“. Das Projekt ist eine fächerübergreifende
Lehrveranstaltungsart mit Anwesenheitspflicht, die die Studierenden unter der Moderation der
Lehrenden in Gruppenarbeit gestalten.
Projekte haben fächerübergreifende Aufgabenstellungen, die die Studierenden Anwendung von
fachlichen und organisatorischen Problemlösungsmethoden anwendungsorientiert bearbeiten
sollen. Im Verlaufe des Projektes sollen die Studierenden Aufgabenstellungen praxisnah lösen lernen.
Projekte werden während eines Semesters studienbegleitend durchgeführt (vgl. Anlage).
Eine erfolgreiche Teilnahme setzt voraus, dass die oder der Studierende des Projektes nachweist,
dass sie oder er in der Lage ist, in einem Team Aufgabenstellungen fächerübergreifend und
anwendungsorientiert zu lösen.
1.1 Fachlich-inhaltliche und methodische Kompetenzen
Die Studierenden haben einen Überblick über das Angebot der nachhaltigen Energiequellen Sonne,
Wind, Wasserkraft, Gezeiten, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe und sind in der Lage, die
räumliche und zeitliche Angebotscharakteristik zu ermitteln und die Folgen dieser
Angebotscharakteristik auf die technischen Einsatzmöglichkeiten abzuschätzen.
Die Studierenden können den potentiellen Beitrag einzelner nachhaltiger Energiequellen unter
Berücksichtigung technischer, wirtschaftlicher, politischer und ökologischer Randbedingungen
beurteilen.
Die Studierenden können verschiedene Konzepte zur Befriedigung einer gegebenen
Versorgungsaufgabe mit konventionellen und nachhaltigen Energiequellen unter Einbeziehung der
technischen Möglichkeiten der Energiespeicherung und der Effizienzsteigerung des Energieeinsatzes
konzipieren und bezüglich gegebener Ziele vergleichen.
Die Studierenden erwerben die methodische Kompetenz, Anlagen zur Bereitstellung von
Brennstoffen, elektrischer Energie und thermischer Energie aus nachhaltigen Energiequellen zu
simulieren, rechnerisch auszulegen und hinsichtlich gegebener Ziele zu optimieren, sowie den
Prozess der Aufgabenbewältigung im Sinne des Projektmanagements zu organisieren.
1.2 Sozial- und Selbstkompetenz
Die Studierenden sind in der Lage, sich Informationen sowohl zum Stand der Technik als auch zum
Stand der Forschung und Entwicklung von Technologien zur Energiewandlung, Energiespeicherung
und Energieanwendung zu beschaffen und diese Informationen zu bewerten und zu präsentieren.
Die Studierenden arbeiten in ausgewählten Projekten im Team, ihre Organisations- sowie Sozial- und
Kommunikationsfähigkeiten werden dadurch geschult.
1
http://www.fh-flensburg.de/satzung/a/PVO_2010.pdf
1.3 Lerninhalte
Angebot nachhaltiger Energieträger: Energieumwandlungssysteme, mechanisch-elektrische Systeme
(z. B. Windenergie), Solarthermische Systeme, solarelektrische Systeme, thermische Systeme (z. B.
Geothermie), biochemische Systeme (z. B. Biogasanlagen), Energiespeichersysteme, effizientere
Energienutzung, Energiemanagement , Energieeffizienzforschung o.ä.
Kompetenzen wie Analyse- und Bewertungsfähigkeiten, Recherchearbeiten, Organisations-,
Kommunikations- und Präsentationsfähigkeiten werden dadurch geschult und reflektiert.
2 Ablaufplanung
In dem Projekt werden die Phasen
1. Projektvorbereitung (erstes Treffen)
2. Projektmanagement (zweites Treffen)
3. fachliche Bearbeitung (drittes Treffen)
4. Dokumentation/Ergebnissicherung unterschieden (viertes Treffen)
Zur Bearbeitung wird die nachfolgende Ablaufplanung vorgeschlagen:
2.1 Projektvorbereitung
1.1 Die beteiligten verantwortlichen Dozenten richten unter StudIP die Veranstaltung „RET-
Projekt“ ein. Im Forum können dort Themenvorschläge von den Studierenden diskutiert und
„angeboten“ werden.
1.2 Die
Studierenden bilden Gruppen durch Selbstzuordnung und Selbsteintrag. Die
Gruppengröße sollte in der Regel fünf Studierende umfassen.
1.3 Die Gruppen definieren und einigen sich auf Aufgabenstellungen aus den Bereichen
regenerative und „nachhaltige“ Energiesysteme, Energieeinsparung und Energieeffizienz2.
Die Aufgaben können sowohl auf theoretischem oder experimentellem Weg gelöst werden,
als auch auf konstruktivem Weg zu einem realen Produkt führen. Sind Mittel für die
Durchführung erforderlich, ist hierfür eine Kalkulation vorzulegen, die vom Dozenten der
Lehrveranstaltung genehmigt werden muss. Eine Erstattung der Kosten erfolgt gegen Vorlage
der Original-Rechnungen. Wichtig: Die Aufgabenstellung sollte einen stark intrinsisch
motivierenden Charakter haben: also etwas was die Studierenden schon immer wissen resp.
machen wollten.
1.4 Auch ist es möglich, dass im Abstimmungsprozess Gruppen ein Thema für einen weiteren
beteiligten Dozenten ihrer Wahl als Dienstleistung bearbeiten. Der Dozent nimmt hierbei die
Rolle des „fachlich versierten Laienkunden“ ein. Die Studierenden sind in der Rolle des
Fachberaters. D.h. sie müssen den Kunden von der Zweckmäßigkeit der Aufgabenstellung
überzeugen.
2
Einen thematischen Überblick und Literaturhinweise liefert z.B.
http://www.fh-flensburg.de/watter/Buch_Energiesysteme-Inhalt.pdf
1.5 Bei der Projektzieldefinition ist darauf zu achten, dass die Aufgabenstellung möglichst
konkret und objektbezogen und ein Eigenanteil erkennbar ist (Berechnungen, Evaluation,
Bewertung, Analyse etc.). Aufgaben, die nur pauschalieren, wenig konkret und nur
reproduzierenden Charakter haben, sind zu vermeiden.
1.6 Bitte beachten Sie, dass die Dozenten aus Kapazitätsgründen keine „Einzelbetreuung“
durchführen können3. Von dieser Seite werden Zielvorgaben definiert und die Zielerreichung
beurteilt. Dazu können Gesprächstermine vereinbart werden, die pro Gruppe einen
Zeitumfang von 15 Minuten nicht überschreiten sollten.
1.7 Die Aufgabenstellung muss durch die Studierenden schriftlich fixiert und durch den Dozenten
genehmigt bzw. angenommen werden. Die Aufgabenstellung sollte bis zu einem
vorgegebenen Termin (etwa spätestens am Ende der 3. Semesterwoche) fixiert und
abgestimmt sein.
1.8 Der Dozent richtet für jede Gruppe in StudIP unter „Dateien“ eine Gruppenfunktion zur
Ablage der wesentlichen Projektdokumente ein.
2.2 Projektmanagement
2.1 Das Projektmanagement ist wesentlicher Bestandteil des Projektes. Dazu erhalten (haben)
die Studierenden zusätzliche Informationen zum Projektmanagement (erhalten 6.Sem.).
2.2 Die Studierenden sichten diese Dokumente, nehmen projektbezogen entsprechende
Planungen vor (Definition von Arbeitspaketen und Arbeitszielen, Festlegung von
Verantwortlichkeiten in der Gruppe, Arbeits- und Zeitplanung z.B. in Form eines
Balkenplanes etc.).
2.3 Bei der Projektzieldefinition ist darauf zu achten, dass die Aufgabenstellung möglichst
konkret und objektbezogen und ein Eigenanteil erkennbar ist (Berechnungen, Evaluation,
Bewertung, Analyse etc.). Aufgaben, die nur pauschalieren, wenig konkret und nur
reproduzierenden Charakter haben, sind zu vermeiden.
2.4 Aufwandsabschätzung: Wie in jedem Projekt, ist die Aufwands- und Erwartungshaltung
individuell zwischen "Kunden" und "Auftraggeber" abzustimmen und ein Teil der
"Preisverhandlung".
Auf der Grundlage der Studienordnung4 kann kalkuliert werden: Das Projekt und das
Projektmanagement im 5. Semester wird mit jeweils 2 Semesterwochenstunden (SWS)
bewertet. Wie bei jeder anderen Vorlesung wird zusätzlich zu der Präsenzzeit ein Vor- und
Nachbereitungsaufwand mit dem Faktor 1,5 bis 2 angesetzt (ein Indiz dazu sind die Credit
Points), so dass der Zeitaufwand bei bis zu 3 Stunden pro Woche und Person liegen kann. Bei
18 Wochen pro Semester beträgt das individuelle Zeitbudget also ca. 18 x 3 = 54 Stunden. Bei
einer Gruppengröße von 4 Personen liegt das Zeitbudget für die Projektbearbeitung somit
bei ca. 200 Mannstunden. Die vorgenannten Angaben sind für das Projekt im 6. Sem. mit
dem Faktor zwei zu multiplizieren.
3
vgl. Schreiben des Dekanats vom 30.03.2011: Es sollten maximal 5 Stud. ein Projekt bearbeiten. Bei einer
Kohorte von 20 Stud. und 4 Projekten ergibt sich z.B. bei 4 SWS lt. PStO pro Einzelprojekt ein Deputatsanteil
von 1 SWS .
4
www.fh-flensburg.de/satzung/b/spo_ret_ba_081127.pdf
2.5 Die Projektplanung ist ebenfalls bis zu einem vorgegebenen Termin (etwa spätestens in der
5. Vorlesungswoche) abzuschließen und dem Dozenten zur Genehmigung vorzulegen. 5
2.6 Folgende
Projektplanungsunterlagen
sind
dazu
in
Form
eines
Lastenheftes/Projektsteckbriefes
vorzulegen:
Titel,
Aufgabenbeschreibung,
Vorgehensweise, Beschreibung des im Ergebnis zu erwartenden Liefer- und
Leistungsumfangs, Projektterminplanung (siehe Abb. unten) und wenn erforderlich eine
Kostenkalkulation für benötigte Ausgaben.
2.7 Auf Grundlage der Planungsunterlagen erhalten die Studierenden vom verantwortlich
betreuenden Dozenten eine go/no go-Entscheidung für den Einstieg in die fachlich
Bearbeitung des Projekts.
2.8 Die Studierenden stellen ihr Projektvorhaben im Rahmen einer Kurzpräsentation der Gruppe
der Teilnehmer vor.
Arbeits- und Zeitplanung Projekt RET
Kalenderwoche (KW)
38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
Kick-Off-Meeting
Projektmanagement
Defintion der Aufgabenstellung und Ziele
Projektplanung/-management
Meilensteine
Statusberichte (max. 15. Min.) an Kunden
fachspez. Arbeitspakete
Arbeitspaket 1
Arbeitspaket 2
Arbeitspaket 3
Arbeitspaket 4
Dokumentation
Ablage in StudIP
- Aufgabenstellung
- Statusberichte
- Abschlussdokumentation
Projektbericht
Projektposter
Projekt-Web-Seite
Abb.: Entwurfsbeispiel Projektbalkenplan.
5
Der Einsatz von Tutoren wird z.Zt. noch geprüft.
1
2
3
4
5
6
2.3 Fachliche Bearbeitung
3.1 Nach Freigabe des Projekts durch den Dozenten beginnen die Studierenden selbständig mit
der fachlichen Bearbeitung gemäß Aufgabenverteilung und Aktivitätsplanung des
Projektterminplans.
3.2 Ein Statusbericht ist jeweils in der 8.; 12. und 15. Semesterwoche (Projekt 6. Sem: zu einem
vorgegebenen Termin in der Mitte der Bearbeitungszeit) abzuliefern. Bitte achten Sie dabei
auf eine professionelle Darstellung des Statusberichts. Der Statusbericht kann schriftlich oder
mündlich erfolgen, sollte aber das o.g. Zeitfenster von 15. Min. nicht überschreiten (Projekt
6. Sem.: erfolgt im Rahmen einer Kurzpräsentation der Gruppe der Teilnehmer.).
2.4 Ergebnissicherung/Dokumentation
Projekt 5. Sem:
4.1 Kommunikation und Ablage erfolgt über StudIP. Beachten Sie dabei auch die formalen
Vorgaben für wissenschaftliche Arbeiten (siehe z.B. die Thesis-Handreichung von Prof.
Staben  StudIP  Fachbereich Technik  Dateien).
4.2 Die Projektergebnisse sollen für die Öffentlichkeit aufgearbeitet und professionell dargestellt
werden. Dazu ist eine Internetpräsenz (als *.html oder *.pdf6) vorzubereiten und ein
Projektposter zu entwerfen. Projektposter und Internetpräsenz sollten in der 16.
Vorlesungswoche vorlagenfähig sein. Bitte beachten Sie, dass Poster und Internetpräsenz
keine Grafiken oder Texte enthalten dürfen, die mit Rechten belegt sind. Es muss sich daher
um selbst erstellte Texte oder Grafiken handeln.
4.3 Es ist geplant zum Semesterende eine Projektausstellung in der Maschinenhalle
öffentlichkeitswirksam darzustellen. Dazu sind Projektposter im Format A2 oder A1 auf
Stellwänden vorzubereiten.
4.4 Die Ergebnisse sollen ebenfalls auf der Web-Seite der FH-Flensburg präsentiert werden:
http://www.fh-flensburg.de/ima/ret-projekte; hier finden sich auch Beispielvorlagen.
Die Web-Seiten können dazu in OFFICE (als Word- , PowerPoint o.ä.) editiert und als *.htm
bzw. *.html gespeichert werden. Die Startseite muss „index.htm“ benannt sein und in der
obersten Ordnerebene abgelegt sein. Der Ordner soll dann gezippt bei StudIP (Prof. Watter
als Web-Seiten-Administrator) im Dateibereich eingestellt werden (Größenbegrenzung 15MB
beachten). Nach Abnahme wird die Web-Seite dann im o.g. Verzeichnis veröffentlicht
Projekt 6.Sem:
4.5 Der Projektabschlussbericht (Projektdokumentation) ist zu einem vorgegebenen Termin beim
betreuenden Dozenten einzureichen.
4.6 Die Ergebnisse der Projekts sind im Rahmen einer Kurzpräsentation der Gruppe der
Teilnehmer vorzustellen.
6
Wegen der Sicherheitsbedenken der IT-Abteilung bitte den Schlussbericht für das Internet NUR als PDF
erstellen!
3 Beispielaufgabenstellungen
[1]
[2]
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[5]
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[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
Auslegung- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen einer solarthermischen Anlage (2005)
Autarke Energieversorgung einer Hochseeyacht (2005)
Marktübersicht Holzpelletsheizung (2005)
Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen und Dimensionierung einer solartherm. Anlage für einen Anwendungsfall (2007)
Auslegung- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen einer Kleinstwindkraftanlage´(2007)
Energie- und CO2-Bilanz einer Erdwärmepumpe (2007)
Umwandlung von Biomasse (Verfahrensparameter, Effizienz, Produktausbeute (2008)
Simulation des Ertrages einer solartherm. Anlage und Optimierung der Anlagenregelung unter wirtschaftl. und
ökologischen Aspekten: Eine solartherm. Anlage soll hinsichtlich des energetischen und wirtschaftlichen Ertrages
simuliert und die Auswirkungen unterschiedlicher regelungstechnischer Konzepte untersucht werden (2006).
Prognostizierung von realistischen Jahresarbeitszahlen von Erdwärmepumpen: In Broschüren wird oft mit
Leistungszahlen von 3 bis 5 geworben. Welche Betriebsparameter müssen dazu eingehalten werden? Wie realistisch sind
diese Werte im Jahresmittel? Welche tatsächlichen Jahresarbeitszahlen sind realistisch? Welche Normen zur
Dimensionierung gibt es dazu? Die Betriebswerte sind anhand von Jahresverbrauchsabrechnungen zu evaluieren (2007).
Versuchskonzeption für einen Stirling-Motor: Es steht ein Stirling-Motor zur Verfügung. Der Versuchsstand soll für den
Lehrbetrieb aufgebaut werden: (1) Dokumentation der Betriebs- und Konstruktionsparameter, (2) Recherche zu
Einsatzmöglichkeiten in der Energietechnik (z.B. Dish-Stirling, Abwärmenutzung....), (3) Versuchskonzeption, (4) WebPräsentation für den Bereich "Energie- und Anlagentechnik" (2007).
Konzeption eines Blockheizkraftwerk für das Data-Center in der Maschinenhalle der HAW: (1) Aufnahme der
erforderlichen Spezifikationsdaten (kann von der Bauabteilung geliefert werden: Notstromkapazität, Kältebedarf,
Heizkosten Maschinenhalle), (2) Marktrecherche, (3) Festlegung der erforderlichen Eckdaten / Grobauslegung (4) WebPräsentation für den Studiengang "Energie- und Anlagentechnik" (2008).
Konzeption eines Mobilen Labors für Erneuerbare Energie: Die Ausstattung der Fakultät im Bereich Erneuerbare
Energie ist veraltet und unzureichend. Ziel dieses Vorhabens ist es, den aktuellen Stand der Technik im Bereich
erneuerbare Energie abzubilden und auf dieser Grundlage Lehre und Forschung in diesem Bereich weiter zu entwickeln.
Um Diskussion im Bereich der Erneuerbaren Energie nachhaltig voranzutreiben, wird ein mobiles Labor für Erneuerbare
Energien als Containerlösung vorgeschlagen. Ziel ist es, den Container möglichst autark hinsichtlich Strom und Wärme
betreiben zu können. Langzeit- und Echtzeitdaten sollen via Internet den Studierenden zur Verfügung gestellt werden. Mit
dem Mobilitätskonzept sollen Messe- und Werbeauftritte der Fakultät in der Außenwirkung verbessert werden. Kurzfristig
soll durch die Planung und Projektierung, langfristig durch Ausarbeitung der energetischen Optimierungspotential, die
Lehre unterstützt werden (2008).
Umwandlung von Biomasse: In der aktuellen Diskussion nimmt die stoffliche Umwandlung von Biomasse in feste,
flüssige oder gasförmige Energieträger breiten Raum ein. Im Rahmen des Projektes sind daher die nachfolgenden
Themenkomplexe zu untersuchen und zu bewerten: (1) Biogas / Fermentation (2) Biokraftstoffe (BtL - Biomass to Liquid)
(3) Vergasung und Pyrolyse. Dabei sollte die nachfolgende Grobstruktur z.B. für ausgewählte Referenzanlagen
angewendet und inhaltlich gefüllt werden: (a) Verfahrensbeschreibung (b) physikalisch-chemische Grundlagen (c)
Betriebsparameter (Druck, Temperatur, Verweildauer) (d) Stoffströme und Energiebilanzen (e) Problembereiche / Risiken
(f) Marktrecherche (zu Anbietern und ggf. Referenzanlagen) (g) Zusammenfassung/Bewertung (h) Quellen- und
Literaturhinweise (2008).
Entwicklung und Konstruktion von Versuchsständen zum Thema erneuerbare Energie: Für einen exemplarischen
Bereich zum Thema Erneuerbare Energie ist ein Versuchsstand zu entwickeln. Dabei ist insbesondere auf die folgenden
Punkte einzugehen (1) Zielsetzung des Versuches (2) Konzeption des Versuchsstandes (3) Dimensionierung und
Kostenschätzung für den Versuchsstand.
Konstuktion einer Kleinstwindkraftanlage: Für eine Demonstrationsanlage ist ein geeignetes Schaufelprofil
auszuwählen, eine Demonstrationsanlage mit 80-cm-Schaufellänge zu konstruieren, eine Leistungsprognose für mittlere
Windgeschwindigkeiten von 3…5m/s abzugeben und
Konstruktionszeichnungen in CAD anzufertigen sowie
Fertigungspläne zu erstellen.
Holzvergaserprüfstand (2008): Für einen vorhandenen Holzvergaser-Pkw ist die vorhandene Ausrüstung
ingenieurgerecht zu analysieren und zu bewerten. Dazu ist das System zunächst fachgerecht hinsichtlich
thermochemischer Umsetzung, Energiebilanz, und Prozessführung darzustellen. Aus der vorhandenen Konfiguration sind
Empfehlung für einen neu zu konzipierenden Aufbau abzuleiten und ein Vorentwurf zu erstellen.
Wavestar (2008): Das Systeme WAVESTAR (http://www.wavestarenergy.com/) ist hinsichtlich seiner Energieeffizienz zu
bewerten. Ausgehend von einer Wellenhöhe von 1m sind die Leistungspotentiale der vorhandenen Pilotanlage zu
prognostizieren. Es ist zu prüfen, ob die Anlage auf den Labormaßstab herunterskaliert werden kann. Hierzu ist eine
Vorstudie (Berechnung und Grobentwurf) zu erstellen.
Biogas-Campus (2008): Am Campus Berliner Tor arbeiten ca. 160 Prof. und etwa die gleiche Anzahl an Mitarbeiter in
Lehre und Verwaltung (plus Hochschulverwaltung), es studieren ca. 5000 Studierende am Standort Berliner Tor. Es fallen
entsprechende Mengen an Abortwasser und Reste aus dem Mensabetrieb an. Es ist eine Machbarkeitsstudie für eine
Biogasanlage zur Stromerzeugung für den Standort zu erstellen. Dazu sind die Stoffströme zu bilanzieren und möglichst
exakt abzuschätzen. Die daraus resultierende Biogas- und Energiemengen sind darzustellen und bewerten. Für die
motorische Verbrennung sind geeignete Motorenanbieter auszuwählen (kleine Marktübersicht) und die elektrischen und
thermischen Erträge zu prognostizieren.
Osmosekraftwerk (2008): Ein Osmosekraftwerk (Salzgradientenkraftwerk) ist ein Kraftwerk, das den Konzentrationsunterschied des Salzgehaltes zwischen Süßwasser und Meerwasser nutzt. Für eine Machbarkeitsstudie sind die
physikalischen Wirkmechanismen und die Leistungspotentiale darzustellen (Literaturrecherche) und zu bewerten
(Überschlagsrechnungen Stoff- und Energieströmen). Darauf aufbauend ist eine Konzeptstudie für einen Versuchsstand
zu erstellen (Werkstoffe, Materialien, Prüfstandsausstattung, geometrische Abmessungen, ggf. Prüfstandsvarianten). Die
Konzeptstudie soll inhaltlich und formal wissenschaftlichen Ansprüchen genügen und Grundlage für die Detailplanung sein.
Anhang: Prüfungs- und Studienordnung des Studienganges
Regenerative Energietechnik7
7
http://www.fh-flensburg.de/fhfl/satzungen_ret.html