Vortragsreihe "Aktuelle Herausforderungen der Elektrotechnik" im Wintersemester 2023/24

Dipl.-Ing. Ronald Halbauer, Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbH

Es besteht breiter gesellschaftlicher Konsens für einen weiteren Ausbau Erneuerbarer Energien. Dieser Zuwachs muss auch auf Verteilnetzebene durch einen Netzausbau begleitet werden.
Trotz massiver Investitionen ist der Betrieb eines engpassbehafteten Netzes zur neuen Normalität geworden. Um einen geordneten Verteilnetzbetrieb gewährleisten zu können, betreibt MITNETZ STROM seit 20 Jahren Engpass-Management. Redispatch 2.0 bildet dieses System im aktuellen rechtlichen Rahmen ab.
In diesem Vortrag werden einzelne technische Phänomene dargestellt und die Hintergründe beleuchtet.

Univ. Prof. Dr. Peter Bretschneider,Sebastian Flemming, Tom Bender, Arne Martin, Fraunhofer IOSB AST
Fraunhofer CINES: Team der Aktivität Vor-Ort-Systeme

Um das Ausbauziel von 215 GW für PV-Anlagen im Jahr 2030 zu erreichen, ist jährlich ein Zubau von ca. 19 GW PV-Leistung notwendig. Dies erfordert mehr PV-Dachanlagen auf Ein- und Zweifamilienhäusern genauso wie auf Mehrfamilienhäusern und Nichtwohngebäuden. Insbesondere in urbanen Räumen liegen noch erhebliche und derzeit ungenutzte Potenziale an Dachflächen für die Energiewende, die es gilt, vor Ort akzeptiert zu erschließen.
Intelligente Vor-Ort-Systeme auf Basis der vorrangigen Nutzung erneuerbaren Energien sind der Schlüssel, um diese EE-Potenziale akzeptiert und nachhaltig für die hocheffiziente Nutzung im Strom-, Wärme- und Mobilitätssektor zu erschließen. Im Vortrag wird dargestellt, um was es sich bei Vor-Ort-Systemen handelt und ein Überblick zu Vor-Ort-Systemen in Deutschland gegeben, um darauf aufbauend, anhand eines konkreten Beispiels die Potenziale von Vor-Ort-Systemen in Verbindung mit Möglichkeiten zum prädiktiven Energiemanagement zu beleuchten.

Matthias Zentgraf, Management CATL GmbH München, Arnstadt

- Kurzvorstellung von CATL als Unternehmen (weltweit, Marktposition, Produktspektrum)
- Anforderungen einer Lithium-Ionen-Batterizellfertigung (Gebäude, Herstellprozess,…)
- Zusätzliche Anforderungen aus der EU-Batteriverordnung (EU-Battery-Passport)
- Energiebedarf und Lösungsansätze zur Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen

Prof. Dr.-Ing. Christian Cierpka, Technische Universität Ilmenau

Das Konzept einer Carnot-Batterie klingt aus thermodynamischer Sicht zunächst sonderbar, da hochwertige elektrische Energie umgewandelt und in Form von Wärmeenergie gespeichert wird. Diese kann später nur zum Teil in elektrische Energie z. Bsp. mittels Wärmekraftmaschinen zurückgewandelt werden. Nutzt man aber eine Wärmepumpe, kann mit der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie deutlich mehr Wärme aus der Umgebung gewonnen und gespeichert werden. Der geringe Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine kann theoretisch voll ausgeglichen werden. Das große Potenzial liegt darin, dass thermische Energie in großem Maßstab, preiswert, sicher und für die Umwelt unbedenklich gespeichert werden kann. Eine Schlüsselkomponente ist dabei der Speicher, welcher möglichst viel Wärmeenergie möglichst lange speichern muss. Im Vortrag wird das Konzept Carnot-Batterie vorgestellt und auf aktuelle Forschung zu thermischen Schichtenspeichern an der TU Ilmenau eingegangen.

Prof. Dr-Ing. Patrique Fiedler, Technische Universität Ilmenau

Die mobile Überwachung elektrophysiologischer Daten außerhalb des Labors rückt zunehmend in den Fokus für Anwendungen wie Sportwissenschaften, Gehirn-Computer-Schnittstellen, Neurofeedback oder kontinuierliches Eigenmonitoring. In diesem Vortrag besprechen wir technologische und methodische Anforderungen sowie ausgewählte Lösungen modernster Sensoren und Signalverarbeitungsverfahren. Wir werden die Auswirkungen mobiler Aufnahmebedingungen im Lichte der Fortschritte bei der Entwicklung tragbarer Mehrkanalgeräte für den realen, selbstanwenderbezogenen Einsatz diskutieren.

Dr. Uwe Braun, INNIO, Jenbacher GmbH Frankenthal

Im Vortrag wird, basierend auf der politischen Planung des Umbaus der Gasversorgung auf Wasserstoff, aufgezeigt, mit welchen Technologien die Erzeugung und langfristige Speicherung elektrischer Energie vorgenommen werden kann.
Aus der Sicht eines Gasmotorenherstellers werden die technischen Möglichkeiten und Einsatzszenarien dargestellt.
Abschließend wird noch auf die Möglichkeit des Einsatzes von Ammoniak eingegangen.

Dr. rer. nat. Ingo Raufuß, Stromversorgungsunternehmen in Weimar

Thüringen bietet vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz der Geothermie. Dort, wo eine Erschließungsmethodik nicht funktioniert, greift oft eine andere. Im Vortrag werden alle Skalen der bedarfsgerechten Energiebereitstellung von Erdwärmesonden bis hin zur Tiefengeothermie vorgestellt. Speicher- und Kühlungsmöglichkeiten werden adressiert, genauso wie die Kombination von Erneuerbaren Systemen mit Geothermie. Der Fokus im Vortrag liegt auf dem Erfurter Tiefengeothermieprojekt.

Prof. Dr.-Ing. habil. Reiner S. Thomä, FIEEE, Technische Universität Ilmenau

Die Technik der Mobilfunknetze verläuft in Zyklen von ca. 10 Jahren. Dabei entwickeln sich die Anwendungsfelder kontinuierlich weiter. Während ursprünglich die drahtlose Telefonie und der mobile Zugang zum Internet im Mittelpunkt standen, sind es zunehmend Anwendungen in den Bereichen Industrie, Logistik und Verkehr. Aktuell wird diskutiert, welche Schlüsselmerkmale und innovative Anwendungen die zukünftige 6. Generation auszeichnen werden. Ein Thema, das uns auch an der TU Ilmenau beschäftigt ist die Integration von Funksensorik und Kommunikation (ISAC). Dabei werden die ohnehin ausgesendeten Funksignale quasi nebenbei auch für Radar- und Funkortung benutzt. Neben verschiedenen Anwendungen z.B. in der Automobiltechnik bieten sich Anwendungen im Bereich der zivilen Sicherheit, etwa zum Schutz der kritischen Infrastruktur an. Im Vortag wird eine kurze Einführung in die Forschung für ISAC gegeben und Anwendungsfälle werden diskutiert.  

Werner Diwald, Vorstandsvorsitzender Deutscher Wasserstoffverband

Das Energiesystem der Zukunft wird im Wesentlichen von witterungsabhängigen erneuerbaren Energie-Anlagen dominiert. Damit steigen die Herausforderungen an ein versorgungssicheres Wirtschaftssystem. Die Bundesregierung geht bereits heute davon aus, dass für die Gewährleistung der Versorgungssicherheit bis 2030 mind. 20 GW an Wasserstoffkraftwerken und Speichersysteme für grünen Wasserstoff von 35 TWh benötigt werden. 

Dabei geht es jedoch nicht nur um die sichere Stromversorgung, sondern auch um die gesicherte Versorgung der Unternehmen und Bürger mit Gütern jeglicher Art. Dieses kann nur mit einer Wasserstoff-Mobilität gewährleistet werden.

Dipl.-Ing. Konrad Riße, Max-Planck-Institut für PlasmaphysikTeilinstitut Greifswald

Die Energiegewinnung aus der Kernfusion bietet ein enormes Potenzial, es ist die einzige von
der Menschheit noch nicht genutzte Primärenergiequelle. Die Vorteile der Kernfusion: Der
Brennstoff ist weltweit verfügbar, die Fusion ist grundlastfähig und hat kein Potenzial für
katastrophale Havarien. Die Forschung konzentriert sich darauf, wie ein über 100 Mio °C
heißes Plasma mit ausreichender Dichte thermisch gut eingeschlossen werden kann. Der
magnetische Einschluss mit supraleitenden Magneten bietet hierfür die am besten erforschte
Lösung, die Trägheitsfusion gilt als eine weitere Option. Privat finanzierte Start-ups mit
ambitionierten Planungen versprechen einen schnellen Weg zum Fusionskraftwerk, doch
dieser Weg ist nicht weniger „steinig“.

Dipl.-Ing. Stephan Janeck, SWM – Stadtwerke München

Die Stadtwerke München betreiben in der Stadt München und teilweise im Münchner Umland die Strom-, Erdgas-, Fernwärme-, Fernkälte- und Trinkwasserversorgungsnetze, den öffentlichen Nahverkehr, die Münchner Bäder und die Telekommunikationsnetze. Ein zentrales Unternehmensziel stellt dabei die Versorgungssicherheit dar. Die darin geforderte Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit werden durch eine Vielzahl von Maßnahmen erreicht. So sind Maßnahmen des Umweltschutzes, der Dezentralisierung und Vielfalt von Erzeugungsanlagen, der Redundanz von Betriebsmitteln nur einige Bestandteile. Sollte es doch mal zu Störungen kommen, sind schnell verfügbare Bereitschaftsdienste, 24/7 besetzte Leistellen und erarbeitete Störungs- bzw. Kommunikationskonzepte die Grundlage einer schnellen Störungsbehebung oder Wiederversorgung.

Peter Spengemann, wpd windmanager GmbH & Co. KG

Beim Repowering von Windenergieanlagen werden kleinere Anlagen durch leistungsfähigere Windkraftanlagen ersetzt. Dies ist notwendig, da im Zuge der Energiewende in Europa Windkraft einen deutlich größeren Anteil an der Stromproduktion übernehmen soll.Im Rahmen des Vortrags wird die Planung und Umsetzung einer solchen Maßnahme beleuchtet.
Dazu werden die Besonderheiten aus Betreibersicht einer Repoweringstrategie, planerische Anforderungen und die energiepolitischen Zielsetzungen anhand konkreter Konzepte und Strategien dargestellt.
Abschließend wird ein Ausblick auf den übergeordneten deutschen und europäischen Rahmen gegeben.

M. Eng. Gerald Jacob, A. Eberle GmbH & Co. KG Nürnberg

Die Verteilnetze stehen vor großen Herausforderungen in Zeiten der Energiewende.

Um den aktuellen Zustand des Netzes in der Tiefe bewerten zu können und in Zukunft einpolige Erdschlüsse automatisiert isolieren zu können, setzen eine Vielzahl von Verteilnetzbetreibern auf den Ausbau digitaler Ortsnetzstationen. Der Vortrag behandelt zum einen die grundsätzliche Funktions- und Herangehensweise in der Erdschlussortung sowie mögliche Ortungsstrategien, Geräte und Messtechnik. Zum anderen zeigt er am konkreten Beispiel der digitalen Ortsnetzstation „FF-U 2.0“ des Verteilnetzbetreibers Netze BW die kommunikative Anbindung der Erd- und Kurzschlussanzeiger an Leitstelle, ein zentrales Patch- und Devicemanagement und einen MQTT basierten IoT Datenpool.

Dr.-Ing. habil. Matthias Sturm, TEAG Thüringer Energie AG

Die umwelt- und klimapolitischen Ziele in Deutschland und Europa bedeuten für die Energiewirtschaft einen fundamentalen Transformationsprozess zur Erreichung der bis 2045 umzusetzenden Treibhausgasneutralität. Die zentrale Frage für ein künftiges Gesamt-Energiesystem wird sein, aus welchem (erneuerbaren) Energiemix die perspektivischen Verbrauchssektoren bedient werden und wie dabei die Versorgungssicherheit und auch Bezahlbarkeit gewährleistet bleibt. Hier steht die Energieversorgung durchaus am Scheideweg, weil in dem Ringen um die volkswirtschaftlich optimale Lösung im Einzelfall verschiedene Szenarien und untereinander diverse antagonistische Versorgungsvarianten diskutiert werden. Eines der Themen ist hierbei die Zukunft der Gasnetze,  perspektivisch möglicherweise betrieben mit Wasserstoff und Biomethan.

Im Vortrag werden die Situation und die Entwicklung der Energieerzeugung, der Netze und des Energieverbrauches auch unter Berücksichtigung neuer bzw. erweiterter Versorgungsaufgaben dargestellt und deren Auswirkungen auf das Gesamtsystem diskutiert. Am konkreten Beispiel der Thüringer Energieversorgung wird hierbei beleuchtet, wie die TEAG-Gruppe – auch beispielhaft vertretend auch für andere Thüringer Versorger und Stadtwerke – mit den Herausforderungen umgehen und welche Schritte zur Umsetzung des Transformationsprozesses unternommen werden. Hierbei werden auch konkrete Projekte und Planungen von Erzeugungs- und Netzinfrastrukturen in der Thüringer Energieversorgung vorgestellt.

M. Sc. Johannes Anzeneder, Siemens AG, Siemens Deutschland

Unsere Energieverteilung wird immer komplexer. Große Potentiale für Einsparungen und Effizienzsteigerungen liegen vor allem im Bereich der Verbraucher- bzw. Niederspannungsebene. Hier braucht es einfache Lösungen, die den Herausforderungen der Netzdimensionen und Anzahl an Einspeise- und Entnahmestellen gewachsen sind. Erfahren Sie, wie integrierte Messtechnik es ermöglicht, die Energieverteilung nicht nur als reine Versorgungsfunktion zu betrachten, sondern als wertvolle Datenquelle für umfassende Erkenntnisse und Mehrwerte. Dabei sind es die einfachen und vielfältigen Möglichkeiten, die sich durch die Analyse und Auswertung dieser Daten ergeben und dazu beitragen, Effizienz zu steigern, Kosten zu optimieren und nachhaltige Entscheidungen zu treffen. Integrierte Messtechnik in Verbindung mit IoT bietet das Potential für einfach installierbare und intuitiv nutzbare Lösungen.

„Energie-, Wärme- und Mobilitäts-Anforderungen im Rahmen der Energiewende - Lösungen bei einem Verteilnetzbetreiber in smarten Netzen im Zeitraum bis 2030“

Dipl.-Ing. Dirk Sattur, Technischer Geschäftsführer Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbH Halle

„Netzdienliche Integration von Elektrolyseuren“

Dr. Florian Lessing, Business Development Manager und techn.wiss.Experte der Wasserstofftechnologie, VDE Offenbach

Die ersten Elektrolyseanlagen sind am Netz, und es zeichnet sich immer deutlicher ab, dass ein Teil des Wasserstoffbedarfs auch in Deutschland produziert werden wird. Dazu ist die Ausrichtung der Elektrolyseanlagen auf den Bedarf und die Eigenschaften des Energiesystems notwendig, um Sektoren effektiv zu koppeln und Potenziale zu nutzen. In dem Vortrag werden die Möglichkeiten und Herausforderungen der Integration von Elektrolyseuren durch Flexibilität vorgestellt und deren Relevanz diskutiert. Insbesondere werden die verschiedenen Elektrolyse-Technologien beleuchtet, ihre relevanten Eigenschaften erläutert und Rahmenbedingungen, Geschäftsmodelle sowie die Möglichkeit der zukünftigen Integration der Elektrolyse in das Stromnetz diskutiert.

„Wasserstoff und Kernenergie zur Schaffung künftiger Energiesicherheit – auch in Deutschland“

Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Hurtado, Technische Universität Dresden

Sichere Energieversorgung, Verkehrswende, Energiewende, Fachkräftesicherung: Diese Themen werden derzeit sehr intensiv diskutiert und stellen uns vor bedeutenden Herausforderungen. In Deutschland soll ein beschleunigter Hochlauf von (wasserstoffbasierten) Klimaschutztechnologien für die Bereiche Energieeffizienz, Erneuerbare Energien, Elektrifizierung und Wasserstoff bis 2045 zur Treibhausgasneutralität führen. Ein dazugehöriger Wasserstoffhochlauf soll simultan, d. h. nicht konsekutiv erfolgen und dabei in allen Prozessen sowie in der Sektorenkopplung optimal ablaufen.
Dass wir in Deutschland, Europa und auch weltweit unseren Fokus vehement auf die Reduktion von Treibhausgasemissionen einerseits sowie auf die stärkere Nutzung von Treibhausgas-Senken andererseits richten und daraus Handlungsmaßnahmen ableiten müssen, ist unstrittig. Hierzu sind nachhaltige Strategien heranzuziehen; Veränderungsstrategien sollten jedoch möglichst technologieoffen sein. Dieser Vortrag zeigt, weshalb Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität technologieoffener werden muss.
In den vergangenen vier Dekaden hat Deutschland in der Kraftwerkstechnik und beim Aufbau von komplexen Industrieanlagen exzellente Kernkompetenz aufgebaut. Umso wichtiger, dass im Rahmen der Umsetzung künftiger Strategien alle bisherigen Erfahrungswerte respektvoll einbezogen werden. Angesichts der künftigen Rolle der Kernenergie in nahezu allen Nachbarstaaten Deutschlands und eines gemeinsamen europäischen Verständnisses von Klimapolitik auf dem Weg zur Klimaneutralität stellt sich die Frage, wo der Europäische Gedanke bleibt.

„Elektrotechnisches Design eines Linearbeschleuniger-Systems“

Dr. Sven Müller, Siemens Healthcare GmbH Rudolstadt

Der Vortrag zum elektrotechnischen Design von Linearbeschleunigersystemen bietet eine umfassende Einführung in die Struktur von Linearbeschleunigersystemen, die in der onkologischen Therapie und industriellen Bildgebung Verwendung finden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Betrachtung des Systems sowie der detaillierten Funktionsbeschreibung der Hochfrequenzkette und des Pulsmodulators

„Röntgenröhren und weitere Strahlerzeuger und deren Anwendung in der Technik“

Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Spieß, beratend für FG ECG, Technische Universität Ilmenau

Das Röntgenspektrum enthält eine weitere wichtige Komponente, die charakteristische Strahlung. In der Röntgendiffraktometrie wird mit der Cu-Ka-Strahlung mit einer Energie von nur 8,04 keV gearbeitet. Die Intensität dieses Strahlungsanteiles ist aber ca.
25 – 35 größer als die Intensität vom Bremsspektrum bei der gleichen Energie.
In geeigneten Anlagen wechselwirkt diese monochromatische Strahlung mit der Kristallstruktur. Mit der Braggschen Gleichung lassen sich damit Änderungen in den Atomabständen im Pico- und Sub-Picometerbereich sicher messen, dies wird schon seit 1916 praktiziert.
In der technischen Radiographie wird Strahlung mit Energien bis zu 7 MeV eingesetzt (Medizin max. 150 keV). Damit lassen sich sehr große Bauteile, wie Fahrzeuge oder Flugzeuge, untersuchen.

„Der direkteste Weg, um mit Licht Brennstoffe herzustellen; die künstliche Photosynthese“

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. habil. Thomas Hannappel,Technische Universität Ilmenau

Die Halbleitertechnologie sowie die regenerative Energieversorgung sind von größter Bedeutung in Gesellschaft und Wissenschaft. In beiden Anwendungsfeldern erreicht man beste Leistungsmerkmale mit sogenannten III-V-Verbindungshalbleitern. Sie zeigen exzellente Eigenschaften und Rekordwerte sowohl bei Solarzellen wie auch bei der direkten solaren Wasserstofferzeugung oder der solaren Brennstofferzeugung durch CO2-Reduktion. Die Möglichkeiten, der Mechanismus und die offenen Fragen, um auf dem direktesten Weg mit Hilfe von Sonnenstrahlung für uns nutzbare chemische Energieträger bereitzustellen, werden diskutiert.

„Mamut Projekt Deutsche Energiewende – Beschleunigte Genehmigungsverfahren im Leitungsbau und beschleunigte Umsetzung der Vorhaben. Ein Blick in die Werkstatt“

Dipl.-Ing. Klaus Deitermann, TenneT TSO GmbH, Programm Direktor Nord, Bayreuth

„Die Präsentation „Mammut Projekt Deutsche Energiewende“ – Beschleunigte Genehmigungsverfahren im Leitungsbau und Umsetzung der Vorhaben. Ein Blick in die Werkstatt.“ von Herrn Klaus Deitermann, Programmdirektor bei der TenneT TSO GmbH, hat Folgendes zum Gegenstand: Nach einer Vorstellung des Unternehmens TenneT wird auf den Prozess zur Erstellung, Konsultation und legislativen Verankerung des aktuellen Netzentwicklungsplans (NEP) Strom 2037/45 eingegangen. Ausgehend vom aktuellen NEP werden Spezifika der Energieinfrastruktur beleuchtet sowie das Zielnetz im Unternehmensbereich der TenneT und in der ganzen Bundesrepublik beschrieben. Hier werden auch aktuelle Beschleunigungsbemühungen einbezogen. Den anschließenden Hauptfokus der Präsentation bilden organisatorische, gesetzliche und technische Herausforderungen und Chancen auf dem Weg zum Energie-Zielnetz in 2037/45.

 „Anwendung der Mikrosystemtechnik unter Nutzung von miniaturisierten Sensoren zur Erfassung der Kinematik der Wirbelsäule in intelligenten Textilien"

Dipl.-Ing. Thomas Helbig, Technische Universität Ilmenau

Mit der fortschreitenden Entwicklung und Miniaturisierung aller Arten von Sensoren ergeben sich stetig neue Möglichkeiten, diese in Stoffe oder Kleidungsstücke zu integrieren und damit innovative Produkte zu schaffen. Solche mit elektronischen Geräten oder Funktionen ausgestatteten sogenannten intelligenten Textilien (engl. smart clothes) werden in Zukunft unser alltägliches Leben verändern.
In diesem Vortrag wird die Entwicklung eines intelligenten T-Shirts zur Erfassung der Kinematik der Wirbelsäule am Fachgebiet Biomechatronik der TU Ilmenau nacherzählt. Mit dieser konnte ein studentisches Team 2022 den Competition of Students in Microsystems Applications vom Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik gewinnen und 2023 auf dem International Contest of Innovation iCAN in Kyoto, Japan einen hervorragenden zweiten Platz erreichen.
Von der Idee über die biomechanischen und technischen Grundlagen bis hin zur Realisierung eines Prototyps zeigen sich die Herausforderungen und Chancen bei der Entwicklung solcher Systeme.
Dipl.-Ing. Thomas Helbig hat das Projekt als universitärer Betreuer der Studierenden angeleitet und begleitet. Er verfügt über jahrelange Erfahrungen bei biologisch inspirierten Entwicklung technischer Systeme für die Biologie und/oder Medizin.

„Quantum Computing and Electromobility: Optimizing Charging Schedules with Uncertainties”

Dr.-Ing. Steve Lenk, Fraunhofer IOSB Ilmenau

Zu Beginn wird es eine kurze Einführung ins Thema Quantencomputing und in die verschiedenen Arten von Quantencomputern geben. Danach wird das Thema klassische Optimierung mit Quantencomputern eingeführt und an einem Anwendungsfall aus dem Gebiet der Elektromobilität die einzelnen Schritte zur Umsetzung erläutern. Bei dem Anwendungsfall handelt es sich um ein Problem zur optimalen Beladung von Servicefahrzeugen am Flughafen Erfurt-Weimar, bei welchem die Energie der eigenen Photovoltaikanlage genutzt werden soll. Die möglichen Vorteile und die derzeitigen Nachteile des Quantencomputings werden anhand des Beispiels erklärt und offenen Forschungsfragen aus dem Bereich der Optimierung mit Unsicherheiten andiskutiert.

„Höherauslastung von Netzen durch Assistenzsysteme in modernen Leitwarten“

Dr.-Ing. Steffen Schlegel, Technische Universität Ilmenau

Mit der steigenden Anzahl von Markteingriffen durch Netzbetreiber, den sogenannten Redispatch, ergibt sich der Bedarf der Höherauslastung von Netzen. Um die Höherauslastung unter sicheren Bedingungen gewährleisten zu können, brauchen Netzbetreiber Assistenzsysteme, die zum einen in der Entscheidungsunterstützung zum anderen in Systemautomatiken angesiedelt sind. Im Vortrag wird im speziellen auf das Konzept der kurativen Netzführung eingegangen und dargestellt, welche Erweiterung sich daraus in den Leitwarten der Netzbetreiber ergeben.    

Reiko Sänger, Director European Sales, MICATU

Die Stromnetze unterliegen drastischen Veränderungen, die noch zunehmen werden. In diesem Vortrag wird beleuchtet, was Stand der Mess-Technik war/ist, welche Auswirkungen die Energiewende auf die Messtechnik hat und was die bessere Alternative ist.
Ein seit langem bekanntes Grundprinzip hat die Kinderschuhe abgelegt und den Weg in die industrielle Verfügbarkeit gefunden – nun gilt es, dieses Wissen zu verbreiten und den Netzausbau endlich voranzubringen, denn ohne diesen kann die Energiewende nicht gelingen.

Dr. Sven Müller, Siemens Healthcare GmbH Rudolstadt

Der Vortrag gibt eine Einführung in den Aufbau von Linearbeschleunigern.
Diese Beschleuniger werden in der onkologischen Therapie und der industriellen Bildgebung verwendet.
Der Schwerpunkt des Vortrags ist die mathematisch, physikalische Beschreibung eines Beschleunigers und die technische Auslegung des Designs.
Des weiteren wird ein Überblick der fertigungstechnischen Herstellungsprozesse gegeben.

apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Keller, Technische Universität Ilmenau

Die Wechselwirkungen der Röntgenstrahlen mit dem durchstrahlten menschlichen Körpergewebe und mit dem Bildwandler generieren Anforderungen an die Parameter des mit der Röntgenröhre erzeugten Nutzstrahlenbündels. Mit zwei technischen Entwicklungssprüngen wurden die heute nutzbaren  Parameter erreicht: Die Elektronenröhren mit Glühkathode erlaubten erstmalig eine getrennte Einstellung von Hochspannung und Strom. Die strahlungsgekühlten Hochtemperatur-Drehanodenröhren ermöglichten kurze Aufnahmezeiten. Vor allem der letzte, entscheidende Schritt soll als ingenieurwissenschaftliche Lösung vorgestellt werden.

Prof. Dr.-Ing. Ronald Plath, Technische Universität Berlin

Im Rahmen der Energiewende entstehen in Deutschland zur Zeit HGÜ-Übertragungssysteme außerordentlicher Länge, die oft als „Korridorprojekte“ (A-Nord, Ultranet, SuedLink und SuedOstLink) bezeichnet werden. Diese Systeme dienen insbesondere zum Energieaustausch der Windenergie (vorwiegend im Norden, onshore und offshore) mit den Lastschwerpunkten und den Solaranlagen (vorwiegend im Süden). Erstmals weltweit werden diese Systeme größtenteils als HVDC 525 kV kunststoffisolierte Erdkabel ausgeführt. Die Inbetriebnahme dieser Kabel wird aktuell in den Jahren 2027-2030 erwartet. Der Vortrag geht kurz auf den aktuellen Stand der deutschen Korridorprojekte ein, widmet sich dann dem Verhalten von Polymerisolierungen unter dem Einfluss hoher Gleichspannungen und schließt mit den besonderen Herausforderungen an die Inbetriebnahmeprüfungen gemäß der Norm DIN IEC 62895:2019.

Prof. Dr.-Ing. habil. Hannes Töpfer, Technische Universität Ilmenau

Quantentechnologien sind derzeit in aller Munde. Kaum eine Woche vergeht, in der nicht in Elektronik- und Technologieportalen Mitteilungen über neue Ergebnisse, Entwicklungen, Trends oder Erwartungen kommuniziert werden. Die zugrundeliegenden Forschungsaktivitäten an Universitäten, in den Forschungsabteilungen großer Unternehmen oder in wissenschaftlichen Instituten laufen auf Hochtouren. Nach Jahren der Suche nach geeigneten physikalischen Strukturen zur praktischen Umsetzung von Quanteninformationstechnik ist der Stand des Erreichten so, dass die Schwelle zur Anwendbarkeit erreicht bzw. überschritten scheint. Konkret geht es um die Domänen Quantensensorik, Quanten-Computing und Quantenkommunikation.  Für die praktische Umsetzung haben sich supraleitende oder optische Komponenten als besonders erfolgsversprechend herausgestellt. Wegen der in Thüringen zu beiden Varianten bestehenden langjährigen Expertise hat sich 2021 der Quantum Hub Thüringen formiert, in welchem auch forschende Teams der TU Ilmenau Detailfragen zur Systemintegration betreiben.

Herr Konstantin Konson, IBM Böblingen

Im Vortrag wird ein Überblick über Motivation, Entwicklung und Perspektiven von Quantum Computing vermittelt. Die prinzipielle Funktionsweise des Quantum Computers wird erläutert. Anschliessend wird eine Live-Demo mit IBM Quantum präsentiert.

• Einführung Quantum Computing
• Was brauchen wir, um Fortschritt in Quantum Computing zu sichern (incl. Highlights Deutschland)
• Zukunftsblick Quantum Computing – Neuigkeiten in der IBM Quantum Roadmap
• Neue Initiativen um Industrie auf Quantum vorzubereiten „Quantum Safe“ & „Quantum Accelerator“

Dr.-Ing. Ralf Petri, VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik, Informationstechnik e.V. Offenbach

• Green Deal, Zero 2050 und die Zukunft der Mobilität: Welche Erwartungen haben Politik und Wirtschaft an die Antriebstechnologien der Zukunft (Batterie, Brennstoffzelle, E-Fuels) und teilen sie die gleiche Auffassung?
• Wie kann Deutschland angesichts der Konkurrenz aus den USA und China seinen Spitzenruf als Wirtschafts- und Technologienation halten, Arbeitsplätze sichern und gleichzeitig die Bevölkerung mitnehmen?
• Der VDE hat hierzu erstmals die Einschätzungen und Erwartungen von Meinungsführenden aus der Politik (parteienübergreifend) und der Wirtschaft (bspw. Autohersteller, OEMs, Zulieferer und Energieversorger) eingeholt.

Die Hauptbotschaft: Nur mit einem intelligenten, technologieoffenen Mix aus allen verfügbaren klimaneutralen Antriebstechnologien – Batterie, Brennstoffzelle und E-Fuels – kann das ambitionierte Klimaziel der EU „Zero Emission“ erfüllt werden.

Prof. Dr. Rik W. De Doncker, RWTH Aachen

Moderne Leistungselektronik ist in allen Bereichen des täglichen Lebens vertreten. In Handys, elektrischen Zahnbürsten, Elektroautos, Ladegeräten, PV-Wechselrichtern, Wind Turbinen, im Stromnetz und vielen weiteren Anwendungen ermöglicht Leistungselektronik eine effiziente und steuerbare Leistungsübertragung. Inbesondere bei Anwendungen in Stromnetzen ergeben sich hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit, da für eine sichere Versorgung hohe Betriebsdauern und geringe Ausfallraten erreicht werden müssen. Die nächste Generation der Leistungselektronik ist für diese Anwendungen bestens geeignet, da geringe Verluste, lange Lebensdauern und eine Online-Zustandserfassung einen zuverlässigen Betrieb ermöglichen und somit eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende darstellen. 

Dr. rer. nat. Jan Schnabel, Fraunhofer Institut für Produktonstechnik und Automatisierung IPA

Durch den rapide voranschreitenden technischen Fortschritt von Quantencomputing-Architekturen wird es zunehmend wichtiger, potenzielle Anwendungsgebiete dieser neuen Technologie zu evaluieren sowie Quantenalgorithmen neu- und weiterzuentwickeln. Parallel dazu ist durch die Klimakrise Wasserstoff als einer der Hauptenergieträger in aller Munde. Um allerdings den Energiebedarf zu decken, werden Hochleistungselektrolyseure im Gigawattbereich benötigt, wozu unter anderem es auch Fortschritte in der Materialforschung zum Auffinden geeigneter Elektrolysematerialien erfordert.
Der Vortrag wird sich im Superpositionszustand beider zukunftsweisenden Forschungsfelder bewegen und mit konkretem Anwendungsbezug aufzeigen, inwiefern quantengestütztes Maschinelles Lernen und Quantensimulationen die Wasserstoffforschung gewinnbringend ergänzen können. Im Zuge dessen werden zunächst allgemein die Paradigmen des Quantencomputings eingeführt, bevor verschiedene Aspekte des Quantum-Machine-Learnings beleuchtet und in einem Einblick Quantensimulationen diskutiert werden. Hierdurch bietet der Vortrag eine recht breitgefächerte Einsicht in verschiedene aktuell beforschte Themenfelder.

Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel, Technische Universität Braunschweig

Im Rahmen der Energiewende wird der Anteil der Erneuerbaren Energien (EE) bis 2030 auf möglichst 80% am Strommix erhöht. Schon heute kommt es in Deutschland stundenweise zu Verhältnissen, wo die Erzeugung aus EE die Last übersteigt. Dies bedeutet, dass Systemdienstleistungen zu Stabilisierung des Stromnetzes (z. B. Regelleistung, Blindleistung, Momentanreserve), die traditionell aus fossilen Kraftwerken erbracht wurden, jetzt von beispielsweise Photovoltaik- und Batterieanlagen kommen müssen. Der Vortrag gibt einen Überblick über die aktuellen technischen Möglichkeiten und die Handlungsbedarfe auf wissenschaftlicher, regulatorischer und wirtschaftlicher Seite.   

Dipl.-Ing. Stephan Schulz, 50Hertz Transmission GmbH

Die Systemstabilität des Stromsystems beruhte maßgeblich auf der Kopplung von den Massen der Synchronmaschinen mit dem Netz. Mit dem Wandel des Stromsystems von großen Stromerzeugern allein, über die Integration von vielen verteilten Stromerzeugern hin zu einer nahezu vollständigen Dezentralisierung wird die Sicherstellung der Systemstabilität zum Gemeinschaftswerk aller am Netz angeschlossenen Anlagen. Über die europäischen Network Codes, nationalen Anschlussregeln und spezifischen Anschlussbedingungen wird sichergestellt, dass die Anlagen die notwendigen Voraussetzungen mitbringen, um Systemdienstleistungen zu erbringen. Der Vortrag wird einen Überblick über die Regelungen und deren Entwicklungen geben, die für die Systemstabilität notwendigen Systemdienstleistungen kategorisieren und versuchen an einem Beispiel das Zusammenspiel der Systemdienstleistungen darzustellen.

Dipl.-Ing. Axel Roll, Neways Technologies GmbH Erfurt

Wie Medizingeräte entwickelt werden, ist stark durch Normen und Standards reglementiert.
Es wird beleuchtet welche normativen Anforderungen bei der Entwicklung von Medizingeräten gelten und in welchem Zusammenhang sie zueinanderstehen. Es wird gezeigt wie diese nicht nur die Entwicklung selbst sondern vor allem die Dokumentation beeinflussen. 

Dr.-Ing. Christian Bornkessel, Technische Universität Ilmenau, Institut für Informationstechnik, Fachgebiet Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Der derzeitige Aufbau des 5G-Mobilfunknetzes wird in Teilen der Bevölkerung wegen möglicher gesundheitsschädigender Effekte mit Sorge betrachtet. Ursachen sind hier fehlende oder falsche Informationen zu den durch Mobilfunk-Basisstationen hervorgerufenen Immissionen und deren biologische Wirkungen auf den Menschen.

Im Vortrag sollen folgende Aspekte diskutiert werden:

Wo tritt im Mobilfunknetz elektromagnetische Strahlung auf?
Wie groß ist sie?
Wie werden Grenzwerte für Mobilfunkstrahlung gebildet?
Wie ist der Forschungsstand zu biologischen Wirkungen?

M.Sc. Diana Zahn, Technische Universität Ilmenau, Institut für Biomedizinische Technik und Informatik

Magnetische Nanopartikel bieten dank ihrer einzigartigen Eigenschaften vielfältige innovative Einsatzmöglichkeiten in der Medizin. Der Vortrag gibt einen Einblick zum Einsatz der Nanopartikel in Mikrosphären für therapeutische Wärmebehandlungen (Hyperthermie), die gezielte Freisetzung von pharmakologischen Wirkstoffen und die Separation von Pathogenen. Es werden aktuelle Forschungsarbeiten am Institut BMTI der TU Ilmenau rund um das Thema magnetische Nanopartikel und Mikrosphären vorgestellt und Aspekte beleuchtet, wie die nötige Anpassung und Optimierung der Mikrosphären an das jeweilige Anwendungsszenario erreicht werden kann.

Dipl.-Ing. Frank-Helmut Wehner, Microgrid Special Sales Nordics&Baltics, DACH, CEEI, Digital Energy Division, Energy Management Business Schneider Electric Operations Consulting GmbH

Die Energielandschaft unterliegt zurzeit dem größten Wandel der letzten 100 Jahre. Gleichzeitig ist politisch gewollt, dass sich Verbraucher zu sogenannten Prosumenten wandeln und aktiv am Energiemarkt beteiligt sind. Microgrids sind Energiesysteme an einem Endverbraucher-Standort und bestehen aus verteilten lokalen Erzeugungseinrichtungen, Speichern und Lasten. Mit ihrer Hilfe werden die Endverbraucher befähigt, ihre Energieressourcen so zu orchestrieren, dass den Verbrauchern die kostengünstigste und grünste Energie, die möglich ist, bereitgestellt wird. Darüber hinaus helfen diese, die Resilienz der Energieversorgung zu verbessern und ggf. einen Betrieb auch bei einem Netzausfall aufrecht zu erhalten. Gleichzeitig bieten sie die Möglichkeit, vorhandene Flexibilitäten zu vermarkten.

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Friedrich Schiller University Jena, Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena)

Organische Materialien, insbesondere organische Polymere, die als aktive Materialien in Batterien eingesetzt werden, sind derzeit ein intensiv untersuchtes Forschungsthema. Die Verwendung dieser Materialien stellt einen vielversprechenden Ansatz unter Berücksichtigung der Nachhaltigkeit, z. B. durch niedrigere Temperaturen bei der Herstellung sowie der Vermeidung von toxischen Elementen und Substanzen sowie von Schwermetallen, der Verarbeitbarkeit, z. B. durch druckbare Batterien, sowie der Leistung, z. B. durch eine hohe Leistungsdichte (Schnellladefähigkeit),dar. 
Herr Prof. Dr. Schubert zeigt in seinem Vortrag auf, was wir in Deutschland dazu praktisch bereits erreicht haben.

Carsten Wolff, Vice President High Voltage Projects, NKT GmbH & Co. KG Kölln

Im Rahmen der Energiewende ist ein beschleunigter Ausbau der elektrischen Netzinfrastruktur erforderlich. Neben vorhandenen konventionellen Lösungen bieten sich insbesondere sehr kompakte supraleitende HTS-Hochleistungskabelsysteme als neue Lösungen an, die Kernthema des Vortrages sind. Heutige HTS-Hochleistungssysteme sind für den Einsatz in Hochspannungsnetzen geeignet (z.B. 110 kV) und bieten die Möglichkeit, eine Leistung von 500 MVA zu übertragen. Diese verlustarme Übertragung bei sehr kompakten Abmessungen ist eine Erweiterung der Toolbox und adressiert eine nachhaltige Lösung mit geringerem Einfluß auf die Stakeholder.

Dipl.-Ing. Stefan Kämpfer, Phoenix Contact Deuschland GmbH Blomberg, Industriemanagement Energie

Der fortschreitende Ausbau der erneuerbaren Energien führt zur weiteren Dezentralisierung und Volatilität in der elektrischen Energieversorgung. Die Energiewende findet somit zu einem Großteil im Verteilnetz statt. Gleichzeitig digitalisiert sich der Netzbetrieb zunehmend. Um den Herausforderungen in den Mittel- und Niederspannungsnetzen zu begegnen, finden digitalisierte Ortsnetzstationen immer weitere Verbreitung. Des Weiteren wurde in den aktuellen VDE-Anwenderregeln den Anforderungen an den Netzanschluss Rechnung getragen.  
Der Vortrag stellt beide Bausteine in den folgenden Schwerpunkten vor:

• Hintergründe und Historie
• Digitalisierung im Verteilnetz
• Konzepte digitalisierter Ortsnetzstationen
• Grundlagen und Anforderungen für Kundenstationen aus der Anschlussregel VDE AR-N-4110
• Konzepte und Systemlandschaft für den zukunftsfähigen Betrieb
• Technische Lösungen
   

Dipl.-Ing. Eric Markweg, VP Innovation Management, avateramedical Mechatronics GmbH

„avatera ist der Name des ersten deutschen Systems, welches Ärzten und Patienten den Zugang zu den Vorteilen minimal-invasiver, robotisch-assistierter Chirurgie ermöglichen wird. Basierend auf dem aktuellen Stand der robotergestützten Chirurgie wurde das avatera-System exakt auf die Bedürfnisse seiner Nutzer zugeschnitten und ermöglicht somit ein Höchstmaß an Komfort, einfache Kommunikation im Hörsaal und präzises, sicheres Operieren.“  

Abert, P.; Dr. Veit Zöppig, CTO, MOTEON GmbH Ilmenau

Einleitend wird das Arbeitsgebiet “Regelung von Elektromotoren in mobilen Systemen” vorgestellt und aktuelle Herausforderungen, die sich aus den Umwälzungen der Automobilindustrie (alternative Antriebe, neue Geschäftsmodelle, neu E/E-Architektur) ergeben.Speziell wird auf die Prozesse und Methoden in der Funktions- und Softwareentwicklung eingegangen.
In einem zweiten Teil teilen wir die Sicht eines Berufsanfängers in diesem Bereich, insbesondere mit einem Blick auf Dinge, die er heute benötigt und ob und wie diese in seiner Ausbildung an der TU Ilmenau berücksichtigt wurden.

M.Sc. Maximilian Schima, Technische Universität Ilmenau, Institut für Elektrische Energie und Steuerungstechnik

Um die Netze der Zukunft, z.B. DC-Microgrids, sicher betreiben zu können, müssen Erzeuger, Speicher, Anlagen und Verbraucher zuverlässig zu- und abgeschaltet werden. Hier können mechanische, hybride und leistungselektronische Schaltgeräte zum Einsatz kommen. Diese müssen in Zukunft größere Leistungen noch schneller als bisher zuverlässig schalten können. An allen drei Schaltprinzipien wird momentan geforscht. Im Verbundprojekt „FASS – fast and selective switching“ wird beispielsweise das Lichtbogenlaufverhalten in mechanischen Schaltgeräten bei kleinen Kontaktabständen untersucht.

Prof. Dr.-Ing. Peter Bretschneider, Technische Universität Ilmenau, Institut für Elektrische Energie und Steuerungstechnik,
Sebastian Flemming (Senior Scientist) Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB

Zum Gelingen der Energiewende können Quartiersenergiekonzepte einen wichtigen Betrag leisten, um lokale Energieressourcen effizient und gezielt zu nutzen. Eine auf lokalen erneuerbaren Energiequellen beruhende sektorenübergreifende Energieversorgung im Quartier, kann bei der Transformation hin zu einem CO₂-neutralen Gesamtenergiesystem einen wichtigen Baustein darstellen. Eine wesentliche Voraussetzung für diese Transformation ist die Nutzbarmachung von Flexibilitätspotenzialen zur Anpassung des sektorenübergreifenden Energieverbrauchs an die fluktuierende Energiebereitstellung erneuerbarer Quellen. Im Rahmen des Vortrags werden unterschiedliche Betriebsführungsansätze für Wohnquartiere in Verbindung mit Nutzungsmöglichkeiten von Flexibilitätsoptionen am Beispiel eines realen Quartiers dargestellt, verglichen und bewertet.

„Alternative Antriebe für den Schienenverkehr“

Dipl.-Ing. Jan-Thomas Walther, DB Energie GmbH Frankfurt am Main, Netz- und Systemtechnik (I.ETZ3)

Die Bahnelektrifizierung stellt einen wichtigen Meilenstein in der Verkehrswende dar. Die Hauptachsen des europ. Eisenbahnnetzes sind weitestgehend elektrifiziert. Auf den weniger belasteten Nebenstrecken und Elektrifizierungslücken sind schnelle (Zwischen-)Lösungen ohne lange und kostenintensive Planungs- und Bauprozesse von der Öffentlichkeit gefordert. Derzeit werden in Deutschland eine Reihe von Projekten mit Fahrzeugen mit elektr. Batterieantrieb oder Wasserstoffantrieb realisiert, für die auch eine besondere Versorgungsinfrastruktur aufgebaut werden muss. Dabei ergeben sich für die Industrie und die Betreiber völlig neue Herausforderungen bei der Sicherstellung eines hochverfügbaren und  sicheren Betriebes und der Gewährleistung der Systemkompatibilität zwischen Fahrzeugen, stationärer Versorgungsinfrastruktur und der Sicherungs- und Signaltechnik entlang der Strecke.

Prof. Dr.-Ing. Markus H. Zink, Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt, I·E·H·T Institut für Energie- und Hochspannungstechnik

Spätestens seit dem Krieg in der Ukraine gewann die Energiepolitik im Allgemeinen und die Energiewende im Speziellen bei uns enorm an Aufmerksamkeit. Es wurde allen schlagartig bewusst, wie abhängig wir von einer zuverlässigen Energieversorgung sind und wie unsere Energietechnik aufgebaut ist. Dieser Vortrag soll das Thema Energietechnik möglichst umfassend beleuchten und insbesondere die Dimensionen, um die es geht, greifbar machen und durch aktive Mitmach-Fragen bei den Hörern „Aha-Erlebnisse“ produzieren.