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Betriebsoptimierung, -monitoring und Transfer im Energetischen Nachbarschaftsquartier Helleheide, Teilvorhaben: Betriebsführungsoptimierung von Energieanlagen unter besonderer Berücksichtigung von unsicheren Prognosen, Optimierung bezüglich multipler Kriterien

Im zukünftigen Energiesystem mit 100% erneuerbaren Energien ist es essentiell die dezentrale Sektorenkopplung von Strom, Wärme und Elektromobilität auf Quartiersebene effizient zu vernetzen. Das ist besonders relevant für die Nutzbarmachung und Realisierung lokaler netzdienlicher Flexibilitätspotenziale für die Systemstabilität, als auch für die sichere digitale Kommunikation sowie die Akzeptanz und verstetigte Anwendung der Konzepte abseits von Pilotprojekten. Als Basis für die Evaluation stimmiger Konzepte und Planungen werden aber konkrete (Mess-) Daten und Informationen aus der Nutzungsphase eines Quartiers benötigt. Das innovative Reallabor Helleheide bietet dazu die einmalige Gelegenheit, zu untersuchen, was nach der Konzeptionierung, dem Aufbau im Quartier und der ersten Inbetriebnahme geschieht, z. B. inwiefern geplante Synergien sich realisieren und in welchem Maße die Akzeptanz der vielfältigen Stakeholder auch im Betrieb eine Rolle spielt. Das Vorhaben knüpft daher als Phase 2 an das vom BMWK und BMBF geförderte Vorhaben 'Energetisches Nachbarschaftsquartier Fliegerhorst Oldenburg' mit dem Förderkennzeichen 03SBE111 an. Die längerfristigen Akteursbeziehungen sind im Reallabor Helleheide dabei von zentraler Bedeutung. Hervorzuheben sind neben der vertrauensvollen und konstruktiven Zusammenarbeit zwischen Projektteam und Akteuren im Quartier (Bewohner*innen, Planer*innen und Entwickler*innen, Handwerker*innen, Wissenschaftler*innen) besonders die Einmaligkeit des erreichten Energieversorgungssystems sowie die Diversität im Bereich der Bewohnerstrukturen. Während des Projekts wird der Betrieb der Energieanlagen optimiert und gemonitort, welcher insbesondere durch Unsicherheiten bei der lokalen Energieerzeugung aber auch dem Nutzerverhalten geprägt ist. Hierbei kommen Algorithmen zum Einsatz die schon bei der Konzepterstellung verwendet wurden, um Emissionen zu reduzieren und zu vermeiden. Weiter erfolgt ein Abgleich der Modelle unter Nutzung der Messdaten.

Neuentwicklung und Optimierung von Trocknern fuer die Ziegelindustrie

Die instationaeren Vorgaenge (Temperaturaenderungen) bei der Trocknung keramischer Gueter in grossen Trocknern wie sie beispielsweise in der Ziegelindustrie eingesetzt werden, wurden durch ein mathematisch-physikalisches Modell simuliert. Diese Modellierung konzentrierte sich auf den eigentlichen Tockner. Erfasst wurde hierbei das Verhalten derartiger Kammern in Verbundbauweise ebenso wie der Einfluss der Speicherwirkung des Erdbodens bzw. der Bodenplatten. Die bisher simulierten Trockner waren aus Fertigbauteilen (Blechkonstruktion mit inwaendig angebrachten Isolierungen) hergestellt.

Monitoring, Betriebsoptimierung und Know-how-Transfer im Pfaff-Quartier Kaiserslautern, Teilvorhaben: Transfer zu Fachplanern

Das Pfaff-Quartier ist ein 20 ha großes ehemaliges Fabrikgelände, das die Stadt Kaiserslautern zu einem klimaneutralen Mischquartier mit Gewerbe und wohnen entwickelt möchte. Die Quartiersentwicklung wird von 2017 bis 2024 fachlich unterstützt im 7. Energieforschungsprogramm durch das Leuchtturm-Vorhaben EnStadt:Pfaff, in dem Energie-, Mobilitäts- und Digitalisierungskonzepte erarbeitet und die Erstellung des Bebauungsplan begleitet wurde. Zwei Bestandsgebäude wurden energetisch saniert, eine Energiezentrale gebaut und die zentrale Quartiersachse mit der Versorgungsinfrastruktur in Betrieb genommen. Im Rahmen des Vorhabens werden verschiedene innovative Technologien zur Umsetzung klimaneutraler Quartiere demonstriert. Werkzeuge und Leitfäden in den Bereichen Energie, Bauen und Mobilität wurden entwickelt. Auch die sozialwissenschaftlichen Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Quartiersentwicklung wurden untersucht und ein Reallabor-Zentrum aufgebaut, um allen Interessierten die Ergebnisse zu vermitteln. Im Anschlussvorhaben EnStadt:Pfaff 2 wird das Quartier im aktuellen Ausbaustand gemonitort, um die Wirksamkeit der Konzepte zu überprüfen und zu belegen. Ausgewählte Technologien werden untersucht und optimiert, wie der Betrieb des Niedertemperatur-Wärmenetzes mit Einspeisung von Abwärme einer Kältemaschine, die bidirektionale E-Mobil-Ladeinfrastruktur zur Stützung des Stromnetzes, die Kundenanlage zur Erhöhung der Eigenstromnutzung sowie und die Nutzerfreundlichkeit digitaler Services. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Transfer der Erkenntnisse an lokale, regionale und überregionale Zielgruppen. Hierzu werden Veranstaltungen durchgeführt und gemeinsam mit den Teilnehmenden die Lösungsansätze diskutiert. Fachveröffentlichungen adressieren Planende und Umsetzende mit dem Ziel, durch den Know-how-Transfer die Transformation von Quartieren hin zur Klimaneutralität effizienter und zielgerichteter zu gestalten und zu beschleunigen.

Ökologische Durchgängigkeit, Standardisierung der Bewertung der Funktionsfähigkeit von Fischaufstiegsanlagen

Für eine Erfolgskontrolle nach dem Neubau von Fischaufstiegsanlagen und zur Klärung des Bedarfs der Verbesserung der Durchgängigkeit an bestehenden Anlagen. Dafür wird aus aktuellen Methoden der Funktionskontrolle ein Konzept entwickelt, welches für die Bundeswasserstraßen geeignet erscheint. Die Methoden werden in Naturmessungen optimiert und das Gesamtkonzept der Funktionskontrolle wird an Pilotstandorten geprüft und weiter verbessert. Am Ende soll eine Handlungsempfehlung für die Durchführung und Auswertung von Funktionskontrollen der Fischaufstiegsanlagen erstellt werden.

Energieoptimierte Produktion mit grünen Digitalen Zwillingen, Teilvorhaben: Energie- und Lastenmanagement (greenProdEnergie)

Bidirektionale Flexibilität durch Flottenkraftwerke in und um Unternehmen, Teilvorhaben: Lokales intelligentes Energiemanagement

Entwicklung eines Verfahrens zur Stickstoffelimination aus kommunalen Abwässern mit Hilfe einschlussimmobilisierter Bakterien sowie zur Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs von Kläranlagen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die Nitrifikation in kommunalen Kläranlagen wird zur Zeit durch eine unselektive Schlammrückführung und vergleichsweise starke Belüftung erzielt. Hierdurch wird neben der gewünschten Ammoniumoxidation ein bedeutender Anteil des vorliegenden Kohlenstoffs durch heterotrophe Mikroorganismen ungewollt oxidiert, sodass er in der anschließenden Denitrifikationsstufe nicht mehr zur Verfügung steht. Besonders in der kalten Jahreszeit erfordert das langsame Wachstum der nitrifizierenden Bakterien ein hohes Schlammalter. In einer Pilotanlage soll untersucht werden, ob durch den selektiven Einschluss von Nitrifizierern in synthetische Hydrogele die Nitrifikationsleistung bei gleichzeitiger Verringerung der Belüftung erhöht werden kann. Fazit: Das Ziel einer energiereduzierten Nitrifikation auf Basis immobiliserter Nitrifizierer scheint aus unserer Sicht weiterhin erreichbar. Folgende Schritte sind hierfür notwendig: Vermeidung der Biofilmbildung auf den Immobilisaten durch Optimierung des Reaktorkonzepts - Voranzucht der Biomasse innerhalb der Immobilisate unter optimalen Bedingungen - Kombination dieser beiden Schritte

Ueberarbeitung des Multibarrierensystems fuer Sonderabfaelle

Die Behandlung und Verwertung von Sonderabfaellen sowie die Sanierung von Altlasten hat unter sicherheitstechnisch optimalen Bedingungen zu erfolgen und sollte bei der Deponierung ein sicheres endlagergerechtes Produkt liefern. Die Verbesserung der bestehenden Verfahren und die Schaffung von Behandlungsalternativen mit hoeherer politischer Akzeptanz und Umweltrelevanz ist Ziel dieses Projektes.

Verfahren zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Aerosolen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomassen und Abfaellen

Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von Verfahrenskonzepten zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Feinstpartikeln und Schadgasen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse und Abfaellen. Das Vorhaben umfasst sowohl die Vermeidung der Aerosolbildung beim Verbrennungsprozess als auch die Verminderung von Schadstoffemissionen bei der Abgasreinigung. Im ersten Teil werden die Bildungs- und Umwandlungsmechanismen von Feinstpartikeln in Laborversuchen zur Verbrennung und Gasreinigung untersucht. Auf der Basis der experimentellen Daten werden bereits vorhandene Rechenmodelle weiterentwickelt. Diese Ergebnisse dienen zur Definition des optimalen Verfahrenskonzeptes, dessen wesentliche Schritte (Verbrennungsprozess und Aerosolabscheidung) im zweiten Teil des Vorhabens im Pilotmassstab an einer Holzfeuerungsanlage und einer Abfallverbrennungsanlage getestet werden. Unter Beruecksichtigung der Ergebnisse der anwendungsnahen Verfahrenstests werden die Rechenmodelle optimiert und die experimentellen Ergebnisse nachgerechnet. Die validierten Rechenmodelle dienen nach Abschluss des Vorhabens Anlagenbaufirmen zur Auslegung und zur Konstruktion der optimalen Verfahren zur Vermeidung und Verminderung von Aerosolen bei der energetischen Nutzung von Biomasse und Abfall.

Funktionskontrolle der Fischaufstiegshilfe am Schwarzen Wehr in der Plaue bei Cammer

Funktionsüberprüfung mittels Kontrollreuse (24x24h), - Fischbestandserfassung ober- und unterhalb der Wehranlage und Literaturstudie, - Fischaufstiegshilfen wurde als bedingt funktionstüchtig und potenziell selektiv wütend bewertet (8 Fischarten, 121 Individuen, Größenklasse 5 40cm), - Erarbeitung von Vorschlägen zur Funktionsverbesserung: und andere Konstruktion der Querwände, Sohlgestaltung.

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