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Wirkung parasitärer elektrischer Ströme (stray-currents) auf tribologische Kontakte in Maschinenelementen von Windenergiegetrieben, Teilvorhaben: Übertragung der Erkenntnisse von der Komponentenebene auf die systemrelevante Getriebegröße sowie Verifizierung des elektrischen Ersatzmodells

Entwicklung eines oelfreien Getriebes mit minimalen Reibungsverlusten

Fahrzeugerprobung eines umweltfreundlichen Antriebes

Fachbereich: Thermodynamik und Emissionsforschung - Verkehr und Umwelt

ZIELSETZUNG Das Ziel des Arbeitsbereiches ist es durch Erforschung des Wirkungskreises Schadstoffemissionen und Immissionen sowie alternativer Kraftstoffe und Antriebe Grundlagen zur nachhaltigen Verbesserung der Lebensqualität zu erarbeiten. Die wichtigsten Forschungsgebiete sind die Messung und Simulation der Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, deren Ausbreitung und die dabei auftretenden luft-chemischen Reaktionen. SPEZIALGEBIETE - Messung und Simulation von Emissionen und Energieverbrauch des Verkehrs: - Prüfstandsmessungen und Simulation von Einzelfahrzeugen, Motoren und Aggregate (PKW und Nutzfahrzeuge) - Vergleichende Studien zu alternativen Antriebsarten und Kraftstoffen - Untersuchungen zu Eigenschaften und Anforderungen an Biodiesel - Emissions-Modellrechnungen für lokale, regionale und globale Problemstellungen - Strömungssimulation und Thermodynamik: - atmosphärische Strömungen in der Mikro und Mesoskala - technische Strömungen in Maschinen, Anlagen und Gebäuden - Turbulenzbetrachtungen in mikroskaligen Gebieten - Schadstoffausbreitung: - bei komplexen Verbauungen (Mikroskala) - einfaches und komplexes Gelände (Mesoskala) - Luftchemie - Messung von atmosphärischen Spurenstoffen: - Monitoring - 'Open-path remote sensing' Technologie Tunnellüftung - Lüftungsauslegung - Brandfall - Umweltverträglichkeitsuntersuchungen

Stromverbrauch

<p>Der Stromverbrauch in Deutschland ging seit dem Höhepunkt im Jahr 2007 tendenziell zurück. Den meisten Strom verbraucht die Industrie, gefolgt von den privaten Haushalten, dem Gewerbe-, Handels- und Dienstleistungssektor und dem Verkehrssektor.</p><p>Entwicklung des Stromverbrauchs</p><p>Der Höhepunkt des deutschen Stromverbrauchs wurde im Jahr 2007 mit 625 Terawattstunden (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=TWh#alphabar">TWh</a>⁠) verzeichnet. Die Bundesregierung hat sich 2010 in ihrem <a href="https://www.bundesregierung.de/resource/blob/974430/439778/794fd0c40425acd7f46afacbe62600f6/2017-11-14-beschluss-kabinett-umwelt-data.pdf">Energiekonzept</a> zum Ziel gesetzt, den Stromverbrauch bis zum Jahr 2020 um 10 % gegenüber dem Verbrauch des Jahres 2008 zu senken. Dieses Ziel wurde im Jahr 2020 mit einem Rückgang um etwa 10,5 % erreicht. Allerdings war der Stromverbrauch in diesem Jahr von den Auswirkungen der Corona-Pandemie geprägt. Nach einem vorübergehenden Anstieg im Jahr 2021 sank der Stromverbrauch in den Jahren 2022 und 2023 schließlich auf den niedrigsten Wert seit der Wiedervereinigung. Allerdings waren beide Jahre von Sondereffekten durch den Krieg in der Ukraine gekennzeichnet (allgemeine Sparbemühungen wegen eines erwarteten Erdgas-Mangels 2022, Rückgang der Industrieproduktion). Im Jahr 2024 stieg der Stromverbrauch auf nunmehr 528 TWh (siehe Abb. „Bruttostromverbrauch“).</p><p>Künftig ist mit einer Zunahme des Stromverbrauchs zu rechnen, da Effekte der sogenannten „Sektorkopplung“ einzuplanen sind. Dazu zählt, dass sowohl Fahrzeugantriebe als auch die Wärmebereitstellung in Gebäuden (Stichwort Wärmepumpe) verstärkt elektrisch erfolgen sollen.</p><p>Maßnahmen: Energieeffizienz...</p><p>Die wichtigsten Maßnahmen in den Sektoren Haushalte und Kleinverbrauch sind die Ausweitung und Verbesserung von Effizienzstandards für elektrische Geräte und energieverbrauchsrelevante Produkte im Rahmen der Umsetzung der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/produkte/oekodesign/oekodesign-richtlinie">Ökodesign-Richtlinie</a> (2009/125/EG) sowie eine wirksame Energieverbrauchskennzeichnung. Innovative Querschnittstechniken in der Industrie – etwa effizientere Elektromotoren und Druckluftsysteme – können darüber hinaus ebenfalls einen Beitrag leisten. Ein verpflichtendes Energiemanagement und die verbindliche Umsetzung von identifizierten wirtschaftlichen Einsparmaßnahmen können den Unternehmen dabei helfen, Kosten zu sparen.</p><p>… und Erneuerbare Energien</p><p>Im Verkehrssektor strebt die Politik eine Steigerung der Elektromobilität an. Dies geht einher mit einem stetig wachsenden Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch (siehe Abb. „Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch“). Eine vorübergehende Ausnahme von diesem Trend war das Jahr 2021 mit einem deutlichen Rückgang des erneuerbaren Anteils auf Grund sehr ungünstiger ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Witterung#alphabar">Witterung</a>⁠ und geringen Zubaus neuer erneuerbarer Kapazitäten. Hintergründe zu dieser Entwicklung sind auf folgender Webseite zu finden (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen#uberblick">Link</a>). Im Jahr 2024 stieg der Anteil der erneuerbaren Energien am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Bruttostromverbrauch#alphabar">Bruttostromverbrauch</a>⁠ auf einen neuen Höchstwert von 54,1 %. Wesentlich dafür war unter anderem ein neuer Höchststand bei der Einspeisung von Strom aus Wind- und Photovoltaikanlagen (siehe Artikel „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen#strom">Erneuerbare Energien in Zahlen</a>“) bei einem wieder leicht steigenden &nbsp;Bruttostromverbrauch.</p><p>Die Erneuerbaren leisten damit im Bereich der Stromversorgung einen großen Anteil zum Erreichen der deutschen Klimaschutzziele. Im Erneuerbare-Energien-Gesetz hat der Gesetzgeber im Jahr 2022 verankert, dass der Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch bis 2030 auf mindestens 80 % steigen soll.</p>

Mit Sensoren für eine saubere Fahrweise

Die Motoren von Binnenschiffen gelten allgemein als ineffizient und dreckig - ihr Schadstoffausstoß gilt immer noch als zu hoch. Aber ist diese pauschale Aussage richtig? Die Ladungsmenge auf einem einzelnen Binnenschiff übertrifft diejenige von LKW und Bahn um ein Vielfaches, wodurch der Transport im Allgemeinen sehr effizient ist. Trotzdem ist der Schadstoffausstoß verhältnismäßig hoch, weshalb die Europäische Union die Grenzwerte für ausgestoßene Schadstoffe auch für die Binnenschifffahrt verschärfen wird. Im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON2020 beteiligt sich die BAW am Vorhaben PROMINENT (promoting innovation in the inland waterways transport sector; http://www.prominent-iwt.eu/). Das Vorhaben hat zum Ziel, den Treibstoffbedarf und die Luftschadstoffemissionen der Binnenschiffe durch technische Maßnahmen und energieeffiziente Navigation zu reduzieren. Mit der Entwicklung eines Assistenzsystems erhält ein Schiffsführer Hinweise, wie er seinen Zielhafen treibstoffsparend und termingerecht erreichen kann. Dafür werden neben Motor- und Verbrauchsdaten von Schiffen auch Informationen zur Wassertiefe, Strömungsgeschwindigkeit und Wasserspiegellage für den zu befahrenden Flussabschnitt benötigt. Da präzise Peildaten und mehrdimensionale numerische Modelle nicht flächendeckend für alle Wasserstraßen innerhalb der EU verfügbar sind, rüstet die BAW Binnenschiffe mit Messgeräten zur Erfassung von Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten aus. Dabei werden gleichermaßen die Machbarkeit und der Aufwand für die Installation und den Betrieb der Sensorik bewertet. Die Reederei Deymann Management GmbH und Co. KG mit Sitz in Haren (Ems) unterstützt das Vorhaben, indem sie die Installation der Sensoren auf dem Großmotorgüterschiff (GMS) MONIKA DEYMANN gestattet. Das Schiff wurde im Juli 2016 in den Dienst gestellt. Die BAW hat in der Bauphase den Einbau und die Verkabelung der geplanten Sensoren mit der Reederei sowie der ausführenden Werft abgestimmt und durchgeführt. Das 135 m lange und 14,2 m breite GMS verkehrt derzeit im Liniendienst zwischen Antwerpen und Mainz. Es fährt in der Regel mit drei Lagen Containern, woraus ein mittlerer Tiefgang zwischen 1,8 m und 2,5 m resultiert. Für einen Umlauf Antwerpen - Mainz - Antwerpen werden sieben bis acht Tage benötigt, sodass das Schiff den Mittelrhein rund zweimal pro Woche passiert. Eine besondere Herausforderung ist es, von einem Binnenschiff aus die Strömungsgeschwindigkeiten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen, da die Strömung im nahen Umfeld des Schiffes durch das Rückströmungsfeld gestört wird. Dessen Größe und Ausdehnung hängt insbesondere vom Gewässerquerschnitt und der Schiffsgeschwindigkeit gegenüber Wasser ab. Bei geringen Wassertiefen kann daher die Geschwindigkeit nicht vertikal unter einem Binnenschiff gemessen werden, wie es bei Messschiffen sonst üblich ist. (Text gekürzt)

Einfuehrung der CNG-Antriebstechnologie

Ziel: Suche nach Moeglichkeiten zur Einfuehrung der CNG-Antriebstechnologie in abgegrenzten Gebieten. Aufgaben: Schwerpunkt dieser Untersuchungen bildet der Einsatz von CNG-Fahrzeugen im innerstaedtischen Einsatz. Im Ergebnis werden Wirtschaftlichkeisbetrachtungen zwischen CNG-Antrieben und konventionellen Antrieben unter Praxisbedingungen durchgefuehrt. Erstellung von Verkehrskonzepten zum modellhaften Einsatz von Erdgasfahrzeugen in Staedten. Ergebnisse: Erarbeitung eines Verkehrskonzeptes zum modellhaften Einsatz von Erdgasfahrzeugen in der Landeshauptstadt Dresden. Es bildet die Grundlage fuer einen Foerderantrag der Stadt Dresden beim BMU. Studien im Raum Sachsen, Sachsen Anhalt und Thueringen mit dem Ziel der Errichtung von CNG-Tankstellen.

Untersuchung umweltschonender, Traktor betriebener Unkrautbekämpfungsgeräte unter Berücksichtigung nachhaltiger Antriebstechnologien

Motivation: Die Landwirtschaft muss sich an die Klimaveränderungen anpassen. In der Pflanzenproduktion ist hierfür die reduzierte Bodenbearbeitung und Direktsaat in Kombination mit Mulchschichten aus Pflanzenresten eine Möglichkeit. Darüber hinaus wird gefordert, chemische Pflanzenschutzmittel zu reduzieren, u.a. in der Unkrautbekämpfung. Die mechanische Unkrautbekämpfung gewinnt daher an Bedeutung, ist aber häufig nicht kompatibel mit einer reduzierten Bodenbearbeitung mit großen Mulchauflagen. In der Regel ist auch der Einfluss des Bodenbearbeitungssystems auf den Leistungsbedarf der Geräte ungeklärt. Zukünftig werden mehr Unkrautbekämpfungsverfahren benötigt, die unabhängig von den Bodeneigenschaften sind. Obwohl die Landwirtschaft Leidtragende der Klimaveränderung ist, trägt sie gleichzeitig dazu bei. Unter anderem Traktoren und Landmaschinen emittieren klimaschädliches CO2. Diese direkten Emissionen könnten für die Leistungsklasse <70 kW durch den Einsatz batterieelektrischer Traktoren entfallen, welche besonders für den Antrieb nicht-chemischer Unkrautbekämpfungsgeräte geeignet sind. Ziele/Mehrwert: Es sollen technologische und arbeitswirtschaftliche Daten in der chemiefreien Unkrautbekämpfung im Zusammenhang mit batterieelektrischen und verbrennungsmotorischen Traktoren ermittelt und bewertet werden. Der Einfluss einer nicht-wendenden im Vergleich zu einer wendenden Bodenbearbeitung auf die Fahrbahnbedingungen und damit auf die Zugleistungsübertragung des Traktors sowie auf die Leistungsanforderungen der Geräte bei der Unkrautbekämpfung soll ermittelt werden. Zusätzlich werden die Einsatzbedingungen auf Dauergrünland berücksichtigt. Mit diesen Daten sollen schließlich Einsatzszenarien simuliert werden können, um neue Erkenntnisse hinsichtlich der Anpassung von Arbeitsabläufen, der zeitlichen und räumlichen Energiebereitstellung und der Dimensionierung von Elektrotraktoren und deren Energiespeichern zu gewinnen. Methodik: Die Versuchsobjekte sind ein dieselmotorischer und ein elektrischer Traktor mit Wechselbatterien. Hinzu kommen vier Unkrautbekämpfungsgeräte für Ackerkulturen und Grünland, welche je nach Gerätetyp den Traktor über den Fahrantrieb, die Zapfwelle oder die Hydraulik bzw. in einer Kombination davon belasten. Die Art des Produktionsverfahrens (wendende, nichtwendende Bodenbearbeitung und Grünland) ist der Einflussfaktor. Zunächst wird die Leistungscharakteristik beider Traktoren untersucht. Dann wird der Leistungsbedarf der Geräte untersucht und auf die Arbeitsbreite bzw. Arbeitseinheit normiert. Für die arbeitswirtschaftliche Untersuchung werden zwei Gruppen gebildet. Gruppe eins stellt der batterieelektrische Traktor und Gruppe zwei der Referenztraktor jeweils mit den Geräten dar. Beide Gruppen werden unter realen und simulierten landwirtschaftlichen Bedingungen arbeitswirtschaftlich untersucht. Das Vorhaben nutzt eigene Geräte und Versuchsflächen.

Optimierung der Erzeugung und des Einsatzes von Vakuum bei der Papiererzeugung

Von den ca. 2,7 kWh Energie, die für die Erzeugung von 1 kg Papier benötigt werden, ent-fällt etwa 1/3 auf elektrische Energie. Sie wird vor allem für die Antriebe sowie zu einem nicht unerheblichen Teil für die verschiedenen Vakuumsysteme benötigt. Im Bereich der Feinpapiererzeugung liegt dieser Anteil bei etwa 13 Prozent des elektrischen Energiebedarfs. Die Erfahrungen der Anlagenbetreiber und der Maschinenhersteller zeigen, dass die Vakuumanlagen häufig nicht optimal betrieben werden. Von den Versuchsergebnissen wird insbesondere erwartet: die Identifikation der Optimierungsmöglichkeiten, die Erarbeitung entsprechender Optimierungsstrategien (hierzu könnte z.B. die entsprechende Mitarbeiterschulung gehören) sowie die Erarbeitung von Vorschlägen zum Ersatz von Vakuumanwendungen durch weniger energieintensive Verfahren (z.B. bei der Filzreinigung/-konditionierung).

Laermmessungen im Auftrag der Luftfahrt-Zulassungsbehoerden gemaess NFL II-47/75 und damit verbundene Aufgaben 'Laermminderung bei Antriebssystemen' und 'Laermausbreitung'

Fluglaermmessungen; Verbesserung des Messverfahrens und der Messanlage; Bekaempfung des Laerms an der Quelle.

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