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Entwicklung eines kosteneffizienten Perowskit-Heterojunction-Tandemprozess im industriellen Umfeld, Teilvorhaben: Aufbau eines Demonstrators zur Co-Verdampfung von Perowskit-Absorbern

Im Teilvorhaben 'Aufbau eines Demonstrators zur Co-Verdampfung von Perowskit-Absorbern' des öffentlich geförderten Forschungsvorhabens 'TANTRUM' liegt der Fokus auf der Industrialisierung der Perowskit-Silizium-Tandem-Technologie. Das vorliegende Projekt hat den Ausbau der Heterojunction-Forschungslinie von Meyer Burger zu einer Perowskit-Silizium-Tandem-Linie mit einem vakuumbruchfreien Verdampfer Prozess zum Ziel. Aufbauend auf der im Projekt erarbeitet Aufstellung der bisher bekannten Schichtsysteme, der verwendeten Materialien und der Verfahren zur Herstellung wird anhand eines Bewertungsschemas eine bevorzugte Prozessroute ermittelt. Neben den Funktionalitäten der Materialien und Verfahrenstechniken, der IP/Rechtslage, wird hierbei auch das ökologische Gefährdungspotenzial mit betrachtet. Entsprechend der erarbeiteten Entscheidungsmatrix wird ein industrialisierbarer Prozessfluss definiert und ein entsprechendes Verdampfer-Equipment inkl. Facility-Anpassungen, sowie Messtechnik und Handhabungstechnik für den Transport aufgebaut, welches auch dem besonderen Recovery-Verhalten von Perowskiten gerecht wird. Während des Ramp-up des Basis-Tandem-Prozesses bei Meyer Burger (Germany) GmbH werden die Einzelprozesse der Top-Zelle entwickelt und anschließend im Gesamt-Tandem-Prozess integriert. Als Maßstab dient hier der Referenzprozess des HZB als Benchmark.

Vom Erdeisspeicher zum netzaktiven Prosumer-Quartier, Teilvorhaben: Technische Universität Dresden - Systemanalyse und Bedarfsvorhersage mit Simulationen - Ableitung von Optimierungsstrategien

Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS). Hierzu sollen verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt werden. Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO2- Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO2- Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilitäten des Kalten Nahwärmenetzes (KNW), der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen, um ein Gesamtoptimum zu erreichen und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, zu vermeiden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.

Energetische Querschnittserhebung deutscher Theaterspielstätten und Monitoring des Opern- und Schauspielhauses Köln mit Schwerpunkt Komfortuntersuchungen

Vorhabenziel: Das Forschungsprojekt bearbeitet zwei Schwerpunkte: Die energetische Querschnittsanalyse von deutschen Theaterspielstätten und das Intensivmonitoring des denkmalgeschützten, aktuell in Sanierung befindlichen Opern- und Schauspielhauses Köln nach seiner Wiedereröffnung 2015. Ziel ist die Analyse von 10- 15 charakteristischen Gebäuden für ein Benchmarking der durch ihre Frequentierung stark öffentlich wahrgenommenen Theaterspielstätten. Detaillierte vergleichende Angaben zu Energiekennwerten, Wirtschaftlichkeit, Lebenszykluskosten und Nutzerzufriedenheit wurden für den Gebäudetypus bislang nicht erhoben, diese erfasst das Forschungsprojekt u.a. mit dem Schwerpunkt Komfortuntersuchung im Monitoring. Arbeitsplanung: Für die energetischen Querschnittsanalysen werden Berechnungen mit den Bilanzierungswerkzeugen TEK-Tool und EnerCalc, sowie Kurzzeitmessungen und Nutzerbefragungen durchgeführt. Für das Intensivmonitoring des Opern- und Schauspielhauses wird ein Messkonzept erarbeitet, welches in Phase 2 mit Messungen, Nutzerbefragung, Auswertungen und Optimierungen umgesetzt wird. Ein mögliches Überführen in ein Langzeitmonitoring wird vorbereitet. Geplante Ergebnisverwertung: Das im Forschungsprojekt erarbeitete Energie-Benchmarking für den Gebäudetypus Theaterspielstätten ermöglicht den Häusern eine Positionierung im Bereich Energie und die Identifizierung von Hochverbrauchern. Die erarbeiteten Kennwerte des Gebäudetypus Theaterspielstätten sollen über den Normenausschuss die Nutzungsrandbedingungen für Theater- und Veranstaltungsbauten der DIN 18599 weiter optimieren helfen. Die erfassten Daten erweitern die EnOB-Datenbank um Theaterspielstätten. In die Forschungsarbeiten werden Studierende einbezogen, ein fachübergreifendes Studienmodul 'Optimierung von Sanierungskonzepten mittels Monitoring' wird entwickelt. Die Bilanzierungswerkzeuge TEK und EnerCalc werden über die Lehre weiter verbreitet und die den Entwicklern gespiegelten Erfahrungen mit TEK helfen die Werkzeuge weiter zu optimieren.

Wissen für angewandte Nachhaltigkeit an deutschen Hochschulen, Teilprojekt B: CAMP KLIMA Klimaresiliente Transformation des Denkmalschutz-Ensembles Campus WH der HTW Berlin

Einsparzähler für Biogasanlagen

Vorhersage von Schüttungen alpiner Karstquellen im Hinblick auf den Klimawandel unter Verwendung neuer Deep Learning-Methoden

Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.

Assistenzsysteme für einen sicheren Betrieb von Verbundnetzen mit geringer Trägheit

In den letzten Jahren ist die Aufgabe der Systemführung in Verbundnetzen der Übertragungsebene zunehmend komplexer geworden. Dennoch muss die Netzsicherheit erhalten bleiben. Die Online-Durchführung dynamischer Netzsicherheitsbewertungen (Online-DSA) dient hierbei als wichtiges Werkzeug für Netzbetreiber zur Beurteilung der Netzstabilität während des laufenden Netzbetriebs. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Modulen für Assistenzsysteme, die einen sicheren und gleichzeitig wirtschaftlichen Betrieb von Verbundnetzen mit geringer Trägheit und großem Anteil Erneuerbarer Energien ermöglichen. Dazu soll ein modulares DSA-System für die Bewertung der Systemsicherheit für Verbundsysteme mit geringer Rotationsenergie realisiert werden (Low Inertia Security Assessment System: LI-SA). Dieses besteht aus einem flexiblem Forschungs- und Entwicklungssystem (LI-SA-RD), einer Validierungs- und Erprobungsumgebung (LI-SA-VT), und einer dynamischen Echtzeitsimulation (LI-SA-RT), die über geeignete Schnittstellen miteinander verbunden werden. Damit sollen neuartige DSA-Module für kundenspezifische Problemstellungen entwickelt, aufgebaut und erprobt werden. Die spezifischen Ziele der Fraunhofer Institute beinhalten die Entwicklung verschiedene Verfahren zur Trägheitserkennung, Erkennung von Reglerinstabilitäten stromrichtergekoppelter Anlagen, Anomalieerkennung sowie der Aufbau eines modularen Forschungs- und Entwicklungssystems als flexible Plattform für die Entwicklung neuer Verfahren sowie als Benchmark System.

Vom Erdeisspeicher zum netzaktiven Prosumer-Quartier, Teilvorhaben: Energie Plus Concept GmbH - Betriebsoptimierung/-strategien

Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des im Vorgängervorhaben 'ErdEis II' umgesetzten Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS). Hierzu sollen verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das Kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt werden. Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO2-Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO2-Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilitäten des Kalten Nahwärmenetzes, der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen. So kann ein Gesamtoptimum erreicht und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, vermieden werden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.

Muster des abrupten Klimawandels, TP2: Räumliche Auswirkungen des abrupten Klimawandels im terrestrischen Bereich

Internationales Benchmarking zur Verifizierung und Validierung von TH²M-Simulatoren insbesondere im Hinblick auf fluiddynamische Prozesse in Endlagersystemen - Erweiterung auf multiphysikalische Ansätze und mehrdimensionale Modellgeometrien, Teilprojekt A

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