Schwerewellen stellen eine wichtige Komponente im Atmosphärensystem dar. Sie beeinflussen den vertikalen Impuls- und Energietransport und tragen damit entscheidend für verschiedene Zirkulationsmuster bei. Schwerewellen entstehen hauptsächlich in der Troposphäre und propagieren dann durch die Tropopausen Region in die höhere Atmosphäre. Dabei werden ihre Eigenschaften zum Teil verändert. Außerdem können sie durch die induzierten Vertikalgeschwindigkeiten einen großen Einfluss auf die Bildung und Entwicklung von Eiswolken in der Tropopausen Region haben. In diesem Projekt soll die Interaktion von Schwerewellen und Eiswolken in der Tropopausen Region untersucht werden. Dabei soll das in der ersten Phase von MS-GWaves entwickelte WKB-Modell durch Wolkenphysik erweitert werden und dann zur Untersuchung der Wechselwirkung Wellen-Eiswolken benutzt werden. Zusätzlich werden schwerewelleninduzierte Eiswolken mit Hilfe eines Large Eddy Simulation (LES) Modells untersucht. Mögliche Rückkopplungen der Eiswolken auf die Tropopausen Dynamik durch diabatische Effekte werden ebenfalls untersucht. Die Strahlungseffekt der simulierten Eiswolken (WKB Modell oder LES) wird mit Hilfe eines Strahlungstransportmodells abgeschätzt. Damit wird es möglich sein, den Einfluss der Schwerewellen auf Eiswolken und deren Strahlungsbilanz zu untersuchen, mögliche Wechselwirkungen mit der Tropopause abzuschätzen, und genauere Abschätzungen für die Energiebilanz der schwerewelleninduzierten Eiswolken anzugeben.
Das Ökosystem der Stromnetze ist auf dem Weg zu einem dezentralisierten Energieversorgungs- und Verteilungssystem. Haushalte können mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenkollektoren oder Windgeneratoren, als verteilte Energieressourcen (DERs - Distributed Energy Resources) bezeichnet, unabhängig von den Stromanbietern operieren und Energie zurück an das Hauptnetz verkaufen. Für die Realisierung dieser Transformation des Stromnetzes wird eine kompetente Kommunikationsinfrastruktur benötigt. Die Einführung des Standards 5G in Mobilfunknetze erleichtert die Entwicklung zukünftiger Energieverwaltungslösungen. Weiterhin ermöglichen neue Technologien die Entwicklung intelligenter Algorithmen für die Steuerung zukünftiger Stromnetze. Hierzu gehören das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT), Vernetzung über Mesh-Netzwerke zur Fernüberwachung des Netzstatus und die Künstliche Intelligenz (KI) für Management und Koordination. In Dymobat wird ein Single-User-Controller für die Verwaltung der einzelnen DERs auch unter Einsatz von privaten 5G-Netzwerken entwickelt. Anschließend wird eine zentrale Steuerungseinheit für die Synchronisierung und Optimierung des Netzbetriebs innerhalb einer kleinen Gruppe von DERs, einem Microgrid, entworfen. Die Kommunikation zwischen und innerhalb der DER soll mittels Mobilfunktechnologie erfolgen. Dabei soll die Energieoptimierung mittels KI-Algorithmen erfolgen und auch den Energietransport mit Fahrzeugen berücksichtigen. Die softwareseitige Integration der KI-Algorithmen und des Energiemanagementsystems in das Kommunikationssystem ist ein wesentlicher Bestandteil dieses Projektes. Die entwickelten Algorithmen werden virtuell in einem Testbed-Modell anhand von realen Eingangsparametern erprobt, optimiert und validiert. Im zweiten Schritt wird ein reales Testfeld konzipiert, installiert und die Leistungsfähigkeit der modellhaft erprobten Algorithmen in einer realen Testumgebung bewertet.
Aufgrund der geografischen Begebenheiten ist die Energiegewinnung aus Meereswellen in Deutschland unter ökonomischen Maßstäben kaum abbildbar. Da dieser Bereich der Energiegewinnung aber wirtschaftlich kaum erschlossen ist, bietet dies auch das Potential für ein großes Wachstum. Somit ist gerade die Energieerzeugung auf schwimmenden Plattformen wie der Ocean Hybrid Plattform (OHP) für Länder wie Deutschland besonders interessant. Aufgrund der großen Übertragungswege sowie den rauen Umgebungsbedingungen stellt aber gerade diese Energieübertragung eines der Kernelemente für die dezentrale Energieerzeugung dar und ist somit ein wichtiger Bestandteil der Energiepolitik der Zukunft. Im geplanten Teilvorhaben sollen daher zunächst verschiedene Möglichkeiten zum Energietransport sowie zur Netzanbindung dieser Energiequellen untersucht und einander gegenübergestellt werden. Hierzu werden verschiedene Gleichspannungswandler, Wechselrichtertopologien und Regelungsansätze detailliert untersucht und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet. Nach der Auswahl einer geeigneten Anbindung soll im Anschluss eine innovative, kompakte, zuverlässige, effiziente und für den Einsatz im maritimen Umfeld optimierte Leistungselektronik entwickelt und im Laborumfeld validiert werden. Um die Praxistauglichkeit dieses Systems auch unter den rauen Bedingungen auf See zu testen, soll die entwickelte Anlage im Anschluss auf einer schwimmenden Testplattform aufgebaut und für mehrere Wochen betrieben werden. Dieser Test dient der Untersuchung der Netzanbindung unter realen Umgebungsbedingungen und soll Erkenntnisse im Bezug auf Konzepte zur Seewasserbeständigkeit, dem Betrieb unter ständigen Temperaturschwankungen und mechanischer Bewegung dienen. Des Weiteren soll diese Testanlage das Potential für eine mögliche Vermarktung dieser Technologie demonstrieren und Verbesserungspotentiale für eine potenzielle Produktentwicklung aufzeigen.
Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der Fa Josef Gartner in 8883 Gundelfingen unter der Projektverantwortlichkeit von Dr Schulz und Dr Wieland durchgefuehrt. Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, den Wissensstand und die Erfahrungen ueber die Gestaltung einer 'energieoptimalen' Fassade zu vervollstaendigen. In diesem Zusammenhang wurde unter Freilandbedingungen die energetische Qualitaet von insgesamt 11 verschiedenen ausgefuehrten Fassaden in Landzeittests untersucht. Waehrend der Versuchszeit wurden in zwei Messzyklen, die sich jeweils ueber ein gesamtes Kalenderjahr (1985 und 1988) erstreckten, je fuenf Fassadentypen mit dem energetischen Verhalten einer sogenannten Standard- oder Referenzfassadenausfuehrung verglichen. Aus den in Versuchen und durch Simulationsrechnungen gewonnenen Erkenntnissen, die als ein Mass fuer die Betriebskosten eines Gebaeudes angesehen werden koennen, laesst sich fuer den jeweils spezifischen Einzelfall eine Beurteilung der Fassade aus energetischer und wirtschaftlicher Sicht durchfuehren.
Der Fokus des Projektes liegt auf der Entwicklung von Methoden zur Analyse und Charakterisierung von Dämpfungselementen in selbsterregten Mehrkomponentensystemen mit irregulärer Schwingungsantwort unter vielfältigen Betriebsbedingungen. Dämpfungselemente und ihre Wirkungsmechanismus können im Falle regulärer Lösungen, d.h. periodische oder transiente Schwingungen, mit Standardtechniken beschrieben werden, wohingegen die Identifikation und Beschreibung der Energiequellen und Energiesenken sowie des Energieflusses im Falle von irregulären Schwingungen ein ungelöstes Problem darstellt. Außerdem enthalten die meisten technischen Systeme eine Vielzahl von lokalen Nichtlinearitäten und Dämpfern, u.a. die Kontakt- und Fügestellen des Systems, und werden unter zahlreichen verschiedenen Bedingungen betrieben. Daher stellt die Charakterisierung von Dämpfungselementen unter diesen Randbedingungen eine große Herausforderung dar. Im Zustand irregulärer Schwingungen sind die zahlreichen Energiesenken in stetiger Interaktion. Spätestens die zusätzliche Komplexitätserhöhung durch die Berücksichtigung der zahlreichen Lastfälle macht eine physikalische Beschreibung der Energiedissipation und somit die Bewertung von Dämpfungsmaßnahmen unmöglich. Aus diesem Grunde sind neue Methoden zur Bewertung und Charakterisierung von Dämpfungsmaßnahmen notwendig. In diesem Zusammenhang schlagen wir die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen zur eingehenden Analyse der Schwingungsantwort sowie der Struktur-, Dämpfungs- und Lastparameter vor. Der erste Teil setzt sich mit der Entwicklung von Methoden zur Analyse und numerischen Betrachtung von Dämpfungselementen im Umfeld von reiberregten Systemen mit irregulären Schwingungsantworten auseinander. Grundlage für diese Untersuchungen sind numerisch erzeugte Daten. Es kommen Werkzeuge aus dem Feld der nichtlinearen Zeitreihenanalyse und der multivariaten Statistik zum Einsatz. Das zentrale Element ist die Datenmatrix M, die mit charakteristischen Größen aus unterschiedlichen Klassen für unterschiedliche Lastszenarien gefüllt wird. Das abschließende Ergebnis ist eine Prozedur zur Bewertung und Optimierung von Dämpfungselementen und Dissipationsmechanismen in Systemen mit irregulärer Schwingungsantwort. Beim zweiten Teil handelt es sich um eine konsequente Fortsetzung des Vorgehens in dem Sinne, dass nun Daten aus Experimenten als Eingangsgrößen für das Verfahren gewählt werden. Somit handelt es sich um eine Validierung des Verfahrens. Die Daten stammen von einem Pin-on-Disk System und einer Reibungsbremse. Das Projekt versucht existierende Grenzen zwischen den Bereichen physikalische Systemmodellierung, Datenanalyse, Zeitreihenanalyse und Systemauslegung zu überschreiten und Synergieeffekte aus diesen Bereichen zu nutzen. Daher hat es einen visionären und ambitionierten Charakter.