Das Projekt "Formation of brine channels in sea ice" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Münster, Fachbereich Physikalische Technik durchgeführt. Within this interdisciplinary project the formation of brine channels in sea ice will be explored. The microscopic properties of sea ice, especially the permeability plays an important role for the energy exchange between ocean and atmosphere and is determined by the brine channel volume. The brine channel structure will be measured by computer tomography and image analysis. We intend to describe the channel structure by two phenomenological models, a morphogenesis approach of Alan Turing in connection with the phase transition theory of Ginzburg and Landau, and the phase field method with respect to the Cahn-Hilliard equation. We solve these nonlinear evolution equations in two and three dimensions and compare the size and texture of the brine channels with the measurements. In addition to the phenomenological equations we support our studies with molecular dynamics simulations and the density functional theory in order to obtain deeper insights at the molecular scale. Comparative first-principles studies will then enhance the trust in the extracted parameters and will lead to classical density functional for the two phases. We will discuss the phase transitions in terms of a phenomenological theory based on microscopic parameters and try to extract the underlying mechanism for the formation of water-ice boundaries. Specifically, we want to explore three theoretical questions: (i) How are ice-water melting fronts moving, (ii) How are brine channels formed and (iii) How do surface properties influence the structure formation of brine channels. The project is based on the experiences of three fields, the theoretical biological physics, chemical physics and the many-body theory. The final aim of the project is to provide input parameters for global climate models.
Das Projekt "Teilvorhaben: Clustern und Vermarkten von regionalen Erneuerbare Energien und Flexibilitätsoptionen mithilfe der Blockchain-Technologie im intelligenten Energienetz der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SWT Stadtwerke Trier GmbH durchgeführt. Der stetige Ausbau von fluktuierend einspeisenden Erneuerbaren Energien (EE) führt dazu, dass auch immer mehr Flexibilitätsoptionen, sowohl auf Erzeuger- als auch auf Verbraucherseite, benötigt werden. Das gesamte Energieversorgungssystem muss dynamischer und flexibler werden, um auch in Zukunft eine hohe Versorgungssicherheit zu gewährleisten und weiter steigende Anteile an EE aufzunehmen zu können. Daher ist das Hauptziel der SWT in dem Gesamtvorhaben, lokale und regionale Energie aus EE sowie Flexibilitätsoptionen 'einsammeln' zu können und diese mithilfe eines geeigneten Tarifmodells Kunden ausgeregelt zur Verfügung zu stellen. Dazu stellt die SWT im Projekt Realdaten mehrerer Photovoltaik (PV)- und Windkraftanlagen (WKA) sowie von Blockheizkraftwerken für verschiedene Testszenarien zur Verfügung. Die Realdaten der genannten Erzeugungsanlagen fließen in der Leitstelle der SWT zusammen. Aktuell werden in der Leitstelle alle Erzeugungs- und Zustandsdaten von PV-, Wind- und Wasserkraftwerken, Blockheizkraftwerken und Notstromaggregaten in der Region Trier erfasst, die die SWT besitzen und betreiben.
Das Projekt "Teilvorhaben: IT-Sicherheit für Trusted Blockchains, im intelligenten Energienetz der Zukunft (ITSitbiE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bremen, Institut für Informatik und Automation durchgeführt. Das Projekt tbiEnergy setzt auf dem bestehenden regulierten Energiemarkt auf und adressiert mit einem ganzheitlichen Blockchain-Ansatz die momentan in den Energienetzen anstehende Problematik der effektiven Integration alternativer Energieerzeugung in bestehende Netzstrukturen. Mit Hilfe von Blockchain-Technologie und Smart-Contracts lassen sich innovative Geschäftsmodelle auch ohne hohe Investitionen in die IKT oder Softwareinfrastruktur bei gleichzeitiger inhärenter Sicherheit realisieren. Am Markt befindliche Blockchain-Lösungen sind allerdings bisher nicht explizit für den energiewirtschaftlichen Einsatz konzipiert. Es fehlen Kundenschnittstellen, eine Anbindung an die Infrastruktur der Energieversorger sowie Hardwaresicherheitskonzepte, vergleichbar mit dem durch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) gesetzten Standard für den Betrieb digitaler Kommunikationstechnologie kritischer Infrastrukturen. Über das Mehrwertdienstekonzept des deutschen Smart-Meter-Gateways lassen sich die Vorstellungen des BSI und die Vorzüge einer kryptographisch gesicherten, verteilten Datenbank in tbiEnergy zusammenführen. Ein weiterer Vorteil findet sich in der Eichrechtskonformität und der regulatorischen Integrierbarkeit bereits im Energienetz vorhandener Flexibilitäten oder regenerativer Energiequellen von Energieversorgern. Durch die breit aufgestellten fachlichen Kompetenzen im Konsortium soll eine Plattform geschaffen werden, die generische Geschäftsprozesse innerhalb einer Blockchain abbildbar macht, und sich dennoch in die aktuellen Regularien einfügt. Ein Novum ist im Besonderen der Einsatz von Hardwaresicherheitsmechanismen unter Anwendung ressourcensparender Konsensmechanismen und der Einsatz Konsortialer Blockchains, sowie eine Integration von sicheren Benutzerschnittstellen. Die im Rahmen des Projektes erarbeiten Konzepte kulminieren in einem abschließenden Demonstrationsversuch und einer sich anschließenden Analyse der Felddaten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung einer Trusted Plattform für Second-life-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DEKRA SE durchgeführt. Ziel von Flux Li-Con ist es, einen modularen und flexiblen Energiespeicher aus sekundären Batterien zu entwickeln und in Form mehrerer Demonstratoren in ausgewählten Modellkommunen aufzubauen und zu testen. Kombiniert wird der flexible Energiespeicher mit einer Netzintegration für erneuerbare Energien sowie Smart-Charging für einen schnelleren und kostengünstigeren Aufbau von Lademöglichkeiten. Zudem wird eine Trusted Plattform für 2nd-Life-Batteriesysteme entwickelt, um damit den Planungsprozess zu unterstützen. Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung einer Plattform die alle notwendigen Batteriedaten bereitstellt, die für den 2nd life Einsatz gebraucht werden. Der Zugang wird u.a. durch einen entsprechenden Verifizierungsprozess erfolgen, wobei jeder Serverzugriff dokumentiert wird. Durch die Nutzung von Erfahrungsdaten und definierten Inputgrößen werden zukünftig ähnliche Projekte ohne großen initialen Planungsaufwand realisiert werden können und so die Kosten für Ladeinfrastruktur weiter sinken. Gleichzeitig werden so die während der Nutzungsphasen erhobenen Daten bzgl. Klima, Energie, Umwelt, Nutzungsverhalten der Begleitforschung und Öffentlichkeit sicher und strukturiert zugänglich gemacht (anonymisiert).
Das Projekt "Teilvorhaben: Rechtliche Anforderungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Institut für Wirtschaftsrecht, Fachgebiet Öffentliches Recht, IT-Recht und Umweltrecht durchgeführt. Dezentrale Energiequellen und Stromanwendungen mit stark schwankendem Leistungsbedarf (z.B. Elektrofahrzeuge) machen eine flexible Steuerung der Energieerzeugung, des Stromnetzes und des Stromverbrauchs notwendig. Die dafür erforderliche digitale Vernetzung einzelner Komponenten steigert ohne ausreichende Segregation und Resilienz die Verletzbarkeit der Energieversorgung durch gezielte Angriffe, menschliche Fehler oder Naturkatastrophen. Wenn es sich um Kritische Infrastrukturen handelt, kann dies zu hohen Schäden führen. Durch Kaskadeneffekte können weitere kritische Versorgungsnetze (z.B. Gas und Wasser) beeinträchtig werden. Im Rahmen von KRITEX analysieren die Verbundpartner die Digitalisierung in der Energiewende hinsichtlich der Anforderungen an Segregation, Resilienz und Kontrolle für ein typisches Energie- und Versorgungsunternehmen. Es soll das grundsätzliche Design eines rechtskonformen Sicherheitsfundaments auf Basis eines PitBull Trusted Operating Systems demonstriert werden, dessen Multilevel-, Segregations- und Resilienzfähigkeiten die digitale Widerstandsfähigkeit signifikant erhöhen und die Skalierbarkeit großer komplexer Systeme unterstützen soll. Aufgabe des rechtlichen Teilvorhabens ist die Untersuchung der rechtlichen Vorgaben an den Schutz Kritischer Infrastrukturen im Bereich der Energieversorgung. Dabei wird das Ziel verfolgt, die rechtlichen Anforderungen (de lege lata) an den Schutz Kritischer Infrastrukturen zu erarbeiten. Die bei der Energieerzeugung und Energieversorgung eingesetzte Technik steht in den nächsten Jahren vor einem Wandel, der zu zunehmender Vernetzung und Komplexität führen wird, womit zahlreiche Sicherheitsprobleme verbunden sind, denen regulatorisch begegnet werden muss. Daher wird der bestehende rechtliche Regulierungsbedarf ermittelt und es werden rechtsgestaltende Vorschläge (de lege ferenda) zur Hebung des Schutzes Kritischer Infrastruktur erarbeitet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Offene E-mobility Plattform Shared E-Fleet" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TWT GmbH Science & Innovation durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens 'Shared E-Fleet' ist die Konzeption und prototypische Umsetzung einer integrierten, Cloud-basierten IKT-Lösung für den intelligenten Betrieb von gemeinsam genutzten Elektrofahrzeugflotten über Unternehmensgrenzen und Parteien hinweg, die in mehreren Modellversuchen an verschiedenen Standorten erprobt wird. Ziel des Teilvorhabens ist die Konzeption und Integration einen offenen Basisarchitektur in der Cloud inklusive gemeinsam genutzter Dienste, sowie die Konzipierung und Integration eines Trust Centers für den sicheren Datenaustausch. Zudem beteiligt sich TWT an der Entwicklung eines intelligenten Energiemanagements, wobei besonders auf die Auswertung und von Smart Grid Daten sowie deren Einbringung in das globales Optimierungskonzept im Vordergrund steht, und eines Smart Traffic Marktplatzes. AP.1 Anforderungsanalyse AP.2 Konzeption: Shared E-Fleet Management, intelligentes Energiemanagement, Simulation & Einsatzoptimierung, Smart Traffic & Information Analytics, Partnering & Roaming, Zugang Fahrzeuge und Ladestationen, Smart Apps & Kommunikation, Architektur & Schnittstellen AP.3 Funktionsmodelle: Betrieb Shared E-Fleet, Verkehrssystem E-Mobility, Energiesystem E-Mobility, Integration AP.4 Modellversuch und Evaluierung: Planung & Pilotierung, Modellversuche, Evaluierung & Optimierung AP.5 Standardisierung AP.6 Geschäftsmodelle AP.7 Kooperation Modellprojekte & Begleitforschung AP.8 Verbreitung: Öffentlichkeitsarbeit, Transfer AP.9 Projektmanagement.
Das Projekt "Teilvorhaben: Analyse einer Blockchain-basierten Plattform zum Energiedatenaustausch mittels Smartmeter Gateways" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ARXUM GmbH durchgeführt. Das Projekt tbiEnergy setzt auf dem bestehenden regulierten Energiemarkt auf und adressiert mit einem ganzheitlichen Blockchain-Ansatz, zum einen die momentan in den Energienetzen anstehende Problematik, der effektiven Integration alternativer Energieerzeugung in bestehende Netzstrukturen. Zum anderen soll die aktuelle Lücke der fehlenden Komfortdienste des heutigen intelligenten Stromnetzes durch den Einsatz der Blockchain geschlossen werden. Mit Hilfe der Blockchain-Technologie und den in ihr formulierten Smart Contracts, lassen sich innovative Geschäftsmodelle auch ohne hohe Investitionen in die IKT oder Softwareinfrastruktur bei gleichzeitiger inhärenter Sicherheit realisieren. Am Markt befindliche Blockchain-Lösungen sind allerdings bisher nicht explizit für den energiewirtschaftlichen Einsatz konzipiert. Es fehlen Kundenschnittstellen, eine Anbindung an die Infrastruktur der Energieversorger sowie ein stringentes Hardwaresicherheitskonzept, vergleichbar mit dem durch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) gesetzten Standard für den Betrieb digitaler Kommunikationstechnologie kritischer Infrastrukturen. Über das Mehrwertdienstekonzept des deutschen Smart-Meter-Gateways lassen sich die Vorstellungen des BSI und die Vorzüge einer kryptographisch gesicherten, verteilten Datenbank in tbiEnergy zusammenführen. Neben dem Kundennutzen findet sich ein weiterer Vorteil in der Eichrechtskonformität und regulatorischen Integrierbarkeit bereits im Energienetz vorhandener Flexibilitäten oder regenerativer Energiequellen von Energieversorgern. Durch die Mischung der breit aufgestellten fachlichen Kompetenzen soll eine Plattform geschaffen werden, die generische Geschäftsprozesse innerhalb einer Blockchain abbildbar macht, und sich dennoch in die aktuellen energiewirtschaftlichen Regularien einfügt. Ein Novum ist im Besondern der lückenlose Einsatz von Hardwaresicherheitsmechanismen unter Anwendung ressourcensparender Konsensmechanismen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Blockchain-basierte SMGW-Mehrwertdienste" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Devolo AG durchgeführt. Das Projekt tbiEnergy baut auf den bestehenden regulierten Energiemarkt auf und adressiert die aktuelle Lücke der fehlenden Komfortdienste des heutigen intelligenten Stromnetztes durch einen ganzheitlichen Blockchain-Ansatz. Mit Blockchain-Technologie und den in einer Blockchain formulierten Smart-Contracts lassen sich innovative Geschäftsmodelle ohne hohe Investitionen in die IKT oder Softwareinfrastruktur bei gleichzeitiger inhärenter Sicherheit realisieren. Am Markt befindliche Blockchain-Lösungen sind allerdings bisher nicht für den energiewirtschaftlichen Einsatz konzipiert. Es fehlen Kundenschnittstellen, eine Anbindung an die Infrastruktur der Energieversorger sowie ein stringentes Hardwaresicherheitskonzept, vergleichbar mit dem durch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) gesetzten Standard für den Betrieb digitaler Kommunikationstechnologie kritischer Infrastrukturen. Über das Mehrwertdienstekonzept des deutschen Smart-Meter-Gateways lassen sich die Vorstellungen des BSI und die Vorzüge einer kryptographisch gesicherten, verteilten Datenbank in tbiEnergy zusammenführen. Neben dem Kundennutzen findet sich ein weiteres Augenmerkt in der eichrechtskonformen und regulatorischen Integration bereits vorhandener Flexibilität oder regenerativer Energiequellen von Energieversorgern. Dazu finden sich im Konsortium Hardwaresicherheitsexperten wie die Infineon AG, die devolo AG als Hersteller von Smart-Grid Hardware und Lösungen, die Hochschule Bremen als ausgewiesener Experte in Cyber-Security, dem Blockchain Startup Arxum GmbH und die Stadtwerkte Trier AöR als Anwendungspartner zusammen. Innerhalb des Projektes wird eine Plattform geschaffen, die generische Geschäftsprozesse innerhalb einer Blockchain abbildbar macht sicher aber dennoch in die aktuellen Regularien einfügt. Ein Novum ist im Besondern der lückenlose Einsatz von Hardwaresicherheitsmechanismen und die Schaffung ressourcensparender Konsensmechanismen.
Das Projekt "Teilprojekt amperias: Sichere Kommunikation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von amperias GmbH durchgeführt. Durch die Integration dezentraler Erzeugungsanlagen (DEA) entstehen neue Einspeisepunkte in der Verteilnetzebene, die Rückspeisungen in die übergeordnete Netzebene hervorrufen können. Dadurch sind bereits täglich mehrmalige Netztopologieänderungen notwendig. Wenn im Zuge dieser nicht beherrschbare Zustände für das vorhandene Schutzkonzept erkannt werden, muss sofort gehandelt und die DEA abgeregelt werden. Das Ziel des Forschungsprojekts VeN2uS ist die Entwicklung und Umsetzung eines adaptiven und vernetzten Netzschutzsystems, das im Fall von Leistungsflussverschiebungen und Topologieänderungen die Schutzparameter anpasst und den sicheren Betrieb gewährleistet. Dazu erfolgt zunächst die Entwicklung und Verifizierung eines adaptiven Netzschutzalgorithmus. Parallel dazu werden resiliente und zuverlässige Kommunikations- und Schutzprüfkonzepte entwickelt. Im Anschluss erfolgt die Zusammenführung der Entwicklungspfade und die Verifikation des adaptiven und vernetzten Netzschutzsystems durch Demonstration im Labor und (deutschlandweit erstmalig) auch im Feldversuch. Dies gewährleistet, dass reale Herausforderungen der Inbetriebnahme und Netzführung adressiert werden. Mit den Ergebnissen aus Simulation und Praxis soll anschließend der Mehrwert des entwickelten Netzschutzsystems gegenüber dem konventionellen Bestandsschutz quantifiziert werden. Die Gesamtheit, der im Rahmen des Forschungsprojekts gewonnenen Erkenntnisse wird, abschließend in Handlungsempfehlungen überführt. Das primäre Ziel der amperias GmbH ist die Erforschung und Erprobung von Trusted Execution Environments zur Realisierung von Trusted Computing im Kontext kritischer Infrastruktur. Insbesondere die kommunikationstechnische Absicherung kritischer Betriebsmittel, wie z.B. die im Stromnetz verbaute Schutztechnik, steht hierbei im Fokus der Forschungstätigkeiten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Auswahl und Begleitung von Modellkommunen, begleitende Kommunikation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Agentur für Erneuerbare Energien e.V. durchgeführt. Ziel von Flux Li-Con ist es, einen modularen und flexiblen Energiespeicher aus sekundären Batterien zu entwickeln und in Form mehrerer Demonstratoren in ausgewählten Modellkommunen aufzubauen und zu testen. Kombiniert wird der flexible Energiespeicher mit einer Netzintegration für erneuerbare Energien sowie Smart-Charging für einen schnelleren und kostengünstigeren Aufbau von Lademöglichkeiten. Zudem wird eine Trusted Plattform für 2nd-Life-Batteriesysteme entwickelt, um damit den Planungsprozess zu standardisieren und zu optimieren. Das Teilvorhaben 'Auswahl und Begleitung von Modellkommunen, begleitende Kommunikation' dient der Identifikation von Kommunen in einem zweistufigen Wettbewerbsverfahren (7-10 Modellkommunen im ersten Schritt, daraus 2 Pilotkommunen im zweiten Schritt) sowie der Bekanntmachung der Pilotprojekte in der EE-Branche und Kommunen. Hierzu wird das Projekt und die Piloten verständlich vermittelt, der Stromspeicher-Demonstrator und seine Potenziale kommunikativ eingeordnet sowie Wechselwirkungen von Technologien und Innovationen aufgezeigt. Damit soll insgesamt die Akzeptanz für den Ausbau Erneuerbarer Energien und der Elektromobilität erhöht werden. Auch sollen kommunale Akteur*innen mit Vertreter*innen aus Forschung und EE-Branche vernetzt werden.
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