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Identification of real-life mixtures using human biomonitoring data: a proof of concept study

Human health risk assessment of chemical mixtures is complex due to the almost infinite number of possible combinations of chemicals to which people are exposed to on a daily basis. Human biomonitoring (HBM) approaches can provide inter alia information on the chemicals that are in our body at one point in time. Network analysis applied to such data may provide insight into real-life mixtures by visualizing chemical exposure patterns. The identification of groups of more densely correlated biomarkers, so-called "communities", within these networks highlights which combination of substances should be considered in terms of real-life mixtures to which a population is exposed. We applied network analyses to HBM datasets from Belgium, Czech Republic, Germany, and Spain, with the aim to explore its added value for exposure and risk assessment. The datasets varied in study population, study design, and chemicals analysed. Sensitivity analysis was performed to address the influence of different approaches to standardise for creatinine content of urine. Our approach demonstrates that network analysis applied to HBM data of highly varying origin provides useful information with regards to the existence of groups of biomarkers that are densely correlated. This information is relevant for regulatory risk assessment, as well as for the design of relevant mixture exposure experiments. © 2023 by the authors

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft durchgeführt. Bei einer Energieversorgung mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien am Stromverbrauch ist es notwendig, die fluktuierende Erzeugung von Windenergie und Photovoltaik bedarfsgerecht zu integrieren sowie den daraus resultierenden zusätzlichen Speicherbedarf näher zu analysieren. Vor diesem Hintergrund wird sich das beantragte Forschungsvorhaben mit folgenden Fragen beschäftigen: Inwieweit sind bestehende und zukünftige Bioenergieanlagen in Baden-Württemberg zur Energiespeicherung und zum Speicherausbau geeignet? Unter Speicherfähigkeit der Bioenergieanlagen wird in dem vorliegenden Vorhaben sowohl die ?Gasspeicherung? als auch die ?Biomassespeicherung? verstanden, wobei als Gasspeicherung die Speicherung des Biogases bzw. Synthesegases in internen/externen Speichern als auch die Speicherung des aufbereiteten Biogases bzw. Synthesegases im Erdgasnetz betrachtet wird. Im Fall der Biomassespeicherung kann eine flexible Brennstoff- bzw. Substratbeschickung der Bioenergieanlangen (Lastfolgebetrieb) erfolgen. Weiter soll analysiert werden, welche Möglichkeiten und Grenzen des flexiblen Einsatzes von Strom aus biogenen Ressourcen zum Ausgleich von Wind- und Solarstromfluktuationen in Baden-Württemberg ( Modellbetrachtung) bestehen. Als Ergebnis soll u.a. ein Fördermodell für die flexible Fahrweise von Bioenergieanlagen inklusive der notwendigen Speicherung entwickelt werden.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung durchgeführt. Bei einer Energieversorgung mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien am Stromverbrauch ist es notwendig, die fluktuierende Erzeugung von Windenergie und Photovoltaik bedarfsgerecht zu integrieren sowie den daraus resultierenden zusätzlichen Speicherbedarf näher zu analysieren. Vor diesem Hintergrund wird sich das beantragte Forschungsvorhaben mit folgenden Fragen beschäftigen: Inwieweit sind bestehende und zukünftige Bioenergieanlagen in Baden-Württemberg zur Energiespeicherung und zum Speicherausbau geeignet? Unter Speicherfähigkeit der Bioenergieanlagen wird in dem vorliegenden Vorhaben sowohl die ?Gasspeicherung? als auch die ?Biomassespeicherung? verstanden, wobei als Gasspeicherung die Speicherung des Biogases bzw. Synthesegases in internen/externen Speichern als auch die Speicherung des aufbereiteten Biogases bzw. Synthesegases im Erdgasnetz betrachtet wird. Im Fall der Biomassespeicherung kann eine flexible Brennstoff- bzw. Substratbeschickung der Bioenergieanlagen (Lastfolgebetrieb) erfolgen. Weiter soll analysiert werden, welche Möglichkeiten und Grenzen des flexiblen Einsatzes von Strom aus biogenen Ressourcen zum Ausgleich von Wind- und Solarstromfluktuationen in Baden-Württemberg bestehen (Modellbetrachtung). Als Ergebnis soll u.a. ein Fördermodell für die flexible Fahrweise von Bioenergieanlagen inklusi-ve der notwendigen Speicherung entwickelt werden.

Teil 3

Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik durchgeführt. Bei einer Energieversorgung mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien am Stromverbrauch ist es notwendig, die fluktuierende Erzeugung von Windenergie und Photovoltaik bedarfsgerecht zu integrieren sowie den daraus resultierenden zusätzlichen Speicherbedarf näher zu analysieren. Vor diesem Hintergrund wird sich das beantragte Forschungsvorhaben mit folgenden Fragen beschäftigen: Inwieweit sind bestehende und zukünftige Bioenergieanlagen in Baden-Württemberg zur Energiespeicherung und zum Speicherausbau geeignet? Unter Speicherfähigkeit der Bioenergieanlagen wird in dem vorliegenden Vorhaben sowohl die 'Gasspeicherung' als auch die 'Biomassespeicherung' verstanden, wobei als Gasspeicherung die Speicherung des Biogases bzw. Synthesegases in internen/externen Speichern als auch die Speicherung des aufbereiteten Biogases bzw. Synthesegases im Erdgasnetz betrachtet wird. Im Fall der Biomassespeicherung kann eine flexible Brennstoff- bzw. Substratbeschickung der Bioenergieanlangen (Lastfolgebetrieb) erfolgen. Weiter soll analysiert werden, welche Möglichkeiten und Grenzen des flexiblen Einsatzes von Strom aus biogenen Ressourcen zum Ausgleich von Wind- und Solarstromfluktuationen in Baden-Württemberg ( Modellbetrachtung) bestehen. Als Ergebnis soll u.a. ein Fördermodell für die flexible Fahrweise von Bioenergieanlagen inklusive der notwendigen Speicherung entwickelt werden

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Konstanz, Fachgebiet Physik und Elektrotechnik durchgeführt. Das Thema des Vorhabens ist die Erforschung von neuartigen Optimierungsverfahren im Umfeld von Nieder- und Mittelspannungsnetzen der Verteilnetzebene mit dem Ziel, das bestehende Verteilnetz optimal zu nutzen, und somit die Kosten eines resultierenden Netzausbaus zu verzögern oder ganz zu vermeiden. Üblicherweise werden Optimierungsalgorithmen für einzelne Optimierungsaufgaben entwickelt und angewendet. Stattdessen soll in diesem Vorhaben die Anwendung von Optimierungsaufgaben mit mehreren Freiheitsgraden, das Zusammenspiel verschiedener Akteure bis hin zu komplexen Netzstrukturanpassungen untersucht werden. Insbesondere soll die Anwendung von neuronalen Netzen als Planungs- und Optimierungskern untersucht werden. Das Forschungsvorhaben will damit die Fortschritte zu nutzen machen, die erst in den letzten Jahren im Bereich neuronaler Netze erzielt wurden. Diese werden in anderen Bereichen der Technik bereits sehr erfolgreich angewendet. Das zu entwickelnde, neuartige Optimierungsverfahren soll, im Gegensatz zu existierenden Verfahren, auch in der Realität Ergebnisse liefern, die sofort und direkt umgesetzt werden können, sowie auch zukünftige Netzausbauplanungen unterstützen. Die Beteiligung der assoziierten Partner Siemens und Stadtwerk am See sorgt dabei für eine praxisrelevante Vorgehensweise. Die Entwicklungen zum Beispiel im Smart Grid des EU - Projektes Cossmic oder im Netz des Stadtwerk am Sees speziell im Quartier Fallenbrunnen sowie in Beispielprojekten der Siemens AG können abschließend zur praktischen Evaluierung herangezogen werden. Typische Situationen aus dem täglichen Netzgeschehen sollen verwendet werden, und die Lösung dann auch tatsächlich angewendet werden.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Projektes ist, Kraft-Wärme-Kälte-Anlagen in großen Gebäudekomplexen oder Liegenschaften durch den Einsatz von thermischen Speichern flexibler betreiben zu können, um Lastmanagement zu betreiben und des Stromnetz zu stützen. In einigen Liegenschaften ist das Raumangebot für konventionelle Speicher knapp bemessen, weshalb innovative Latentwärmespeicher mit niedrigerem Platzbedarf eingesetzt werden müssen. Dies soll am Beispiel der DEKRA-Zentrale in Stuttgart untersucht und realisiert werden.

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik durchgeführt. Aufgrund der zunehmenden Integration an erneuerbaren Energien kommt es immer häufiger zu Leitungsüberlastungen im Verteilnetz und insbesondere im 110 kV-Netz. Im Projekt NEOS wird - neben der wirtschaftlichen, regulatorischen und kommunikationswissenschaftlichen Begleitforschung - die technische Machbarkeit von Speichertechnologien zur Netzentlastung unter Berücksichtigung des (n-1)- Sicherheitskriteriums als Alternative zum konventionellen Netzausbau am Beispiel Netzverstärkung Ostalbkreis untersucht. Dafür wird das Modell einer Großspeicheranlage entwickelt und in einer Simulationsumgebung für das reale 110 kV-Netz im Ostalbkreis implementiert. Anschließend werden Optimierungsalgorithmen zur Dimensionierung, Positionierung sowie dem Betrieb der Speicher entwickelt. Anhand von zeitreihenbasierten Lastflussberechnungen kann somit der Beitrag von Speichertechnologien zur Netzentlastung zunächst technisch ausgewertet werden. In einem nächsten Schritt wird der Einsatz von Speichertechnologien im untergelagerten Mittelspannungsnetz untersucht und mögliche Synergieeffekte zwischen Hochspannungs- und Mittelspannungsnetz daraus abgeleitet. Darüber hinaus wird die Wirtschaftlichkeit der untersuchten Einsätze von Speichertechnologien in einem weiteren Schritt überprüft. Abschließend wird eine Planungsgrundlage für den Speichereinsatz zur Netzentlastung entwickelt sowie die Anforderungen für einen wirtschaftlichen Betrieb mittels Sensitivitätsanalyse untersucht. Das Projekt wird während der gesamten Laufzeit kommunikationswissenschaftlich begleitet. Maßgebliches Instrument in diesem Zusammenhang sind zwei heterogene Kommunikationsgruppen, die zu den technischen, wirtschaftlichen und regulatorischen (Zwischen-) Ergebnissen Feedback geben und Multiplikatorenfunktion übernehmen.

Teil 3

Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von geomer GmbH durchgeführt. Schwerpunkt des Vorhabens ist die Entwicklung von Werkzeugen zur Bedarfs- und Potenzialanalyse und darauf basierend eine Strukturoptimierung von Speichern in regionalen Energiesystemen unter Berücksichtigung von räumlicher und zeitlicher Variabilität von Energieproduktion und Energieverbrauch. Das Vorhaben zielt deshalb darauf ab, Beiträge zu einen einem besseren Verständnis der räumlichen Ausprägung (lokal und regional) von Energiesystemen zu liefern und damit die Grundlage für Planungswerkzeuge von Energiesystemen zu schaffen, die durch einen hohen Anteil von Speichersystemen geprägt sind. Dies erfolgt durch Kopplung von Werkzeugen zur Energiesystemsimulation und Geographischen Informationssystemen. Dabei soll erreicht werden, das (1) eine Verbesserung der Verfügbarkeit und Zugänglichkeit von Basisdaten (Energiedaten, Energiesystemstruktur, Geodaten) und Entwicklung von Regionalisierungsverfahren erfolgt; (2) Planungswerkzeugen zur Strukturoptimierung von Speicherkapazitäten auf Basis von räumlichen Bedarfs- und Potenzialanalyse von Strom- und Wärmespeichern erstellt werden (3) die Eignung dieser Werkzeuge für die Betriebsoptimierung von regionalen Energiesystemen mit hohem Anteil von Speichern untersucht wird und (4) die Leistungsfähigkeit der entwickelten Werkzeuge am Beispiel zweier Demonstrationsprojekte für Wär-mespeicher unter Beteiligung wichtiger Akteursgruppen demonstriert wird.

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Schwerpunkt des Vorhabens ist die Entwicklung von Werkzeugen zur Bedarfs- und Potenzialanalyse und darauf basierend eine Strukturoptimierung von Speichern in regionalen Energiesystemen unter Berücksichtigung von räumlicher und zeitlicher Variabilität von Energieproduktion und Energieverbrauch. Das Vorhaben zielt deshalb darauf ab, Beiträge zu einen einem besseren Verständnis der räumlichen Ausprägung (lokal und regional) von Energiesystemen zu liefern und damit die Grundlage für Planungswerkzeuge von Energiesystemen zu schaffen, die durch einen hohen Anteil von Spei-chersystemen geprägt sind. Dies erfolgt durch Kopplung von Werkzeugen zur Energiesystemsimulati-on und Geographischen Informationssystemen. Dabei soll erreicht werden, das (1) eine Verbesserung der Verfügbarkeit und Zugänglichkeit von Basisdaten (Energiedaten, Energiesystemstruktur, Geodaten) und Entwicklung von Regionalisierungsverfahren erfolgt; (2) Planungswerkzeugen zur Strukturoptimierung von Speicherkapazitäten auf Basis von räumlichen Bedarfs- und Potenzialanalyse von Strom- und Wärmespeichern erstellt werden (3) die Eignung dieser Werkzeuge für die Betriebsoptimierung von regionalen Energiesystemen mit hohem Anteil von Speichern untersucht wird und (4) die Leistungsfähigkeit der entwickelten Werkzeuge am Beispiel zweier Demonstrationsprojekte für Wär-mespeicher unter Beteiligung wichtiger Akteursgruppen demonstriert wird.

Lastmanagement im Strom- und Wärmemarkt

Das Projekt "Lastmanagement im Strom- und Wärmemarkt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Technische Thermodynamik, Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung durchgeführt. Der fortwährende Ausbau von in ihrer Stromproduktion dargebotsabhängigen Windkraft- und Photovoltaikanlagen führt zu einer Zunahme der Schwankungen in der Netzeinspeisung. Da Stromangebot und -nachfrage zu jeder Zeit übereinstimmen müssen, bedarf es eines Ausgleichs dieser Schwankungen. Dieser erfolgt heute zumeist mit schnell regelbaren Gas- und Kohlekraftwerken, zukünftig müssen jedoch auch andere Optionen zum Einsatz kommen. Dazu gehört neben dem Ausbau der Netze und der Nutzung verschiedener Arten von Stromspeichern auch das Lastmanagement. Unter Lastmanagement versteht man einerseits die gezielte Steuerung von Stromverbrauchern, und anderseits das Setzen von Anreizen zur Beeinflussung des Nutzerverhaltens, z. B. durch variable Preise. Im Rahmen eines Promotionsprojekts sollen die Potenziale des Lastmanagements in Europa in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ermittelt werden. Diese werden, mit den bei ihrer Nutzung entstehenden Kosten, in das bestehende lineare Optimierungsmodell REMix integriert, um zu untersuchen, ob und in welchem Ausmaß das Lastmanagement mit anderen Ausgleichoptionen konkurrieren kann. Darüber hinaus soll in dem Projekt die Nutzung thermischer Speicher als Option des Lastmanagements betrachtet werden. Diese können z.B. den stromgeführten Betrieb von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK) ermöglichen, und die Nutzung der Wärme von deren Erzeugung entkoppeln. Ein die Promotion begleitendes Projekt wurde beim BMWi beantragt.

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