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Synergien aus physikalischen und verkehrsplanerischen Modellen zur multikriteriellen Optimierung multimodaler nachfrageorientierter Verkehre

Synergien aus physikalischen und verkehrsplanerischen Modellen zur multikriteriellen Optimierung multimodaler nachfrageorientierter Verkehre, Teilvorhaben 3 und 4: Integration der Feinmodelle; Mulitkriterielle Linien- und Fahrplanung unter Gleichgewichtsbedingungen

Synergien aus physikalischen und verkehrsplanerischen Modellen zur multikriteriellen Optimierung multimodaler nachfrageorientierter Verkehre, Teilvorhaben 1: Verkehrsmodelle für die strategische Planung multimodaler Verkehre

Aktionsprogramm: Modellvorhaben der Raumordnung (MORO), Experimentelle Erprobung tauschbasierter Instrumente zur Begrenzung der baulichen Flächeninanspruchnahme - Vorstudie

An zwei Beispielen sollen im Rahmen der Vorstudie regionalplanerische Verfahren und Instrumente zur Mengensteuerung der Flächeninanspruchnahme weiter entwickelt werden. Der interkommunale Austausch von Flächen bzw. Flächenausweisungsrechten soll dabei als Option mit einbezogen werden. Ausgangslage: Nach wie vor sind verstärkte Anstrengungen auf allen Ebenen notwendig, um das 30 ha-Ziel der Bundesregierung bis 2020 zu erreichen. Da die Angebotsplanung der Kommunen eine wichtige Grundlage der Inanspruchnahme von Flächen ist, kommt der Regionalplanung eine wichtige Rolle bei der Begrenzung der Flächeninanspruchnahme für Siedlungsflächen (Wohnbauflächen, gewerblich-industrielle Flächen) zu. Genehmigte Regionalpläne bilden mit ihren Grundsätzen oder Zielen Planungsgrundlagen für die Gemeinden, die im Rahmen ihrer kommunalen Bauleitplanung bei der Abwägung zu berücksichtigen oder strikt zu beachten sind. Gleichzeitig sind bundesweit in allen Regionalplänen Hinweise auf den interkommunalen Austausch oder die interkommunale Zusammenarbeit enthalten. Erste Gespräche mit verschiedenen Regionalplanungsbehörden zeigten, dass der vorgesehene interkommunale Austausch konkreter Flächen in der Regel auf kommunale Vorbehalte stößt und der Vor- und Nachteilsausgleich unauflösbar zu sein scheint. Daher soll der Fokus des Modellvorhabens auch auf andere Instrumente der Regionalplanung (positiv-allokative und negativ-restriktive Standortsteuerung, Mengensteuerung durch Flächenkontingente oder Siedlungsdichten, Steuerung der Eigenentwicklung) erweitert werden. In diesem Zusammenhang werden auch die Verfahren zur Flächenbedarfsermittlung und zur Setzung von Mengenzielen sowie vorhandene Monitoringansätze betrachtet. Die Vorstudie soll die Hauptstudie inhaltlich, methodisch und organisatorisch vorbereiten. Dazu werden die Instrumente der Mengensteuerung in zwei Beispielregionen weiter entwickelt und ihre Übertragbarkeit auf andere Regionalplanungsregionen diskutiert. Erst in der Hauptstudie sollen die entwickelten Instrumente in Modellregionen erprobt und untersucht werden.

Räumliche Optimierung als Strategie waldbaulicher Bestandesplanung

Die ökologische Forschung zu Einzelbaumeffekten in Mischbeständen eröffnet tiefere Einsichten in die Wechselbeziehungen zwischen Baumarten und -individuen. Sie ermöglicht darüber hinaus die rationale Planung der Gestaltung von Waldbeständen. In diesem Projekt sollen die Kenntnisse über ökologische Felder von Einzelbäumen erstmals mit Methoden der Räumlichen Optimierung dazu genutzt werden, Empfehlungen für die Strukturierung von Beständen zu erarbeiten. Hierzu soll das Wissen über einige Einzelbaumeffekte so aufbereitet werden, dass es mit Algorithmen der mathematischen Optimierung bearbeitet werden kann. Die dabei zum Einsatz kommenden nichtlinearen Algorithmen und die verwendete Software erlauben eine derart nachhaltige Optimierung, so dass trotz zahlreicher Nebenbedingungen und multikriterieller Optimierungsziele im Einzelbestand mit über hundert Baumindividuen vertrauenswürdige Ergebnisse erzielt werden. Diese Methoden sichern ökosystemorientierte Nachhaltigkeitsindikatoren in forstlichen Managementmodellen und liefern einen Beitrag zur horizontalen Integration verschiedener Waldfunktionen auf Bestandesebene.

Spannungsebenenübergreifende optimierte und automatisierte Zielnetzplanung von Verteilungsnetzen, Teilvorhaben: Konzeptionelle Entwicklung einer Software zur automatisierten Zielnetzplanung und Integration von Geostruktur- und Marktdaten

Die immer weiter ansteigende Anzahl neuartiger Lasten (beispielsweise Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen), aber auch weiterer dezentraler Erzeuger (beispielsweise Photovoltaikanlagen), führen zu einer deutlich veränderten Versorgungsaufgabe in deutschen Verteilungsnetzen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen und Potenziale zur Kostensenkung aufzudecken, werden von den Netzbetreibern regelmäßig Zielnetzplanungen durchgeführt. Durch die Verwendung von spannungsebenenübergreifenden Analysen der Verteilungsnetze könnten technische und wirtschaftliche Synergien identifiziert und unnötige Investitionsmaßnahmen vermieden werden. Zu diesem Zweck wird im Rahmen des Forschungsvorhabens des Konsortiums, bestehend aus der Bergischen Universität Wuppertal, der IAV GmbH, sowie den assoziierten Partnern, eine softwaregestützte Methodik entwickelt, die eine spannungsebenenübergreifende Zielnetzplanung ermöglicht, bei der sowohl konventionelle als auch innovative Betriebsmittel und Planungsmethoden berücksichtigt werden. Die neue Methodik ermöglicht es, die gemeinsame Planung von Mittel- und Niederspannungsnetzen für unterschiedliche Entwicklungsszenarien automatisiert vorzunehmen. Zusätzlich werden Geostruktur- und Marktdaten verwendet, um eine präzise Abschätzung für zukünftige Standorte von neuartigen Lasten und Einspeisern zu ermitteln, zur Positionierung von Einzelstrangreglern oder zur Ermittlung neuer Kabeltrassen unter Berücksichtigung von geeigneten Untergründen. Die Ergebnisse der neuen Methode werden plausibilisiert, indem sie auf mehrere reale Mittel- und Niederspannungsnetze angewendet wird.

EnEff: Stadt: Entwicklung von Methoden und Werkzeugen zu Bilanzierung, Planung und Betrieb von klimaneutralen, urbanen Quartieren als 'Positive Energy Districts - PEDs' sowie Mitarbeit im IEA-EBC Annex 83

Bestimmung der geohydraulischen Anisotropie in Porengrundwasserleitern

Im Fokus des Vorhabens stehen die Planung und Durchführung eines Feldversuchs zur Bestimmung der geohydraulischen Anisotropie von Porengrundwasserleitern sowie die Auswertung der ermittelten Daten mit Hilfe inverser numerischer Methoden. Aufgabenstellung und Ziel Geohydraulische Berechnungen basieren zumeist auf der Annahme bereichsweise homogener und isotroper Grundwasserleiter und -geringleiter. Dies bedeutet, dass die hydraulische Durchlässigkeit innerhalb einer geologischen Formation als konstant und richtungsunabhängig angenommen wird. Da die einzelnen Kornpartikel einer geologischen Formation jedoch zumeist nicht gleichförmig abgelagert werden und selten kugelförmig sind, orientieren sie sich zumeist während der Ablagerungsprozesse und bilden Lagen aus Feinsedimenten. Kornanalytisch kann hier zwar eine Homogenität nachgewiesen werden, in Bezug auf die hydraulische Durchlässigkeit trifft dies jedoch nicht zu. In den meisten Fällen ist die hydraulische Durchlässigkeit eines Sedimentkörpers in horizontaler Richtung wesentlich größer als in vertikaler Richtung. Dieses Phänomen wird als Anisotropie bezeichnet. Speziell in größeren Skalen (räumlich) wirkt sich die Anisotropie des Untergrunds maßgeblich auf dessen effektive Durchlässigkeit aus, wodurch beispielsweise die räumliche Ausbreitung von Absenktrichtern bei Wasserhaltungsmaßnahmen nachhaltig beeinflusst werden kann. Für die Planung und Dimensionierung von Wasserhaltungsmaßnahmen liegt jedoch meist keine ausreichende Kenntnis über die Anisotropie des Untergrunds vor. Oftmals wird deshalb auf Literaturangaben zurückgegriffen, in denen das Anisotropieverhältnis von horizontaler und vertikaler hydraulischer Durchlässigkeit natürlich abgelagerter Sedimente mit Werten zwischen 2 und 10 beschrieben wird. Je nach Standort kann der Wert der tatsächlich vorliegenden Anisotropie jedoch noch deutlich von diesen Größen abweichen bzw. räumlich stark variieren. Hierdurch entstehen bei der Planung von Wasserhaltungsmaßnahmen große Unsicherheiten, woraus gegebenenfalls ein erhöhter Aufwand mit entsprechenden Kosten resultiert. Geohydraulische Standarduntersuchungsmethoden eignen sich nur in geringem Maß, um Informationen über die hydraulische Anisotropie von Sedimentkörpern zu erhalten. Durch die meisten dieser Verfahren kann nur die horizontale, selten auch nur die vertikale Durchlässigkeit des Untergrunds bestimmt werden (Bagarello et al. 2009). Durch Pumpversuche kann in bedingtem Maß ein Rückschluss auf die Anisotropie des Untergrunds gezogen werden (Neumann 1975). Die hierbei ermittelten Werte basieren jedoch meist auf einer an wenigen Beobachtungs¬punkten erhobenen Datengrundlage. Die Auswertung erfolgt dabei auf Grundlage analytischer Lösungen für stark vereinfachte Modellannahmen. Die Zuverlässigkeit der ermittelten Werte ist deshalb zum einen von der Datengrundlage und zum anderen von der Eignung des Berechnungsansatzes für die jeweils vorliegenden Randbedingungen abhängig. Prognostizierte Grundwasserspiegeländerungen mittels numerischer Modelle, die auf einer geringen Datengrundlage erstellt wurden, korrelieren oftmals nicht mit tatsächlichen Beobachtungen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, geeignete Methoden zu entwickeln, um die Erkundungsergebnisse zu verbessern und dadurch die Prognosefähigkeit deutlich zu steigern. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Durch ein verbessertes Prozessverständnis, jedoch vor allem durch die Verfügbarkeit verbesserter Werkzeuge zur Bestimmung der Anisotropie von Sedimentkörpern, wird eine effizientere Beratung im Vorfeld von Baumaßnahmen an Bundeswasserstraßen ermöglicht. Planung und Dimensionierung von Wasserhaltungsmaßnahmen können effizienter erfolgen. Außerdem kann die Prognose der Auswirkungen von baulichen Maßnahmen an Bundeswasserstraßen auf den angrenzenden Grundwasserleiter verbessert werden.

Erweiterung des SimBench-Datensatzes auf den Gas- und Wärmesektor, Teilvorhaben: Methoden zur automatisierten Erstellung von Zeitreihen und Varianten

Im Forschungsprojekt SimBench wurde ein Benchmark-Datensatz als freier Download für Lösungen im Bereich der Analyse, Planung und Betriebsführung von elektrischen Netzen aller Spannungsebenen entwickelt (www.simbench.de). Dieser Satz aus Netzdaten und Zeitreihen soll die Entwicklung von Lösungen unabhängig von Netzbetreibern möglich machen und zugleich eine Vergleichbarkeit verschiedener Entwicklungen auf dem Gebiet der elektrischen Netze fördern. In SimBench-Sektor soll darauf methodisch aufbauend ein Datensatz entwickelt werden, welcher die realistische Abbildung deutscher Gas- und Wärmenetze ermöglicht. Innovative Anwendungsfälle im Bereich der Quartiersentwicklung, der Umgestaltung der Gasnetze für Wasserstoff oder gar spartenübergreifender Simulationen machen die Entwicklung von Gas- und Wärmenetzkomponenten als Teil eines Benchmark-Datensatzes sinnvoll und notwendig. Insbesondere zukünftige Untersuchungen zu gekoppelten Infrastrukturen im Rahmen der Energiewende und ihrer Digitalisierung fordern konsistente Testnetze in allen Sektoren. Durch SimBench-Sektor soll der Forschungslandschaft ein konsistenter Datensatz als Open Data zur vollumfänglichen Beschreibung der netzgebundenen deutschen Energieversorgung bereitgestellt werden. Neben der hohen örtlichen und zeitlichen Auflösung besteht die Innovation in einer technisch detaillierten Modellierung der Betriebsmittel in heutigen Netzen, aber auch in der Modellierung innovativer, zukünftiger Betriebsmittel. Arbeiten des Fraunhofer IEE konzentrieren sich neben der Projektleitung auf die Definition eines Gesamtprojektrahmens, der Übertragung von Erfahrungen aus dem ersten SimBench-Projekt, und die Formulierung von Grundsätzen für die Erstellung der Datensätze und Zeitreihen. Zudem werden Methoden für den kostenoptimierten Zu-, Um- und Rückbau von Energienetzen bei der Erstellung der Datensätze eingesetzt sowie ein System zur Koordination von unabhängigen Einzelanlagen implementiert.

Planungsleitfaden: 100 Klimaschutzsiedlungen NRW

Im Leitfaden werden Anforderungen und Rahmenbedingungen für die Klimaschutzsiedlungen dargestellt. Der Leitfaden entstand im Rahmen der nordrhein-westfälischen Energie- und Klimaschutzstrategie.

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