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Notwendige Nachrüstung von dezentralen Erzeugungsanlagen - Entwicklung einer Nachrüststrategie für dezentrale Erzeugungsanlagen zum Erhalt der Systemsicherheit bei Über- und Unterfrequenz

Ecofys und Partner entwickelten für das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie eine Nachrüststrategie für Stromerzeugungsanlagen zum Erhalt der Systemsicherheit bei Über- und Unterfrequenz. Konkret wurde untersucht, welche Anlagentypen (Wind-, Biomasse-, KWK- und Wasserkraftanlagen) nach welchen Verordnungen an das Stromnetz angeschlossen sind, und wie groß das Gefährdungspotential ist. Darauf aufbauend wurde abgeschätzt, wie hoch der Aufwand zur Anpassung der Anlagen an aktuelle Erfordernisse ist, um die Stabilität des Stromnetzes auch bei Störfällen zu gewährleisten. Als Ergebnis erarbeitete das Konsortium konkrete Handlungsempfehlungen für das Ministerium. Dabei wurden auch juristische Vorschläge für eine neue Verordnung entwickelt.

Einsatz alternativer Verfahren zur Waermebereitstellung in GDRA

Im Rahmen des Projektes werden die Gestehungskosten fuer die Gasdruckregelung ueber den gesamten Lebenszyklus der GDRA bilanziert und auf der Basis von Messwerten der EVG mbH verifiziert. Das vorgeschlagene Rechenverfahren integriert explizit die Kosten fuer die Gasvorwaermung und greift die Struktur der VDI 2067 bzw. VDI 6025 auf. Neben der Kostenbetrachtung wurde parallel der Bezug zum Primaerenergiebedarf und den Treibhausgasemissionen, bewertet im CO2-Massstab hergestellt. Das Problem der Erdgasvorwaermung wird separat behandelt. Optimierungsmoeglichkeiten im Bereich der Waermebereitstellung werden abgeleitet.

Fachliche Beratung und Mitarbeit bei der Weiterführung des Umweltmanagementsystems an der TU Dresden

Seit dem 8. Januar 2003 ist die TU Dresden in das EMAS-Verzeichnis bei der IHK Dresden eingetragen und somit die erste technische Universität mit einem validierten Umweltmanagementsystem nach EMAS (Registrierungsurkunde). Die Validierung ist insbesondere auf den erfolgreichen Abschluss des Projektes 'Multiplikatorwirkung und Implementierung des Öko-Audits nach EMAS II in Hochschuleinrichtungen am Beispiel der TU Dresden' zurückzuführen. Mit der Implementierung eines Umweltmanagementsystems ist zwar ein erster Schritt getan, jedoch besteht die Hauptarbeit für die TU Dresden nun, das geschaffene System zu erhalten und weiterzuentwickeln. Für diese Aufgabe wurde ein Umweltmanagementbeauftragter von der Universitätsleitung bestimmt. Dieser ist in der Gruppe Umweltschutz des Dezernates Technik angesiedelt und wird durch eine Umweltkoordinatorin, den Arbeitskreis Öko-Audit, die Arbeitsgruppe Öko-Audit und die Kommission Umwelt, deren Vorsitzende Frau Prof.Dr. Edeltraud Günther ist, tatkräftig unterstützt. Die Professur Betriebliche Umweltökonomie arbeitet in dem Arbeitskreis und der Arbeitsgruppe Öko-Audit mit und steht dem Umweltmanagementbeauftragten jederzeit für fachliche Beratung zum Umweltmanagement zur Verfügung. Ein wesentlicher Erfolg der TU Dresden auf dem Weg zu einer umweltbewussten Universität ist die Aufnahme in die Umweltallianz Sachsen, die am 08. Juli 2003 stattgefunden hat. Informationen zum Umweltmanagementsystem der TU Dresden sind unter 'http://www.tu-dresden.de/emas' zu finden.

EnEff:Stadt: Energieeffizienzsteigerung durch die klimaangepasste, synergetische Nutzung von innovativem Energie- und Regenwassermanagement für das Stadtquartier ecoSquare, Teilvorhaben: Biodiversität, Kommunikation - Partizipation, Rechtliche und planerische Instrumente - Transfer

Energetische Sanierung der Lichtsignalanlagen - Umrüstung auf LED

Die Umrüstung städtischer Lichtsignalanlagen durch energieeffiziente LED-Beleuchtung startete 06.2020 und wurde Ende 2021 abgeschlossen. Dadurch sind nachfolgend mehr als 50% der Treibhausgasemissionen einsparbar, also auch finanzielle Einsparpotentiale erzielt. Durch die neue Steuer- und Regelungstechnik wird zusätzlich eine Optimierung der Lichtsignalanlagen erreicht.

Wissenschaftliche Abschlussberichte

Im Berliner Programm für Nachhaltige Entwicklung (BENE) wurden Vorhaben gefördert, die direkt oder indirekt zu einer Verminderung des CO 2 -Ausstoßes bzw. zu einer Verminderung des Ausstoßes von Stoffen mit einem Treibhauspotenzial (CO 2 -Äquivalent) beitragen oder die für Vorhaben zur Verminderung des Ausstoßes dieser Stoffe die wissenschaftliche Grundlage bilden. Hier erhalten Sie eine Übersicht einiger erfolgreich abgeschlossener anwendungsorientierter Forschungsprojekte und Studien. Im Forschungsvorhaben „PV2City“ wird das Potenzial der solaren Stromversorgung Berlins auf Basis einer zeitlich und räumlich aufgelösten Simulationsstudie bestimmt. Darin soll insbesondere die direkte Nutzung des Solarstroms vor Ort analysiert werden, was in bisherigen Studien wenig Beachtung fand. Des Weiteren lassen sich aus den Simulationsuntersuchungen Anforderungen an das zukünftige Berliner Stromnetz bei hoher PV-Durchdringung ableiten. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Analyse der PV-Energieversorgung von ausgewählten Gebäudetypen in Berlin auf Basis von detaillierten Stromverbrauchs- und Solarstrahlungsmessungen. Darüber hinaus werden detailliert Hemmnisse und Hürden zur Erschließung des PV-Potenzials in Berlin analysiert und Lösungsansätze aufgezeigt. Im Rahmen des Projektes wurden mehrere fachliche Studien sowie eine Webanwendung zur Auslegung einer PV-Anlage erstellt und umfassend kommuniziert. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 06/2016 – 04/2021 Das Projekt OpReeBeK² (Optimale Regelungsstrategie zum effizienten Betrieb von Klimaanlagen und deren Kälteversorgung) baut inhaltlich und methodisch auf den Ergebnissen aus dem Projekt OpDeCoLo (Optimized Dehumidification Control Loop, Projektnummer 11406UEPII/2) auf. Die Entfeuchtung von Raumluft in Klimaanlagen erfolgt üblicherweise durch die Kühlung der feuchtwarmen Luft bis zum Taupunkt. Über die dann erfolgende Kondensation des Wassers reduziert sich die Luftfeuchte. Im Forschungsvorhaben wird nun eine neue technische Konstruktion zur Gebäudeklimatisierung entwickelt und untersucht, die es erlaubt Energie bei der Entfeuchtung von Raumluft einzusparen. Hierzu soll ein geregelter „Luftbypass“ eingesetzt werden. Die Idee dabei ist, nur einen Teil der durchströmenden Luft zu kühlen. Die am Kühler im Bypass vorbeigeführte unbehandelte Luft wird anschließend wieder mit dem Teilstrom der gekühlten entfeuchteten Luft vermischt. Auf diese Weise wird der ansonsten erforderliche Energieaufwand zur Nacherhitzung der behandelten (=gekühlten) Luft reduziert. Gleichzeitig wird weniger Kühlleistung benötigt, da eine verringerte Luftmenge durch den Kühler strömt. Weiterhin soll bei dem Kreisprozess zur Kälteerzeugung eine energieoptimierte Regelung der Kühlwasservorlauftemperatur ebenfalls zur Energieeinsparung bei der Klimatisierung der Luft beitragen. Im Ergebnis der Auswertung der Messreihen an der komplexen RLT-Laboranlage und den modellbasierten Simulationen wird eine Steigerung der Energieeffizienz von bis zu 20 % prognostiziert. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 09/2016 bis 04/2021 Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Umsetzung von Konzepten einer adaptiven und kontrastoptimierten Straßenbeleuchtung für Berlin. Verwendet werden hierfür bildverarbeitende Systeme in Kombination mit intelligenten Leuchten, die gefährdete Objekte oder ihre direkte Umgebung gezielt anstrahlen. Hierdurch wird es möglich, hohe Beleuchtungsniveaus in bestimmten Verkehrsflächen zu reduzieren, ohne dabei die Verkehrssicherheit zu mindern bzw. bei vorhandenen niedrigen Beleuchtungsniveaus die Verkehrssicherheit um ein Vielfaches zu erhöhen. Das Forschungsvorhaben bestätigt das prognostizierte hohe Energieeinsparpotenzial durch Einsatz des Markierungslichtes. So kann an zu dunkel beleuchteten Straßen unter Sicherstellung der Verkehrssicherheit mit Hilfe des Markierungslichts bis zu 64 % an Energieeinsparung gegenüber der normgerechten Anpassung des Beleuchtungsniveaus erreicht werden. Weiterhin ist es möglich bei wenig frequentierten Straßen über eine Absenkung des Beleuchtungsniveaus und gleichzeitiger Sicherstellung der Verkehrssicherheit durch das Markierungslicht bis zu 45,95 % Energie einzusparen. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 04/2017 – 10/2021 Das übergeordnete Projektziel war, den Klimaschutz in Berlin über den Schutz und die Entwicklung der C-Speicher von Böden und grüner Infrastruktur (Vegetation) zu stärken. Dafür erarbeitete das Projekt ein Instrumentarium für die Bestimmung und Bewertung des C-Speichers der Böden und der Vegetation sowie Entwicklungsprognosen bei städtebaulichen Projekten oder sonstiger Flächennutzungsplanung in Berlin. Des Weiteren war die Schaffung einer belastbaren Datengrundlage für die Beurteilung der Klimaschutzfunktion der Berliner Böden ein wesentliches Ziel, welche eine Differenzierung nach ausgewählten Bodeneigenschaften, Schutzwürdigkeit der Böden und städtischen Nutzungsformen ermöglicht. Zudem wurden berlintypische C-Speicher und -Bilanzen (CO 2 -Fixierungspotenziale) der Vegetation verschiedener Nutzungsformen bestimmt. Die Boden- und Vegetationsdaten besitzen eine große Planungsrelevanz für die Stadtentwicklung mit dem Ziel „klimaneutrales Berlin 2050“. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 05/2016 bis 09/2019 Die Abwasserreinigung in Kläranlagen stellt einen der größten Energieverbraucher in Kommunen dar. Mit dem Forschungsvorhaben E-VENT “Evaluation von Verfahrensoptionen zur Senkung des Energiebedarfs und Treibhauseffekts der Berliner Kläranlagen” wurde eine Entscheidungsunterstützung für strategische Überlegungen im Land Berlin hinsichtlich zukünftiger Investitionsmaßnahmen für Kläranlagen erarbeitet, die gleichzeitig klimaschonend sind. Hierzu wurden energieeffiziente Verfahrensoptionen zur Abwasserbehandlung und zur Klärschlammvorbehandlung untersucht und bewertet. Ausgewählte Verfahrenskombinationen wurden anhand einer ausgewählten Kläranlage einer Gesamtbetrachtung unterzogen. Für zwei ausgewählte Verfahren wurden Labor- und Pilotversuche durchgeführt, um geeignete Daten für die Bewertung zu erheben und Datenlücken zu schließen. Abschließend wurde über Stoffstrom-, Energie-, und Treibhausgasbilanzen ermittelt, inwieweit diese Verfahrenskombinationen zu einer verbesserten Energie- und Treibhausgasbilanz der Kläranlagen in Berlin beitragen können. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens wurden in mehreren Workshops der Öffentlichkeit vorgestellt. Das Projekt wurde in enger Kooperation mit den Berliner Wasser Betrieben (BWB) durchgeführt, die die erforderlichen Versuchsstandorte inkl. Prozesstechnik zur Verfügung stellten. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 03/2017 bis 07/2020 In enger Zusammenarbeit der Verbundpartner ALBA Management GmbH und der TU-Berlin, Fachgebiet für Energieverfahrenstechnik und Umwandlungstechniken regenerativer Energien (EVUR) wurde eine Studie zur netzdienlichen Integration von hybriden Entsorgungsfahrzeugen und deren Speichersysteme für den Regelenergiemarkt erstellt. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 02/2018 bis 10/2019 Im Vorhaben der Firma Solaga „Erforschung einer Algenbiofilmanlage zur urbanen industriell-städtischen Biogasproduktion (Algbioga)“ wurde der Prototyp einer Solarbiogasanlage gebaut und im Außenbereich untersucht. Hierzu wurden Paneele mit Algenteppichen errichtet und das produzierte Biogas in einem flexiblen Membranspeicher gespeichert. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 08/2017 bis 10/2019 Im Verbundprojekt Berlin HFE-emissionsfrei wurde die Entwicklung eines innovativen Filtersystems für Krankenhäuser zur gezielten Adsorption von Narkosegasen aus der Abluft verfolgt. Diese Hydrochlorfluorether (HFE)-Gase haben ein hohes Treibhauspotential und stellen machen einen Großteil der Emissionen aus den Operationsbereichen der Hospitäler dar. Den Projektpartnern Pneumatik Berlin GmbH Medical Systems und der ZeoSys ENERGY GmbH ist es gelungen ein praxistaugliches System zu entwickeln, welches die Narkosegase fast vollständig aus der Abluft entfernt. Zudem kann das Anlagendesign individuell an die Anforderungen der Krankenhäuser angepasst und in die bestehende Infrastruktur integriert werden. Dies wurde durch Langzeitversuche im realen Operationsbetrieb über mehrere Monate getestet. Der innerhalb des Projektes entwickelte Prototyp soll in Zukunft als marktfähiges Produkt die Treibhausgasemission der Krankenhäuser reduzieren und eine Wiederverwendung der Narkosegase ermöglichen. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 12/2017 bis 04/2021 In dem Verbundvorhaben der Berliner Hochschule für Technik und der senercon GmbH wurden statistische Lernverfahren für wettergeführte Heizungssteuerungen entwickelt, die eine hinreichend sichere Einsparprognose bei Anwendung dieser neuen Technik ermöglichen. Damit können die Anbieter der wettergeführten Heizungssteuerungen ihren Kunden vor dem Einbau der Technik exakt deren Nutzen bezüglich der zu erwartenden Energieeinsparung beziffern. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 09/2020 bis 04/2023 Durch die Ergebnisse des Projektes „Kosie“ wird ein wissensbasiertes Management der Kohlenstoff-speicher in ver- und entsiegelten Böden ermöglicht. Da in Berlin bisher nur Informationen zu Kohlenstoffspeichern unversiegelter Böden vorlagen, wurde von der Humboldt-Universität zu Berlin zunächst eine wissenschaftliche Datenbasis geschaffen. Dazu wurden Standorte im Stadtgebiet untersucht, Proben entnommen und im Labor analysiert. Die gewonnenen Daten wurden bezüglich verschiedener Einflussfaktoren ausgewertet. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 11/2019 bis 05/2023 In dem Vorhaben des Instituts für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP) wurden unterschiedlich vorkultivierte Staudenmatten eingesetzt, die in Großstädten zur ökologischen Aufwertung von verkehrsverdichteten und anderen emissionsintensiven Bereichen insbesondere zur CO 2 -Bindung beitragen sollen. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 01/2018 bis 06/2023 Im Projekt „MURMEL – Mobiler Urbaner Roboter zur Mülleimerleerung“ der TU-Berlin wurde der Prozess der Papierkorbleerung mithilfe eines Serviceroboters hinsichtlich der CO 2 -Emissionen und des Energiebedarfs optimiert. Dafür wurde ein funktionaler Prototyp und seine Einbindung in die Prozesskette entwickelt. Gemeinsam mit dem assoziierten Partner BSR wurde überprüft, inwiefern ein speziell entwickelter Serviceroboter die Vorgänge in der Abfallwirtschaft einer Großstadt wie Berlin unterstützen und verbessern kann. Ziel dabei ist die Vermeidung von CO 2 -Emissionen sowie eine effizientere Energienutzung. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 04/2019 bis 08/2023 Ziel des Projektes „DymPro – Dynamische Anpassung der Berliner Straßenbeleuchtung“ der TU-Berlin war es, Anforderungen an Steuerungssysteme zu definieren, um die Umsetzung dynamischer Beleuchtungslösungen für Berlin vorzubereiten. Hierfür wurden alle aktuell auf dem Markt angebotenen Steuerungssysteme miteinander verglichen und deren Anwendbarkeit untersucht. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 10/2019 bis 09/2023 Im Rahmen des Vorhabens „Reisebusstrategie für Berlin“ der TU-Berlin wurde anhand verschiedener Szenarien ein ganzheitliches Konzept zur Organisation des Reisebusverkehrs in der Berliner Innenstadt erarbeitet. Dieses soll sich positiv auf Schadstoff-, Lärm- und Flächenbelastung und führt zu Konflikten zwischen Verkehrsteilnehmern. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 04/2021 bis 10/2023 In dem Vorhaben „Vertical Wetlands“ hat das Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) zusammen mit dem Ingenieurbüro WITE GmbH vertikale Feuchtgebiete entwickelt. Diese Pflanzmodule bieten eine übertragbare und skalierbare Möglichkeit, um an naturfernen und künstlichen Wasserwegen Minimalhabitate zu schaffen, die verschiedenen Arten ökologische Trittsteine bieten und so den Aufenthalt und die Durchwanderung ermöglichen. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 04/2021 bis 10/2023 Das Projekt „CarbonStoreAge -Stadtböden Berlin – C-Speicher der Zukunft?“ der FU-Berlin soll das Potential für die Anwendung von Pflanzenkohle (PK) zur Speicherung von Kohlenstoff in Stadtböden prüfen und für Berlin eine Möglichkeit zum Ausbau der Kohlenstoffsenke Boden erschließen. Die Herstellung und Anwendung von Pflanzenkohle zur Anreicherung von Kohlenstoff in Böden, bei gleichzeitiger Verbesserung der Standorteigenschaften, und die Stärkung klimarelevanter Stoffkreisläufe durch CO 2 -negative Ressourcennutzung wurde untersucht. Grundlage dafür ist die Untersuchung der Wirkung von Pflanzenkohle in verschiedenen Böden/Nutzungstypen u. a. hinsichtlich Humusaufbau, Schadstoffimmobilisierung und Pflanzenwachstum. Zu den Forschungsergebnissen. Projektlaufzeit: 06/2021 bis 11/2023

Beitrag dezentraler Erzeugungsanlagen zur Versorgungssicherheit - Untersuchungen zur Notwendigkeit einer weitergehenden Systemsteuerung zur Einhaltung der Systembilanz

Diese Studie zur Systembilanz des deutschen Energiesystems erstellten Ecofys und Consentec im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Es wurde untersucht, ob in Anbetracht des starken Zubaus dezentraler und teilweise nicht steuerbarer Erzeugungsanlagen kurz- bis mittelfristig Schwierigkeiten bezüglich der Einhaltung der Systembilanz zu erwarten sind. Die abgeleiteten Erkenntnisse erlauben eine Optimierung und wirtschaftliche Bewertung von Maßnahmen. Zudem enthält die Studie explizite Schlussfolgerungen für regulatorischen Handlungsbedarf.

Leuchtturmvorhaben zur Entwicklung adaptiver Regelstrategien als modellprädiktive Steuerung mithilfe eines digitalen Zwillings am Bespiel der Meranti-Halle, Teilvorhaben: Komplexes Monitoring und prädiktive Regelung zur Effizienzsteigerung

Computergestuetzte Prozessregelung einer UASB-Biogasanlage

Ein UASB-Laborreaktor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket-Reaktor) wird zur CSB-Reduktion von Ruebenmelasseschlempe eingesetzt. Ziel ist, durch Einsatz computergestuetzter Regelstrategien eine hohe Prozessstabilitaet und konstante CSBAblaufwerte zu gewaehrleisten. Mit Hilfe von Stoerfallsimulationen wird die Eignung der hier eingesetzten Regelung ueberprueft. Der CSB im Ablauf bzw. der Methanausbeutekoeffizient werden als Regelgroesse und die Verweilzeit als Stellgroesse gewaehlt. Gefahren werden die Testreihen mit Raumbelastungen bis zu 20 g CSB/l und CSB-Zulaufwerten bis zu 20.000 mg O2/l, wobei CSB-Ablaufwerte von zunaechst 2.500 mg O2/l angstrebt werden. Der Einfluss des Stoerfalls auf die mikrobielle Aktivitaet in den vier Stufen des anaeroben Abbaus, Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese sowie Methanogenese, wird ueber die Abgas- und Abwasseranalyse erfasst und interpretiert. In Zukunft sollen die Regelguete durch Verkuerzung der Messintervalle der Ist-CSB-Werte im Wasserzu- und ablauf mit Hilfe kontinuierlicher CSB-Bestimmung und Messwerterfassung verbessert werden sowie einzelne Regelalgorithmen sowie andere Regelstrategien fuer komplexe Regelkreise ueberprueft werden.

Handlungsempfehlungen für die energetische Ertüchtigung von Massivlehmgebäuden, Teilvorhaben: Entwicklung eines multifunktionalen galvanisch gekoppelten DC/DC-Wandlers zur Anwendung als MPP-Tracker und zur Emulation von E-KFZ für PV-Parkplätze

Im Projekt PVCharge entwickelt die H-BRS leistungselektronische Teilsysteme und Anlagensteuerungen für PV-DC-Verteilsysteme. Eine Schlüsselkomponente ist der DC/DC MPPT Wandler, der einen stabilen Betrieb sowohl im PV-Lade- als auch im Netzmodus gewährleistet. Hierfür entwickelt die H-BRS die notwendige Leistungselektronik und Regelungstechnik. Zur flexiblen Testung von Nutzungsprofilen wird ein DC/DC-Wandler benötigt, um Fahrzeugtypen und deren Batteriecharakteristik nachzubilden. Die H-BRS passt dafür die Technik des DC/DC MPPT Wandlers an und integriert sie in das RCP-System. Normen und Richtlinien für PV-Ladeparks werden recherchiert und Industriestandards bei fehlenden Richtlinien angewendet. Nutzungsprofile werden analysiert und führen zu Spezifikationen für das RCP-System. Diese dienen als Basis für die Gesamtsystemsteuerung. Die H-BRS unterstützt die Integration der Wandlersysteme und analysiert die Ergebnisse.

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