s/simulationmodell/Simulationsmodell/gi
Angesichts der Herausforderungen der Energiewende und insbesondere dem anstehenden Wechsel von Synchronmaschinen zu netzbildenden Wechselrichtern, ist methodische Forschung zur kollektiven Dynamik von Stromnetzen hochaktuell. Existierende Simulationsumgebungen entsprechen oft nicht dem Stand der Technik, was numerische Methoden sowie die Nutzung von High-Performance Computern (HPC) und GPUs angeht. Dies verhindert ihren Einsatz in großen Sampling Studien, die zum Beispiel für den Einsatz von Machine Learning (ML) notwendig sind. Des Weiteren lassen sich methodische und mathematische Fortschritte häufig nur schwer oder gar nicht in existierender Software implementieren, wodurch sie nicht an realistischen Modellen validiert werden können und letzten Endes nicht in der Praxis ankommen. Für die methodische Forschung ist die Flexibilität der Implementierung der Modelle, als auch die Performance von Simulationen von entscheidender Bedeutung. Für den Einsatz von KI und ML sind große Mengen an Simulationsdaten als Input erforderlich. Um überhaupt in die Forschung zu hybriden KI Methoden, die physikalischen Simulationen und ML direkt verbinden, einsteigen zu können, ist es notwendig, die Modelle in dafür konzeptionierten Programmiersprachen zu implementieren. Existierende Softwaretools stoßen auch in der Praxis an Performance-Grenzen. Durch die eingeschränkte Leistungsfähigkeit heutiger Simulationssoftware können so in zeitkritischen Situationen nicht alle potenziell relevanten Störfälle betrachtet werden. In diesem Projekt soll diese Lücke geschlossen werden, indem eine Software Suite entwickelt wird, die darauf ausgelegt ist, methodische Neuerungen schnell und effektiv zu integrieren und gleichzeitig realistische dynamische Modelle des Stromnetzes simulieren kann. Die Aufgaben des PIK umfassen Koordination des Projekts, Community-Building und Workshops, Trainingsmaterialien und Tutorials, Backend- und Frontend-Entwicklung sowie erste Forschungsvorhaben als Modellstudien.
In der Klimaanalyse NRW wird die klimatische Situation flächendeckend in NRW erfasst, dargestellt sowie die (thermisch) belasteten Siedlungsräume (=Wirkräume) identifiziert und von entsprechenden Ausgleichsflächen abgegrenzt und bewertet. Die Klimaanalyse wurde in Anlehnung an VDI-Richtlinie 3787, Blatt 1 durchgeführt. Die Karte zeigt die Bewertung der thermischen Belastung der Siedlungsfläche anhand der Lufttemperatur sowie die Bewertung der Ausgleichsfunktion der Grün- und Freiflächen anhand der Kaltluftproduktion für eine sommerliche Wetterlage um 4 Uhr morgens. Als meteorologische Eingangsdaten wurde ein für NRW typischer Sommertag (u. a. mit einer Temperatur von 20 °C um 21 Uhr) angenommen sowie die Flächennutzung, der Versiegelungsgrad und die Bebauung zugrunde gelegt. Die Karte wurde durch eine Simulation mit dem Modell FITNAH im 100 m × 100 m Raster erstellt und auf ATKIS-Baublöcke übertragen.
In der Klimaanalyse NRW wird die klimatische Situation flächendeckend in NRW erfasst, dargestellt sowie die (thermisch) belasteten Siedlungsräume (=Wirkräume) identifiziert und von entsprechenden Ausgleichsflächen abgegrenzt und bewertet. Die Klimaanalyse wurde in Anlehnung an VDI-Richtlinie 3787, Blatt 1 durchgeführt. Die Karte zeigt die Bewertung der thermischen Belastung der Siedlungsfläche sowie der Grün- und Freiflächen anhand der Physiologisch Äquivalenten Temperatur (PET) für eine sommerliche Wetterlage um 15 Uhr nachmittags. Als meteorologische Eingangsdaten wurde ein für NRW typischer Sommertag (u. a. mit einer Temperatur von 20 °C um 21 Uhr) angenommen sowie die Flächennutzung, der Versiegelungsgrad und die Bebauung zugrunde gelegt. Die PET ist ein thermischer Index, der verschiedene Einflussfaktoren auf das thermische Empfinden zusammenfasst. Die Karte wurde durch eine Simulation mit dem Modell FITNAH im 100 m × 100 m Raster erstellt und auf ATKIS-Baublöcke übertragen.
Definitionen: In den Geowissenschaften beschreibt eine Topographie die Erdoberfläche. In aquatischen Systemen wird der Begriff oft synonym zum Begriff “Bathymetrie” für die Höhenlage der Gewässersohle verwendet. Im Forschungsprojekt TrilaWatt bezeichnen topographische Daten die subtidale, intertidale und supratidale Höhenverteilung im Bereich der 12 Seemeilen-Zone des Wattenmeers. Datenerzeugung: Die Basis der Datenerzeugung bilden topographische Modelle aus einer umfangreichen Datenbasis von See- und Landvermessungen verschiedenster Datentypen. Diese werden mit einem datengetriebenem Simulationsmodell über räumlich-zeitliche Interpolationsverfahren zusammengelegt. Als Kompromisse zwischen der ständige morphodynamische Aktivität im Wattenmeer und der deutlich geringeren Messfrequenz werden in TrilaWatt topographische Modelle als Jahrestopographien erstellt. Produkt: Für den Zeitraum von 2015 bis einschließlich 2021 wird ein gerastertes topographisches Modell in der 12 Seemeilen Zone des Wattenmeers mit einer gerasterten Auflösung von 10 m in Raum und Zeit zum jeweiligen Gültigkeitszeitraum des 01.07. interpoliert. Das Datenprodukt wird im GeoTIFF Format bereitgestellt. Zur Einschätzung der Unschärfe des topographischen Datensatzes werden zu jedem Datenprodukt Datenquellenkarten veröffentlicht. Weiterhin werden prototypische Topographien für die Jahre 1996-2014 (NL) sowie für 2022 (NL und DE) bereitgestellt. Weitere Produkte: Min-Z/Max-Z, Morphologischer Raum und Morphologischer Drive (2015-2021). Zitat für diesen Datensatz (DOI) - Zeitraum 2015-2021: Milbradt, P., Pineda Leiva, D. F. (2024): TrilaWatt: Topographie (2015-2021) [Dataset]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/366eab-3640c8 Zitat für diesen Datensatz (DOI) - Zeitraum 1996-2014, 2022: Milbradt, P., Pineda Leiva, D. F. (2025): TrilaWatt: Topographie (1996-2014, 2022) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/4baaf0-aeaf58 English: Topography describes the study of the forms and features of land surfaces. Topographic data in aquatic systems is often also referred to as bathymetry. TrilaWatt topography data merged a large number of observational data to annual topographies using a data-driven interpolation model. Data are distributed in 10m grids as GeoTIFF files within the 12 nautical mile zone of the Wadden Sea's coast line. Additional products: Min-Z/Max-Z, Bed Elevation Range and morphological Drive (2015-2021). Download A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads").
Mit dem Vorhaben SupraGenSys 2 soll ein skalierter Generator auf Basis des Entwurfs als Demonstrator unter Laborbedingungen aufgebaut und somit nahtlos an das Vorläuferprojekt SupraGenSys 1 angeknüpft werden. Das ETI führt in AP 4.3 eine Studie zur Netzanbindung des Multimegawatt-Generatorentwurfs durch. Dabei soll auf die Ergebnisse zum bereits untersuchten maschinenseitigen Stromrichter aufgebaut werden. Da das Generatorkonzept besonders aufgrund der relativ geringen Ströme bei gleichzeitig sehr hohen Spannungen eine Verwendung von kommerziellen Stromrichtern nicht erlaubt, wurden in SupraGenSys1 modulare Multilevel-Konzepte vorgeschlagen. Die untersuchten Konzepte erlauben eine Anbindung sowohl an klassische AC-Mittelspannungsnetze, als auch an zukünftige DC-Netze, wie sie z.B. in Offshore-Windparks eingesetzt werden könnten. Diese Konzeptvorschläge sollen in SupraGenSys2 in konkreten Simulationsmodellen aufgebaut und näher betrachtet werden. Dabei liegt der Fokus auf dem Stromrichterteil zur Netzanbindung und dessen Betriebsführung und Regelung. Die aufgebauten Modelle sollen ebenfalls die Möglichkeit bieten, Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Stromrichter aufzuzeigen. Da DC-Mittelspannungsnetze bisher noch nicht kommerziell im Einsatz sind, soll der Fokus der Arbeiten des ETIs auf einer Anbindung an diese Netze und das Verhalten der Stromrichter für diesen Fall liegen. Die abgeleiteten Modelle für die einzelnen Stromrichter können dann simulativ in ein zukünftiges DC-Windparknetz eingebaut werden. Dies erlaubt Untersuchungen bzgl. des Stromrichterverhaltens sowohl im Normal- als auch im Fehlerfall. Die aufgebaute Simulation des Windparks soll zudem die Möglichkeit bieten das Zusammenspiel verschiedener Stromrichter näher zu betrachten, sowie Fragestellungen der DC-Netzstabilität und des sicheren Beherrschens von möglichen auftretenden Fehlerfällen adressieren.
Das Unternehmen wird in Dresden-Niedersedlitz ein mit Altholz befeuertes Biomasse-Heizkraftwerk errichten. Stündlich werden dort etwa 6 Tonnen Altholz aus dem städtischen Altholzaufkommen, den Altholzfraktionen des Sperrmüllaufkommens und dem örtlichen Bauabbruchholzes eingesetzt werden. Die Anlage ist so konzipiert, dass sie auf den Altholzanfall der Stadt Dresden zugeschnitten ist. Unnötige Transporte über größere Strecken unterbleiben. Die Energieerzeugung erfolgt in Kraft-Wärme-Kopplung. Der erzeugte Strom soll auf Basis des Erneuerbare-Energien-Gesetz ins Stromnetz des örtlichen Netzbetreibers eingespeist werden. Fernwärme wird für ein Industrie- und Gewerbegebiet und für das Stadtgebiet von Heidenau ausgekoppelt. Der Modellcharakter der Anlage besteht darin, dass die Errichtung des Biomasseheizkraftwerks und die Sanierung des bestehenden (Alt-)Wärmenetzes ein energetisches Gesamtkonzept darstellen. Dadurch soll der spezifische Energiebedarf für die Wärmebereitstellung um 35 Prozent gesenkt werden. Kraft-Wärme-Kopplung spielt bisher bei Altholzanlagen vergleichbarer Größenordnung außerhalb der Holzwerkstoffindustrie i.d.R. eine untergeordnete oder gar keine Rolle. Mit dem Vorhaben soll erstmals in Deutschland in einem Altholzheizkraftwerk eine Rostfeuerung mit einem Horizontalkessel errichtet werden. Die vorgesehene Bauart verspricht deutlich höhere Verfügbarkeit als bei herkömmlichen Anlagen mit vertikal aufgesetztem Kessel und höhere Nutzungsgrade. Eine ebenfalls erstmals für Holzfeuerung eingesetzte spezielle Bauart der Rostfeuerungstechnik ermöglicht es, Holzstücke mit einer Kantenlänge von bis zu 500 mm zu verwenden. Dies reduziert den energetischen Aufwand für die Zerkleinerung des eingesetzten Holzes sowie die Staub- und Lärmbelastung. Mittels aufwendiger Simulationsrechnungen konnten Feuerraumgeometrie sowie Luftdüsenanordnung optimiert und dadurch die Entstehung von Stickoxiden und Kohlenmonoxid reduziert werden. Durch die Nutzung von jährlich 47.000 Tonnen Altholz können 32.000 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr vermieden werden. Daher trägt das Vorhaben insbesondere zur Erreichung des im nationalen Klimaschutzprogramm der Bundesregierung formulierten CO2-Minderungsziels und des dort festgeschriebenen Verdopplungsziels für den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung und am Energiemix bis 2010 bei. Darüber hinaus kann ein ansonsten anfallender Frischwasserbedarf von etwa 250.000 m3 und ein Abwasseranfall von etwa 150.000 m3 durch ein Luftkühlerkonzept eingespart werden. Der erforderliche Strombedarf wird durch die eingesetzte Technik minimal gehalten.
Das Projekt 'Windheizung 2.0: Demo' dient der Weiterentwicklung und Demonstration einer systemverträglichen Sektorenkopplung zwischen der zukünftig steigenden regenerativen Stromerzeugung und der Wärmeversorgung hoch gedämmter Gebäude. Im Vorhaben wird die gesamte Systemtechnik der Windheizung 2.0 weiterentwickelt, die Nutzer-Interaktion mit Technik und Regelung untersucht und die Nutzer-Akzeptanz des Systems erfasst. Hierzu werden 4 Gebäude mit je einer der 4 Windheizung 2.0-Speichertechnologien ausgestattet. - großer Warmwasserspeicher - Bauteilaktivierung Alt- und Neubauvariante - Hochtemperatur-Steinspeicher Im Rahmen der vorangegangenen Windheizung 2.0 Projekte wurden Simulationsmodelle für die Anlagentechnik- und Speichersysteme entwickelt, validiert und in die Software WUFI® Plus integriert. Hiermit werden im Planungsprozess die Demogebäude, deren Anlagentechnik- und Speichersysteme als Modelle abgebildet und mit den Ergebnissen die Fachplanung unterstützt. Im Arbeitsschwerpunkt Netzintegration werden die folgenden 4 wesentlichen Punkte bearbeitet: - Online-Fähigkeit Bereitstellung prognosebasierter Schaltempfehlungen - Marktdienlichkeit Schaltempfehlungen - Netzdienlichkeit Schaltempfehlungen - Energiewirtschaftliche und -politische Aspekte der Preisgestaltung für WH 2.0 Gebäude Der gegenwärtige Stand des HTTS wird konstruktiv und werkstoffseitig weiterentwickelt und optimiert. Ziel ist die Erhöhung der Speicherkapazität unter Beibehaltung der Abmessungen. Die Luftführung wird vereinfacht. Der Vorfertigungsgrad des Speichers soll erhöht werden. Der optimierte HTTS wird im Musterhaus aufgebaut und betrieben. Weiterhin soll für den HTTS eine Variante entwickelt werden, welche für eine Aufstellung außerhalb des Gebäudes geeignet ist.
Der menschliche Einfluss auf großräumige Änderungen des Klimas hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen, sowohl in Atmosphäre, Ozean und Kryosphäre. Die genauen Eigenschaften physikalischer Prozesse und Mechanismen, die den menschlichen Einfluss von großräumigen auf lokale Skalen übertragen, sind allerdings kaum bekannt. Dies bedeutet eine erhebliche Unsicherheit für die Folgen des Klimawandels in der Zukunft. Das Problem der Übertragung betrifft auch den Gletscherrückgang im Hochgebirge, der überdies ein seltener Indikator für den Klimawandel in der mittleren Troposphäre ist. --- Das vorliegende Projekt hat das Ziel, unser Verständnis des Klimawandels in großer Höhe entscheidend zu verbessern. Das Fundament dafür legt eine neuartige und interdisziplinäre Methodik, mit der wir den menschlichen Anteil am Klimawandel in der großräumigen Klimadynamik, der regionalen Zirkulation über den ausgewählten Gebirgen sowie in der atmosphärischen Grenzschicht der dortigen Gletscher quantifizieren können. Die Verknüpfung prozessauflösender, physikalischer Modelle von globaler bis lokaler Skala sowie außergewöhnliche Messungen auf Gletschern in großer Höhe spannen diese Methodik auf. Sie wird letztlich ermöglichen, den menschlichen Anteil präzise zu erklären und die dafür verantwortlichen Mechanismen ausweisen zu können, inklusive der empfindlichsten Zusammenhänge im multiskaligen System ('Achillesfersen'). --- Der Einfluss des Projekts wird sich deutlich über die Glaziologie hinaus erstrecken. Unser Wissen über das globale Klimasystem wird durch den besser verstandenen Aspekt der Verknüpfung zwischen bodennahen Luftschichten und der mittleren Troposphäre profitieren. Auf regionalen und lokalen Skalen helfen die Ergebnisse für die Abschätzung von Klimafolgen, da Gletscheränderungen Wasserreserven und Naturgefahren beeinflussen. Und schließlich werden die Ergebnisse neue Wege für die Klimafolgenforschung allgemein aufzeigen, indem sie eine prozessauflösende und skalenübergreifende Methodik demonstrieren.
Mit dem Instrumentarium der Systemanalyse werden die Moeglichkeiten zur Automation des Belebtschlammverfahrens untersucht. Es werden mathematische Modelle fuer das Belebungsbecken und das Nachklaerbecken entwickelt und an Messwerten geeicht. Auf der Basis dieser Modelle werden Strategien zur automatischen Steuerung berechnet und auf der Klaeranlage Donaueschingen erprobt.
Nebel als meteorologisches Phänomen kann große Auswirkungen für die Wirtschaft, aber auch auf die persönliche Sicherheit haben, indem er die Sichtweite in der atmosphärischen Grenzschicht reduziert. Wirtschaftliche Verluste für den Luft-, See-, und Landvekehr als Folge von Nebel sind dabei vergleichbar zu Verlusten durch Winterstürme. Trotz der Fülle an Literatur über Nebel bleibt unser Verständnis der physikalischen Prozesse die zu Nebelbildung und seiner Mikrophysik beitragen unvollständig. Dies ist dadurch begründet, dass mehrere komplexe Prozesse, wie z.B. Strahlungsabkühlung, turbulentes Durchmischen und die mikrophysikalischen Prozesse nichtlinear miteinander interagieren. Zusätzlich verkomplizieren Bodenheterogenitäten bezüglich Vegetation und Bodeneigenschaften die Vorhersagbarkeit von Nebel. Die Fähigkeit von numerischen Wettervorhersagemodellen Nebel vorherzusagen ist in Folge dessen noch dürftig. In diesem Projekt werden hochaufgelöste Grobstruktursimulationen (Large-Eddy Simulationen, LES) verwendet um den Effekt von Turbulenz auf nächtliche Strahlungsnebel zu untersuchen. Das LES Modell PALM wird dazu mit einer sehr hohen Auflösung von etwa 1 m verwendet. Dabei werden in den LES sowohl ein Euler'sches Bulk Wolkenphysikschema, als auch ein Lagrange'sches Partikelmodell, welches die explizite Behandlung von Aerosolen und Nebeltropfen erlaubt, verwendet. Dieser innovative Ansatz erlaubt die Nebeltropfen-Turbulenz-Interaktion zum ersten Mal mit LES zu untersuchen. Das Ziel dieser Studie ist es, einen umfassenden Überblick über die Schlüsselparameter zu erhalten, welche den Lebenszyklus sowie die dreidimensionale Makro- und Mikrostruktur von Strahlungsnebel bestimmen. Weiterhin wird der Effekt von nächtlichem Strahlungsnebel auf die morgendliche Übergangszeit und die Grenzschicht am Tag untersucht. Der Effekt von Bodenheterogenitäten auf nächtlichen Strahlungsnebel wird mit Hilfe von aufgeprägten regelmäßigen idealisierten und unregelmäßigen beobachteten Bodenheterogenitäten in den LES untersucht. Die LES Daten werden anhand von Messdaten der meteorologischen Messstandorte in Cabauw (Niederlande) und Lindenberg (Deutschland) validiert und mit Simulationsdaten des eindimensionalen Grenzschicht- und Nebelvorhersagemodells PAFOG (Universität Bonn) verglichen.
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| Deutsch | 4459 |
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