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Emissionsarme und energieeffiziente Energiebereitstellung im urbanen Raum unter Nutzung neuester, intelligenter IKT-Strukturen, Teilvorhaben: Thermische Systemanalyse und Entwicklung der theoretischen Reglerstrukturen

Besonders im städtischen Kontext stellen hydraulische Netze zur Wärme- und Kälteversorgung eine erprobte Technologie dar, da sie mit zentralen energetischen Wandlungseinheiten ausgestattet sind. Die Einbindung von regenerativen Quellen in diese zentralen Systeme ist erstrebenswert, jedoch technisch schwierig. Zwar gibt es eine ganze Reihe von Feldtests, die z.B. solarthermische Erzeugungseinheiten einzubinden versuchen, jedoch treten hier neue limitierende Elemente auf, welche den gemeinsamen Betrieb beeinflussen. Auch bei PV-Systemen existieren Hemmnisse, obwohl im urbanen Raum Dach- und theoretisch auch Fassadenflächen zur Verfügung stehen. PV-Systeme im urbanen Raum werden für eine ganzheitliche Betrachtung derzeit kaum mit Fernwärmesystemen in Bezug gesetzt, was zu einer starken Belastung des örtlichen Niederspannungsnetzes führt. Ziel muss es daher sein, Anlagentechnik sowie digitale Lösungen zu entwickeln, welche es ermöglichen, ein lokales Energiemanagementsystem zu realisieren und somit zur energetischen Versorgung der Liegenschaft mehr regenerative Energie in einem multienergetischen System zu integrieren. Ein digitalisierter Ein- und Ausspeisepunkt löst dieses Problem und ermöglicht prädiktiv den Wärme- und Kältebedarf in der Liegenschaft vorauszubestimmen. Zielorientiert muss der Ein- und Ausspeisepunkt so gestaltet sein, dass er möglichst eine Verknüpfung der Energiemanagementsysteme des Gebäudes und des übergeordneten regionalen hydraulischen Netzbetreibers aufweist. Weiterhin muss es möglich sein, verschiedene dezentrale Systeme anzubinden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird die TU Berlin an einer thermischen Systemanalyse arbeiten die sich besonders auf die Sekundärtechnologie, d.h. die Technologie im Gebäude bezieht. Zusätzlich werden die theoretischen Grundlagen eines Systemreglers erarbeitet.

Regionales Energiemodell Muenchen

Entwicklung alternativer Strategien im Energieverbrauchssektor durch alternative technologische Ausstattungen der Abnehmergruppen (z.B. Haushalte, Verkehr). Entwicklung alternativer Strategien im Energieerzeugungssektor durch alternative technologische Ausstattungen der Erzeuger (z.B. Ausstattung des Kraftwerkparks zur Elektrizitaets- und Fernwaermeerzeugung). Auswertung jeder Alternativstrategie durch modellmaessige Ermittlung der folgenden Konsequenzen: a) gesamte Verbrauchskosten der Deckung des Energiebedarfs, b) gesamte Emissionsbelastung der Stadtregion Muenchen durch Energieerzeugung und -verbrauch, getrennt nach Schadstoffe, Abwaerme u.a.

Sonderforschungsbereich (SFB) 990: Ökologische und sozioökonomische Funktionen tropischer Tieflandregenwald-Transformationssysteme (Sumatra, Indonesien)

In vielen tropischen Gebieten werden Regenwälder gerodet, um Holz und andere Waldprodukte zu gewinnen und Nahrungs-, Futter-, Faser- und Energiepflanzen anzubauen. Häufig wird angenommen, dass beim Roden natürlicher Wälder alle Funktionen und Leistungen des Waldes verloren gehen. Allerdings ist eine vollständige Konservierung in vielen Situationen nicht realistisch und aus ökologischer Sicht möglicherweise auch nicht erforderlich. Überraschenderweise wurden die Determinanten der Abholzung tropischer Regenwälder und die Rolle der daraus entstehenden agrarischen Nutzungssysteme für den Erhalt von Biodiversität und anderen ökologischen und sozioökonomischen Funktionen im Detail bisher nur wenig wissenschaftlich erforscht. Der Sonderforschungsbereich 990 (SFB 990 / EFForTS) verfolgt das Ziel, wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse darüber bereitzustellen, wie auf der Landschaftsskala die ökologischen Funktionen tropischer Regenwälder und landwirtschaftlicher Nutzungssysteme erhalten und verbessert werden können, bei gleichzeitiger Steigerung der menschlichen Wohlfahrt. Ebenso verfolgt der SFB die Frage, wie landwirtschaftliche Nutzung und Naturschutz besser integriert werden können. Die Forschung wird in einer der größten Tieflandregenwaldregionen Südostasiens durchgeführt, der Provinz Jambi in Sumatra, Indonesien. Gummi- und Ölpalmenplantagen gehören zu den wichtigsten landwirtschaftlichen Nutzungssystemen in Jambi. Innerhalb der Provinz wurden zwei Landschaften und 36 Kernflächen für umfassende Analysen ausgewählt, die unterschiedliche Nutzungssysteme und Regenwaldreferenzflächen umfassen. In einer der Landschaften wurden zum Vergleich Flussufer- und nicht-Flussuferbereiche identifiziert. Zudem werden in zwei Experimenten in Ölpalmplantagen der Einfluss von Anreicherungskulturen sowie von unterschiedlichen Dünger- und Pestizidintensitäten erforscht. Bei den Analysen wird eine Vielzahl relevanter Aspekte untersucht und verglichen, z.B. ober- und unterirdische Biodiversität, Bodenfruchtbarkeit, Wasser- und Nährstoffflüsse, Treibhausgasemissionen, sowie wirtschaftliche, soziale, kulturelle und politische Dimensionen der Landnutzungsänderung. Besonderes Augenmerk liegt auf der Analyse von Synergien und Konflikten zwischen den unterschiedlichen ökologischen und sozioökonomischen Funktionen, deren detaillierte Kenntnis eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung und Umsetzung nachhaltiger Agrarsysteme ist. Der SFB wird in enger Kooperation zwischen der Universität Göttingen und verschiedenen Partnerinstitutionen in Indonesien durchgeführt. Dieses Programm zur Erforschung von Transformationsprozessen in tropischen Tieflandregenwäldern ist mit Blick auf die sehr breite interdisziplinäre Ausrichtung und die Landschaftsperspektive international einzigartig.

Sonderforschungsbereich (SFB) 990: Ökologische und sozioökonomische Funktionen tropischer Tieflandregenwald-Transformationssysteme (Sumatra, Indonesien), Teilprojekt Z02: Zentrale Wissenschaftliche Unterstützungseinheit (DNA barcoding tropischer Pflanzen)

Das Zentrale Wissenschaftliche Serviceprojekt ist darauf ausgelegt, den wissenschaftlichen Projekten des Sonderforschungsbereichs durch die Bereitstellung von Basisdaten Hilfestellung zu leisten. So liefert das Projekt klimatologische Daten sowie Biodiversitäts-Daten arborikoler Arthropodengemeinschaften von allen Sonderforschungsbereichen Kern-Untersuchungsflächen. Zudem wird ein Barcoding-System für arborikole Arthropoden und für die häufigsten vaskulären Pflanzen im Untersuchungsgebiet entwickelt. Außerdem dient es als Anlaufstelle für Convention of Biodiversity (CBD) relevante Themen, z.B. in Bezug auf Umgang mit biologischen Proben und im Rahmen von Access-and-Benefit-Sharing Maßnahmen. Das Projekt trägt zudem wesentlich zur Auswahl, Etablierung und Pflege von Sonderforschungsbereichs Untersuchungsflächen bei.

Integration von Qualitätsparametern bei der Energieoptimierung von Wassergewinnungen - Entwicklung eines ganzheitlichen Optimierungsansatzes, Teilvorhaben: Hydraulische Optimierung

In zahlreichen Forschungsprojekten wurden bereits Energieverbräuche und Energieeinsparpotentiale in den Bereichen Wassergewinnung, -aufbereitung und -verteilung über separate Systemanalysen untersucht. Nur wenige Forschungsprojekte, wie z.B.das BMBF-geförderte ENERWA-Vorhaben, haben durch die gekoppelte Betrachtung der genannten Bereiche einen ganzheitlichen energetischen Betrachtungsansatz der wasserwirtschaftlichen Wertschöpfungskette erarbeitet. Aber auch diese Ansätze haben bei der energetischen Betrachtung die Wasserressource ausgegrenzt. Ein wichtiger Grund für das Fehlen solcher integrativer Betriebsstrategien ist, dass die Entwicklung innovativer Ansätze mit einem hohen Personalaufwand und finanziellen Risiko verbunden ist, welche im Betrieb durch die Wasserunternehmen nicht geleistet werden kann. Optimierungsmaßnahmen orientieren sich deshalb gemeinhin ausschließlich an den allgemein anerkannten Regeln der Technik und können nur selten darüber hinaus erprobt werden. Das vorliegende Vorhaben zielt daher darauf ab, diese Lücke bestehender Optimierungsansätze zu schließen, indem es intelligente, praxisorientierte Analysewerkzeuge zur integrierten qualitäts- und energieoptimierten Steuerung von Brunnengalerien für Anlagenbetreiber entwickelt. Hierbei kommen innovative Analysemethoden aus den Bereichen Big Data und KI zur Anwendung, um die bereits in der Praxis angewendete Methoden zur energetischen Optimierung von Pump- und Verteilungssystemen in der Wassergewinnung und die durch Grundwasserdargebot und -qualität vorgegebenen Limitierungen bzw. Optimierungspotentiale zu verbinden. Aufbauend auf den praktischen Erkenntnissen wird eine fachlich anerkannte Optimierungsmethodik, bestehend aus praxisorientierten Leitfäden und Tools, entwickelt, welche die wasserwirtschaftliche Nutzung von Einzelbrunnen und Brunnengalerien fokussiert und somit Wasserversorgungsunternehmen und Industriebetriebe mit eigener Wassergewinnung adressiert.

Projektierung, Vorkalkulation und Optimierung von Abwasseranlagen in Chemiebetrieben

Entwicklung allgemeingueltiger systematischer Richtlinien fuer die Projektierung, Kostenermittlung und technisch-wirtschaftliche Optimierung der Abwasseranlagen in Chemiebetrieben.

Systemanalyse und Visualisierung regionaler Auswirkungen

Ziel des Projektes ist die partizipative Entwicklung eines web-basierten Dashboards für die Wärmewende, mit dem die Auswirkungen verschiedener Transformationspfade für die Wärmewende flächenaufgelöst in nutzerfreundlicher Form dargestellt werden. Das Forschungsvorhaben unterstützt damit die Verbreitung von technischen, regulatorischen, organisatorischen und (sozio-)ökonomischen Entwicklungen im Bereich der Wärmewende, indem durch die Bereitstellung von Daten und Analysen die Auswirkungen der Entwicklungspfade für relevante Akteure der Wärmewende sichtbar gemacht werden. In engem Austausch mit Akteuren der Wärmewende wird ein Modellierungs- und Visualisierungsrahmen geschaffen, der die Auswirkungen auf die zentralen Infrastrukturen, die planerischen Notwendigkeiten sowie die sozio-ökonomischen Folgewirkungen regional und lokal differenziert betrachtet. In den Szenarien werden verschiedene Ausbaupfade der Technologien sowie verschiedene sozio-ökonomische und weitere Rahmenbedingungen betrachtet. Das Dashboard wird auf einer Webplattform mit interaktiven Karten und weiteren Grafiken zur Verfügung gestellt. Um eine breite Nutzung der Ergebnisse zu ermöglichen, werden die Szenarien sowie das Dashboard in enger Kooperation mit zentralen Akteuren der Wärmewende entwickelt. Die Zusammenarbeit erfolgt über einen Projektbeirat, in dem verschiedene Akteure vertreten sind. Die Hauptziele des Öko-Instituts sind: - Entwicklung einer interaktiven Webplattform, in der die Auswirkungen verschiedener Transformationspfade für die Wärmewende in Form von Grafiken und GIS-basierten Karten für ein breites Feld an Akteuren im Kontext der Wärmewende sichtbar gemacht werden. - Analyse und Aufbereitung von flächenaufgelösten Daten, die für die Wärmewende relevant sind. Die Daten werden als open data zur Verfügung gestellt. - Die quantitative und modellgestützte flächenaufgelöste Analyse der Entwicklung des Wärmesektors in Deutschland als Teil der Entwicklung des gesamten Energiesystems

Saisonale Kaeltespeicherung im Erdreich

Zielsetzung: Bereits 1987 wurde in einem Firmengebaeude in Wetzlar erstmals der Erdsondenteil einer erdgekoppelten Waermepumpe als Kaeltespeicher benutzt und direkt zur Kuehlung eines Konferenzraumes im Sommer herangezogen. Nunmehr sollen durch weitere Untersuchungen die Einsatzfaehigkeit und Auslegungskriterien fuer derartige energiesparende Raumkuehlungsanlagen festgestellt werden. Arbeiten und bisherige Ergebnisse: In zwei Gebaeuden (Technorama, Duesseldorf, und Betriebsgebaeude Geotherm, Linden) wird eine Raumkuehlung mit Kaeltespeicherung im Erdreich betrieben. Dabei ist in Linden nur die direkte Kaelterueckgewinnung vorgesehen, waehrend in Duesseldorf zur Deckung des Spitzenbedarfs reversible Waermepumpen zugeschaltet werden koennen. Beide Anlagen haben im Sommer 1991 voll zufriedenstellend gearbeitet. Studien fuer den Einsatz in anderen Gebaeuden liegen vor; fuer die Auslegungsrechnung wurden PC-Programme der Universitaet Lund, Schweden, eingesetzt. In einem eigenen Projekt wurde ein Bericht zum Stand der Technik erstellt.

Systemanalyse und Visualisierung regionaler Auswirkungen, Teilvorhaben: Entwicklung und Anwendung neuartiger Methoden zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Transformationspfaden im Wärmesektor und dem Stromsystem

Ziel des Projektes ist die partizipative Entwicklung eines web-basierten Dashboards für die Wärmewende, mit dem die Auswirkungen verschiedener Transformationspfade für die Wärmewende flächenaufgelöst in nutzerfreundlicher Form dargestellt werden. Das Forschungsvorhaben unterstützt damit die Verbreitung von technischen, regulatorischen, organisatorischen und (sozio-)ökonomischen Entwicklungen im Bereich der Wärmewende, indem durch die Bereitstellung von Daten und Analysen die Auswirkungen der Entwicklungspfade für relevante Akteure der Wärmewende sichtbar gemacht werden. In engem Austausch mit Akteuren der Wärmewende wird ein Modellierungs- und Visualisierungsrahmen geschaffen, der die Auswirkungen auf die zentralen Infrastrukturen, die planerischen Notwendigkeiten sowie die sozio-ökonomischen Folgewirkungen regional und lokal differenziert betrachtet. In den Szenarien werden verschiedene Ausbaupfade der Technologien sowie verschiedene sozio-ökonomische und weitere Rahmenbedingungen betrachtet. Das Dashboard wird auf einer Webplattform mit interaktiven Karten und weiteren Grafiken zur Verfügung gestellt.

Vom Erdeisspeicher zum netzaktiven Prosumer-Quartier, Teilvorhaben: Technische Universität Dresden - Systemanalyse und Bedarfsvorhersage mit Simulationen - Ableitung von Optimierungsstrategien

Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS). Hierzu sollen verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt werden. Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO2- Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO2- Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilitäten des Kalten Nahwärmenetzes (KNW), der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen, um ein Gesamtoptimum zu erreichen und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, zu vermeiden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.

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