Objective: Aim is to modify two small hydropower plants to variable speed operation in order to increase annual energy output by improved part load efficiency and design flow. A 100 kW vertical axis Francis turbine (Kaltenburg, DE) and a new 18 kW waterwheel (Bettborn, LU) will be modified to variable speed operation by use of a AC-AC converter. There will be installed a movable free-overfall weir at the waterwheel. By an expected increase of the electricity production in the range of 10 to 20 per cent , the aim is to proof viability of improving existing low head hydro sites with this technology. Especially low head sites have high variation of head and flow. Variable speed technology allows the system to operate at maximum efficiency for a wide range of hydraulic conditions. Modern power electronics replaces complex mechanical control systems with a high need for maintenance. In wind energy, variable speed technology has already proven its advantages compared to other mechanical technologies. General Information: Unlike earlier approaches with a combination of double regulated turbines and variable speed in a new installation, in this project the combination of a Francis turbine (respectively a water wheel) in existing plants together with a frequency converter will be used to increase part load efficiency and design flow of the system. Only the new IGBT controlled converters which are now used in wind energy as well as in motive power industry appliances can guarantee a reliable variable speed operation of a normal asynchronous generator. The combination of the movable weir and variable speed operation of the water wheel will allow to optimise the power output of the plant under all conditions. The use of an IGBT converter makes it possible to compensate reactive power to improve the mains performance. Due to detailed theoretical analysis and according to the positive experience with variable speed operation in wind energy and motive power technology, the expected increase of the annual power output of the two plants is in the range of 10 to 20 per cent of the actual value. This will reduce the specific cost of the electricity by the same range. For the actual payback tariffs of many European countries, this will increase the number of feasible low head sites. The top water level control by variation of turbine speed (and so flow) will be demonstrated to show a simple, reliable and energy saving alternative to the old hydraulic systems, which are still installed in many sites. The success of the variable speed system in this plants will open a big European SME market for cheap technological improvement of small hydropower plants and low head sites. The monitored performance of the plants data will be stored in a data logger with a modem, to allow automatic down-loading from a server-PC via modem. ... Prime Contractor: Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik/Informatik, Institut für Elektrische Energietechnik - IEE; Kassel; Germany.
Druckgetriebene Filtrationsprozesse, wie z.B. die Querstrommikrofiltration, sind in ihrer Leistungsfaehigkeit durch Effekte wie Fouling und Konzentrationspolarisation bzw. Deckschichtwachstum beschraenkt. Ziel der hier genannten Arbeit ist es, durch eine gezielte Induzierung von Stroemungsinstabilitaeten in Form von Sekundaerstroemungen das Deckschichtwachstum an der Membran zu limitieren, somit hoehere Filtratfluesse zu erzielen und den Filtrationsprozess insgesamt effizienter zu betreiben. Die Stroemungsinstabilitaeten werden durch die Stroemungsfuehrung in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen aufgrund von Zentrifugalkraeften erzeugt. In Technikumsversuchen mit Latex- und Hefesuspensionen konnte nachgewiesen werden, dass sich der Filtratfluss durch den Einsatz von Dean Wirbeln gegenueber der Filtration mit geraden Kapillarmembranen um bis zu 140 Prozent steigern laesst, die Effizienz des Prozesses kann bei gleichem spezifischen Filtratfluss sogar um bis zu 400 Prozent hoeher sein. Neben den experimentellen Untersuchungen erfolgt eine intensive theoretische Betrachtung des Filtrationsprozesses. Mit Hilfe einer CFD-Software werden die hydrodynamischen Vorgaenge untersucht und in Hinblick auf den Deckschichtaufbau analysiert. Die Berechnung mehrphasiger Stroemungen und der Ablagerungsmechanismen von Partikeln soll in Zukunft durch die Simulation des dynamischen Deckschichtaufbaus in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen erfolgen und zur Optimierung von Filtrationsmodulen hinsichtlich der Hydrodynamik herangezogen werden.
Die Betriebsinventur ist das zentrale Instrument für die Erfassung des naturalen Waldzustand und liefert alle benötigten quantitativen und bis zu einem gewissen Grad auch qualitative Informationen für die Nachhaltskontrolle und -sicherung im Rahmen der Forsteinrichtung. Insbesondere die permanenten Inventuren bilden das Rückgrat eines langfristig angelegten Monitoringkonzepts, welches die Walddynamik mit hoher Genauigkeit beschreibt. Gerade vor dem Hintergrund sich wandelnder Umweltbedingungen und dem daraus resultierenden Konzept einer adaptiven Waldbewirtschaftung ist eine konsequente und möglichst umfassende, zuverlässige Erfassung des Waldzustands erforderlich. Im Rahmen dieser Daueraufgabe wird zum einen die Beratung der Nutzer von BI-Daten und -Auswertungen gewährleistet, die über Standardauswertungen hinausgehen. Die Verfügbarkeit wachsender Datenbestände sowie die zunehmende Anzahl von Wiederholungsinventuren eröffnen neue und weitergehende Auswertungsmöglichkeiten, welche auch anspruchsvollere statistische Analysetechniken erfordern. Die verstärkte Nutzbarmachung und Erschließung des Informationspotenzials der Betriebsinventuren ist daher vordringlich. Dabei sollen die Daten auch für andere Fragestellungen wissenschaftlicher Art (Waldwachstum, Waldökologie, Standortskunde) nutzbar und entsprechend aufbereitet werden. Nutzungspotenzialabschätzungen auf lokaler Ebene (Landkreise) werden zunehmend nachgefragt und erfordern spezifische Auswertungen und Analysen. Die Weiterentwicklung, im Hinblick auf Optimierung und Verbesserung des Informationsgewinns, z.B. durch Verfahren der Kleingebietsschätzung, ist eine weitere Aufgabe. Eine konzeptionelle Herausforderung besteht darin, die Betriebsinventur, die auf lokaler/regionaler Ebene operiert, zusammen mit der Großrauminventur (BWI) in ein integriertes Informationssystem einzubeziehen. Zu den konzeptionellen Fragen gehört auch die Einbeziehung externen Informationsquellen, wie Fernerkundungsdaten (Luftbilder, flugzeuggetragenes Laserscanning). Daraus lassen sich unter Umständen Konzepte zur Optimierung des Inventurdesigns ableiten.
Große Unsicherheiten in der Klimavorhersage gehen auf den derzeitig eingeschränkten Wissensstand bezüglich Zirruswolken zurück. Dies unterstreicht die Bedeutung von mehr quantitativen Information durch Beobachtungen von Zirruswolken und gilt insbesondere für Zirren in der Tropopausen-Region, wo diese eine große Wärmewirkung im Vergleich zu darunter liegenden und optisch dickeren Zirren haben und nur sehr eingeschränkte Informationen vorliegen. Bodengestützte LIDAR-Beobachtungen und satellitengestützten IR Limb Messungen zeigen zudem eine neue Klasse von Zirruswolken in der sogenannten Lowermost Stratosphere (LMS). Dieser Wolkentyp ist bisher nicht gut durch Messungen charakterisiert und ist insbesondere in globalen Klimamodell-Studien noch nicht berücksichtigt. Die vorgeschlagenen Studie CiTroS steht für Cirrus cloud in the extratropical tropopause and LMS region und beschäftigt sich mit exakt diesen Wolken anhand von Messungen, die während der vorgeschlagenen WISE Kampagne des Forschungsflugzeugs HALO im September/Oktober 2017 stattfinden sollen. Besonderer Schwerpunkt der vorliegenden Studie soll auf der Analyse und Auswertung der Wolkenmessungen der neuartigen GLORIA Instruments liegen. Durch die Imaging Technik und der Schwenkvorrichtung von GLORIA ist es möglich tomographische Messungen von Luftvoluminna im Wellenlängenbereich 780 bis 1400 cm-1 durchzuführen, die eine dreidimensionale Rekonstruktion der beobachteten Wolkenstrukturen ermöglichen. IR Limb Sounder zeichnen sich durch eine extrem hohe Empfindlichkeit zur Messung optisch dünnen Zirruswolken aus, die in der langen optischen Pfadintegration begründet ist. Die Kombination von GLORIA mit dem LIDAR Instrument WALES erlaubt eine der empfindlichsten Fernerkundungsmessungen zur Charakterisierung von mikro- und makrophysikalischen Eigenschaften von Zirruswolken. Zusammen mit den in-situ-Messung für Wasserdampf und Eiswassergehalt eignet sich Nutzlast der HALO-WISE Kampagne hervorragend für Vermessung von Wolken in der LMS. Ein größerer Teil der Studie ist für die Entwicklung neuer Analysetechniken für die Auswertung der neuartigen IR-Imager GLORIA Messungen von Zirren vorgesehen. Die tomographischen Messungen werden es erstmalig ermöglichen mikrophysikalische Eigenschaften wie Eis Wassergehalt oder Partikelradius aus IR Limb-Messungen abzuleiten. Simulationen und Vorhersagen des Chemical Lagrangian Model for the Stratosphere (CLaMS) stehen nach der Kampagne für detaillierte Studien zur Verfügung. Diese sollen gezielt genutzt werden um die meso- und synoptisch-skaligen dynamischen Prozesse, die die Bildung von Zirren bei mittleren und hohen Breiten möglicherweise verantworten, zu untersuchen. Das neu entwickelte CLaMS-Ice-Modul mit einen mikrophysikalische zwei-Momenten-Schema mit den wichtigsten Bildungsprozessen von Zirren, wird im Anschluss für detaillierte Fallstudien zur Entstehung und Entwicklung der beobachteten Zirruswolken genutzt.
1 Zielsetzung: Ziel des Forschungsprojektes ist die Erarbeitung von verfahrenstechnischen, logistischen und arbeitswirtschaftlichen Kennzahlen für die Bewirtschaftung von Kurzumtriebsflächen. Darauf aufbauend werden die Arbeitserledigungskosten ermittelt und Verbesserungspotentiale abgeleitet. Die Analysen werden in folgende drei Teilbereiche gegliedert: Pflanzen der Stecklinge. Im Bereich des Pflanzens der Stecklinge wird die Frage beantwortet, welches Setzgerät sich für welche Einsatzbedingungen eignet und mit welchen Kosten zu rechnen ist. Dazu wird ein systematischer Vergleich von Stecklingsetzgeräten hinsichtlich Flächenleistung, Arbeitszeitbedarf und Kosten sowie deren Eignung für Pappel und Weide durchgeführt. Pflege der Flächen im ersten Jahr. Ziel in diesem Bereich ist die Beantwortung der Fragen, mit welchen Geräten die mechanische Beikrautregulierung möglich ist, welche Flächenleistungen bei welcher Breite des unbearbeiteten Bandes erreichbar sind, wie viele Überfahrten im Jahr erforderlich sind und welche Kosten anfallen. Ernte. Im Bereich der Ernte werden folgende Fragen beantwortet: - Welche Flächenleistung bzw. welcher Massenstrom kann der mit einem Spezialvorsatz ausgerüstete Feldhäcksler unter welchen Einsatzbedingungen erreichen? - Welche Eigenschaften (Schüttdichte, Wassergehalt, Sieblinie) weist das Hackgut auf? - Welche Auswirkungen haben der erzielbare Massenstrom und die Eigenschaften des Hackgutes auf die nachfolgende Logistik? - Wie hoch sind die Erntekosten unter verschiedenen Rahmenbedingungen? 2 Ergebnisse: 2.1 Setzen der Stecklinge. Den mit Abstand höchsten Arbeitszeitbedarf weist das Christbaumpflanzgerät auf. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit während des Setzens nimmt der Arbeitszeitbedarf ab. Bei den Setzgeräten mit Rutenschneidsystem wirkt sich die Tatsache, dass eine Bedienperson zwei Reihen (eine Doppelreihe) bedienen kann, positiv aus. Eine Erhöhung der Arbeitsbreite von einer auf zwei Doppelreihen bringt eine Reduktion des Arbeitszeitbedarfes von rund 30 Prozent, da für die zusätzliche Doppelreihe eine weitere Arbeitskraft benötigt wird. Die Relation zwischen Maschinenzeit und Arbeitszeitbedarf sowie zwischen Setzleistung bezogen auf Maschinenzeit und Arbeitszeitbedarf wird von der Anzahl der erforderlichen Arbeitskräfte bestimmt. Die Unterschiede im Arbeitszeitbedarf spiegeln sich auch in der Setzleistung wider. In Abhängigkeit vom Setzsystem können pro AKh zwischen 718 und 5.488 Weidenstecklingen gesetzt werden. Für das Setzen von Pappel muss im Vergleich zu Weide bezogen auf die Fläche auf Grund der geringeren Setzdichte weniger Zeit aufgewendet werden. Die Überlegenheit der Setzgeräte mit Rutenschneidsystem nimmt relativ ab, da auf Grund des Reihenabstandes von 3 m eine Bedienperson nur eine Reihe bedienen kann. Bei der Auspflanzung von Kurzumtriebsflächen muss in Österreich zurzeit ein Mindestabstand von 5 m zu Nachbarschlägen eingehalten werden. usw.
Der Waermeuebergang und Druckverlust in Regeneratoren werden experimentell und theoretisch untersucht. Hierbei sind profilierte Bleche (glatt und emailliert) als Speichermaterial eingesetzt. Insbesondere wird der Einfluss von Verschmutzung und von Erosion auf den Waermeuebergang und Druckverlust untersucht. Hierzu werden u.a. Versuche in einem Grosskraftwerk in Suedafrika durchgefuehrt, da dort durch die stark aschehaltige Kohle besonders grosse Erosion auftritt. Diese Werte werden mit Ergebnissen verglichen, die bei Windkanalversuchen ermittelt wurden. Ziel der Untersuchungen ist die Bereitstellung von Berechnungsunterlagen fuer eine Optimierung derartiger Anlage hinsichtlich einer vorzugebenden Zielgroesse.
Dieses Vorhaben ist vom Bedarf eines Simulationswerkzeugs für die Optimierung von Maßnahmen zum Schutz von Sedimentböden vor Winderosion motiviert. Zur Kontrolle äolischer Bodenerosion werden verschiedene Reihen von Windschutzzäunen, häufig in Kombination mit Vegetation, aufgestellt, um die Windgeschwindigkeit zu verringern bzw. Sedimentabscheidung herbeizuführen. Die Wirksamkeit einer Windschutzzäunenreihe zum Schutz großskaliger Sedimentlandschaften lässt sich angesichts der Zeitskalen von Erosionsprozessen sowie deren starker Abhängigkeit von lokaler Topographie und Windverhalten jedoch nur schwer durch Feldmessungen alleine vorhersagen bzw. untersuchen. Deshalb soll in diesem Projekt ein numerisches Werkzeug für die Simulation des Sandtransports in Gegenwart von Windschutzzäunen entwickelt werden, mit dessen Unterstützung Optimierungsstrategien für den Schutz von Sedimentböden vor Winderosion konzipiert werden können. Dieses Werkzeug koppelt numerische Strömungsmechanik (CFD) für die Berechnung des turbulenten Windfeldes über der Topographie mit morphodynamischer Modellierung der damit verbundenen äolischen Landschaft. Um die Simulationen zu validieren, werden Feldmessungen äolischer Scherspannung am Boden sowie des Sandflusses und der Entwicklung der Bodentopographie im Dünenfeld von Jericoacoara, Nordosten Brasiliens, durchgeführt, und deren Ergebnisse mit Vorhersagen der Simulationen abgeglichen. Darauffolgend wird das numerische Werkzeug verwendet, um Strategien für die Entwicklung optimierter Reihen von Windschutzzäunen bezüglich Porosität, Abstand und Höhe unter verschiedenen Bedingungen von Wind und Sedimentverfügbarkeit abzuleiten. Um den Effekt der Windschutzzäune auf die Entwicklung einer Vegetationsdecke zu untersuchen, werden die Simulationen anschließend um ein Modell für die Wechselwirkung zwischen Wind, Teilchen in Saltation und Vegetation erweitert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen später in den Aufbau verbesserter Maßnahmen zur Dünenimmobilisierung sowie zur Bekämpfung äolischer Desertifikation einfließen.
Bei dem Vorhaben werden die Verfahren Breitverteilung der Guelle, Einschlitzen in den Boden, Ausbringung mit dem Schleppschlauch und dem Schleppschuh auf Dauergruenland zweier Standorte bei zwei Ausbringungsterminen (Maerz und Mai) miteinander verglichen. Versuchsfragen: - Optimale Einsatzpunkte bezueglich Termin und Grashoehe, - Einfluesse auf Futterverschmutzung und Konservierungseignung, - Beeinflussung von Ertrag und Qualitaet des Aufwuchses, - Auswirkung auf Verkrautung und Vergrasung der Gruenlandnarbe, - Veraenderung von Bodenkennwerten, - Stickstoff- und Geruchsemissionen (Universitaet Kiel). Ergebnisse: Die bodennahen Ausbringungsverfahren reduzieren die gasfoermigen N-Verluste und die Geruchsentwicklung. Gegenueber der Breitverteilung weisen das Schleppschlauch- und Schleppschuhverfahren hoehere Ertraege auf.
Reflexions-Infrarotspektroskopie im nahen (NIRS) und mittleren Infrarotbereich (MIRS) weist ein hohes Potential zur Bestimmung bodenchemischer und -biologischer Charakteristika auf, aber hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit und des Verständnisses der zugrundeliegenden Beziehungen herrscht noch Forschungsbedarf. Projektziele sind: (i) Die Genauigkeit von NIRS und MIRS, den Gehalt an organischem C und N und die Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz vorherzusagen, soll optimiert werden. Hierbei wird die Population nach Bodentyp, Textur und mineralogischer Zusammensetzung klassifiziert. Teilproben werden chemisch oder thermisch oxidiert und ein modifiziertes PLS-Verfahren, ein genetischer Algorithmus, wird getestet. (ii) Allgemeine Beziehungen zwischen den Mengen an labilem, intermediärem und passivem C und N (zu erhalten aus Inkubationsexperimenten und Na2S2O8-Behandlungen) und den bedeutsamen Wellenlängen der NIRS- und MIRS-Kreuzvalidierungen sollen aus Spektren, die vor und nach den Inkubationen aufgenommen wurden, abgeleitet werden. (iii) Es soll die Vorhersagegüte von Bodenkonstituenten mittels NIRS und MIRS für offene Populationen ermittelt werden.
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