Die gesamtstätische Klimamodellierung dient als Grundlage, um die den Ist-Zustand des Stadtklimas im Land Berlin in die Planung einbeziehen zu können. Es werden hierfür notwendige stadtklimatische Klimaanalysen (siehe Klimaanalyse) und -bewertungen (siehe Planungshinweise Stadtklima) bereitgestellt. Für die gesamte Stadtfläche werden im Bereich der Klimaanalyse sieben Klimaparameter jeweils in einer Rasterdarstellung mit einer hohen räumlichen Auflösung von 10 m x 10 m sowie aggregiert auf ca. 25.000 Block- und Blockteilflächen angeboten. Durch die hohe räumliche Auflösung sind die Klimaanalyseergebnisse dazu geeignet Planungsprojekte bis zur Ebene der Bauleitplanung zu unterstützen. Die dargestellten Parameter umfassen darüber hinaus nicht nur die wichtigsten klimatischen Größen wie (1) bodennahes Windfeld und Kaltluftvolumenstromdichte, (2) Luft- und (3) Oberflächentemperatur, (4) nächtliche Abkühlung sondern auch thermische Bewertungsindizes aus (5) PET und (6) UTCI. Die Zusammenfassung der Erkenntnisse aus der Klimaanalyse erfolgt in der (7) Klimaanalysekarte. Die Klimaanalysekarte ermöglicht es, die einzelnen Bereiche der Stadt nach ihren unterschiedlichen klimatischen Funktionen, d.h. ihrer Wirkung auf andere Räume, abzugrenzen.
Das Ziel des Vorhabens besteht darin, eine verallgemeinerungsfähige Beispiellösung für die Nutzung der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung zur Erhöhung der Energieeffizienz für Unternehmen zu erarbeiten, die über belastete Abluftströme verfügen, und die sowohl durch einen hohen Energiebedarf für deren Reinigung als auch durch energieintensive Produktionsprozesse (Veredlung, Beschichtung, Trocknung) gekennzeichnet sind. Die Entwicklungslösung wird in einem Beschichtungs- und Veredlungsbetrieb der Textilindustrie technisch umgesetzt und getestet. Die ausgekoppelte Abluftmenge soll als Verbrennungs- und/oder Kühlluft für eine Mikrogasturbine für die Eigenstromerzeugung genutzt werden. Die beim Beschichten mit PVC in der Abluft enthaltenen Weichmacher und die sich durch Ablagerung bildenden Siloxane bilden dabei eine besondere Problematik, die einer technischen und technologischen Lösung bedürfen. Die Untersuchungen sollen eine Aussage über einen möglichen kompletten bzw. teilweisen Verzicht auf Anlagen zur Regenerativen Thermischen Oxidation sowie darüber hinaus über die damit verbundenen Einsparungen des Energiebedarfs liefern.
MAN Energy Solutions entwickelt in dem hier vorliegenden Projekt einen Verdichter axialer Bauweise für die Eigenschaften von CO2, also einem molekular schweren Gas. Dieser Verdichter muss hohe Volumenströme verarbeiten, wie sie insbesondere in Kraftwerksanlagen entstehen. Zu den wichtigsten Optionen bei der Vermeidung von Umweltbelastungen durch den weltweit ansteigenden CO2-Ausstoss gehört die CCS-Technologie; diese unterscheidet verschiedene Verfahren zur CO2-Abscheidung wie die Abtrennung nach Kohlevergasung (Pre-Combustion / IGCC) oder die Abscheidung nach dem Verbrennungsprozess (Post Combustion). Eines jedoch eint diese Verfahren: die Notwendigkeit von CO2-Verdichtern für den Transport des Treibhausgases vom Kraftwerk zum Speicherort und zum Verpressen der entstandenen CO2-Massen. Eine intelligente Lösung zur Förderung großer CO2-Volumina liegt in der Vorverdichtung mittels eines geeigneten Axialverdichters und der damit einhergehenden Reduktion des Volumenstroms sowie anschließender Verdichtung auf den Enddruck mittels eines Radialverdichters. Die Vorteile eines Axialverdichters für CO2 sind dabei die sehr hohen Wirkungsgrade, die Möglichkeit der Verdichtung großer Volumenströme in einem einzigen Verdichtergehäuse, die Wärmenutzung aus der Kompression in Kraftwerksprozessen und die mechanische Zuverlässigkeit des Kompressors. Die Kombination von hohen Wirkungsgraden, Zwischenkühlungen und dem Eintrag von Abwärme in den Prozess resultiert in einem geringstmöglichen Energieverbrauch für die Verdichtung. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden die Grundlagen der Axialverdichterauslegung für CO2 erarbeitet, auf deren Basis transsonische Prozessverdichter zur Förderung großer CO2-Volumina ausgelegt werden können. Da mit der CO2-Verdichtung mittels eines Axialverdichters Neuland betreten wird, ist sowohl eine Verifikation der numerischen Werkzeuge als auch eine Validierung der angewandten Modelle zwingend erforderlich. Zu diesem Zweck wird ein Versuchsverdichter entwickelt, welcher durch eine umfangreiche Instrumentierung und ein intelligentes Messprogramm alle erforderlichen Messdaten bereitstellt. Die hier weiterentwickelte Technologie zur Verdichtung schwerer Gase mittels eines großen Axialverdichters eignet sich daneben auch für den Einsatz in großskaligen Produktionsanlagen zur Kompression von Kohlenwasserstoffen, Erdgas sowie Stickoxiden oder Wasserstoff. Diese Grundstoffe sind vor dem Hintergrund eines globalen Bevölkerungswachstums ebenso essentieller Bestandteil wirtschaftlichen Wachstums und sozialen Wohlstandes wie eine stabile und ausreichend dimensionierte Energieversorgung. Für die vornehmlichen Standorte dieser Anlagen im asiatischen, afrikanischen und südamerikanischen Raum spielt die Verfügbarkeit der hier entwickelten Technologien also eine nicht unbedeutende Rolle bei der langfristigen Entwicklung von Schwellen- zu Industrienationen.
Das Ziel dieses Anschlussvorhabens ist es, einen Beitrag zur Verbesserung der Energieeffizienz von Wärme- und Kältenetzen durch eine praxisgerechte Weiterentwicklung einer Messtechnologie für Betriebsbedingungen zu leisten. Die im vorangegangenen Projekt entwickelte Messtechnologie zur laseroptischen Vor-Ort-Kalibrierung von Volumenstrom-Messgeräten ermöglicht Maßnahmen zur Netzplanung und -optimierung sowie zur effizienteren Produktion. Im Anschlussvorhaben soll diese Technologie zu einer unsicherheits- und aufwandsminimierten Kalibrierung bei mehreren Betriebspunkten weiter entwickelt werden sowie die Gerätetechnik flexibler und robuster gestaltet werden. Mit Hilfe der Vor-Ort-Kalibrierung werden qualitativ hochwertige Messergebnissen für die Ermittlung von Kennzahlen (z.B. für die Ermittlung von Wirkungsgraden, Primärenergiefaktoren und für die CO2-Bilanzierung) und zur Abrechnung der Energieströme zur Verfügung gestellt. Durch eine neuartige effiziente Kalibrierung über den gesamten Betriebsbereich der Durchfluss-Sensoren (DFS) und die Einbeziehung von derartigen Messgeräten in Kältenetzen mit ihren speziellen Anforderungen wird der Anwendungsbereich der Vor-Ort-Kalibrierung wesentlich erweitert. Darüber hinaus wird eine deutliche Reduzierung der Messunsicherheit des Verfahrens auch bei gestörten Zuströmbedingungen der Messgeräte angestrebt. Vielfältige technologische Maßnahmen dienen zur Aufwands- und Kostenreduzierung des Verfahrens sowie der Erweiterung des Leistungsspektrums und des Kundennutzens. Zur Erreichung dieser Ziele besteht auf verschiedenen Ebenen erheblicher Forschungsbedarf. OPTOLUTION wird Projektaufgaben in allen fünf Arbeitspaketen und die Projektleitung übernehmen. Im Mittelpunkt stehen die Aktivitäten zur weiteren Reduzierung der Messunsicherheiten, die Anwendung der Vor-Kalibrierung für Kälte-DFS und die Erweiterung des Leistungsangebotes (vgl. Detaillierung in der Vorhabensbeschreibung).