Der Einsatz von vernetzter Messtechnik zur Qualitätssicherung, verbunden mit der Rückkopplung in die Fertigung, bietet Rotorblattherstellern die Möglichkeit signifikanter Qualitätssteigerung bei gleichzeitiger Senkung der Produktionskosten. Dieses Teilvorhaben schafft mit der Entwicklung der Messtechnik-Hardware die Voraussetzung zur Erzeugung der Mess- und Prüfdaten, die in weiteren Teilvorhaben ausgewertet werden. Gleichzeitig stellt die zu entwickelnde Software eine Schnittstelle zur lokalisierten Visualisierung von Handlungshilfen über den Laserprojektor direkt am Bauteil bereit. Die Messtechnik wird auf die besonderen Anforderungen der Rotorblatt-Produktion abgestimmt, die sich zum einen durch große, wenig mobile Bauteile auszeichnet und zum anderen eine in-situ Messwerterfassung erfordert, die den laufenden Projektionsprozess möglichst wenig beeinflusst. Aus den Messdaten werden ggf. korrektive Handlungsanweisungen generiert, die umgehend im Produktionsprozess zur Anzeige gebracht werden, um so rechtzeitig eine Korrektur im aktuellen Produktionsprozess vornehmen zu können. Dazu wird ein modulares und skalierbares optisches Prüf- und Visualisierungssystem experimentell entwickelt und prototypisch erprobt, das in dem gleichen Koordinatensystem des jeweiligen Bauteils eine Positionsverortung und Faserorientierung der aktuell gelegten Faserverbundmatte vornehmen kann und zudem Fremdobjekte auf dem Bauteil detektiert. Ausgehend von einer modularen 2D kamerabasierte Aufnahmetechnologie werden unter Einbeziehung verschiedener Beleuchtungstechnologien Lösungskonfigurationen erforscht, die den messtechnisch herausfordernden optischen Eigenschaften der Faserverbundmatten gerecht werden müssen. Dabei werden erfolgreiche Systemkonfigurationen zur auflösungsgerechten Prüfmerkmalerfassung und Auswertung verifiziert, validiert und gleichzeitig deren Einsatzgrenzen und Handhabungsumfänge identifiziert.
Um die Umweltauswirkungen unserer energiehungrigen Gesellschaft zu reduzieren, müssen erneuerbare Energien weiter ausgebaut werden. Erneuerbare Energien unterliegen jedoch erheblichen Schwankungen und Unsicherheiten bedingt durch Meteorologie und Hydrologie. Diese Schwankungen müssen ausgeglichen werden - entweder durch hochdynamische konventionelle Kraftwerke oder durch Energiespeichersysteme (ESS).Vor allem ESS bieten ein breites Spektrum an Dienstleistungen (Energieverschiebung, Flexibilität gegenüber Unsicherheiten, Netzstabilität, Engpassmanagement). Da es kein ideales einzelnes ESS gibt, gilt: das Stromsystem und ein entsprechender Mix aus ESS muss fein aufeinander abgestimmt sein, um kostenoptimal eine umweltverträgliche und robuste Stromversorgung sicherzustellen. Diesen Mix zu bestimmen stellt ein herausforderndes Optimierungsproblem dar und fordert neue Lösungstechniken um die Rechenzeiten zu bewältigen.Das beantragte Projekt zielt darauf ab, die optimale Kombination von ESS mit Schwerpunkt auf Wasserkraft zu finden. Wir verfolgen folgende Hypothesen: (1) eine systematische Analyse der Modellierungsdetails von Wasserkrafttechnologien und ESS ist notwendig um die vielen Systemdienstleistungen abbilden zu können; (2) das existierende Stromsystem muss um einen robusten und gezielt zusammengestellten Mix aus Wasserkraft und ESS ergänzt werden; (3) der Wassersektor kann mit weiterer Flexibilität zur Energiewende beitragen, aber dazu müssen dessen Randbedingungen (Trinkwasser, Flussökologie) modelliert werden; und (4) dieser Mix kann durch Optimierung gefunden werden, es müssen aber die Rechenzeiten erheblich reduziert werden.Unser Ansatz bietet vier Neuheiten: (1) die Optimierung um den Mix zu finden wird die verschiedenen ESS-Dienstleistungen berücksichtigen; (2) die Fähigkeit der ESS in der Handhabung von Unsicherheiten der Energieträger (Wasser-, Wind- und Sonnenkraft) in Wetterprognosen und Klimawandel wird abgebildet; (3) im Lichte zukünftiger Energiesysteme werden sektorielle Interaktionen relevanter. Daher werden wir die Wechselwirkungen zwischen dem Wasser- und Energiesektor in unserem Modell abbilden, z.B. wie Infrastruktur in der Wasserversorgung (z.B. Pumpwerke, Trinkwasserspeicher, Entsalzungsanlagen) und Mehrzweckstauseen zur Energiewende beitragen können, oder wie Abflussspitzen im Unterlauf von Wasserkraftwerken vermieden werden können; (4) die Rechenzeit des Ansatzes reduzieren wir durch eine gezielte Kombination von Heuristiken und Modellreduktionen um eine gute Startlösung zu finden und den Suchraum der Optimierung einzuschränken.Unser Optimierungsansatz ermöglicht sowohl die Rolle der einzelnen ESS als auch die Synergien zwischen den ESS, einschließlich Flexibilitäten aus dem Wassersektor und Wasserkraft, zu identifizieren. Solche Ansätze tragen zu einer transparenten Entscheidungsunterstützung in Energiebehörden bei, um unterschiedliche Energiepolitiken zu untersuchen.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
In allen Teilen der Welt wächst trotz aller Anstrengungen zur umweltfreundlichen Produktion der Einsatz von chemischen Substanzen. Bei der Produktion, der Nutzung und Entsorgung der Produkte gelangen davon viele in das Abwasser, z. B. Arzneimittel, Farb- und Duftstoffe, Pflanzenschutzmittel und Partikel aus Kosmetika und Haushaltsreinigern. Diese Stoffe können in vielen Fällen durch heutige Kläranlagen nicht aus dem Wasser entfernt werden und gelangen daher kontinuierlich in Gewässer und damit auch in das Trinkwasser. Zur Lösung dieser Problematik besteht das Ziel des Projektes darin, einen Oxidationsreaktor zur Eliminierung von Mikroschadstoffen zu entwickeln, der durch einen speziellen Aufbau eine bisher unerreichte Effizienz und dadurch ein niedriges Kostenniveau erzielen kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen soll ein neuartiger Reaktoraufbau entwickelt werden, der durch einen stark erhöhten Austausch zwischen Reaktionsoberflächen und Abwasser sowie einer sehr effektiven Beleuchtungstechnik zu einer sehr hohen Abbaueffizienz der Mikroschadstoffe führt. Auf diese Weise soll ein sehr breiter Einsatz der Technologie bei Einleitern kritischer Abwässer, wie z. B. Krankenhäusern und Pharmaunternehmen, aber perspektivisch auch in Klärwerken möglich wird. Mit dem neu zu entwickelnden System bestände somit eine bisher nicht verfügbare Möglichkeit, die Einträge von Mikroschadstoffen ins Abwasser und in Flüsse und Seen auf breiter Basis stark zu vermindern.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden:
Entwicklung und Konstruktion einer neuartigen, mit Kugeln gefüllten Reaktorzelle
- Beschichtung der fluidberührenden Teile mit einem photokatalytischem Katalysator
- Konstruktion und Bau einer Labortestanlage.
- Entwicklung eines UV-A LED Strahlers zur Bestrahlung der Reaktorzelle
- Untersuchung der Einflüsse von Volumenstrom und Bestrahlungsstärke auf dem Abbaugrad
- Messmethodik um Adsoptionsvorgänge getrennt zu erfassen
- Untersuchung der Einflüsse Wasserstoffperoxid-Dosierung auf dem Abbaugrad von Methylenblau
- Untersuchung der erforderlichen Reaktorlänge für 90 % Micropollutant (Diclofenac) Abbau
- Untersuchung des Konditionierungs- und Abbauverhaltens von Methylenblau, Diclofenac und
Carbamazepin im Durchlauf mit Modellabwasserproben in Anwesenheit von Wasserstoffperoxid.
Im Rahmen des Verbundvorhabens HybCrash soll eine neue Generation von hybriden Leichtbauwerkstoffen sowie entsprechende Technologien zu deren Erzeugung und Verarbeitung entwickelt werden. So können Komponenten erzeugt werden, die deutlich gesteigerte spezifische Eigenschaften (Festigkeit und Steifigkeit) aufweisen und die gleichzeitig eine hohe Energieaufnahme bei dynamischer Belastung gewährleisten.
Ausgangssituation:
In den letzten Jahren ist das Interesse an Beleuchtungen mit dem Schwerpunkt Human Centric Lighting (HCL) immens gestiegen, es wird geschätzt, dass sich der europäische HCL-Markt bis 2020 verzehnfachen wird. Diese Beleuchtungen stellen die positiven visuellen und biologischen Wirkungen des Lichtes auf Menschen in den Mittelpunkt und beeinflussen damit die menschliche Gesundheit langfristig positiv. HCL-Beleuchtungen beinhalten in der Regel eine komplexe Kunstlichtsteuerung inkl. Sensoren, die Lichtfarbe und Intensität der Beleuchtung dynamisch verändert. HCL-Beleuchtungen sind jedoch bis jetzt ausschließlich auf die Erzeugung biologischer Effekte fokussiert, Energieeffizienz wird außer Acht gelassen, da man davon ausgeht, dass die Verwendung von LEDs ohnehin energieeffizient ist.
Problemstellung und Zielsetzung:
Durch den zu erwartenden Zuwachs an HCL-Beleuchtungen wird ein Großteil der durch den Einsatz von LEDs erzielten Energieeinsparungen egalisiert und es werden unnötige neue zusätzliche Verluste erzeugt. Dabei ist der hohe Energieverbrauch derartiger Beleuchtungen vor allem auf den unbedarften und ineffizienten Einsatz der einzelnen Beleuchtungs-komponenten (Beleuchtungskonzept, LED-Treiber, Sensoren, Steuerung) und auf die vernachlässigte Integration von Tageslicht zurückzuführen. Das Ziel von LessIsMore ist daher, eine HCL-Beleuchtungsinstallation inkl. Tageslicht zu entwickeln, wo der optimale Einsatz der Beleuchtungskomponenten getestet wird und die Schwachstellen der gegenwärtigen HCL-Beleuchtungen beseitigt werden. Die Beleuchtung soll eine positive biologische Wirkung auf den Menschen haben und gleichzeitig sehr energieeffizient sein.
Lösungsvorschlag:
Um ein optimales Beleuchtungskonzept für energieeffiziente HCL-Beleuchtungen zu entwickeln, werden in LessIsMore in einer Testinstallation einzelne Beleuchtungs-komponenten effizient kombiniert, optimiert und evaluiert. Dafür werden verschiedene Beleuchtungskonzepte im Hinblick auf ihre biologische Wirksamkeit und ihren Energieverbrauch untersucht, daraus wird ein Funktionsmuster einer HCL-Leuchte mit steuerbaren optischen Komponenten entwickelt, Beleuchtungskomponenten mit Bedacht eingesetzt und durch eine intelligente, integrale Steuerung unter der Nutzung eines Tageslichtsystems verbunden. In einer derartigen optimierten Beleuchtungsinstallation können dabei ca. 62% vom Gesamtenergieverbrauch für Beleuchtung eingespart werden.
Angestrebte Ergebnisse:
Nach Projektabschluss soll eine funktionierende Beleuchtungsinstallation inkl. Funktionsmuster einer neuen HCL-Leuchte, optimierten Beleuchtungskomponenten bzw. Tageslichtsystem mit einer intelligenten Steuerung in einem Testraum existieren. Die beste Beleuchtungs- bzw. Steuerstrategie um Energieeffizienz und HCL zu verbinden wurde erforscht und entwickelt sowie in einer 1-jährigen Teststellung auf ihre Effekte auf den Menschen und ihre Energieeffizienz evaluiert und optimiert. (Text gekürzt)