Das Projekt "Der optimale Betrieb von Papierherstellungssystemen mit geschlossenem Kreislauf durch dynamische Simulation grundlegender Prozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Papiertechnische Stiftung München durchgeführt. The dynamic properties of production systems will be studied with the aid of dynamic models to be developed for dynamic simulation. Operational aspects of the system configuration and dimensioning as well as operational procedures, process monitoring and process control will be investigated. Suitable specifications for kidneys for different purposes will be analys d. Different strategies will be evaluated for different process areas. Special emphasis will be put on the system behaviour before a steady state condition is reached. A dynamic balance of substances will be used to obtain optimized strategies for paper manufacturing processes. The material to be investigated includes fibres, fillers, impurities and anionic trash - here expressed as COD -, and others to the extent these are found to be major influential factors in sub-processes, but without affecting subsequent process steps. The simulation tools developed at different European institutions shall be compatible to allow a combination of the different approaches. The models have to be validated in existing paper mills. This means a determination of concentrations of the material mentioned above at specific locations in paper production systems. Closed circuit production systems will be simulated. These new systems should offer the following benefits: decreased susceptibility to disturbances; improved controllability; lower risk of accidental emissions; unchanged production quality; possibility of well defined production and product changes. The validation of each part of the mill will provide a close-to-reality production system.
Das Projekt "Erfassung des Betriebszustandes von Anlagen der biologischen Abwasserreinigung mit Methoden der dynamischen Simulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist eine Methode zum Erhalt detaillierter Informationen ueber den Prozesszustand einer biologischen Klaeranlage. Hierzu wird ein 'Beobachter' parallel zur Klaeranlage geschaltet. Anhand weniger online zu messender Leitparameter wird durch einen 'Zulaufgenerator' die fuer die Berechnung des nachfolgenden 'Beobachtermodells' erforderliche Zulauffraktionierung ermittelt. Das Modell vergleicht interne Prozessgroessen und Ablaufwerte mit den gemessenen realen Werten der Anlage und passt sich mit Hilfe einer Komponente zur Zustandsnachfuehrung dem aktuellen Prozess an. Im Regelbetrieb ist die Online-Erfassung von zumindest einer spezifischen Groesse im Hinblick auf die wesentlichen Summenparameter erforderlich. Bei der Betrachtung von Kohlenstoff- und Stickstoffumsatz bedeutet dies, dass CSB (homogenisiert) und NH4-N als Online-Messgeraete zur Verfuegung stehen sollten. Der Parameter Phosphor kann bei vergleichbaren Verhaeltnissen (vorwiegend Kommunalabwasser) zunaechst ueber die NH4-N-Konzentration abgeschaetzt werden. Ein neuronales Netz wird in das System integriert. Durch die Anbindung an saemtliche online verfuegbaren Daten ist ein permanentes Mitlernen des Netzes moeglich, was zudem hoehere Sicherheiten im Hinblick auf Aenderungen der Zulaufsituation zur Folge hat. Parallel zu den Arbeiten am Prozessmodell erfolgte der Aufbau des Beobachters auf virtueller Ebene. Zunaechst wurde als Verfahrenstechnik mit einer vorgeschalteten Denitrifikation eine im Vergleich zum Umlaufgraben (mit simultaner Nitrifikation-Denitrifikation) einfacher abzubildende Technologie gewaehlt, um prinzipielle Untersuchungen zur Funktion des Beobachters durchfuehren zu koennen. Ueber im Mittel relativ geringe Aenderungen der Wachstumsrate gelingt eine gute Anpassung an die schwankenden Ablaufkonzentrationen des realen Prozesses fuer den Parameter NH4-N. Der TS-Gehalt im Belebungsbecken kann durch den Zugriff auf den inerten Anteil CSB im Zulauf mit ausreichender Guete nachgefuehrt werden.
Das Projekt "Ausbauplanung der Klaeranlage Wetzlar" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesamthochschule Kassel, Fachbereich 14 Bauingenieurwesen, Institut für Gewässerschutz, Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Die Klaeranlage Wetzlar-Steindorf wurde in ihrer heutigen Anlagenkonzeption nach der Erweiterung des mechanischen Teils und dem Neubau der biologischen Reinigungsstufe im August 1976 in Betrieb genommen. Zwischenzeitlich verschaerfte Anforderungen an das Einleiten kommunaler Abwaesser machten eine Erweiterung der biologischen Reinigungsstufe der Klaeranlage erforderlich. Um diese erfuellen zu koennen, war ein vorliegender Entwurf zur Ausbauplanung zu ueberarbeiten und die Bemessung der Belebungsbecken sowie der biologischen Phosphorelimination auf die aktuelle Zulaufbelastung zu beziehen. Die Ueberpruefung des Entwurfes in Hinblick auf die Bemessung der Belebungsbecken erfolgte mit Hilfe dynamischer Simulation. Aufgrund eigener Messungen und Auswertung der Betriebstagebuecher wurde geprueft, ob eine biologische Phosphorelimination sinnvoll erscheint. In Zusammenhang mit Mischwasserzufluss wurde die Leistungsfaehigkeit der Nachklaerung bezueglich ihrer Feststoffretention geprueft.
Das Projekt "TransiEnt.EE - Transientes Verhalten gekoppelter Energienetze mit hohem Anteil Erneuerbarer Energien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Thermofluiddynamik, Arbeitsgruppe Technische Thermodynamik M-21 durchgeführt. Das Ziel der Energiewende ist es die Schadstoffemissionen der Energiebereitstellung zu verringern, ohne dabei die Versorgungssicherheit des Energieversorgungsnetzes zu gefährden. Dafür ist ein möglichst umfassender Einsatz von Erneuerbaren Energien unerlässlich. Gleichzeitig führt die zeitliche Fluktuation der regenerativen Energiebereitstellung jedoch zu bedeutenden Herausforderungen was die Integration dieser Technologien in das bestehende Energieversorgungsnetz betrifft. Im Rahmen des Forschungsvorhabens TransiEnt.EE soll anhand einer dynamischen Systemsimulation des gekoppelten Energieversorgungsnetzes der Freien und Hansestadt Hamburg in der objektorientierten Programmiersprache Modelica eine Untersuchung und Bewertung verschiedener Ansätze zur Lösung dieses Problems gefunden werden. Dem Forschungsvorhaben liegt die Vision einer Energieversorgung aus mehreren geschlossenen, aber nicht abgeschlossenen Versorgungsbereichen zugrunde. Jeder dieser Bereiche ist insofern autark, als das der eigene lokale Energiebedarf durch Wandlung von Primärenergie innerhalb der Bereichsgrenzen unter möglichst hoher Einbindung von Erneuerbaren Energien abgedeckt wird. Die dynamische Modellierung ermöglicht die Untersuchung von Kopplungseffekten zwischen den verschiedenen Beteiligten des Versorgungsnetzes. Als Beispiel für solche Kopplungseffekte ist der Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen zu nennen, die sowohl in das Wärme- als auch in das Elektrizitätsnetz Energie einspeisen. Ist zum Beispiel gleichzeitig ein hoher Wärmebedarf als auch ein hohes Angebot elektrischer Energie vorhanden, können diese Anlagen nicht heruntergeregelt werden, um die Deckung des Wärmebedarfs zu gewährleisten. Dies kann zu der Notwendigkeit führen die Einspeisung regenerativer Energiequellen, wie Offshore-Windparks, zu verringern, um die Stabilität des elektrischen Energienetzes sicherzustellen. Durch die transiente Betrachtung wird darüber hinaus die Möglichkeit geschaffen, zeitliche Ausgleichsmöglichkeiten durch den gezielten Einsatz von Speichertechnologien aufzudecken. Neben der Frage welche Art von Speicher, in welcher Größe und an welchem Ort sinnvoll ist, ermöglicht die dynamische Betrachtung auch eine Analyse zeitlich hoch auflösender Effekte, die das Gesamtsystem signifikant beeinflussen. Die Integration von Teilmodellen mit stark unterschiedlichen Zeitkonstanten in ein gekoppeltes Systemmodell stellt dabei eine besondere Herausforderung an die Architektur des Modells dar. Anhand von verschiedenen Szenarien und unter Verwendung des so gestalteten Modells wird im Rahmen des Projekts TransiEnt.EE nach Möglichkeiten gesucht eine verlässliche Einbindung von Erneuerbaren Energien in eine existierende Energieversorgungsstruktur zu realisieren. Die abschließende Bewertung der verschiedenen Szenarien erfolgt anhand der CO2-Emissionen pro Jahr, wodurch ein direkter Rückschluss auf die Ziele der Energiewende ermöglicht wird.
Das Projekt "Anwendung der dynamischen Simulation zur Verbesserung der Stickstoffelimination von Belebtschlammanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Mit dem Hilfsmittel der dynamischen Klaeranlagensimulation werden Betriebs- und Verfahrensvarianten fuer verschiedene KIaeranlagen untersucht. Fuer einzelne Klaeranlagen werden teilweise mit paralleler Durchfuehrung von Experimenten vorort spezifische Vorschlaege erarbeitet. Einen Schwerpunkt dieser Arbeiten bildet die Nachbildung des Nachklaerbeckens. Hierzu bieten sich Untersuchungen der Stroemungsstruktur und der Partikelgroessenverteilung im halbtechnischen Massstab an. Es soll der Einfluss der Chemikalienzugabe und von Einbauten auf die Flockungseffektivitaet, die Stroemungscharakteristik und die Abtrennleistung des Nachklaerbeckens untersucht werden.
Das Projekt "Optimaler Betrieb von geschlossenen Papierproduktionssystemen durch dynamische Simulation von Grundprozessen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Holz- und Papiertechnik, Lehrstuhl für Papiertechnik durchgeführt. Aufgabe: Die Schaffung geschlossener Kreislaeufe in Papierfabriken fuehrt zur Senkung des Wasserverbrauchs und der Emission. Das soll geschehen ohne Produktivitaet, Qualitaet und Flexibilitaet der Produktion zu beeintraechtigen. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass mit zunehmender Kreislaufschliessung eine unerwuenschte Anreicherung von geloesten Substanzen auftritt. Durch Modellierung der Verteilung der geloesten und ungeloesten Substanzen im Wasserkreislauf der Papierfabrik und deren zeitabhaengige Veraenderung in der Konzentration sollen im Vorfeld technologischer Aenderungen Aussagen zur Stabilitaet der Produktion moeglich sein. Methode: Die dynamischen Eigenschaften eines Produktionssystems werden durch die Entwicklung von dynamischen Modellen und die dynamische Simulation untersucht. Verschiedene Strategien fuer verschiedene Prozesszonen werden entwickelt. Der Lehrstuhl Papiertechnik der Technischen Universitaet Dresden bearbeitet in dem Gesamtprojekt die Prozesssimulation einer Altpapierfabrik mit den Schwerpunkten Mahlung und Dispergierung von Altpapierstoffen. Ergebnis: Entwicklungssystem und geeignete Werkzeuge zur dynamischen Simulation von Papierproduktionssystemen, mit denen es moeglich ist, die Wirkung einer veraenderten papiertechnischen Anlage auf die Qualitaet des Produktes (Papier oder Faserstoffe) zu simulieren und so Fehlinvestitionen zu vermeiden oder den technologischen Ablauf zu optimieren.
Das Projekt "Einfluss des Verweilzeitverhaltens der biologischen Stufe auf die dynamische Simulation kommunaler Klaeranlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Automation und Kommunikation e.V. durchgeführt. In dem gemeinsam mit dem Wupperverband und der Firma T.O.R. Engineering bearbeiteten Projekt wurde ein methodischer Weg zur Modellstrukturierung fuer die dynamische Simulation des Belebtschlammverfahrens entwickelt. Damit wird der zur Zeit weitgehend durch Empirie gepraegte Schritt der Dekomposition der vorhandenen Belebungsbeckenvolumina in ideal durchmischte Ruehrkesselreaktoren und Austauschstroeme zwischen diesen Reaktoren objektiviert. Aus den Ergebnissen einer 3D-Stroemungssimulation der biologischen Stufe wurden vom ifak eine Methodik und Funktionen zur Berechnung von Verschaltungen von Ruehrkesselreaktoren erarbeitet. Ein Test des resultierenden SIMBA-Modells fand am Beispiel der Klaeranlage Schwelm statt.
Das Projekt "Untersuchung des dynamischen Betriebsverhaltens eines Kraftwerks mit zirkulierender Druckwirbelschichtfeuerung anhand eines mathematischen Gesamtmodells unter Beruecksichtigung der Wechselwirkungen von Feuerung, Wasser-/Dampfkreislauf und Gasturbine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Siegen, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Energie- und Umweltverfahrenstechnik durchgeführt. Ein neues Konzept fuer die ressourcenschonende und emissionsarme Verstromung sowohl von Braun- als auch von Steinkohlen sind Kraftwerke mit zirkulierender, druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung (ZDWSF). Das Forschungsvorhaben soll auf der Grundlage eines am Institut fuer Energietechnik entwickelten mathematischen Modells fuer eine stationaer betriebene ZDWSF-Anlagen das dynamische Betriebsverhalten untersuchen, wobei das Zeitverhalten durch die Speicherung von Stoffen, mechanischer, chemischer und thermischer Energie in den unterschiedlichen Bauteilen massgeblich bestimmt wird. Die Besonderheiten des dynamischen Verhaltens der Druckwirbelschicht werden durch Ueberarbeitung und Erweiterung der Programmteile durch die Speicher der Feuerungsseite, des Wasser-/Dampfkreislaufs und der Gasturbine erfasst. Das besondere Interesse bei der dynamischen Simulation der zirkulierenden Druckwirbelschichtfeuerung gilt dem Uebergangsverhalten der genannten Systemkomponenten und der dabei auftretenden gegenseitigen Beeinflussung. Neben der Kenntnis des klassischen dynamischen Verhaltens der Strecke fuer den Reglerentwurf ist die Voraussage ueber das Auftreten kritischer Betriebszustaende durch die Wirkung oder Ueberlagerung von Speichereffekten von Interesse.
Das Projekt "Dynamische Simulation und Regelung einer Kraftwerksanlage mit zirkulierender atmosphaerischer Wirbelschichtfeuerung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Siegen, Fachbereich 11 Maschinentechnik, Institut für Energietechnik durchgeführt. Ziel der Arbeit ist die Erstellung eines geschlossenen dynamischen Simulationsmodells fuer eine Kraftwerksanlage mit zirkulierender atmosphaerischer Wirbelschichtfeuerung einschliesslich Beruecksichtigung der Hauptregelkreise. Innerhalb des Forschungsvorhabens wird versucht, die feuerungs- und dampfseitigen Regelkreise in das Prozessmodell zu integrieren, so dass eine simultane Behandlung von Strecke und Regler ermoeglicht wird. Mit Hilfe der Computersimulation soll ein Beitrag zur Auswahl vorteilhafter Regelstrukturen sowie zur Vorabbestimmung guenstiger Reglerparameter geleistet werden.
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