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s/fcsp/CSP/gi

Rechnerische Simulation der Waermeaustauschvorgaenge in einem Gewaesser

Rechnerische Erfassung der Temperatur eines Gewaessers zur Aufstellung von Prognosen, Ausloesung von Warnfunktionen und Steuerung der Waermeabgabe von Kraftwerken und industriellen Grosseinleitern. Schaffung von Entscheidungsgrundlagen fuer Genehmigungsverfahren. Verbesserung der derzeit angewandten Methoden.

Optimierung von Energiesystemen unter Verwendung bilinearer Nebenbedingungen

Die rechnergestützte Optimierung von Energiesystemen ist ein entscheidender Baustein für die Energiewende und das Erreichen von Klimaschutzzielen. Dabei werden die realen Systeme in mathematische Modelle übertragen und nach Vorgabe eines Ziels, z.B. der Minimierung von Emissionen oder Kosten, durch Algorithmen im Rechner gelöst. In der Planungspraxis werden fast ausschließlich vereinfachte, lineare Modelle verwendet, was in vielen Fällen auch eine ausreichend genaue Beschreibung der Realität darstellt (meist MILP). Bei einer Reihe von aktuellen Problemstellungen, wie der Optimierung von Prozessen und Systemen mit schwankenden Temperaturniveaus (z.B. Wärmepumpen oder Dampfsysteme in Kraftwerken), trifft das aber nicht mehr zu. Alternativ können nichtlineare Modelle mit angepassten Optimierungsmethoden (MINLP) verwendet werden, dabei steigt aber der Aufwand erheblich und ist eigentlich nur im Forschungskontext leistbar. Bilineare Methoden stellen einen Mittelweg dar. Der Einsatz dieser Methoden in der Energiesystemtechnik wird in diesem Projekt anhand praktischer Anwendungsfälle untersucht. Dazu werden im Teilvorhaben des SWK E² die drei methodischen Ansätze bezüglich Ergebnisqualität, Modellierungs- und Rechenaufwand gegenübergestellt. Eine Herausforderung ist dabei die Überführung der nichtlinearen in bilineare Formulierungen. Diese kann einerseits manuell erfolgen. Hierzu werden im Projekt für verschiedene Problemklassen methodische Vorgehensweisen im Sinne eines Leitfadens erarbeitet. Andererseits kann das Aufstellen der Gleichungen durch Algorithmen unterstützt werden. Hier erstellt der Projektpartner GFaI auf Basis der gemeinsamen Ideen einen Softwareprototypen. Dieser Prototyp wird außerdem verbesserte Lösungsalgorithmen für bilinear modellierte Energiesysteme enthalten, die in die Potenzialbewertung durch das SWK E² einfließen werden. Ziel ist es, die Methodik für die breite Anwendung außerhalb des Wissenschaftsbetriebs zugänglich zu machen.

Optimierung von Energiesystemen unter Verwendung bilinearer Nebenbedingungen, Teilvorhaben: Analyse des Potenzials bilinearer Approximationen in Energiesystemen mit nichtlinearen Eigenschaften

Die rechnergestützte Optimierung von Energiesystemen ist ein entscheidender Baustein für die Energiewende und das Erreichen von Klimaschutzzielen. Dabei werden die realen Systeme in mathematische Modelle übertragen und nach Vorgabe eines Ziels, z.B. der Minimierung von Emissionen oder Kosten, durch Algorithmen im Rechner gelöst. In der Planungspraxis werden fast ausschließlich vereinfachte, lineare Modelle verwendet, was in vielen Fällen auch eine ausreichend genaue Beschreibung der Realität darstellt (meist MILP). Bei einer Reihe von aktuellen Problemstellungen, wie der Optimierung von Prozessen und Systemen mit schwankenden Temperaturniveaus (z.B. Wärmepumpen oder Dampfsysteme in Kraftwerken), trifft das aber nicht mehr zu. Alternativ können nichtlineare Modelle mit angepassten Optimierungsmethoden (MINLP) verwendet werden, dabei steigt aber der Aufwand erheblich und ist eigentlich nur im Forschungskontext leistbar. Bilineare Methoden stellen einen Mittelweg dar. Der Einsatz dieser Methoden in der Energiesystemtechnik wird in diesem Projekt anhand praktischer Anwendungsfälle untersucht. Dazu werden im Teilvorhaben des SWK E² die drei methodischen Ansätze bezüglich Ergebnisqualität, Modellierungs- und Rechenaufwand gegenübergestellt. Eine Herausforderung ist dabei die Überführung der nichtlinearen in bilineare Formulierungen. Diese kann einerseits manuell erfolgen. Hierzu werden im Projekt für verschiedene Problemklassen methodische Vorgehensweisen im Sinne eines Leitfadens erarbeitet. Andererseits kann das Aufstellen der Gleichungen durch Algorithmen unterstützt werden. Hier erstellt der Projektpartner GFaI auf Basis der gemeinsamen Ideen einen Softwareprototypen. Dieser Prototyp wird außerdem verbesserte Lösungsalgorithmen für bilinear modellierte Energiesysteme enthalten, die in die Potenzialbewertung durch das SWK E² einfließen werden. Ziel ist es, die Methodik für die breite Anwendung außerhalb des Wissenschaftsbetriebs zugänglich zu machen.

Versorgungsbereiche Gebäudewärme und überwiegende Heizungsarten 2000 (Umweltatlas)

In der Karte wird eine Auswahl bedeutender Heizkraft- und Heizwerke mit einer Wärmeleistung von je mehr als 20 MW dargestellt. Diese 34 Anlagen gehören nach der 4. Bundes-Immissionsschutz-Verordnung zur sogenannten Gruppe01 (Wärmeerzeugung, Bergbau, Energie), deren Anzahl seit 1989 von 954 auf 243 (Stand 2000) zurückgegangen ist. Dieser der Rückgang ist sehr deutlich. Hierbei handelt es sich aber oft nicht um Stillegung von Anlagen, sondern um Brennstoffumstellungen, beispielsweise von Kohle oder Erdöl auf Erdgas. Durch diese Umrüstung fallen die Anlagen wegen der geringeren Schadstoffemissionen oft aus der Genehmigungspflicht und werden nicht mehr der Verursachergruppe Industrie, sondern dem Hausbrand zugeordnet. Damit sind sie dann in der Karte überwiegende Hezungsarten (Umweltatlas Berlin) als nicht genehmigungsbedürtige Anlagen berücksichtigt. Die Karte verdeutlicht die auch im Kraftwerksbereich in den letzten Jahren vorgenommenen Angleichungen beim Energieträgereinsatz zwischen "westlichen" und "östlichen" Standorten. Lediglich das Heizkraftwerk Klingenberg fällt noch durch den überwiegenden Einsatz von Braunkohle auf. Das "Rückrat" des Energieträgereinsatzes in den Berliner Kraftwerken stellen Steinkohle und Erdgas. Größter Fernwärmeversorger in Berlin ist die BEWAG, die über ein Rohrleitungssystem von mehr als 1100 km Länge verfügt und ein Versorgungsgebiet von rund 100 km² abdeckt. Daneben existieren jedoch auch etliche dezentrale Inselnetze, wie etwa das seit den 20er Jahren bestehender Versorgungsgebiet des Fernheizwerkes Neukölln. Weitere dezentrale ältere Lösungen sind die Fernwärmenetze des Märkische Viertel in Reinickendorf und für die Gropiusstadt in Neukölln (HKW Rudow). Mit dem Einsetzen der klimaschutz- und energiesparbezogenen Diskussion seit etwa Mitte der achtziger Jahre nahm auch der Ausbau der verbrauchsnahen Kraftwärmekopplung durch Blockheizkraftwerke stark zu. Es entstanden und entstehen weiterhin zahlreiche weitere Nahwärmesysteme mit eigenen Heizwerken oder Blockheizkraftwerken unterschiedlicher Betreiber.

Betriebe unter Bergaufsicht im Saarland, Standorte, Kraftwerke

Betriebe unter Bergaufsicht im Saarland, Standorte, Kraftwerke, Bundesberggesetz (BBergG)

Mitverbrennung von Abfällen und Biomasse in Kraftwerken / Verwendung von Reststoffen (Flugaschen) aus der Mitverbrennung

Prüfung der technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten zur Mitverbrennung eines breiten Spektrums von Abfällen und biogenen Materialien als Ersatzbrennstoffe in kalorischen Kraftvwerken. Klärung von Fragestellungen betreffend Handling und Aufbereitung von Ersatzbrennstoffen, Korrosionsrisiken, Emissionen udgl. Untersuchung der Auswirkungen der Mitverbrennung auf die Eigenschaften von Karftwerksreststoffen (insbesondere von Flugaschen) und auf die Verwertungseignung.

Fischwanderung ohne Grenzen Zur Durchgängigkeit an Wasserstraßen: Fischen die Reise erleichtern - Fische auf Wanderschaft: Wasserstraßen verbinden

Die frei fließenden und staugeregelten Flüsse unter den Bundeswasserstraßen sind für die Fische wichtige Verbindungsgewässer zwischen den Habitaten im Meer und an den Flussoberläufen. Fische, die große Distanzen zurücklegen, orientieren sich an der Hauptströmung und werden deshalb an Staustufen entweder zum Kraftwerk oder zum Wehr geleitet. Dort gibt es keine Möglichkeit mehr, aufwärts zu wandern, wenn nicht in der Nähe der Wehr- oder Kraftwerksabströmung eine funktionierende Fischaufstiegsanlage vorhanden ist. Da Schiffsschleusen keine kontinuierliche Leitströmung erzeugen, werden sie von den Fischarten, die der Hauptströmung folgend lange Distanzen zurücklegen, nicht gefunden. Arten, die auf ihrer Wanderung nicht der Hauptströmung folgen, können auf- oder abwandern, wenn sie eine offene Schleusenkammer vorfinden. Flussabwärts: Fische vor Kraftwerken schützen und vorbeileiten: An Staustufen ohne Wasserkraftanlagen ist die abwärts gerichtete Wanderung über ein Wehr hinweg in der Regel unproblematisch. Voraussetzung: Das Wehr ist in Betrieb, die Fallhöhe beträgt nicht mehr als 13 Meter und im Tosbecken ist eine Wassertiefe von mindestens 0,90 Metern vorhanden. Dagegen können bei Abwanderung durch eine Kraftwerksturbine leichte bis tödliche Verletzungen auftreten. Diese turbinenbedingte Mortalität ist von der Fischart und der Körperlänge der Tiere sowie von Turbinentyp und -größe, der Fallhöhe und den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängig. Um hier einen gefahrlosen Fischabstieg zu gewährleisten, sind die Betreiber von Wasserkraftanlagen nach Wasserhaushaltsgesetz verpflichtet, die Wasserkraftanlagen mit geeigneten Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulation (z. B. mit Feinrechen und einem Bypass am Kraftwerk vorbei ins Unterwasser) aus- bzw. nachzurüsten. Flussaufwärts: Hier helfen nur Fischaufstiege: Verschiedene Untersuchungen der Durchgängigkeit an Rhein, Mosel, Main, Neckar, Weser, Elbe und Donau haben gezeigt, dass zwar ein großer Teil der Staustufen mit Fischaufstiegsanlagen ausgestattet ist, diese für die aufstiegswilligen Fische jedoch schwer zu finden oder zu passieren sind. Im Mai 2009 stimmten die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS heute: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, BMVI) folgendes Rahmenkonzept für die erforderlichen Arbeiten ab: - Aufstellung fachlicher Grundlagen, insbesondere zu fischökologischen Dringlichkeiten - Fachliche Beratung der WSV sowie Schulungen - Forschungs- und Entwicklungsprojekte für die Erstellung eines technischen Regelwerks, und - Standardisierung der Anforderungen und Ausführung von Fischaufstiegs-, Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen. (Text gekürzt)

Sanierung des Altstandortes Kraftwerk Borken

Am Altstandort des Kraftwerkes Borken sind nach Demontagearbeiten 22000 Liter PCB-haltiges Trafooel ausgelaufen, wobei akute Gefahr fuer das nur 40 Meter entfernt liegende Fliessgewaesser Schwalm bestand. Im Verlauf der Sanierungsarbeiten ist eine weitere Altlast durch Trafooel festgestellt worden . Boden und Grundwasser waren hochgradig kontaminiert, bis zu 2000 mg/l Oel in Phase. Durch rastermaessige Sondierungen wurde das Schadensausmass ermittelt. Als aktive hydraulische Sanierungsmassnahme wurden zwei Sanier- und Spuelbrunnen mit Drainagesystem errichtet. Die langfristige Grundwassersanierung erfolgt durch eigene Reinigungsanlage (chemisch/physikalisch). Das ausgehobene Bodenmaterial (ca. 1500 t) wird mikrobiell aufgearbeitet von der Firma Umweltschutz Nord. - Erstellung von Sanierungsplaenen, genehmigungsrechtliche Antraege. - Die Grundwassersanierung wurde durch eigens konstruierte oberflaechenabsaugende Edelstahlbehaelter, in denen sich Tauchpumpen befanden, welche bewirkten, dass in erster Linie das auf der Oberflaeche der Sanierungsbrunnen aufschwimmende Oel entfernt und zur Abscheide- und Sorptionsanlage gefoerdert wurde, durchgefuehrt.

Wie tief und wie weit kann die Verschmutzung aus stillgelegten Bergbaugebieten wandern? Erkenntnisse aus der Anwendung von magnetischen und elektromagnetischen Methoden

Der Bergbau ist seit dem Altertum bekannt und liefert Edelmetalle, Kohle, Mineralien und Gesteine, die wirtschaftlich und industriell genutzt werden, sowie Baumaterialien. Trotz vieler positiver Auswirkungen auf die Menschheit hat der Bergbau eine der schädlichsten Auswirkungen auf die Umwelt. Bei dem Problem der Umweltverschmutzung durch den Bergbau handelt es sich in vielen Fällen um den Akkumulationseffekt von jahrzehntelangen oder sogar jahrhundertelangen Aktivitäten an bestimmten Orten. Das Ziel des vorgeschlagenen Forschungsprojekts ist es, magnetische Parameter zu ermitteln, die Veränderungen in der Ausbreitung der Verschmutzung in Böden in der Umgebung von Bergbauabfällen steuern, die nach der Schließung des Bergbaus jahrelang verlassen wurden. Dies geschieht durch den Vergleich von vier historischen Bergbaugebieten in Polen und Deutschland. Das Projekt befasst sich mit der Verteilung von Schwermetallen (HM), die aus Abraumhalden in die nähere Umgebung sickern. Es ist bekannt, dass viele große Verschmutzungsquellen wie Kraftwerke, Schmelzwerke und Bergbaubetriebe neben schädlichen HM auch eisenhaltige magnetische Mineralien wie Magnetit und Maghemit freisetzen. Daher bietet das vorgeschlagene Projekt einen neuen, interdisziplinären und bisher ungenutzten Ansatz zur Untersuchung der vertikalen und horizontalen Verteilung von HMs, die mit magnetischen Partikeln assoziiert sind, unter Verwendung von zwei sich ergänzenden Methoden: die Anisotropie der ferromagnetischen Suszeptibilität, die die bevorzugte Ausrichtung der magnetischen Körner und damit die Richtung der HMs-Migration anzeigt, und die Methode der Bodenleitfähigkeit (GCM-EM), die ein Maß für die Fähigkeit des Wassers ist, den elektrischen Fluss durch gelöste Ionen (einschließlich HMs) aufzuzeichnen. Dazu werden in-situ-Messungen der magnetischen Suszeptibilität, des vertikalen Gradienten des Magnetfeldes und der GCM-EM sowie eine detaillierte Beprobung von Bodenprofilen für Anisotropieanalysen durchgeführt. Der Gehalt an HMs wird durch magnetische Parameter abgeschätzt, die proportional zur Konzentration der magnetischen Partikel sind, die mit HMs assoziiert sind. Diese Untersuchungen werden durch geochemische und statistische Standardanalysen unterstützt Das erwartete Ergebnis des Projekts ist die Bestimmung der Schadstoffausbreitungswege und -senken. Die räumliche Verteilung der HM-Belastung ist in hohem Maße fallabhängig und wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst; daher werden die lokale Topographie, die klimatischen und meteorologischen Bedingungen, der Boden und die Vegetation sowie die menschlichen Aktivitäten im Rahmen des Projekts sorgfältig geprüft. Darüber hinaus wird das Projekt das Verständnis der vom Menschen verursachten Bodenbildungsprozesse und der Ausbreitung der Metallverschmutzung verbessern und gleichzeitig eine neue Methode zur Verfolgung der Kontamination entwickeln. Außerdem wird es die potenziellen Umweltauswirkungen historischer Bergbauabfälle bewerten.

Umweltgerechtigkeitsatlas

Um die mehrfach belasteten Quartiere in der Hauptstadt identifizieren zu können, werden fünf Kernindikatoren für den ressortübergreifenden Umweltgerechtigkeitsatlas analysiert. Kernindikatoren Kernindikator Lärmbelastung: Lärm gilt als eine der bedeutendsten Umweltbelastungen mit signifikanten Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sowie die Wohn- und Umweltqualität. Kernindikator Luftschadstoffe: Die Luft wird durch gesundheitsbeeinträchtigende Schadstoffe aus Verkehr, Industrie, Kraftwerken und privaten Haushalten verunreinigt. Luftschadstoffe können u.a. zu Erkrankungen der Atemwege und des Herzkreislaufsystems führen. Kernindikator Bioklimatische Belastung: Großstädte sind Wärmeinseln. Die thermische Belastung (Bioklima) ist die Summe aller Klimafaktoren, die auf den Menschen sowie andere Organismen einwirken und deren Gesundheit und Wohlbefinden beeinflussen. Insbesondere Hitze, Kälte, Luftfeuchtigkeit und Windverhältnisse. Kernindikator Grün- und Freiflächenversorgung: Grün- und Freiflächen haben eine wichtige Funktion für die innerstädtische Lebensqualität. Bewegung, Stressabbau und Erholung sind zentrale Motive für die Nutzung von Park- und Grünanlagen. Gleichzeitig haben diese Flächen wichtige kompensatorische Funktionen, vor allem mit Blick auf gesundheitsbelastende Umweltbedingungen. Kernindikator Soziale Benachteiligung: In Berlin gibt es eine hohe Konstanz der räumlichen Verteilung sozial benachteiligter Einwohnerinnen und Einwohner. Die soziale Benachteiligung wird durch den Status-Index (Monitoring Soziale Stadtentwicklung) abgebildet. Das Monitoring liefert kleinräumige Aussagen zur Veränderung der sozialstrukturellen und sozialräumlichen Entwicklung in den Teilgebieten der Stadt und zeigt die höchsten Problemdichten. Mithilfe der Berliner Umweltgerechtigkeitskonzeption werden die räumliche Überlagerung von Umweltbelastungen und sozialer Benachteiligung im gesamtstädtischen Gefüge sichtbar gemacht. Der Umweltgerechtigkeitsatlas dient dabei als fachliche Grundlage für ressortübergreifende Planungs- und Entscheidungsprozesse. Vor diesem Hintergrund wurde die Aktualisierung des Umweltgerechtigkeitsatlas 2023/2024 in Zusammenarbeit mit dem Amt für Statistik und der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen vorgenommen. Was ist neu in der Fortschreibung? In der Fortschreibung werden erneut die fünf Kernindikatoren Lärmbelastung, Luftbelastung, thermische Belastung, Grün- und Freiflächenversorgung sowie soziale Benachteiligung betrachtet. Für vier dieser fünf Indikatoren – mit Ausnahme der Grün- und Freiflächenversorgung – liegen aktualisierte Datensätze vor; zudem wurden hier methodische Anpassungen vorgenommen. Diese Veränderungen führen dazu, dass die aktuellen Ergebnisse nicht unmittelbar mit denen des Umweltgerechtigkeitsatlas 2021/2022 vergleichbar sind. Aussagen zu zeitlichen Trends oder zur Entwicklung der Umweltgerechtigkeit im Sinne einer Verbesserung oder Verschlechterung sind daher weiterhin nicht möglich. Auch bei der aktuellen Fortschreibung lassen sich auf Basis der neuen Datenlage Muster erkennen. So nimmt der Anteil von Planungsräumen mit einem hohen sozialen Status-Index mit steigender Umweltbelastung deutlich ab, während Quartiere mit mittlerem bis niedrigem Status-Index stärker von Mehrfachbelastungen betroffen sind. Planungsräume mit überwiegend hohem Status-Index weisen meist eine günstigere Versorgung mit Grün- und Freiflächen sowie eine geringere thermische Belastung auf. Weniger als die Hälfte der Räume mit niedrigem Status-Index bieten ein vergleichbar günstiges Wohnumfeld. Besonders hervorzuheben ist, dass drei Planungsräume im Bezirk Mitte – alle innerhalb des S-Bahn-Rings – in vier Umweltindikatoren hoch belastet sind und zudem eine hohe soziale Problemdichte aufweisen. Häufungen von Mehrfachbelastungen finden sich auch in dicht besiedelten Gebieten: Etwa 60 Prozent der Planungsräume mit über 20.000 Einwohnenden pro Quadratkilometer verzeichnen starke Umweltbelastungen in mindestens drei Indikatoren. Auf diese Situation macht der Berliner Umweltgerechtigkeitsatlas aufmerksam und ist somit ein wertvolles Instrument zum Ableiten von politischen Handlungsbedarfen. Die Geodatendienste zum Umweltgerechtigkeitsatlas 2023/2024 können auch im Umweltatlas Berlin und im Geoportal Berlin eingesehen werden. In ressortübergreifender Zusammenarbeit und mit Unterstützung des Amts für Statistik ist im Juli 2022 der aktualisierte Umweltgerechtigkeitsatlas für Berlin erschienen (unter Download verfügbar). Durch einige Änderungen in der Methodik ist er nur begrenzt mit dem Basisbericht aus 2019 (ebenfalls als Download verfügbar) vergleichbar; zeigt aber eins: die Ballung von potenziell gesundheitsschädlichen Umweltbelastungen trifft besonders häufig Menschen mit niedrigem sozialen Status-Index. Und: Umweltgerechtigkeit ist nicht nur Thema im dicht besiedelten Innenstadtbereich; auch die Außenbezirke sind teilweise stark von Mehrfachbelastungen betroffen.

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