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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.

Eine systematische Übersicht über Fragebögen aus Lärmwirkungsstudien

In Fragebogen-Untersuchungen zur Lärmwirkung wurden bisher sehr unterschiedliche Operationalisierungen von Wirkungsvariablen (wie z.B. Belästigung, Störung von Aktivitäten) und außer-akustischen Faktoren (sog. Moderatoren wie z.B. Lärmempfindlichkeit, misfeasance) verwendet. Deshalb hat sich die Arbeitsgruppe community response der International Commission on the Biological Effects of Noise (ICBEN, Team No. 6) als langfristiges Ziel die Entwicklung von Fragebogen-Guidelines und die Formulierung eines Muster-Fragebogens für die Lärmwirkungsforschung gesetzt. D.h. es soll ein Vorschlag erarbeitet werden, in welcher Form globale und spezifische Lärmwirkungen in Befragungen erhoben werden sollten. Um dieses Vorhaben zu unterstützen, hat der Arbeitskreis Ökologische Lärmforschung die Erstellung einer systematischen Übersicht über vorhandene Fragebögen aus Lärmwirkungsstudien auf internationaler Ebene in Angriff genommen. Diese Übersicht soll es u.a. ermöglichen, die Struktur von verschiedenen Fragebögen sowie die in ihnen verwendeten Operationalisierungen für Lärmwirkungs- und Moderatorvariablen (hinsichtlich Art der Frageformulierung sowie der Antwortformate) zu vergleichen. Für den/die einzelne/n Lärmforscher/in bietet diese Übersicht die Möglichkeit, sich auf sehr effiziente Art und Weise darüber zu informieren, wie bestimmte Konstrukte in bisherigen Untersuchungen operationalisiert worden sind bzw. welche Alternativen zu den bereits selbst angewandten Operationalisierungen bestehen. Nach einer systematischen Ermittlung von Namen und Adressen einschlägiger Lärmforscher/innen, wurden diese um die Zusendung von Fragebögen sowie ergänzender Materialien aus eigenen Lärmwirkungsstudien gebeten. Die zugesandten Fragebögen werden gegebenenfalls übersetzt und mit der Methode der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Hierbei werden die Fragebögen im Hinblick auf formelle Aspekte (z.B. Jahr der Erhebung, Sprache, Art der Befragungsmethode) wie auch im Hinblick auf strukturelle Aspekte (z.B. Umfang des Fragebogens, abgefragte Variablengruppen, Antwortformate) ausgewertet. Hauptgegenstand der Auswertung ist aber insbesondere die Auswertung der Lärmwirkungsvariablen (z.B. die Abfrage der globalen Lärmbelästigung, Aktivitätenstörungen, Kommunikationsstörungen) sowie der Moderatorvariablen (z.B. Lärmempfindlichkeit, Lärmbewältigungsvermögen, misfeasance). Parallel dazu wurde eine Datenbank entwickelt, in der die Ergebnisse der Analysen dargestellt und verwaltet werden. Diese Datenbank wird ab November 2001 im Internet unter http://www.eco.psy.ruhr-uni-bochum.de/nqd für jede/n interessierte/n Forscher/in zugänglich und nutzbar sein. Langfristig ist darüber hinaus geplant, ein Archiv mit den Original-Fragebögen aufzubauen, in dem einzelne Fragebögen auf Wunsch eingesehen werden können.

Vernetzte Vielfalt an der Schatzküste - Vorpommersche Boddenlandschaft und Rostocker Heide (Hotspot 29), Teilprojekt: Interkommunale Biotopvernetzung für die Biologische Vielfalt und Kommunikation für die Vielfalt

Erstellung eines Buchmanuskriptes 'Umweltoekonomie und Technikrecht fuer mittelstaendische Unternehmer'

Dokumentationshandbuch SIMWASER

Eco Design von Kunststoffverpackungen

Kurzbeschreibung Das Eco Design von Verpackungen zielt darauf ab, die Umweltbelastungen durch die verpackte Ware und deren Verpackung über den gesamten Lebensweg zu minimieren. Dazu zählen die Produktion von Ware und Verpackung, der Vertrieb und Konsum der verpackten Ware und schließlich die Sammlung und Verwertung der gebrauchten Verpackung. Der Runde Tisch „Eco Design von Kunststoffverpackungen“ ist eine Initiative von Experten aus Unternehmen entlang der gesamten Wert-schöpfungskette von Kunststoffverpackungen (Verpackungshersteller, Lebensmittel- und Konsumgüterindustrie, Einzelhandel und Kunststoffrecycling) sowie Organisationen der Wissenschaft und des Verbraucherschutzes. Ziel des Runden Tisches ist die Förderung des Eco Designs von Kunststoffverpackungen, vorrangig durch den Informationsaustausch entlang der Wertschöpfungskette und die Erarbeitung eines Leitfadens mit Empfehlungen für die verschiedenen Akteure der Wertschöpfungskette. Ergebnisse - Köhler, A., Möller, M. und I. Schmidt (2016): Methoden und Hilfsmittel des Ökodesigns von Kunststoff-verpackungen. Müll und Abfall, Heft 8/16, S. 418-424. (Fachpublikation beruhend auf der gleichnamigen Untersuchung des Öko-Institut, Freiburg, im Auftrag des Runden Tisches Eco Design von Kunststoff-verpackungen) - Leitfaden derzeit im Aufbau

Wärmeleitfähigkeiten für Erdwärmesondenanlagen (Sonden-Bezugstiefe 100 m)

Die vorliegenden Karten mit Punktdaten zu „Wärmeleitfähigkeiten für Erdwärmesondenanlagen“ bis 30 kW Leistung und Sondenlängen von 40 m, 60 m, 80 m oder 100 m wurden anhand der verfügbaren Bohrinformationen in der Bohrdatenbank Niedersachsen erarbeitet. Die dargestellten Werte sind abgeschätzten Wärmeleitfähigkeiten basierend auf Werten aus der VDI 4640, eigenen Messwerten und Werten des bundeseinheitlichen Produktkataloges zur wirtschaftlichen Anwendung oberflächennaher geothermischer Daten (Hrsg. Ad-Hoc AG Hydrogeologie, 2008). Auf der Karte sind durchschnittliche Wärmeleitfähigkeiten für ausgewählte Bohrungen dargestellt. Beim Anklicken einer Bohrung öffnet sich eine Info-Box mit den wichtigsten Stammdaten der Bohrung. Wärmeleitfähigkeiten einzelner Schichteinheiten können abgerufen werden, indem der Link "weitere Informationen" angeklickt wird. Für den geplanten Standort einer neuen Erdwärmesonde können die dargestellten Werte in der näheren Umgebung – vorausgesetzt der Untergrundaufbau ist vergleichbar – eine Orientierung darüber geben, mit welcher durchschnittlichen Wärmeleitfähigkeit bei einer Sondenlänge von 40 m, 60 m, 80 m oder 100 m zu rechnen ist. Die Daten dienen einer ersten Einschätzung möglicher Wärmeleitfähigkeiten und ersetzen nicht die konkrete Überprüfung im Rahmen des Anlagenbaus anhand der örtlich angetroffenen Verhältnisse. Weitere Informationen zu rechtlichen und technischen Grundlagen sind im „Leitfaden Erdwärmenutzung in Niedersachsen“ (GeoBerichte 24) zu finden.

Waldfunktionen (Auswahl) Hamburg

Im Themengebiet "Waldfunktionen" werden flächenhafte Informationen über ausgewählte Funktionen der Waldflächen in Hamburg dargestellt. Der Wald trägt in besonderem Maß zum Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen und zur Erholung des Menschen bei. Als Waldfunktionen können die Wirkungen und Leistungen des Waldes und der Waldbewirtschaftung bezeichnet werden, soweit sie in der Regel die menschlichen Bedürfnisse oder Erwartungen erfüllen. Waldfunktionen genügen einerseits gesellschaftlichen Anforderungen und liefern andererseits einen Beitrag zur Stabilisierung von Ökosystemen. Dabei lassen sich je nach Zweck Waldfunktionen zusammenfassen. Unterschieden werden allgemein die Nutzfunktion, die Schutzfunktionen (einschließlich Natur- und Biotopschutz), die Erholungsfunktion und weitere Sonderfunktionen. Dargestellt werden Waldflächen, soweit sie über das normale Maß hinaus eine oder mehrere Funktionen erfüllen. Ausgewählt werden die Funktionen, für die sich validierte Daten bzw. abgrenzbare Kategorien erzielen ließen. Nicht dargestellt werden beispielsweise Waldflächen, die in Überschwemmungs- oder Wasserschutzgebieten oder in Natura-2000-Gebieten liegen und dort jeweils eine entsprechende Schutzfunktion erfüllen. Die Daten wurden gutachterlich im Jahr 2016 erhoben und mit Stand 2019 teilweise ergänzt und angepasst. Grundlage der gutachterlichen Einschätzung ist der bundeseinheitliche "Leitfaden zur Kartierung der Schutz- und Erholungsfunktionen des Waldes“ der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg, Freiburg 2015. Dargestellt sind Waldflächen, die eine Funktion erfüllen als 1. Erholungswälder 2. Schutz vor Erosionen 3. regionaler Klimaschutzwald und 4. Sichtschutzwald. Zu 1. Erfasst sind die Waldflächen, die gutachterlich im Rahmen einer Waldfunktionenkartierung als für die Erholung des Menschen wichtig eingeschätzt wurden. Ausgewählt wurde nur der Wald, der tatsächlich der Allgemeinheit zur Verfügung steht. Es werden die Kategorien "von sehr hoher Bedeutung" und "von hoher Bedeutung" unterschieden. Kriterien für die Ausweisung sind u.a. Erreichbarkeit, Attraktivität, Angebot an Erholungseinrichtungen, geringe Lärm- und Immissionsbelastung und Einschränkungen des Betretungsrechts. Die Einstufung in die Kategorie "von sehr hoher Bedeutung" erfolgt regelhaft dann, wenn besondere forstbetriebliche Anstrengungen und Aufwendungen für die Aufrechterhaltung der Erholungsfunktion erforderlich sind. Zu 2. Der Wald bietet grundsätzlich für den Erhalt des Bodens und seine natürliche Entwicklung einen sehr guten Schutz. Dargestellt sind nur die Waldflächen, die gutachterlich im Rahmen einer Waldfunktionenkartierung als für den Schutz des Bodens vor Erosionen wichtig eingeschätzt wurden. Ausgewählt wurden Waldflächen, die auf - winderosionsgefährdete Böden in entsprechenden exponierten Lagen mit hohen Humus-, Feinsand- und Lößanteilen, - wassererosionsgefährdete Böden mit starkem Gefälle und geringer Bindigkeit oder - auf künstlich aufgeschütteten Böden stocken. Zu 3. Sämtliche Waldflächen erfüllen eine Klimaschutzfunktion. Abhängig von der Größe und der Struktur der Bestände sowie der Topographie ist die Wirkung auf die benachbarten bebauten oder unbebauten Flächen jedoch unterschiedlich. Dargestellt sind die Waldflächen, die durch Luftaustausch das Klima in Verdichtungsräumen schützen und verbessern (regionaler Klimaschutzwald). Regionaler Klimaschutzwald wird unter Berücksichtigung der Größe des Waldes und der Größe und Lage des Verdichtungsraumes, des Reliefs und der Hauptwindrichtung ausgewiesen. Unterschieden werden dabei Waldflächen, die großflächig als sommerliche Kaltluftquelle wirken, und die Waldflächen, die als winterliche Kaltluftbremse vor allem tiefergelegene Flächen vor Spätfrösten schützen können. Zu 4. Sichtschutzwald verdeckt nicht nur als störend empfundene Objekte, sondern schützt auch Anlagen oder Grundstücke vor unerwünschten Einblicken von außen. Dargestellt sind die Bereiche der Wälder, die in ihrer horizontalen Ausdehnung den Schutzzweck ganzjährig und dauerhaft erfüllen können. Unterschieden werden dabei Wälder, die - vor Einsicht in Anlagen und Flughäfen schützen oder die - Sichtschutz für Erholungs- oder Wohngebiete gewähren.

Forstwirtschaft - Waldbiotopkartierung im Staatswald

Der Kartendienst (WMS-Gruppe) stellt die digitalen Geodaten aus dem Bereich Forstwirtschaft des Saarlandes dar.:Die Waldbiotopkartierung ist ein Erhebungsverfahren, das flächendeckend ökologische Grundlagen zur Umsetzung der Naturnahen Waldwirtschaft bereitstellen kann. Zu diesem waldökologischen Monitoring gehören u.a. •Die Herleitung der natürlichen Waldgesellschaft und die daraus resultierende Naturnähe des tatsächlich aufstockenden Bestandes •Die Bestimmung von Habitatvielfalt, Sonderbiotopen und Vegetationstypen •Die Erfassung von geschützten (sog. 22er) Biotopen an Hand besonderer Waldtypen oder seltener und geschützter Pflanzen- und Tiervorkommen. Die Waldbiotopkartierung hat nicht den Anspruch einer exakt wissenschaftlichen Kartierung vorhandener Arten oder Ökosysteme. Sie ist zu verstehen als Information und Leitfaden des vor Ort handelnden Wirtschafters, um seine ökonomische Tätigkeit mit ökologischen Handeln zu verbinden, mehr oder weniger ein allgemeiner, punktuell aber auch verbindlicher Managementplan zur Erhaltung und Förderung der Biodiversität in unseren Wäldern. Die Ergebnisse der flächendeckenden WBK sind hier nicht dargestellt. Die aufgeführten Objekte geben den Stand der selektiven Kartierungen von 1990 bis 2008 wieder und basieren methodisch auf der Kartieranleitung „Ganzflächige Waldbiotopkartierung im Saarland“ - Herausgeber: Minister für Umwelt, Energie und Verkehr des Saarlandes – mit Stand von 1999. Die Waldbiotopkartierung wird zurzeit nach aktuellen Standards neu aufgebaut.

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