Das Projekt "MODRIO: Model Driven Physical Systems Operation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von QTronic GmbH durchgeführt. Im MODRIO Projekt sollen Methoden und Software entwickelt werden, um den Betrieb von Kraftwerken, Windkraftanlagen und von Transportsystemen bezüglich Verbrauch, Umweltbelastung und Sicherheit stark zu verbessern. Die Basis hierfür sind modellbasierte Methoden zur Zustandsschätzung und Diagnose sowie zur Online-Optimierung nichtlinearer Prozesse. QTronic beteiligt sich über die gesamte Projektlaufzeit kontinuierlich an der Weiterentwicklung des Modelica und FMI Standards. QTronic setzt diese Weiterentwicklungen auch prototypisch um (Werkzeug) und leitet außerdem ein Arbeitspaket zu industriellen Anwendung der Ergebnisse im Bereich Leittechnik für Kraftwerksanlagen.
Das Projekt "MODRIO: Model Driven Physical Systems Operation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Ilmenau, Institut für Automatisierungs- und Systemtechnik, Fachgebiet Simulation und Optimale Prozesse durchgeführt. Im MODRIO Projekt sollen Methoden und Software entwickelt werden, um den Betrieb von Kraftwerken, Windkraftanlagen und von Transportsystemen bezüglich Verbrauch, Umweltbelastung und Sicherheit stark zu verbessern. Die Basis hierfür sind modellbasierte Methoden zur Zustandsschätzung und Diagnose sowie zur Online-Optimierung nichtlinearer Prozesse. Die TU Ilmenau wird im Rahmen des Projekts zunächst an der Erweiterung von Modelica für Optimierungsprobleme arbeiten. Insbesondere sind die für die nichtlineare modellprädiktive Regelung durch Kombination von Mehrfachschießverfahren und Kollokation notwendigen Elemente zu implementieren. Dabei ist auf standardisierte Schnittstellen zu achten. Die Arbeit erfolgt in Kooperation mit Modelon und der FH Bielefeld. In den Algorithmus zur nichtlinearen modellprädiktiven Regelung mit der kombinierten Methode werden die Parameterschätzung und die Datenvalidierung integriert. Eine erste Offline-Version eines 'large-scale' Anwendungsfalles in der Energieerzeugung wird erstellt werden. Im Anschluss wird die Performance-Optimierung erfolgen. Wenn möglich soll die nichtlineare modellprädiktive Regelung mit integrierter Parameterschätzung und Datenvalidierung für den realen Anwendungsfall online implementiert werden. Die Anwendung auf reale Problemstellungen aus der Energieerzeugung sowie die Validierung erfolgen in Zusammenarbeit mit der Siemens AG.
Das Projekt "MODRIO: Model Driven Physical Systems Operation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH durchgeführt. Im MODRIO-Projekt sollen Methoden und Software entwickelt werden, um den Betrieb von Kraftwerken, Windkraftanlagen und von Transportsystemen bezüglich Verbrauch, Umweltbelastung und Sicherheit stark zu verbessern. Die Basis hierfür sind modellbasierte Methoden zur Zustandsschätzung und Diagnose sowie zur Online-Optimierung nichtlinearer Prozesse. Gemeinsam mit den deutschen und europäischen Projektpartnern wird ITI Methoden und Tools zur modellbasierten Simulation des Anlagenbetriebs entwickeln. Dazu werden von ITI die softwareseitigen Voraussetzungen für die Erweiterung nichtlinearer Modelle aus der Produktentwicklung zur Modellierung und Überwachung von Systemeigenschaften hergestellt. Modelica-Modelle und die Fehlerbaumsynthese für Zuverlässigkeitsanalysen werden zusammengeführt. Methoden zur Zustands- und Parameterschätzung kontinuierlicher Systeme sowie zur hybriden Zustandsschätzung werden evaluiert und angepasst in Simulationswerkzeuge integriert. Um auch bei (gemäß den unterschiedlichen Betriebszuständen) strukturveränderlichen Modellen anwendbar zu sein, werden die Modelica-Sprache und das Functional Mockup Interface erweitert. Um die erweiterten Modelle effizient behandeln zu können, müssen neue, z.B. inkrementelle Compiler- und Laufzeittechnologien für strukturveränderliche Modelle sowie Multi-Core-Plattformen erarbeitet werden. ITI setzt die Methoden und Verfahren prototypisch in SimulationX um.
Das Projekt "HPC-OM: HPC-OpenModelica für Multiskalen-Simulationen technischer Systeme und Anwendung bei der Entwicklung energieeffizienter Arbeitsmaschinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die anwendungsbezogene Entwicklung von innovativen Algorithmen und HPC-Software für die Durchführung von Multiskalen-Simulationen in einer Modelica-Entwicklungsumgebung. Ein Modelica-Compiler wird dafür um eine HPC-Funktionalität ergänzt. Das heißt, der von ihm auf Basis der Modellbeschreibung erzeugte Code kann effizient parallel auf einem Hochleistungsrechner ausgeführt werden. Mathematische und technische Kontextinformationen von Teilmodellen werden ausnutzt, um die Taskgraphen sinnvoll zu partitionieren und abzuarbeiten. Die HPC-relevanten Herausforderungen liegen in der automatischen Analyse, Annotation und Partitionierung der Modellgraphen und in der Generierung optimierter, lastbalancierter HPC-Codes. Parallel dazu werden als Demonstratoren hochdetaillierte Modelle für Teilsysteme sowie eine robuste Kopplung von HPC- mit VR-Systemen entwickelt. Schwerpunkt der Arbeiten der TUD liegen in der Erarbeitung und Umsetzung von Algorithmen für die automatische Erzeugung von HPC-Software sowie in der Erstellung der Gesamtsystemmodelle. Basierend auf Graph-Transformationen werden parallele Methoden der Zeitintegration umgesetzt, welche in einem neu zu bildenden HPC-OpenModelica-Backend implementiert werden. Die finale HPC-Portierung wird für Simulationen mit dem für Energieoptimierungen erforderlichen Detaillierungsgrad sowie in Echtzeitsimulationen für VR-Anwendungen verwendet.
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 "HPC-OM: HPC-OpenModelica für Multiskalen-Simulationen technischer Systeme und Anwendung bei der Entwicklung energieeffizienter Arbeitsmaschinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bosch Rexroth Aktiengesellschaft, Engineering Enabling (DC,ENE) durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die anwendungsbezogene Entwicklung von innovativen Algorithmen und HPC-Software für die Durchführung von Multiskalen-Maschinensimulationen in einer Modelica-Entwicklungsumgebung. Ein Modelica Compiler wird dafür um eine HPC-Funktionalität ergänzt. Das heißt, der von ihm auf Basis der Modellbeschreibung erzeugte Code kann effizient parallel auf einem Hochleistungsrechner ausgeführt werden. Mathematische und technische Kontextinformationen von Teilmodellen werden ausgenutzt, um die Taskgraphen sinnvoll zu partitionieren und abzuarbeiten. Nach der Definition der Anforderungen an Lösungsverfahren und Modell werden hochgenaue Komponentenmodelle erstellt und zu einem Gesamtsystemmodell zusammengefügt. Anschließend werden Algorithmen ausgewählt und erweitert, um ein Software-Funktionsmuster zu realisieren. Dieses bildet die Grundlage für den Test der Algorithmen, Methoden, Konzepte und Modelle. Die finale HPC-Portierung wird für multiphysikalische Simulationen mit dem für Energieoptimierungen erforderlichen Detaillierungsgrad in vertretbarer Zeit als auch Echtzeitsimulationen für VR-Anwendungen verwendet.
Das Projekt "HPC-OM: HPC-OpenModelica für Multiskalen-Simulationen technischer Systeme und Anwendung bei der Entwicklung energieeffizienter Arbeitsmaschinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die anwendungsbezogene Entwicklung von innovativen Algorithmen und HPC-Software für die Durchführung von Multiskalen-Maschinensimulationen in einer Modelica-Entwicklungsumgebung. Ein Modelica-Compiler wird dafür um eine HPC-Funktionalität ergänzt. Das heißt, der von ihm auf Basis der Modellbeschreibung erzeugte Code kann effizient parallel auf einem Hochleistungsrechner ausgeführt werden. Mathematische und technische Kontextinformationen von Teilmodellen werden ausnutzt, um die Taskgraphen sinnvoll zu partitionieren und abzuarbeiten. Die HPC-relevanten Herausforderungen liegen in der automatischen Analyse, Annotation und Partitionierung der Modellgraphen und in der Generierung optimierter, lastbalancierter HPC-Codes. Parallel dazu werden als Demonstratoren hochdetaillierte Modelle für Teilsysteme sowie eine robuste Kopplung von HPC- mit VR-Systemen entwickelt. Auf Basis der Anforderungsanalyse anhand von komplexen Systemmodellen der bisherigen Anwender und der im Projekt entwickelten hochgenauen Komponentenmodelle werden die möglichen Strategien für das HPC-Design vorausgewählt. Algorithmen werden analysiert und weiterentwickelt und für OpenModelica programmiert. ITI implementiert das HPC-Backend prototypisch in Simulation X und testet auf dieser Plattform Algorithmen, Methoden, Konzepte und Modelle.
Das Projekt "Dynamische Untersuchung von Dampfkraftprozessen mit CO2-Abtrennung zur Bereitstellung von Regelenergie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Energietechnik M-5 durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes DYNCAP werden die Möglichkeiten von Dampfkraftwerken mit CO2-Abtrennung zur Bereitstellung von Regelenergie unter Berücksichtigung des Standes der Technik und der aktuellen Rahmenbedingungen untersucht. Dabei soll das Hauptaugenmerk zunächst auf dem Post-Combustion CO2-Abtrennungsverfahren und dem Oxyfuel-Verfahren liegen, die beide auf dem konventionellen Dampfkraftprozess basieren. Mit Hilfe von geeigneten stationären Simulationstools werden zunächst die Referenzprozesse für den Kraftwerksprozess, die CO2-Rauchgaswäsche und den Oxyfuel Prozess abgebildet. Im Folgenden werden verschiedene stationäre Teillastberechnungen für die Prozesse durchgeführt. Dabei wird zunächst auf die gewonnenen Ergebnisse für den staubgefeuerten Oxyfuel-Prozess aus dem Verbundvorhaben ADECOS sowie aus dem POSEIDON-Projekt zurückgegriffen. Diese stationären Teillastberechnungen bilden die Basis für die nachfolgende dynamische Modellierung der genannten Verfahren. Gleichzeitig wird von den anderen Projektpartnern die Weiterentwicklung der bereits bestehenden Modelica Bibliotheken durchgeführt. In einem weiteren gemeinsamen Schritt werden die verschiedenen modellierten und überprüften Einzelkomponenten zu Teilprozessen zusammengefasst, um festzustellen, inwieweit die Kosten für die Bereitstellung von Regelenergie durch den Einsatz von CO2-Abtrennungsverfahren beeinflusst werden. Durch Mitwirkung an COORETEC werden die Erkenntnisse aus diesem Projekt das F&E-Programm der Bundesregierung stärken. Die beteiligten Partner werden ihr Portfolio erweitern und können in Zukunft Forschungs- und Entwicklungsaufgaben auf diesem Gebiet unterstützen. Weiterhin wird die Erarbeitung von realisierbaren Konzepten zur Bereitstellung von Regelenergie die Akzeptanz von CO2-Abtrennungstechnologien bei der Kohleverstromung stärken. Durch die Verwendbarkeit der Ergebnisse dieses Projektes in anderen COORETEC-Aktivitäten werden die zu erwartenden Ergebnisse den CO2-Minderungsanstrengungen der Bundesregierung zugutekommen, um mit möglichst geringem Zeitverlust den Klimaschutz nach den aktuell dringenden Prioritäten der Politik voranzutreiben.
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| Förderprogramm | 8 |
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| Boden | 7 |
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