Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EKPO Fuel Cell Technologies GmbH durchgeführt. Bis heute konnten PEM-Brennstoffzellensysteme in mobilen Anwendungen nicht in der Breite eingeführt werden. Trotz zahlreicher Vorteile gegenüber rein elektrischen Antrieben, liegt der Grund dafür vor allem in den höheren Systemkosten. Durch eine parallele Untersuchung und Optimierung der Kosten, Effizienz, Dynamik und Lebensdauer ist jedoch von einer zeitnahen Marktdurchdringung von PEM-Brennstoffzellensystemen auszugehen. Während die Materialwissenschaften und die Produktionstechnik in enger Zusammenarbeit die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenstacks optimieren und durch eine Hochskalierung der Produktion dessen Kosten reduzieren, ist es Aufgabe der Systemingenieure und Regelungstechnik das PEM-Brennstoffzellensystem bei einer hohen Effizienz und Dynamik zu betreiben, ohne die Lebensdauer zu mindern. Ziel des Projektes ist es daher, eine robuste Regelung für ein hochdynamisches PEM-Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer zu entwickeln. Basierend auf Untersuchungen auf den bestehenden Prüfständen der Forschung und Industrie sollen mathematische Modelle für den Brennstoffzellenstack und seine Nebenaggregate erstellt und sukzessive für die Anwendung in der Regelung reduziert werden. Diese Modelle sollen neben dem dynamischen Verhalten ebenfalls die Degradation berücksichtigen. Validiert werden diese Modelle hinsichtlich Degradation durch Untersuchungen an real gealterten Komponenten der Stacks, die durch die EKPO durchgeführt werden. Mittels einer modellprädiktiven Regelung, welche auf Basis des echtzeitfähigen Modells des Brennstoffzellensystems sowie der Information von Zustandsbeobachtern durch die EKPO mitentwickelt wird, soll eine robuste und sichere Regelung realisiert werden. Eine Zustandserfassung und Lebensdauer-prognose soll darüber hinaus den Weg für prädiktive Wartungsstrategien ebnen, deren Beitrag im Rahmen einer TCO-Analyse quantifiziert werden soll.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Pierburg GmbH durchgeführt. Bis heute konnten PEM-Brennstoffzellensysteme in mobilen Anwendungen nicht in der Breite eingeführt werden. Trotz zahlreicher Vorteile gegenüber rein elektrischen Antrieben, liegt der Grund dafür vor allem in den höheren Systemkosten. Durch eine parallele Untersuchung und Optimierung der Kosten, Effizienz, Dynamik und Lebensdauer ist jedoch von einer zeitnahen Marktdurchdringung von PEM-Brennstoffzellensystemen auszugehen. Während die Materialwissenschaften und die Produktionstechnik in enger Zusammenarbeit die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenstacks optimieren und durch eine Hochskalierung der Produktion dessen Kosten reduzieren, ist es Aufgabe der Systemingenieure und Regelungstechnik das PEM-Brennstoffzellensystem bei einer hohen Effizienz und Dynamik zu betreiben, ohne die Lebensdauer zu mindern. Ziel des Projektes ist es daher, eine robuste Regelung für ein hochdynamisches PEM-Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer zu entwickeln. Basierend auf Untersuchungen auf den bestehenden Prüfständen der Forschung und Industrie sollen mathematische Modelle für den Brennstoffzellenstack und seine Nebenaggregate erstellt und sukzessive für die Anwendung in der Regelung reduziert werden. Diese Modelle sollen neben dem dynamischen Verhalten ebenfalls die Degradation berücksichtigen. Mittels einer modellprädiktiven Regelung, welche auf Basis des echtzeitfähigen Modells des Brennstoffzellensystems sowie der Information von Zustandsbeobachtern entwickelt wird, soll eine robuste und sichere Regelung realisiert werden. Eine Zustandserfassung und Lebensdauer-prognose soll darüber hinaus den Weg für prädiktive Wartungsstrategien ebnen, deren Beitrag im Rahmen einer TCO-Analyse quantifiziert werden soll.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FEV Europe GmbH durchgeführt. Bis heute konnten PEM-Brennstoffzellensysteme in mobilen Anwendungen nicht in der Breite eingeführt werden. Trotz zahlreicher Vorteile gegenüber rein elektrischen Antrieben, liegt der Grund dafür vor allem in den höheren Systemkosten. Durch eine parallele Untersuchung und Optimierung der Kosten, Effizienz, Dynamik und Lebensdauer ist jedoch von einer zeitnahen Marktdurchdringung von PEM Brennstoffzellensystemen auszugehen. Während die Materialwissenschaften und die Produktionstechnik in enger Zusammenarbeit die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenstacks optimieren und durch eine Hochskalierung der Produktion dessen Kosten reduzieren, ist es Aufgabe der Systemingenieure und Regelungstechnik das PEM-Brennstoffzellensystem bei einer hohen Effizienz und Dynamik zu betreiben, ohne die Lebensdauer zu mindern. Ziel des Projektes ist es daher, eine robuste Regelung für ein hochdynamisches PEM-Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer zu entwickeln. Basierend auf Untersuchungen auf den bestehenden Prüfständen der Forschung und Industrie sollen mathematische Modelle für den Brennstoffzellenstack und seine Nebenaggregate erstellt und sukzessive für die Anwendung in der Regelung reduziert werden. Diese Modelle sollen neben dem dynamischen Verhalten ebenfalls die Degradation berücksichtigen. Mittels einer modellprädiktiven Regelung, welche auf Basis des echtzeitfähigen Modells des Brennstoffzellensystems sowie der Information von Zustandsbeobachtern entwickelt wird, soll eine robuste und sichere Regelung realisiert werden. Eine Zustandserfassung und Lebensdauerprognose soll darüber hinaus den Weg für prädiktive Wartungsstrategien ebnen, deren Beitrag im Rahmen einer TCO-Analyse quantifiziert werden soll. Die FEV wird im Rahmen des Projektes maßgeblich an der Modellierung der Alterung der verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellensystems mitwirken und so mit an der Grundlage für die modellprädiktive Regelung forschen.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme durchgeführt. Bis heute konnten PEM-Brennstoffzellensysteme in mobilen Anwendungen nicht in der Breite eingeführt werden. Trotz zahlreicher Vorteile gegenüber rein elektrischen Antrieben, liegt der Grund dafür vor allem in den höheren Systemkosten. Durch eine parallele Untersuchung und Optimierung der Kosten, Effizienz, Dynamik und Lebensdauer ist jedoch von einer zeitnahen Marktdurchdringung von PEMBrennstoffzellensystemen auszugehen. Während die Materialwissenschaften und die Produktionstechnik in enger Zusammenarbeit die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenstacks optimieren und durch eine Hochskalierung der Produktion dessen Kosten reduzieren, ist es Aufgabe der Systemingenieure und Regelungstechnik das PEM-Brennstoffzellensystem bei einer hohen Effizienz und Dynamik zu betreiben, ohne die Lebensdauer zu mindern. Ziel des Projektes ist es daher, eine robuste Regelung für ein hochdynamisches PEM-Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer zu entwickeln. Basierend auf Untersuchungen auf den bestehenden Prüfständen der Forschung und Industrie sollen mathematische Modelle für den Brennstoffzellenstack und seine Nebenaggregate erstellt und sukzessive für die Anwendung in der Regelung reduziert werden. Diese Modelle sollen neben dem dynamischen Verhalten ebenfalls die Degradation berücksichtigen. Mittels einer modellprädiktiven Regelung, welche auf Basis des echtzeitfähigen Modells des Brennstoffzellensystems sowie der Information von Zustandsbeobachtern entwickelt wird, soll eine robuste und sichere Regelung realisiert werden. Eine Zustandserfassung und Lebensdauer-prognose soll darüber hinaus den Weg für prädiktive Wartungsstrategien ebnen, deren Beitrag im Rahmen einer TCO-Analyse quantifiziert werden soll.
Das Projekt "Hydraulische Untersuchungen für den Einsatz eines neuen Deckwerksystems mit hoher Dichte für den Küstenschutz, See- und Hafenbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Ludwig-Franzius-Institut für Wasserbau, Ästuar- und Küsteningenieurwesen durchgeführt. Frei stehende Bauwerke, z.B. Wellenbrecher, Seebuhnen und Leitwerke, die in die offene See oder das offene Fahrwasser hineingebaut werden, um Strömungen zu bündeln oder zu leiten und die wegen ihrer Lage im Tiefwasser teilweise sehr hohen Strömungs- und auch Wellenbelastungen ausgesetzt sind, sind stark schadensanfällig und erfordern ständig Nachbesserungen bis hin zu Überlegungen zur Verbesserung der Stabilität unter Wellenbelastungen. Entscheidend für die Stabilität eines Deckwerks ist sein Stabilitätsbeiwert, der sog. KD-Wert, in dem die wellenauflösende, lufteintragende und damit druckreduzierende Wirkung eingeht. Die Stabilität wird zudem maßgebend von der Lagerungsdichte und der Fähigkeit der Steine, sich gegenseitig durch Verklammerung in ihrer Position zu halten, bestimmt. In diesem Punkt liegt der Ansatz für die Entwicklung eines neuen und wirksameren Deckwerkselementes aus Eisensilikatgestein. So können schon einfache Schüttsteine aus Eisensilikat (ã s = 3,7 kg/dm3) gegenüber Steinen aus Quarzit (ã s = 2,7 kg/dm3) der doppelten Wellenhöhe widerstehen. Bei einer entsprechenden Form mit sehr viel höheren KD-Werten ließen sich aufgrund des erhöhten spezifischen Gewichtes von Eisensilikatgestein Wellenhöhen auffangen, die ein Vielfaches gegenüber den heute eingesetzten Formsteinen erreichen. Durchführung: Da eine der Hauptschwierigkeiten bei Eisensilikatgestein die Festigkeit großer Elemente ist, muss als Erstes geklärt werden, wie Steinformen bis zu 50 / 60 t Eigengewicht erreicht werden können. Ein Vorschlag sah vor, kleinere Elemente durch den Einbau von Zugspannung aufnehmendem Gewebe zu stabilisieren, z.B. aus Kohlefaser (Aramit, Twaron), und als Bündel aus mehreren Einzelsteinen einzubauen. Da die große Schwierigkeit beim Einbau auf Wellenschutzbauwerke in der Handhabung großer Gewichte vom Schiff aus besteht (es handelt sich in aller Regel um Bauwerke in Wassertiefen von 20 m und mehr), erscheint hier die Lösung mit der Bündelung mehrerer der Belastung entsprechenden kleineren Elemente zu einem gekoppelten Großelement ein erfolgreicher Weg zum Einsatz von PEUTE-Eisensilikatgestein zu sein. Ziel der Untersuchungen war es daher, im hydraulischen Versuch, die Wirksamkeit solcher neuartigen Deckwerksysteme mit Eisensilikatsteinen im Verbund aufzuzeigen. Um den Nachweis der Wirksamkeit auch unter Naturbedingungen zu erbringen, ist nach den hydraulischen Untersuchungen im Modell, ein Einsatz auf einer Seebuhne oder einem Leitwerk vor der deutschen Küste vorgesehen, z.B. vor Helgoland oder Borkum. Erste Ergebnisse der hydraulischen Untersuchungen im Wellenkanal Schneiderberg des FRANZIUS-Instituts zeigen eine deutlich höhere Stabilität des neuen Verbundsystems gegenüber herkömmlichen losen Schüttungsdeckwerken.
Das Projekt "Fokus Gräser/Fokus Herbivoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LOEWE - Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) durchgeführt. Wir untersuchen Klimaänderungen als Motor der Koevolution von großen Herbivoren und Süßgräsern (Poacaea), die als wesentliche Grundlage der Entstehung des Ökosystems Savanne angesehen werden. Eine massive Huftier-Radiation erfolgte im Plio-Pleistozän parallel zu einer raschen Artbildung bei Gräsern. Molekulargenetische und biogeographische Untersuchungen an Schlüsseltaxa rezenter afrikanischer Gräser geben Aufschluss über deren Phylogenie, klimatische Anforderungen und geographische Verteilung und liefern Modelle für die Rekonstruktion der Ökologie und Biogeographie dieser Gräser in geologischen Zeiträumen. Die Ausbreitung der Savannen und dadurch hervorgerufene Änderungen der Nahrungsgrundlage für frühe Hominiden waren auch wesentliche Auslöser für die Evolution des Menschen. Paläontologische Daten erlauben die Rekonstruktion der Evolution relevanter Huftiergruppen im Untersuchungsgebiet und die Korrelation mit der Vegetation der untersuchten Zeitscheiben sowie mit Evolution, Biogeographie und Migration früher Hominiden.
Das Projekt "FlexMex: Modellexperiment zur zeitlich und räumlich hoch aufgelösten Untersuchung des zukünftigen Lastausgleichs im Stromsystem mit den Modellen MarS und GENESYS-2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe durchgeführt. Die Ziele des Modellexperiments FlexMex sind einerseits die systematische Bewertung verschiedener Modellierungsansätze von Energiesystemmodellen und anderseits die Quantifizierung von Modellunsicherheiten auf Grundlage von Ensemblerechnungen. Dabei werden vielversprechende Modellansätze einer zeitlich und räumlich aufgelösten Analyse zukünftiger Stromversorgungen in Deutschland mit einem systematischen Ansatz miteinander verglichen. Die Fokussierung des ersten Teils des Modellexperiments auf einzelne Technologien erlaubt den Vergleich der bisherigen Ansätze zur Technologieabbildung und ermöglicht fundierte Schlussfolgerungen für die Erweiterung des Umfangs und ggf. der Auflösung und Charakterisierung der betrachteten Technologien. Die gemeinsame Analyse der Wechselwirkungen zwischen den Technologien im zweiten Experimentteil ermöglicht die Synthese von Möglichkeiten, die Modellierungen zu verbessern und die bisherigen Schlussfolgerungen zu schärfen. Das gemeinsame Anliegen des Konsortiums ist hierbei, die Robustheit von Ergebnissen und der für Politik und Gesellschaft abgeleiteten Erkenntnisse zu verbessern. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt auf der Bewertung verschiedener Lastausgleichsoptionen. Diese umfassen den Stromaustausch, Energiespeicher, regelbare Kraftwerke, die Abregelung fluktuierender Erzeugung, Lastmanagement sowie die flexible Kopplung zu den Sektoren Wärme und Verkehr. Seitens der RWTH beteiligen sich zwei Institute mit jeweils unabhängig entwickelten Modellen am FlexMex Experiment.
Das Projekt "Teilprojekt 4: GLORIA Beobachtungen und Source Transfer Parametrisation (STP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), Stratosphäre (IEK-7) durchgeführt. WASCLIM untersucht die Anregung und Ausbreitung von Schwerewellen, verbessert deren Implementation im Klimamodell und wendet diese Implementation zur Untersuchung der stratosphärischen Zirkulation der Südhemisphäre und ihres Einflusses auf troposphärisches Klima an. Teilprojekt 4 befasst sich hierzu einerseits mit der Messung von Schwerewellen mit dem Horizont-Imager GLORIA. Vom Forschungsflugzeug HALO misst GLORIA die Eigenemission der Atmosphäre im mittleren Infrarot. Aus der Beobachtung des selben Luftvolumens aus verschiedenen Blickwinkeln lässt sich mittels Tomographie die 3D Temperaturstruktur ableiten und hieraus wiederum die wichtigsten Wellenparameter (Amplitude, Wellenvektor und Impulsfluss) bestimmen. Die volle Charakterisierung der Welle erlaubt, die Ausbreitung der Welle zu modellieren und z.B. mit den Lidardaten aus Teilprojekt 1 zu vergleichen. Ein Schwerpunkt wird die Untersuchung schräger Wellenausbreitung sein. Durch die Validierung von Modellen lassen sich die Ergebnisse von den individuellen Beobachtungen der Region um Feuerland und der antarktischen Halbinsel auf den gesamten Südpolarwirbel übertragen. Dies ist der zweite Teilaspekt von Teilprojekt 4. Aus dedizierten Untersuchungen der schrägen Ausbreitung von Schwerwellen mit komplexen Modellen soll ein vereinfachtes statistisches Modell (Source Transfer Parametrization) entwickelt werden, das den Zusammenhang zwischen der vorwiegenden Quellregion der Schwerewellen mit der Wirkungsregion beschreibt. Die Motivation hierzu ist, dass existierende Modelle zur schrägen Ausbreitung nicht die notwendige Recheneffizienz für Klimastudien haben. Das statistische Modell soll uns erlauben, physikalische Modelle für Wellenquellen in den Gebirgsregionen und Schlechtwettergebieten bei ca. 50 Grad S mit dem Einfluss der Schwerewellen auf den Polarwirbel bei ca. 60 Grad S zu verknüpfen und somit erstmals eine physikalisch motivierte Anpassung der Schwerwellenbeschleunigung im Klimamodell zu erzielen.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Erweiterung der mesoskaligen Schnittstelle INIFOR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Wetterdienst durchgeführt. Ziel der Fördermaßnahme ist das in der 1. Phase entwickelte Stadtklimamodell PALM-4U zu einem Produkt weiterzuentwickeln, das praxistauglich für den Einsatz in Kommunen und anderen Anwendern ist, aber auch für wissenschaftliche Forschung eingesetzt werden kann. In Modul A (Verbundprojekt MOSAIK-2) der Fördermaßnahme soll das in der 1. Phase aufgebaute Modell PALM-4U erweitert, optimiert und evaluiert werden. Dazu sollen bestehende Module weiterentwickelt werden und neue Komponenten implementiert werden. Weiterhin ist der Aspekt Nachhaltigkeit und Verstetigung der Modellentwicklung ein zentraler Aspekt von MOSAIK-2. Weiterentwicklungen sind vor allem hinsichtlich Luftchemie/Schadstoffausbreitung und Emissionsmodellierung, Strahlungstransfer und Multiagentenmodell geplant. Neue Modellkomponenten umfassen die Aspekte von Sturmschäden an Bäumen (Windwurf), Wolken und (Extrem-)Niederschläge sowie Effekte von gefrorenem Wasser in Form von Schnee und Eis. Modelloptimierungen hinsichtlich Parametrisierung von Gebäuden, neuen Rechnerarchitekturen, Etablierung einer Community-Modellstruktur werden die Nachhaltigkeit des Modells über die Förderperiode hinaus sicherstellen. Der Modellevaluation kommt besondere Bedeutung zu und beinhaltet auch die Überprüfung der Modellunsicherheiten bzgl. Eingangsdaten sowie deren Bereitstellung. Teilprojekt 4 (TP4) adressiert mit der Weiterentwicklung der mesoskaligen Schnittstelle INIFOR einen wesentlichen Teil der oben genannten Aspekte. Mit der Unterstützung zusätzlicher Parameter für Niederschlag, Wolken-Mikrophysik und Luftchemie wird der Anwendungsbereich des mesoskaligen Antriebs für PALM-4U wesentlich erweitert. Die Unterstützung zusätzlicher Modelle (ICON, WRF) soll es einer noch breiteren, nationalen und internationalen Community ermöglichen, PALM-4U für Untersuchungen unter realistischen synoptischen Bedingungen anzuwenden. Auch für die Modellevaluierung spiet INIFOR eine wichtige Rolle.
Das Projekt "Wissenschaftliche Bewertung verschiedener Kombinationen von Ausbreitungsparametersaetzen und Rauchfahnenueberhoehungsgleichungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dornier System GmbH durchgeführt. Die Schwerpunkte der in diesem Vorhaben durchgefuehrten Arbeiten liegen in einer kritischen Analyse des Rauchfahnenueberhoehungsansatzes Briggs/TNO (Entwuerfe TA Luft 10.9.1981 und 8.6.1982) und verschiedener Entwuerfe der Richtlinie VDI 3782 Blatt 3 'Berechnung der Abgasfahnenueberhoehung'. Ferner wird der Ausbreitungsparametersatz des Kerforschungszentrums Karlsruhe fuer 180 m Emissionshoehe hinsichtlich seiner Eignung fuer die Zwecke der TA Luft untersucht.
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