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Identification of real-life mixtures using human biomonitoring data: a proof of concept study

Human health risk assessment of chemical mixtures is complex due to the almost infinite number of possible combinations of chemicals to which people are exposed to on a daily basis. Human biomonitoring (HBM) approaches can provide inter alia information on the chemicals that are in our body at one point in time. Network analysis applied to such data may provide insight into real-life mixtures by visualizing chemical exposure patterns. The identification of groups of more densely correlated biomarkers, so-called "communities", within these networks highlights which combination of substances should be considered in terms of real-life mixtures to which a population is exposed. We applied network analyses to HBM datasets from Belgium, Czech Republic, Germany, and Spain, with the aim to explore its added value for exposure and risk assessment. The datasets varied in study population, study design, and chemicals analysed. Sensitivity analysis was performed to address the influence of different approaches to standardise for creatinine content of urine. Our approach demonstrates that network analysis applied to HBM data of highly varying origin provides useful information with regards to the existence of groups of biomarkers that are densely correlated. This information is relevant for regulatory risk assessment, as well as for the design of relevant mixture exposure experiments. © 2023 by the authors

Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung für die drei Energieträger Strom, Gas und Wärme; Gasnetz HH

Das Projekt "Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung für die drei Energieträger Strom, Gas und Wärme; Gasnetz HH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gasnetz Hamburg GmbH durchgeführt. Ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Erreichung der Klimaziele ist eine gemeinsam über die Energiesparten abgestimmte Planung der Energienetze. Nur so wird es gelingen, die Endenergiebedarfe der Sektoren Industrie, Haushalt, Wärme, Mobilität mit der jeweils klimaschonendsten Energieform, u.a. Grünstrom, grüner Wasserstoff, Biomasse, Umweltwärme, Solar etc. und Kombinationen aus diesen, zu decken. Im Norddeutschen Reallabor soll das Teilvorhaben Integrierte Netzplanung (iNeP) daher eine Methodik entwickeln, die einen Netzausbau für die drei Energieträger Strom, Gas und Wärme in einer integrierten, d.h. gemeinsamen, Weise ermöglicht. Dazu müssen sowohl die verschiedenen physikalischen und technischen Randbedingungen der Netze als auch die geographische Situation und bereits bestehende Netzinfrastrukturen berücksichtigt werden. Künftig zu erwartende Endenergiebedarfe müssen innerhalb eines gewählten Szenarienrahmens sinnvoll abgeschätzt werden. Dabei ist geplant, Regionen sinnvoll in bestimmte Strukturen, sogenannte Zonen, einzuteilen. Die Methodik soll als Planungstool ausgestaltet werden, mit dessen Anwendung sich günstige Verknüpfungspunkte und -technologien und Ausbauempfehlungen für die Netzstrukturen und Speicher in der Industriemetropole Hamburg ergeben.

Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung für die drei Energieträger Strom, Gas und Wärme; HSU

Das Projekt "Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung für die drei Energieträger Strom, Gas und Wärme; HSU" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg, Fachgebiet Elektrische Energiesysteme durchgeführt. Ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Erreichung der Klimaziele ist eine gemeinsam über die Energiesparten abgestimmte Planung der Energienetze. Nur so wird es gelingen, die Endenergiebedarfe der Sektoren Industrie, Haushalt, Wärme, Mobilität mit der jeweils klimaschonendsten Energieform, u.a. Grünstrom, grünem Wasserstoff, Biomasse, Umweltwärme, Solar etc. und Kombinationen aus diesen, zu decken. Im Rahmen der AG 1 TV 1.1 Integrierte Netzplanung (iNeP) soll daher eine Methodik entwickelt werden, die einen Netzausbau für die drei Energieträger Strom, Gas und Wärme in einer integrierten, d.h. gemeinsamen, Weise ermöglicht. Dazu müssen sowohl die verschiedenen physikalischen und technischen Randbedingungen der Netze als auch die geographische Situation und bereits bestehende Netzinfrastrukturen berücksichtigt werden. Künftig zu erwartende Endenergiebedarfe müssen innerhalb eines gewählten Szenarienrahmens sinnvoll abgeschätzt werden. Dabei ist geplant, Regionen sinnvoll in bestimmte Strukturen, sogenannte Zonen, einzuteilen. Die Methodik soll als Planungstool ausgestaltet werden, mit dessen Anwendung sich günstige Verknüpfungspunkte und -technologien und Ausbauempfehlungen für die Netzstrukturen und Speicher in der Industriemetropole Hamburg ergeben.

The frequency stability challenge

Das Projekt "The frequency stability challenge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ecofys Germany GmbH durchgeführt. In recent years, electricity production from distributed renewable energy generators in Germany increased significantly due to the German Renewable Energy Sources Act. Photovoltaic power plants have shown the highest growths rates in 2009 and 2010. About two thirds of photovoltaic power plants in Continental Europe are connected to low voltage networks. Related grid codes allow for distributed generation only to operate within frequency ranges that are in many cases extremely close to nominal frequency. At an abnormal system condition the frequency of a region may increase above those thresholds and distributed generators would disconnect within immediately. The paper investigates the related potential frequency stability problem and analyses mitigation measures.

Bewertung von Einspeisenetzen

Das Projekt "Bewertung von Einspeisenetzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ecofys Germany GmbH durchgeführt. Der Ausbau der Erneuerbaren Energien in den vergangenen Jahren, insbesondere der Ausbau der Windenergieerzeugung, stellt die regionalen 110-kV-Verteilungsnetze und die 220/380-kV-Übertragungsnetze vor große Herausforderungen. Aufgrund von Kapazitätsengpässen der Netze ist bereits aktuell nicht mehr gewährleistet, dass der EE-Strom zu jeder Zeit vollständig abgenommen und übertragen werden kann. Mit dem weiteren Zubau an Erneuerbaren Energien, die bis 2020 mehr als 35 Prozent des Stromverbrauchs im Jahr abdecken sollen, werden diese Netzengpässe voraussichtlich weiter zunehmen. Die Planung und Genehmigung von Freileitungstrassen zur Erweiterung der Netzkapazität öffentlicher Netze zur Integration von Erneuerbaren Energie, zu der Netzbetreiber durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz verpflichtet sind, erstreckt sich allerdings häufig über mehrere Jahre. Der Netzausbau kann dadurch in vielen Fällen nicht mit der Dynamik des Zubaus an EE-Leistung mithalten. Der Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) beauftragte Ecofys mit einer Kurzstudie zu den technischen Rahmenbedingungen von Einspeisenetzen. Die Ergebnisse der Studie stellte der BWE am Rande der Hannover Messe 2012 vor.

Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung, Synergien von PtG und Bioabfallbehandlung, Aquiferspeicher; TU HH

Das Projekt "Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung, Synergien von PtG und Bioabfallbehandlung, Aquiferspeicher; TU HH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg, Institut für Elektrische Energietechnik (E-6) durchgeführt. Dieser Antrag beinhaltet die Teilvorhaben (TV) der Technischen Universität Hamburg (TUHH) innerhalb des Norddeutschen Reallabors (NRL). Die TUHH ist in den Arbeitsgruppen (AG) 1, 6 und 8 mit den Teilvorhaben 1.1 'Integrierte Netzplanung', 6.2 'Synergien von PtG und Bioabfallbehandlung', 8.2 'Aquiferwärmespeicher' am Verbundvorhaben beteiligt. In Teilvorhaben 1.1 Integrierte Netzplanung (iNeP) wird die TUHH zusammen mit ihren Partnern eine Planungsmethodik, ein Planungsmodell und ein entsprechendes Planungssoftwaretool entwickeln, welche die Netze der drei Energieträger Strom, Gas und Wärme der Industriemetropole Hamburg integriert im Hinblick auf günstige Verknüpfungspunkte und -technologien sowie Ausbauempfehlungen für die Netzstrukturen und Speicher betrachtet. In Teilvorhaben 6.2 werden Synergiepotentiale für PtX an einer Bioabfallbehandlungsanlage mit Vergärungsstufe, Biomethanerzeugung und -einspeisung in das Erdgasnetz untersucht und umfassend bilanziert. Das Konzept der hier betrachteten Sektorenkopplung beinhaltet die dezentrale Überführung von regenerativem Überschussstrom in das Erdgasnetz. Die TUHH wird dieses Vorhaben mit einer experimentellen und Bilanzierungskampagne begleiten. Das Teilvorhaben 8.2 will durch den Aufbau und Betrieb eines Demonstrators die wirtschaftliche und technische Machbarkeit eines Aquiferwärmespeichers im Großversuch darstellen und Optimierungsmaßnahmen anhand der Betriebsdaten erarbeiten und erproben. Durch den Einsatz solcher großskaliger saisonaler Speicher kann ungenutztes Einspeisepotential aus den Sommermonaten in die Heizperiode verlagert werden und zur Steigerung des Anteils CO2-neutraler Wärme im Fernwärmesystem fundamental beitragen. Es soll innerhalb von zwei Jahren ein Aquiferwärmespeicher mit einer Speicherleistung von 2.6 MW und einer Kapazität von ca. 5 GWh errichtet werden. Die TUHH wird dieses Vorhaben mit einer umfangreichen Messkampagne und integrierten Systemsimulationen begleiten.

Forschungscampus 'Flexible Elektrische Netze (FEN)' FlexGrids: Planung und Betrieb von flexiblen elektrischen Verteilnetzen der Zukunft

Das Projekt "Forschungscampus 'Flexible Elektrische Netze (FEN)' FlexGrids: Planung und Betrieb von flexiblen elektrischen Verteilnetzen der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft durchgeführt. Ein wesentliches Ergebnis der ersten Förderphase des Forschungscampus stellt die Erkenntnis dar, dass ein alleiniger Umbau der heutigen Mittelspannungsdrehstromnetze zu Mittelspannungsgleichstromnetzen wirtschaftlich, u.a. aufgrund erhöhter Verlustkosten durch zusätzliche leistungselektronische Betriebsmittel, nicht sinnvoll ist. Jedoch könnte durch einen kombinierten Aufbau von Mittel- und Niederspannungsgleichstromnetzen eine Reduktion von Verlusten sowie ein hohes Maß an betrieblicher Flexibilität ermöglicht werden. Daher ist eine kombinierte Planung von Mittel- und Niederspannungsnetzen bei der Erforschung und Entwicklung von DC-Verteilnetzen zwangsläufig erforderlich. Das wesentliche Ziel des beantragten Projektes ist daher die spannungsebenenübergreifende Untersuchung von Gleichspannungsverteilnetzen unter Berücksichtigung der Flexibilitätspotentiale durch die leistungselektronik-basierte Leistungsflusssteuerung. Insbesondere die Mittel- und die Niederspannungsnetzebene der öffentlichen Elektrizitätsversorgung stehen in diesem Rahmen im Fokus. Dabei sollen Handlungsempfehlungen für Netzplanung und -betrieb von zukünftig, flexiblen Mittel- und Niederspannungsgleichstromnetzen gewonnen werden. Ein weiterer wesentlicher essentieller Aspekt dieses Projekts ist der konkrete technische sowie wirtschaftliche Vergleich von Dreh- und Gleichstromnetzen für die Mittel- und Niederspannungsnetzebene, um die mögliche Vorteilhaftigkeit von Gleichstromverteilnetzen zu belegen oder Anforderungen an die zukünftig notwendige technische und wirtschaftliche Entwicklung der relevanten Betriebsmittel zu identifizieren. Darüber hinaus werden im Rahmen dieses Projektes erste Anwendungsbereiche der Gleichstromtechnologie in Form von Punkt-zu-Punkt-Gleichstromkopplungen innerhalb und zwischen heutigen Mittelspannungsdrehstromnetzen untersucht und damit hybride Startpunkte für den Übergang von AC auf DC adressiert.

Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung, Aquiferspeicher; Wärme HH

Das Projekt "Teilvorhaben: Integrierte Netzplanung, Aquiferspeicher; Wärme HH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wärme Hamburg GmbH durchgeführt. AG1 TV1.1: Ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Erreichung der Klimaziele ist eine gemeinsam über die Energiesparten abgestimmte Planung der Energienetze. Nur so wird es gelingen, die Endenergiebedarfe der Sektoren Industrie, Haushalt, Wärme, Mobilität mit der jeweils klimaschonendsten Energieform, u.a. Grünstrom, grünen Wasserstoff, Biomasse, Umweltwärme, Solar etc. zu decken. Im Rahmen der Integrierte Netzplanung (iNeP) wird eine Methodik entwickelt, die einen Netzausbau für die Energieträger Strom, Gas und Wärme in einer integrierten Weise ermöglicht. Dazu müssen sowohl die verschiedenen physikalischen und technischen Randbedingungen der Netze als auch die geographische Situation und bereits bestehende Netzinfrastrukturen berücksichtigt werden. Künftig zu erwartende Endenergiebedarfe müssen innerhalb eines gewählten Szenarienrahmens abgeschätzt werden. Dabei ist geplant, Regionen sinnvoll in bestimmte Strukturen, sog. Zonen, einzuteilen. Die Methodik soll als Planungstool ausgestaltet werden, mit dessen Anwendung sich günstige Verknüpfungspunkte und -technologien und Ausbauempfehlungen für die Netzstrukturen und Speicher in der Industriemetropole Hamburg ergeben. AG8 TV8.2: Durch den Einsatz von großskaligen saisonalen Speichern, insbesondere großen Aquiferwärmespeichern, kann ungenutztes Abwärmepotenzial aus den Sommermonaten in die Heizperiode verlagert werden und zur Steigerung des Anteils CO2-neutraler Wärme im Fernwärmesystem fundamental beitragen. Im Teilvorhaben 8.2 soll durch den Aufbau und Betrieb eines Demonstrators mit wissenschaftlicher Begleitforschung die wirtschaftliche und technische Machbarkeit eines Aquiferwärmespeichers in einem tiefen salinen Aquifer im Großversuch dargestellt und Optimierungsmaßnahmen in Hinsicht auf die Speicherbewirtschaftung anhand der Betriebsdaten erarbeitet und erprobt werden. Es soll ein Aquiferwärmespeicher mit einer Speicherleistung von 2,6 MW und einer Kapazität von ca. 5 GWh errichtet und betrieben werden.

Teilvorhaben: heatbeat - Kalibrierung und Anwendung dynamischer Systemsimulation zur Planung und Betriebsoptimierung

Das Projekt "Teilvorhaben: heatbeat - Kalibrierung und Anwendung dynamischer Systemsimulation zur Planung und Betriebsoptimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von heatbeat nrw GmbH durchgeführt. Die nachhaltige und regenerative Bereitstellung von thermischer Energie ist ein wichtiger Faktor in der Energie- und Wärmewende in Deutschland und muss als zentrales Element zur Dekarbonisierung der Energieversorgung von Gebäuden betrachtet werden. Für den existierenden Gebäudebestand muss der Fokus in der Wärmeversorgung stärker auf die Optimierung und den Ausbau bestehender Infrastrukturen gelegt werden. Die Betriebsoptimierung und der Ausbau bestehender Wärmenetze bietet eine ökologische, ökonomische und sozialverträgliche Option für dicht besiedelte Gebiete. Um die Potenziale der Betriebsoptimierung und gleichzeitig die Planung des weiteren Ausbaus und die Einbindung erneuerbarer Energien und Speichertechnologien besser zu unterstützen, ist ein hohes Systemverständnis thermischer Netze notwendig. Um dieses Systemverständnis zu erlangen, muss die Verbraucherseite durch ein flächendeckendes und zeitlich hoch aufgelöstes Monitoring erfasst werden. Das Projekt FunkSTA leistet einen entscheidenden Beitrag für die Wärmewende, indem es sich zum Ziel setzt, die Abnehmerseite des Fernwärmenetzes der Stadtwerke Aachen flächendeckend und in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen und somit ein ganzheitliches Systemverständnis zu ermöglichen. Für diese digitale Abbildung einer großen Anzahl von Abnehmern mit sehr diversen Anschlusssituationen sind funkbasierte Monitoringsysteme besonders geeignet. Die Stadtwerke Aachen setzen hierbei auf die LoRaWAN-Technik. LoRaWAN zeichnet sich insbesondere durch die Übertragungsstabilität (z.B. auch in Kellerräumen), die Verfügbarkeit, dem geringen Wartungsbedarf sowie der Kosteneffizienz gegenüber anderen Systemen aus. Somit ermöglicht es das Projekt neue digitale Services zur Optimierung des Betriebs und für die Planung des Ausbaus und Einbindung erneuerbarer Energien zu entwickeln, sowie diese anhand eines großen Fernwärmenetzes mit ca. 80 km Länge und 1200 Abnehmern zu demonstrieren.

Teilvorhaben: STAWAG- Digitalisierung der Fernwärme zur Betriebsoptimierung und Unterstützung der Planung

Das Projekt "Teilvorhaben: STAWAG- Digitalisierung der Fernwärme zur Betriebsoptimierung und Unterstützung der Planung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von STAWAG, Stadtwerke Aachen AG durchgeführt. Die nachhaltige und regenerative Bereitstellung von thermischer Energie ist ein wichtiger Faktor in der Energie- und Wärmewende in Deutschland und muss als zentrales Element zur Dekarbonisierung der Energieversorgung von Gebäuden betrachtet werden. Für den existierenden Gebäudebestand muss der Fokus in der Wärmeversorgung stärker auf die Optimierung und den Ausbau bestehender Infrastrukturen gelegt werden. Die Betriebsoptimierung und der Ausbau bestehender Wärmenetze bietet eine ökologische, ökonomische und sozialverträgliche Option für dicht besiedelte Gebiete. Um die Potenziale der Betriebsoptimierung und gleichzeitig die Planung des weiteren Ausbaus und die Einbindung erneuerbarer Energien und Speichertechnologien besser zu unterstützen, ist ein hohes Systemverständnis thermischer Netze notwendig. Um dieses Systemverständnis zu erlangen, muss die Verbraucherseite durch ein flächendeckendes und zeitlich hoch aufgelöstes Monitoring erfasst werden. Das Projekt FunkSTA leistet einen entscheidenden Beitrag für die Wärmewende, indem es sich zum Ziel setzt, die Abnehmerseite des Fernwärmenetzes der Stadtwerke Aachen flächendeckend und in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen und somit ein ganzheitliches Systemverständnis zu ermöglichen. Für diese digitale Abbildung einer großen Anzahl von Abnehmern mit sehr diversen Anschlusssituationen sind funkbasierte Monitoringsysteme besonders geeignet. Die Stadtwerke Aachen setzen hierbei auf die LoRaWAN-Technik. LoRaWAN zeichnet sich insbesondere durch die Übertragungsstabilität (z.B. auch in Kellerräumen), die Verfügbarkeit, dem geringen Wartungsbedarf sowie der Kosteneffizienz gegenüber anderen Systemen aus. Somit ermöglicht es das Projekt neue digitale Services zur Optimierung des Betriebs und für die Planung des Ausbaus und Einbindung erneuerbarer Energien zu entwickeln, sowie diese anhand eines großen Fernwärmenetzes mit ca. 80 km Länge und 1200 Abnehmern zu demonstrieren.

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