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Erste Phase des Projektes: Entwicklung eines integrierten Steuerungs- und Betriebsverfahrens für die Teilsysteme Kanalnetz und Kläranlage zur deutlichen Reduzierung der Gewässerbelastung

Die itwh GmbH wurde mit der Entwicklung eines integrierten Steuerungs- und Betriebsverfahrens für die Teilsysteme Kanalnetz und Kläranlage zur Emissionsverringerung von Gewässern betraut. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Regelungskonzepten, mit denen der Kläranlagenzufluss bei Regenereignissen als Stellgröße flexibel an die verfügbaren Kläranlagenkapazitäten angepasst werden kann. Somit könnten vorhandene Abwassersysteme gesamthaft effizienter genutzt und die Emissionen aus dem Kanalnetz in die Gewässer verringert werden. Um die in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU, 2000) vorgegebene Zielsetzung der guten ökologischen Gewässerqualität erreichen zu können, ist als Beitrag der Siedlungswasserwirtschaft eine Betriebsoptimierung des gesamten Abwassersystems nötig. Die itwh GmbH führt in dem geplanten Forschungsprojekt in dieser ersten Phase Untersuchungen zur Identifikation der Mess- und Regelungsgrößen durch, mit denen der bei Regenwetter stark schwankende Zufluss aus dem Einzugsgebiet an die hydraulische Kapazität und an die verfügbare Reinigungsleistung angepasst werden kann. Die Messgrößen müssen eine zuverlässige Vorhersage des Verhaltens der Kläranlage in Abhängigkeit des Zuflusses ermöglichen. Zum Einsatz kommt ein beim itwh entwickeltes Fuzzylogic-basiertes Regelungstool, das die wesentlichen Messdaten der Kläranlage über verbal formulierte Regeln als Störgrößen einbezieht. Weitergehende Modellansätze liefern darüber hinaus Prognose-Störgrößen, um durch den Zeitgewinn die Sicherheit der Regelung zu optimieren. Die Auswertung vorliegender Messdaten führt zu Erkenntnissen hinsichtlich kritischer Prozesse bei Mischwasser und werden genutzt, um Konzepte zur Regelung des Mischwasserzuflusses zu entwerfen. Dabei kommen empirische und halbdeterministische Ansätze zum Einsatz. Aufgrund der hohen Komplexität geeigneter deterministischer Modelle wird die hydraulische Kapazität der Nachklärung nur durch empirisch ermittelte Steuerfunktionen (Regression oder Fuzzyregeln) beschrieben. Die itwh GmbH untersucht die Umsetzbarkeit und den ökologische Nutzen einer Steuerung des Zuflusses zur Kläranlage am Beispiel der simulativen integrierten Lastfallstudie Chemnitz. Dazu wird ein gekoppeltes Modell von Kanalnetz (Hystem-Extran-Güte, itwh) und Kläranlage (ifak) erstellt. Die Modellkopplung und Steuerung wurde durch das Programm itwh-Control realisiert. Mit dem Gesamtmodell werden die Emissionen in das Gewässer von Kanalnetz und Kläranlage für fünf Regenereignisse unterschiedlicher Intensität und Dauer ermittelt. Durch die Erhöhung des zulässigen Zuflusses wird eine Reduzierung der emittierten Gesamtfracht ermittelt, ohne dass es zu einer Überschreitung der zulässigen Ablaufgrenzwerte kam. Bei schwachen, lang anhaltenden Ereignissen wird die Emission um bis zu 23% reduziert und leistet einen deutlichen Beitrag zur Umweltentlastung. (Text gekürzt)

Simulation des Regelverhaltens von Fernwaermenetzen 'SR'

Das Forschungsvorhaben ist Teil eines Verbundprojektes mit dem Titel 'Bessere Ausnutzung von Fernwaermeanlagen', das vom BMBF und sieben deutschen Fernwaermebetreibern finanziert wird. Ziel des Verbundprojektes ist es, Methoden und Software zu entwickeln, um den laufenden Betrieb einer Fernwaermeanlage so zu steuern, dass die wirtschaftlich guenstigste Loesung hinsichtlich Waermeerzeugung und Verteilung erreicht wird. Die fuer die Betriebsoptimierung erforderlichen Regeleingriffe der Steuertechnik und Leittechnik fuehren zu hydraulisch und thermisch instationaeren Zustaenden in der Anlage. Beispiele fuer optimierte Fahrvorschlaege sind: - gleitende Netzfahrzweisen, - Lastumlagerung zwischen Erzeugeranlagen, Nutzung industrieller Abwaerme, - Netzspeicherung, Netztrennung. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das instationaere Regelverhalten von Fernwaermenetzen zu analysieren. Das Regelverhalten eines Fernwaermenetzes ist die Reaktion des Netzes und seiner regelbaren Komponenten auf planmaessige Betriebsaenderungen und Stoerfaelle. Die hierfuer erforderliche Modelltechnik, einschliesslich der numerischen Methoden, wird im Rahmen des Projektes weiterentwickelt und in Software umgesetzt.

Entwicklung eines langzeitrobusten Brennstoffzellen-BHKW, Teilvorhaben: Systemanalyse und -management mit Fokus auf Integration in ein Energieversorgungskonzept

Der asynchrone, rotierende Energiesystem-Stabilisator - Eine echte 'voll-integrierte Netzwerkkomponente' zur Netzstützung, Teilvorhaben: Integration aller Vorgaben, Konstruktion und Validierung

Notwendige Nachrüstung von dezentralen Erzeugungsanlagen - Entwicklung einer Nachrüststrategie für dezentrale Erzeugungsanlagen zum Erhalt der Systemsicherheit bei Über- und Unterfrequenz

Ecofys und Partner entwickelten für das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie eine Nachrüststrategie für Stromerzeugungsanlagen zum Erhalt der Systemsicherheit bei Über- und Unterfrequenz. Konkret wurde untersucht, welche Anlagentypen (Wind-, Biomasse-, KWK- und Wasserkraftanlagen) nach welchen Verordnungen an das Stromnetz angeschlossen sind, und wie groß das Gefährdungspotential ist. Darauf aufbauend wurde abgeschätzt, wie hoch der Aufwand zur Anpassung der Anlagen an aktuelle Erfordernisse ist, um die Stabilität des Stromnetzes auch bei Störfällen zu gewährleisten. Als Ergebnis erarbeitete das Konsortium konkrete Handlungsempfehlungen für das Ministerium. Dabei wurden auch juristische Vorschläge für eine neue Verordnung entwickelt.

Entwicklung einer emissionsfreien Haushaltswaschmaschine

Handlungsempfehlungen für die energetische Ertüchtigung von Massivlehmgebäuden, Teilvorhaben: Entwicklung eines multifunktionalen galvanisch gekoppelten DC/DC-Wandlers zur Anwendung als MPP-Tracker und zur Emulation von E-KFZ für PV-Parkplätze

Im Projekt PVCharge entwickelt die H-BRS leistungselektronische Teilsysteme und Anlagensteuerungen für PV-DC-Verteilsysteme. Eine Schlüsselkomponente ist der DC/DC MPPT Wandler, der einen stabilen Betrieb sowohl im PV-Lade- als auch im Netzmodus gewährleistet. Hierfür entwickelt die H-BRS die notwendige Leistungselektronik und Regelungstechnik. Zur flexiblen Testung von Nutzungsprofilen wird ein DC/DC-Wandler benötigt, um Fahrzeugtypen und deren Batteriecharakteristik nachzubilden. Die H-BRS passt dafür die Technik des DC/DC MPPT Wandlers an und integriert sie in das RCP-System. Normen und Richtlinien für PV-Ladeparks werden recherchiert und Industriestandards bei fehlenden Richtlinien angewendet. Nutzungsprofile werden analysiert und führen zu Spezifikationen für das RCP-System. Diese dienen als Basis für die Gesamtsystemsteuerung. Die H-BRS unterstützt die Integration der Wandlersysteme und analysiert die Ergebnisse.

Einsatz alternativer Verfahren zur Waermebereitstellung in GDRA

Im Rahmen des Projektes werden die Gestehungskosten fuer die Gasdruckregelung ueber den gesamten Lebenszyklus der GDRA bilanziert und auf der Basis von Messwerten der EVG mbH verifiziert. Das vorgeschlagene Rechenverfahren integriert explizit die Kosten fuer die Gasvorwaermung und greift die Struktur der VDI 2067 bzw. VDI 6025 auf. Neben der Kostenbetrachtung wurde parallel der Bezug zum Primaerenergiebedarf und den Treibhausgasemissionen, bewertet im CO2-Massstab hergestellt. Das Problem der Erdgasvorwaermung wird separat behandelt. Optimierungsmoeglichkeiten im Bereich der Waermebereitstellung werden abgeleitet.

3-D-numerische Simulation der geplanten epilimnischen Wasserentnahme an der Talsperre Bautzen

In den letzten Jahren kam es in den Sommermonaten zu einer erhöhten Entwicklung von Blaualgen im Stausee der Talsperre Bautzen. Zur Verbesserung der Wasserqualität der Talsperre Bautzen ist eine gezielte Wasserentnahme aus unterschiedlichen Entnahmehorizonten geplant. Für die gezielte Entnahme aus dem jeweiligen Horizont ist ein Leitschacht auf der Einlaufkammer vorgesehen. Alle seitlichen Öffnungen werden mit Stahlplatten abgedeckt, außer dem unteren vorderen Feld, es wird durch eine steuerbare Verschlussklappe verschlossen. Die Öffnung lässt sich somit wahlweise öffnen oder schließen und ermöglicht so die wechselnde Entnahme aus Hypolimnion und Epilimnion. Ziel der Untersuchungen ist der Nachweis der Funktionsweise der Wasserentnahmen bei geöffneter Klappe.

Entwicklung eines modularen Konzeptes zum Aufbau von Biogasreaktoren

Es sind eine Reihe von anaeroben Prozessen bekannt, die alle mehr oder weniger stark den Aspekt der Behandlung bzw. Entsorgung fester, pastoeser oder fluessiger Abfaelle in den Vordergrund stellen. Das Spektrum der Anlagengroesse reicht von Kleinanlagen fuer die Guelleverwertung bis zu grosstechnischen Anlagen. Allen Aufbauprinzipien gemeinsam ist die Tatsache, dass die Anlagengroesse nur schwierig an Rahmenbedingungen wie Groesse der zu entsorgenden Gebietskoerperschaft oder Ergiebigkeit der Substratquelle angepasst werden kann; up-scaling (oder auch down-scaling) erfordert immer Entwicklungstaetigkeit. Dadurch sind Anlagen entweder nicht voll ausnutzbar oder andere Anlagen muessen vorgehalten werden, um Ent- oder Versorgungssicherheit zu gewaehrleisten. Unter Umstaenden muessen lange Transportwege akzeptiert werden. Diese Probleme wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes der Verfahren aus. Daher wird oft auf die Gewinnung von Biogas verzichtet, obwohl die Rahmenbedingungen gut waeren. Dies bedeutet, dass eine wichtige Quelle regenerativer Energie praktisch nicht genutzt wird. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines modularen Konzeptes fuer Anaerobreaktoren, das eine Anpassung der Anlagengroesse ohne besondere Entwicklungstaetigkeit erlaubt. Dazu bedarf es der Entwicklung kleiner Reaktoren, die einfach aufzubauen und preiswert herzustellen sind, die dennoch stabil arbeiten und keine aufwendige Regelungstechnik brauchen. Beabsichtigtes Einsatzfeld fuer die Reaktoren ist dabei nicht nur die Behandlung und Entsorgung von Abfaellen, die gleichwohl mit den entwickelten Komponenten moeglich sein sollte, sondern vor allem die Bereitstellung nachhaltiger Energiequellen. Fernziel der Arbeiten des Labors fuer Umwelttechnik der MFH in dieser Richtung ist die Kombination von Anaerobprozessen mit der Biomassegewinnung durch Algen, d.h. direkte Biogasgewinnung aus Solarenergie und CO2-Recycling.

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