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Dynamik von Stromnetzen der Zukunft - Selbstorganisation, Stabilität und Optimales Design

Das Projekt "Dynamik von Stromnetzen der Zukunft - Selbstorganisation, Stabilität und Optimales Design" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation durchgeführt. Distributed, renewable energy sources will dominate the dynamics of future electric power grids. The ongoing change of our energy supply from large, centralized power plants based on nuclear or fossil fuels to smaller, decentralized sources based on renewable energies poses an enormous challenge for design and stable operation of the grid. At the same time, upgrading the grid constitutes a multi-billion Euro business: it is not only it necessary to connect all the new power generators and to enable large-scale energy storage and transport, e.g. from off-shore wind parks to the consumers in the inland. Finally, the structure of the power grid has to be optimized to increase its stability against fluctuations and robustness against failures. A partial future solution will be provided by transmitting consumer infor- mation over the so-called smart grid and adapt energy production and distribution, thus aiming to control the entire grid. However, large-scale failures, for instance, already today are consequences of the collective dynamics of the power grid and are often caused by nonlocal mechanisms. We thus urgently need to understand the intrinsic network dynamics on the large scale to complement partial solutions of control engineering and to be able to develop efficient strategies for operating the future grid. To date, most research on the collective dynamics of power grids follows one of two distinct approaches: Electrical engineers model the behavior of single units of the power grid, such as generators and motors, in great detail and try to approximate the entire grid using a rough proxy structure of only a few units. At the other extreme, physicists and mathematicians mostly studied abstract transportation or flow networks, disregarding all the details of the generators and transmission lines. Bridging the gap between these two approaches, we are now aiming to understand power grid dynamics at an intermediate level using simple but dynamic coarse-scale models. This approach captures the essential features of every element, but is still simple enough to analyze the emergent collective dynamics of the entire power grid and to perform simulations of realistic network structures. Our main objectives are centered around the question how smaller, much more distributed, fluctuating and unreliable power sources impact grid dynamics collectively. Our team in the Network Dynamics Group is studying crucial questions about prediction, failure-control and fault-tolerance as well as non-standard inverse problems such as the optimal design and inference given the relation between grid connectivity and grid dynamics. Results so far: 1) Addition of new transmission lines may *destabilize* power grid operation (via Braess paradox that we identified in oscillator networks). 2) More and smaller but distributed power plants may stabilize grid operation. 3) Coarse-scale modeling of power grids by oscillator networks seems feasible for study of collective, self-or

Teilprojekt Deutschland 2: Mobilisierung von Selbstorganisation

Das Projekt "Teilprojekt Deutschland 2: Mobilisierung von Selbstorganisation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von KlimaKom eG durchgeführt. Die Aufgabe von SELFCITY ist es, Erkenntnisse aus der akademischen Wissensproduktion mit denen von Praktikern und Aktivisten zu kombinieren, die in selbstorganisierenden Prozessen involviert sind, um Antworten auf den Klimawandel zu finden. KlimaKom eG als Praxispartner im transdisziplinären Erkenntnisprozess führt auf Basis einer Stakeholderanalyse Mobilisierungsworkshops mit AktivistInnen der Energiewende und des Klimaschutzes durch. Die Erfahrungen werden mit dem Verbundpartner und Koordinator Universität Bayreuth reflektiert. Es werden Trainingseinheiten konzipiert und ein Handbuch 'Selbstorganisation' erarbeitet. Phase 1 (1) soll ein Verständnis kollektiven Handelns durch Q-sort Interviews und moderierte Workshops entwickeln, die den Prozess der Selbstorganisation erfassen/beschreiben; (2) soll durch Einsatz von Feld-Ethnographie die Alltagspraxis von Aktivisten/Nachbarschaften untersuchen; (3) soll durch den Einsatz von 'Online-Ethnographie' (Blogs) die web-vermittelten Formen der Vernetzung von Aktivisten erfassen (führt zu Workshops mit Praktikern mit gemeinsamer Ergebnisinterpretation). Phase 2 zeigt Blockaden & Potenziale zur Selbstorganisation. Sie unterstützt die Akteursinteressen und führt Trainingsworkshops (Partizipative Aktionsforschung) durch. Lernprozesse werden durch Blogs, Meetings und finalem 'Impact Assessment Workshop' erfasst. Phase 3 bereitet die Ergebnisse auf und leitet die Archivierung der Projektdateien ein. In Zusammenarbeit mit Praktikern & Aktivisten wird das Forschungsteam Lernmaterialien erstellen, um Aktivitäten zu unterstützen, die Energiewende und den Aufbau adaptiver Resilienz zu stärken.

Teilprojekt Deutschland 1: Erforschung und Reflektion von Selbstorganisation (Koordination)

Das Projekt "Teilprojekt Deutschland 1: Erforschung und Reflektion von Selbstorganisation (Koordination)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Zentrum für Naturrisiken und Entwicklung, Lehrstuhl für Sozial- und Bevölkerungsgeographie durchgeführt. Das Projekt SELFCITY zielt darauf ab, Wissen zu kollektiven Steuerungsprozessen mit besonderer Berücksichtigung städtischer und ruraler Selbstorganisation zur gesellschaftlichen Transformationsfähigkeit angesichts des Klimawandels zu generieren. Städte und Regionen sind gleichzeitig Orte von Innovationen und Problemen, aber sie sind vor allem Milieus, wo Lösungen gefunden werden. Damit sind sie Transformatoren und Innovatoren von Entwicklungsprozessen. Es ist wichtig zu erkennen, wo und wie Lösungen entstehen, kommuniziert und umgesetzt werden, um den Klimawandel abzumildern. Solche Lösungen basieren auf praktischer, sozialer und kollektiver Kreativität. SELFCITY nutzt das Konzept der Selbstorganisation als Rahmung, um sich mit Fragen gesellschaftlicher Normierung, sozialem Lernen und sozialem Wandel in ruralen und urbanen Gemeinschaften auseinander zu setzen. Grundsätzlich ist Selbstorganisation ein offener Prozess, durch den in sozialen Beziehungen und losen Netzwerken gemeinsame Interessen und Positionen stabilisiert und institutionalisiert werden (OSTROM 1990; MAYNTZ 2006). Persönliches Vertrauen wird somit in kollektives und institutionelles Vertrauen umgewandelt. Verstärkte Zusammenarbeit als 'kollektive Intentionalität' (SEARLE 2010) oder ein 'kollektives Wir' (WINTERGERST 2014) ermöglicht die Differenzierung und Spezialisierung innerhalb des Kollektivs, die das Potenzial für die Entwicklung von Schlüsselinteressen durch 'Graswurzelbewegungen' stärkt. Die Notwendigkeit tiefgreifender gesellschaftlicher Veränderungen, um dem drängenden Problem des Klimawandels zu begegnen, setzt auf die Stärkung der Rolle der BürgerInnen und ihrer selbstorganisierenden Kapazitäten. SELFCITY ist ein europäisches Verbundprojekt in der Förderlinie JPI Climate mit Koordination an der Universität Bayreuth und erfolgt in Zusammenarbeit mit der eingetragenen Genossenschaft KlimaKom (Bayreuth/München) sowie den Universitäten in Groningen (Niederlande) und Bristol (UWE-University of the West of England).

Mathematische Verbesserung von 'Green Autonomous Networking' (MEGAN)

Das Projekt "Mathematische Verbesserung von 'Green Autonomous Networking' (MEGAN)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Mathematik durchgeführt. MEGAN zielt auf die mathematische, strukturelle und algorithmische Verbesserung von Netzwerk-Management-Systemen durch Energiereduzierung bei effektiver Funktionalität ab. Im Sinne von 'Green Computation' bzw. 'Green Networking' sind für ein energieeffizienteres und umweltfreundlicheres Internet neue Heuristiken und Optimierungsverfahren zur Vereinfachung der inneren Komplexität erforderlich. Besondere Aufmerksamkeit gilt den kabellosen Sensornetzwerken (Wireless Sensor Networks, WSN), in denen der Energieverbrauch die wesentliche Rolle spielt, unter umfangreicher Anwendung von diskreter Mathematik, wie kombinatorischer Designtheorie, diskreter Tomographie, konvexer Geometrie und Graphen- bzw. Hypergraphentheorie. 1. Erstellung eines innovativen Rahmens mittels Methoden der kombinatorischen Analysis zur optimalen Lösung von hochdimensionalen Netzwerk-Management-Problemen, die mit bisherigen klassischen Optimierungsmethoden kaum lösbar erscheinen. 2. Untersuchung der Dynamik der Interaktion und Selbstorganisation von Netzwerkinstanzen, die zu erwünschten Makro-Strukturen führen, durch die Erstellung von iterativen lokalisierten Tomographie-Methoden, um ein globales Netzwerkregime zu forcieren. 3. Durchführung zur CO2-Bilanz-Reduzierung von Netzwerken in zwei Schritten: (i) Vermeidung der kombinatorischen Komplexität, (ii) Förderung von 'Green Autonomic Computing'. 4. Organisation von zwei Workshops zu Netzwerktomographie, offen für andere Wissenschaftler und potentielle Partner.

Selbstorganisation von Mineralgefuegen

Das Projekt "Selbstorganisation von Mineralgefuegen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Fachbereich 09, Institut für Angewandte Geowissenschaften I, Fachgebiet Lagerstättenforschung durchgeführt. Eine rezente wasserreiche Fe-Mn-Mineralisation zeigt im Profil ein stark gebaendertes Gefuege. Dieses wird zunaechst fuer eine typische sedimentaere Ablagerung gehalten, die in der Regel von aeusseren Bildungsparametern verursacht wird. Durch mehr als zweijaehrige apparative in-situ-Messungen und die mathematische Auswertung der so gewonnenen Zeitreihen stellt sich heraus, dass die Feinbaenderung das Ergebnis eines komplexen dynamischen Prozesses ist. An der dabei wirkenden 'Selbstorganisation' sind zahlreiche Teilvorgaenge beteiligt, wie wechselnder Wasserzufluss, Redoxreaktionen, kolloidchemische Prozesse, Mikrobenaktivitaeten, elektrische Felder, u.a. - Vermutlich basieren auch zahlreiche andere - auch spaeter kristalline - gebaenderte Mineralgefuege auf solchen Bildungsmechanismen, falls sie eine fruehdiagenetische Hydrogel-Phase durchlaufen konnten.

Selbstorganisation von Moorökosystemen: Modellforschung zur Entstehung von Mooroberflächenstrukturen und Moortypen, und zur Operationalisierung des Biodiversitätsbegriffes auf der Ökosystemebene

Das Projekt "Selbstorganisation von Moorökosystemen: Modellforschung zur Entstehung von Mooroberflächenstrukturen und Moortypen, und zur Operationalisierung des Biodiversitätsbegriffes auf der Ökosystemebene" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Greifswald, Botanisches Institut und Botanischer Garten durchgeführt. Moorökosysteme weisen auf verschiedenen räumlichen Ebenen regelmäßige Muster von Vegetationstypen, Reliefstrukturen und Torftypen auf. Mittels räumlich explizit definierten Modellen, in denen Torfwachstums- und moorhydrologische Parameter verknüpft werden, soll die Musterbildung von und in (Hoch-)Moorsystemen simuliert werden. Ziel der Modellierungen ist die Identifikation der steuernden Faktoren dieser Musterbildung. Damit soll das Verständnis verbessert werden, inwieweit derartige 'Selbstorganisationsphänomene' als Basis für die Definition von biotischen Entitäten höherer Ordnung dienen können. Im Einzelnen soll versucht werden: - die Musterbildung in Mooren aus möglichst wenigen Parametern zu erklären, - eine prozessorientierte Moorklassifikation zu entwickeln, und - das Konzept der Biodiversität auf Ökosystemebene zu operationalisieren. Eine Verifizierung der mit Hilfe der Modellierung gewonnenen Erkenntnisse soll mittels Luftbildauswertung und gezielten Freilandbeobachtungen in Mooren verschiedener Typen erfolgen.

Experimentierfelder für zukunftsfähige Lebensformen - Was leisten Soziale Gemeinschaften für die Umsetzung einer Ethik der Nachhaltigkeit?

Das Projekt "Experimentierfelder für zukunftsfähige Lebensformen - Was leisten Soziale Gemeinschaften für die Umsetzung einer Ethik der Nachhaltigkeit?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Geographie, Abteilung Sozialgeographie, Politische Geographie durchgeführt. Mit dem Promotionsvorhaben wird grundlegend nach Prinzipien der sozialen Dimension der Nachhaltigkeit gesucht. Der erste Schritt bestand in theoretischen Überlegungen und Analysen anhand des Standes der interdisziplinären Umweltforschung, Nachhaltigkeitsforschung, Umweltsoziologie, Sozialer und Politischer Ökologie und damit zusammenhängend einer problemlösungsorientierten und möglichkeitseröffnenden Wissenschaftsmethodik. Um sozialökologische Prinzipien zu finden, führte die theoretische Analyse und Suche über die Beurteilung vorhandener sozialer Regelungsstrukturen und Institutionen hinaus und widmet sich der Erforschung von Entstehungsprinzipien sozialer Ordnungsstrukturen. Wie und unter welchen Voraussetzungen können Strukturen entstehen; die zu nachhaltigem Handeln motivieren? Demnach wird nach Wegen der Umsetzung für zukunftsfähige Lebensweisen geforscht. Unter Zuhilfenahme von soziologischer Gemeinschaftsforschung werden die nötigen Begrifflichkeiten für diejenigen sozialen Prozesse, die sich im mesosoziologischen Bereich bei der Entwicklung sozialer Ordnungsstrukturen abspielen, systematisiert, beschrieben und theoretisch fundiert. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung sozial-ökologischer, zukunftsfähiger Prinzipien. Diese sollen im zweiten Schritt durch die empirische Erforschung ausgesuchter sozialökologischer Projekte konkretisiert und empirisch fundiert werden. Intentionale Gemeinschaften mit sozialökologischen Zielen, die sich aus den Wünschen nach einem freien und 'guten' Leben in Frieden mit sich und der Umwelt gründen und dabei bewusst und reflektiert nach konkreten Umsetzungsmöglichkeiten suchen, stellen dafür ein Untersuchungsfeld dar. Sie sind sozialökologische Transformationsexperimente, die viele Bereiche der Lebensführung mit einbeziehen und neue Wege der sozialen und politischen Organisation erproben. Damit können potentielle Wege zu einer nachhaltigen Lebensweise vor dem Hintergrund der aktuellen kulturellen und gesellschaftlichen Umstände erforscht und beobachtet werden. Nach Vorstudien in den Ökodorf- Projekten Auroville und Findhom wird in entsprechend ausgewählten intentionalen Gemeinschaften in der Bundesrepublik Deutschland mit qualitativen Forschungsmethoden von Interviews und teilnehmender Beobachtung den Fragen zukunftsfähiger Gestaltung sozialer Gebilde im Sinne von nachhaltiger Entwicklung nachgegangen.

Evolutionaere Algorithmensteuerung und Optimierung dynamischer und thermodynamischer Prozesse

Das Projekt "Evolutionaere Algorithmensteuerung und Optimierung dynamischer und thermodynamischer Prozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Institut für Physik, Lehrstuhl für Statistische Physik und Nichtlineare Dynamik durchgeführt. Erarbeitung neuer Strategien zur Optimierung komplexer Systeme;Entropie;Information und Komplexitaetsmasse, Analyse komplexer Zeitserien mit Anwendungen auf biologische, oekologische und meteorologische Systeme, Anwendung von Methoden der optimalen Steuerung auf die Kontrolle und Optimierung komplexer Systeme

Selbstorganisation zur Erreichung des Minimalprinzips und Industriepopulation

Das Projekt "Selbstorganisation zur Erreichung des Minimalprinzips und Industriepopulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Mechanik durchgeführt. Aufzeigen der Schluesselrolle des Ingenieurs zur Erreichung des og Ziels (Thema des Forschungsvorhabens). Untersuchung von Aufbauszenarien von Industrieproduktionen unter unterschiedlichen Nebenbedingungen (Arbeitskraefte, Gewinn, Ueberlebensfaehigkeit).

Entwicklung von Peptidmimetika

Das Projekt "Entwicklung von Peptidmimetika" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Die Identifikation und Synthese Rezeptor-relevanter Peptidschleifen, insbesondere von Beta- und Gamma-Turns sowie Stabilisation dieser Peptidkonformationen durch Komplexierung mit Uebergangsmetallen (Rhenium, Molybdaen) oder nicht-natuerlichen Aminosaeuren. Die Selbstorganisation chiraler, metall-organischer Bipyridylkomplexen zu di- und polynuklearen Helices und molekularen Draehten, sowie die Untersuchung ihrer Elektro- und Photochemie. Entwicklung synthetischer Haloperoxidasen.

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