Das Projekt "KORA - Untersuchung des natürlichen Rückhalts und Abbaus deponiebürtiger Schadstoffe am Beispiel der subaquatischen Deponie Großkayna/Merseburg. Projekt 4.4 des Themenverbun-des 'Deponien, Altablagerungen' im KORA-Förderschwerpunkt des BMBF - Themenverbund 4: Untersuchung des natürlichen Rückhalts und Abbaus deponiebürtiger Schadstoffe am Beispiel der subaquatischen Deponie Großkayna/Merseburg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH durchgeführt. Der Restsee Großkayna entsteht in einem ehemaligen Braunkohletagebau. An seiner Sohle wurden industrielle Reststoffe vor allem aus der Düngemittelindustrie des nahegelegenen Standortes Leuna eingespült. Das Vorhaben besteht aus den Teilen: 1. Modellbildung, Simulation und wissenschaftliche Koordination (GFI, Werner), 2. Teilmodell Aquifer (IBeWa, Wilsnack) und 3. Prognose und Prozesskontrolle (IHU, Schröter). Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines prognosefähigen Steuermodells für den entstehenden Restsee.
Das Projekt "Wege zur Nachhaltige Entwicklung in Ballungsraeumen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HafenCity Universität Hamburg, Forschungsschwerpunkt 01, Stadt,Umwelt,Technik, Arbeitsbereich Städtebau III, Stadtökologie durchgeführt. Es wird ein Methodenrahmen zur Erfassung und Bewertung von Nachhaltigkeit bzw. nachhaltiger Entwicklung in Ballungsraeumen erarbeitet. Im Hinblick auf die wachsende Verstaedterung und explosionsartig steigende Erdbevoelkerung soll die Untersuchung sich vor allem auf sogenannte 'Megacities' beziehen. Im Mittelpunkt steht die Systembetrachtung unter Beruecksichtigung vorhandener Stoff-, Energie- und Informationsstroeme. Grundlage ist eine oekosystemare Modellierung urban-industrieller Raeume und der bilanzfoermige Zugang zu Bewertungsfragen. Mit dem Ansatz 'MethodenWissen' werden spezifische Beobachtungsebenen und Sichten geeigneter Bewertungsmethoden zusammengefuehrt, um eine erweiterte Wahrnehmung von Systemzusammenhaenge zu unterstuetzen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modelle und Methodik zur Echtzeit-Steuerung zweistufiger Biogasanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Goethe-Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (G-CSC) durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines detaillierten Modells zur effizienten Echtzeit-Steuerung einer zweistufigen Biogasanlage und dessen praktische Anwendung in enger Zusammenarbeit mit den Partnern. Das Modell basiert auf dem bereits in (Muha et al. 2012) beschriebenen Modell. Das Steuerungsproblem wird als Optimierungsproblem formuliert, das auf dem bestehenden Modell beruht, und mit mathematischen Optimierungsverfahren gelöst. Die Echtzeit-Steuerung erfordert die Identifikation kritischer Parameter über Sensitivitätsanalysen. Die von den Verbundpartnern zu ermittelnden experimentellen Daten werden kontinuierlich in das Steuerungsmodell eingelesen. Dabei muss in jeder einzelnen Rechnung ein zeitabhängiges Problem gelöst werden. Soll die Steuerung in Echtzeit erfolgen, sind die Rechnungen zeitkritisch. Deshalb sollen reduzierte Modelle mit akzeptablem Rechenaufwand für den praktischen Einsatz entwickelt werden. Dabei soll der Rechenaufwand des reduzierten Modells den Möglichkeiten eines aktuellen Arbeitsplatzrechners entsprechen und damit die wirtschaftliche Nutzung der Echtzeit-Steuerung ermöglichen. Arbeitsschritte und Meilensteine: A/M1 Erstellung eines Optimierungsproblems zur Bestimmung kritischer Parameter aus den Messdaten. A/M2 Erster einfacher Demonstrator einer Steuerung lauffähig. Bestimmung kritischer Parameter über Sensitivitätsanalysen. A/M3 Optimierung der Messmethode für die der Parameterbestimmung zugrunde liegenden Daten. Das Optimierungsproblem wird dazu benutzt, die optimale Platzierung der Sensoren zu finden. A/M4 Volle Steuerung lauffähig. A/M5 Erstellung eines reduzierten Modells zur Minimierung des Rechenaufwandes.
Das Projekt "Auswertung eruptionsdynamischer Daten des Mt. Erebus, Antarktis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Geophysik durchgeführt. Die Quantifizierung vulkanischer Eruptionsdynamik ist immer noch eine der großen Herausforderungen der geophysikalischen Vulkanologie. Quantitative in situ Daten werden benötigt, um existierende Modelle für den präerutiven Magmentransport zu verifizieren und um neue Modell hierfür zu entwickeln. In situ Daten können aber nur mit einem gut ausgebauten vulkanologischen Monitoringsystem, welches sich an einem regelmäßig eruptierenden offenen Schlotsystem befindet, aufgezeichnet werden. Systeme dieser Art sind auf der Erde relativ selten und die beste Lokation ist wahrscheinlich Mt. Erebus in der Antarktis, da hier bereits ein gut ausgebautes Monitoringsystem existiert. Im Rahmen dieses Antrags werden wir die notwendige Infrastruktur entwickeln, um während des antarktischen Sommers 2003/2004 ein Doppler Radargerät am Kraterrand des Mt. Erebus zu betreiben. Das Radar soll alle strombolianischen Eruptionen während einer 4 wöchigen Messkampagne aufzeichnen. Mit Hilfe der Daten sollen die zeitliche Entwicklung der Eruptionsgeschwindigkeit untersucht und die während einer Eruption ausgestoßene Magmenmenge abgeschätzt werden. Wichtig ist weiterhin die Korrelation unserer Daten mit den vom Mount Erebus Volcano Observatory (MEVO) aufgezeichneten seismischen, akustischen, geodätischen und thermischen Signalen. Insbesondere ist ein Vergleich mit den akustischen Daten und Videoaufzeichnungen von Interesse, wodurch wir hoffen, die immer noch heftig diskutierte Frage des Überdrucks in Gasgroßblasen direkt vor der Eruption zu beantworten.
Das Projekt "KI_fuer_MVA - Künstliche Intelligenz zur Regelung von Müllverbrennungsanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Automatisierungstechnik durchgeführt. Die Feuerleistungsregelung von Müllverbrennungsanlagen ist eine Herausforderung, weil der anfallende Müll und damit die Vorgänge im Kessel stark und unvorhersehbar variieren. Klassische Regelungskonzepte können diese Aufgabe daher nicht so gut bewältigen wie ein gut geschulter, menschlicher Operator. Daher ist der Einsatz eines Neuronalen Netzes (NN) sinnvoll, um das Verhalten des Operators zu erlernen und in den entsprechenden Situationen reproduzieren zu können. Diesen Ansatz ('Imitation Learning') hat Uniper Technologies in den letzten Jahren verfolgt und dabei bemerkenswerte Resultate erzielt, die zu einer verbesserten Energieeffizienz der Anlage geführt haben. Nachteile: - Sehr umfangreiche Daten erforderlich - Zur Sicherheit müssten alle Betriebssituationen enthalten sein, was für kritische unmöglich ist - Imitation Learning erfordert Widerspruchsfreiheit der Daten, was nicht immer gegeben ist - Aufwendige Bestimmung notwendig, welche zeitlich zurückliegenden Werte in das NN einfließen müssen - Spezielle Regelanforderungen wie z.B. kleine Stellgrößengradienten können nicht explizit vorgegeben werden - Das NN kann nie besser werden als der imitierte Operator Daher soll Reinforcement Learning (RL) genutzt werden, um ein optimales NN zu trainieren. Hierzu wird ein Simulationsmodell der Anlage entwickelt, das leicht auf unterschiedliche Anlagen anpassbar ist und in dem Störeinflüsse systematisch vorgegeben werden können. Dann wird ein Basisregler mit Fuzzy-Regeln erzeugt, auf den das NN trainiert wird, um eine Grundfunktionalität zu erlernen. Anschließend wird das NN mit dem Modell und einer übergeordneten RL-Steuerung zusammengeschaltet, die die Störungen im Modell koordiniert und die Stelleingriffe des NN mit Feedback bewertet, so dass das NN lernen kann. Als Zielfunktion soll die Dampfmenge maximiert werden, bei Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und möglichst geringen Gradienten. Abschließend soll das optimierte NN an einer realen Anlage erprobt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 4 Kommunikation, Partizipation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Regionalmanagement durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes: Entwicklung eines Steuerungsmodells für einen Stagnationsraum (siehe auch Vorhabensbeschreibung). Ziele: empirische Unterstützung der Verbundpartner, Organisation des Stadt-Umland-Dialoges. Bestandsaufnahme der strategischen Entwicklungsvorstellungen der Umlandgemeinden, Dateiaufbereitung, Organisation des Diskurses und Beratung, Gestaltung und Durchführung des weitergehendes Aushandlungsprozesses. Methoden und Instrumente: Experteninterviews, ggf. Befragungen, kommunale SWOT-Analyse zur Erstellung von Kommunalprofilen für die Umlandgemeinden. Verwendung der erhobenen Daten der Bestandsanalyse in den weiteren Arbeiten der Verbundpartner, Teile davon für Flächenszenarien, Entwicklung des Steuerungsmodells und Gutachten zur Wirkungsabschätzung für die Umlandgemeinden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Datenerhebung und -plausibilisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadtwerke Bayreuth Energie und Wasser GmbH durchgeführt. Im Projekt ESM-Regio wird ein Modell für die übergreifende Analyse sektorengekoppelter Energiesysteme erstellt. Dazu werden die vier Sektoren Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr, relevante Technologien an den Schnittstellen der Sektoren und Steueralgorithmen einer beispielhaften Region dynamisch mit hoher Zeitauflösung nachgebildet. Die einzelnen Modellteile werden mit komponentenbasierter Software-technologie über ein flexibles Interface-/Filter-Konzept verknüpft. Auf diese Weise kann eine übergreifende Steuerung und Optimierung der Betriebsführung bezüglich der relevanten Systemgrößen wie Wirtschaftlichkeit bzw. Emissionen unter Betrachtung aller Sektoren erfolgen. Zusätzlich kommt ein Verfahren zur lernenden Optimierung zum Einsatz, das benötigte Randbedingungen aus detaillierteren Simulations-modellen für die sektorenübergreifende Steuerung ableitet. Die Ergebnisse sind auf weitere Regionen übertragbar, da nur eine Anpassung einzelner Modellkomponenten nötig sein wird. Zur Differenzierung von Transparenz- und Schutzanforderungen von Daten und Modellen wird weiterhin eine hierfür geeignete SW-Plattform realisiert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines Vanadium-Redox-Flow-Energiespeichers zur Doppelnutzung als Wärmespeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Storion Energy GmbH durchgeführt. Im Projekt Biflow soll ein Hybridspeicher aus einem Lithiumionenspeicher und einer all-Vanadium RFB für ein in einem Studentenwohnheim in Bruchsal aufgebaut werden. Durch die Verwendung des Vanadium-Elektrolyten als Wärmespeicher soll ein Hybridspeicherkonzept mit optimiertem Gesamtwirkungsgrad demonstriert werden. Im Projektteil 'Entwicklung eines Vanadium-Redox-Flow-Energiespeichers zur Doppelnutzung als Wärmespeicher' wird eine VRFB entwickelt, hergestellt und in den Betriebsraum des Studentenwohnheims eingebaut, welche eine effiziente Energiespeicherung bei Verwendung der im Projekt erarbeiteten neuartigen VRFB Elektrolytformulierung ermöglicht, sowie eine Nutzung der beiden Elektrolyttanks als Wärmespeicher erlaubt. Ziele des Teilvorhabens sind: 1) Entwicklung und Anpassung der hydraulischen Komponenten der VRFB für die Nutzung bei Elektrolyttemperaturen von 50 Grad Celsius und die Integration von Wärmetauschern zur thermischen Be- und Endladung und Wärmedämmung zur Reduzierung von thermischen Verlusten in das VRFB-System ohne negative Beeinflussung der Funktion und Effizienz der VRFB. 2) Anpassung der VRFB-Steuerung zur eigensicheren Doppelnutzung des Elektrolyten, umfassend die Integration der thermischen Modelle und thermischen und elektrischen Eigenschaften der angepassten Elektrolytformulierung in das Batteriemanagementsystem (BMS) zur kontinuierlichen Überwachung, Kontrolle und Regelung der elektrischen und thermischen Betriebsfenster.
Das Projekt "Teilvorhaben: DSM und Produktions-Management - Modellierung, Zustandsschätzung und modellbasierte Regelung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik durchgeführt. Aufgabe des ITWM im Rahmen von DESPRIMA ist die Entwicklung physikalischer Modelle, die Zustandsschätzung und die Umsetzung modellbasierter prädiktiver Regelungskonzepte für das Demand-Side- und Produktionsmanagement in der Getränkeproduktion. Gemeinsam mit TUK wird ITWM wird dazu eine Modellbibliothek entwickeln, mit deren Komponenten die Preformherstellung der Flaschen durch Spritzgießen und der gesamte Getränkeabfüllprozess im Hinblick auf Energieverbrauch, Systemperformance und Stabilität in Abhängigkeit von allen Stellgrößen abgebildet werden kann. Die Modelle der Produktionslinien und der Preformherstellung werden mit Modellen des elektrischen Netzes von UB gekoppelt. Zur Generierung der Echtzeittauglichkeit der resultierenden Anlagenmodelle werden durch ITWM Modellordnungsreduktionsalgorithmen eingesetzt. Basierend auf den so reduzierten Modellen wird ITWM Algorithmen zur Sensorplatzierung entwickeln, so dass die internen zeitvariablen Systemzustände des Anlagenmodells mit Hilfe dieser Sensoren bestimmt werden können. Aufbauend auf der resultierenden Systemkonfiguration und den echtzeittauglichen Modellen werden dann gemeinsam mit TUK modellprädiktive Regelungsalgorithmen zur Steuerung des Produktionsprozesses umgesetzt, mit denen sowohl die Produktionsvorgaben als auch die Energievorgaben bei Erhaltung der Systemstabilität eingehalten werden. Hierbei wird ITWM insbesondere und die Wechselwirkungen der vorhandenen Regelalgorithmen der Anlagenhersteller innerhalb der Produktionslinie berücksichtigen und diese integrieren. ITWM wird dann gemeinsam mit den Partnern die Regelungsalgorithmen inklusiver der von den Partnern DDE und SAG entwickelten Hardware- und Softwarekomponenten /-schnittstellen mit der am ITWM verfügbaren Hardware-in-the-Loop-Plattform sowohl für den normalen Betriebszustand als für definierte Störfälle validieren. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen unterstützt ITWM dann die Validierung des DSM-Konzeptes beim Endanwender BUQ.
Das Projekt "CLEAR - Climate and Environment in Alpine Regions" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eawag - Das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs durchgeführt. Das Projekt ist eine transdisziplinäre Untersuchung über die Konsequenzen der mit dem Klimawandel verbundenen Änderungen in der Alpenregion. Das Projekt verbindet Forschungsgebiete aus den technischen, ökologischen und sozialen Wissenschaften. Dazu ist es in folgende fünf Projektgruppen unterteilt, wobei die ersten vier disziplinär arbeiten, während die fünfte mit der integrierten Bewertung befasst ist: 1. Schnittstelle zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre; 2. Schnittstelle zwischen Klima der Vergangenheit und der Gegenwart; 3. Schnittstelle zwischen Klima und Ökologie; 4. Schnittstelle zwischen Klima und Ökonomie; 5. integrierte Bewertung mit Modellwerkzeugen, Fokusgruppen und Politikoptionen. Ziele: Ziele des Projekts sind 1. die Schaffung eines besseren Verständnis der mit dem Klimawandel verbundenen Aspekte, insbesondere im Hinblick auf ihre Komplexität und Unsicherheit, 2. die Bereitstellung einer Vielzahl von neuesten Modellwerkzeugen, 3. die Entwicklung einer umfassenden Methodik für eine integrierte Klimarisikobewertung durch die Nutzung von Fokusgruppen und Computermodellen und 4. die Bereitstellung politikrelevanter Informationen über Strategien und Mechanismen, um Maßnahmen für die Implementation in die Politiken zu testen. KLIMASZENARIO Es werden regionale Klimamodelle zur Untersuchung regionaler Klimavorhersagbarkeit und zur Sensitivität hinsichtlich der globalen Erwärmungsprozesse benutzt, die als ein dynamisches Werkzeug zur Evaluation möglicher 2xCO2-Szenarien für die Alpenregion dienen. Bioklimatische Szenarien werden für die Analyse der Waldökosysteme erstellt. Parameter: physikalische Aspekte des Klimasystems inklusive atmosphärischer, hydrologischer und ozeanographischer Aspekte räumlicher Bezug: Alpenregion (Schweiz) Zeithorizont: 2100 KLIMAFOLGEN Es werden die Folgen für Waldökosysteme, für Pflanzenarten und für den Boden in der sub-alpinen Region betrachtet. Dazu werden die Sensitivitäten der Ökosysteme und ihre Reaktionen auf den Klimawandel untersucht. Ökonomische Folgen für Landwirtschaft und Tourismus und ökonomische Chancen für die Industrie durch Technologiewandel, die aus steigende Energiekosten oder Änderungen im Verbraucherverhalten resultieren, werden ebenfalls analysiert. Sektoren und Handlungsfelder: Biodiversität und Naturschutz, Politik, Kommunikation, Wissenschaft, Umweltschutz, Landwirtschaft, Tourismus, Energiewirtschaft, Bodenschutz ANPASSUNGSMASSNAHMEN Hintergrund und Ziele: Es sollen relevante Informationen über Anpassungsmaßnahmen für die Politik bereitgestellt werden. Dieses soll durch geeignete Modelle, die auch von Nichtwissenschaftlern nutzbar sind, eine verbesserte Risikokommunikation, die Erhöhung der Akzeptanz von Maßnahmen, die Entwicklung neuer Politikwerkzeuge zur Partizipation der Öffentlichkeit und einen effektiven Mitteleinsatz in der Forschungspolitik erreicht werden. Weiterhin soll die Öffentlichkeit über Klimawandel und -folgen besser informiert werden. usw.
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