Das Projekt "Beherrschung der Verlustleistung in NanoCMOS SoCs (CLEAN)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OFFIS e.V., FuE-Bereich Verkehr durchgeführt. Der Energieverbrauch elektronischer Geräte bildet heute mit die größte Herausforderung bei der Entwicklung eingebetteter Systeme in Form von integrierten Schaltungen. Bedingt durch die fortschreitende Verkleinerung der Strukturen mikroelektronischer Systeme ergibt sich eine dramatische Zunahme der statischen Verlustleistung (engl. Leakage Power). Die Beherrschung eines dadurch höheren Stromverbrauchs hat sich OFFIS im Rahmen des von der EU geförderten Integrierten Projektes CLEAN zur Aufgabe gemacht. Erforscht und entwickelt werden in diesem Projekt geeignete Methoden und Werkzeuge für den Chipentwurf, mit dem Ziel einer möglichst hohen Einsparung beim Verbrauch elektrischer Energie. Neben beispielsweise Akkulaufzeiten hat die Nichtbeachtung solcher Aspekte zusätzliche Überarbeitungsschritte während des Entwurfs zur Folge, welche erhebliche Auswirkungen auf die Kosten und insbesondere auch das Erreichen des Marktfensters haben. OFFIS erweitert mit CLEAN seine insbesondere in den Projekten PEOPLE, POET und LEMOS erworbenen Kompetenzen im Bereich der Analyse und Optimierung eingebetteter Systeme hinsichtlich Power. Zugleich ist OFFIS der technische Koordinator des Konsortiums, in dem namhafte europäische Forschungseinrichtungen und Firmen, wie etwa Infineon und ST-Microelectronics, vertreten sind, sowie mehrere KMUs, beispielsweise das erfolgreich aus dem OFFIS-Bereich HS ausgegründete Unternehmen ChipVision Design Systems AG, welches die kommerzielle Weiterentwicklung, sowie den Vertrieb im OFFIS entstandener Werkzeuge betreibt.
Das Projekt "HVDC-MMC-mit-MPC - Ein neues Verfahren für die Reduktion der Verlustleistung von MMC-Höchstspannungs-Umrichtern mittels MPC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Automatisierungstechnik durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer echtzeitfähigen modellprädiktiven Regelung (MPC) für einen modularen Höchstspannungsumrichter (HVDC-MMC). Ziel ist die Reduktion der Verlustleistung gegenüber bisherigen Regelungen. Bisherige MPC für MMC ermitteln für jeden Zeitschritt, welche Module ein- und ausgeschaltet werden. Aufgrund der sehr großen Zahl an Kombinationsmöglichkeiten konnte dies aber meist nur mit einem Prädiktionshorizont von einem einzigen Zeitschritt erfolgen, womit der Vorteil einer MPC, nämlich eine Prädiktion über einen längeren Zeitraum und entsprechende Optimierung, verschwindet. In unserem Ansatz beträgt der Prädiktionshorizont eine volle Periode. In der ersten Stufe der Regelung wird mittels MPC der optimale Verlauf der Spannung in allen 6 Zweigen über eine gesamte Periode berechnet. Da der Umrichter auf dieser Ebene als lineares System mit wenigen Zustandsgrößen dargestellt werden kann, entstehen keine Rechenzeitprobleme. Der Spannungsverlauf für jeden Zweig bildet dann für die zweite Stufe der Regelung den Sollwert. Hier wird nun nicht - wie bisher - für jeden Abtastschritt ermittelt, welche Module geschaltet werden sollen, sondern über die ganze Periode die optimalen Ein- und Ausschaltzeitpunkte für jedes einzelne Modul berechnet. Dadurch wird aus dem diskreten Problem ein niedriger dimensionales, kontinuierliches Problem, welches numerisch einfacher lösbar ist, so dass eine Echtzeit-MPC mit einem Prädiktionshorizont von einer Periode möglich ist. Durch den langen Prädiktionshorizont können die Nulldurchgänge des Stroms berücksichtigt werden, um durch das Schalten bei niedrigen Strömen die Verlustleistung beim Schalten zu minimieren. Auch kann der zulässige Bereich für die Kondensatorspannungen vergrößert werden, was die Anzahl der Schaltvorgänge reduziert. Das Verfahren soll entwickelt und an einem großen Laborumrichter getestet werden.
Das Projekt "4.1.12 AG Turbo COOREFLEX-turbo: Teilverbundprojekt 4: Expansion; Vorhaben-Gruppe 4.1: Dampfturbinen-Schaufelentwicklung; Vorhaben 4.1.12: Industriedampfturbine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Das Vorhaben umfasst Projekte zur Optimierung von Gas- und Dampfturbinen sowie Industriedampfturbinen. Letztere werden als Kompressorantriebsturbinen im CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS)-Strang eingesetzt, aber auch in kompakten dezentralen Kraftwärmekoppelungs(KWK)-Anlagen kommunaler Betreiber und der Industrie. Die Turbinen sollen weitere Wirkungsgradsteigerungen bei gleichzeitiger Kostenoptimierung erfahren. Ebenfalls müssen unter Berücksichtigung höherer zulässiger Lastwechselzahlen und Lastwechselgeschwindigkeiten ausgelegt werden, um fluktuierende Einspeisung von Wind- und Solarstrom bedingte Schwankungen ausgleichen zu können. Neben der Erhöhung der Startzahlen, geht es hier auch um den effizienteren Betrieb der Turbinen im unteren Lastbereich und um größere Lastgradienten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Ultra Low Power Elektronik mit Tunnel-Feldeffekttransistoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Peter Grünberg Institut, PGI-9: Halbleiter-Nanoelektronik durchgeführt. 1. Vorhabenziel Vorrangiges Ziel des Teilvorhabens ist, Band zu Band Tunnel-Feldeffekttransistoren (TFET), neue energieeffiziente Schalter der 'More than Moore' Kategorie, zu erforschen und deren Leistungsfähigkeit für ultra low power Anwendungen zu eruieren. Hierfür werden in Zusammenarbeit mit den Partnern RWTH Aachen und TU München einfache logische Schaltungen realisiert und TFETs in eine Sensoranwendung integriert. Es wird erwartet, dass die TFETs auch noch bei Betriebsspannungen um 0.25 V arbeiten, was für batteriebetriebene und energie-autonome Geräte ein enormer Vorteil wäre. 2. Arbeitsplanung FZJ wird sich auf die Herstellung der neuen Materialien (SiGe, GeSn usw.) und die Prozessierung und Charakterisierung der TFET konzentrieren, wobei wegen der Neuheit verschiedene Bauelementearchitekturen (planar, vertikal und Nanodraht) entwickelt und für Anwendungen optimiert werden. Die Integration von neuen Halbleitern mit viel kleinerer Bandlücke als Silizium ist notwendig, um ausreichend hohe Ausgangsströme zu erreichen. Die FuE-Arbeiten werden mit Simulationsrechnungen unterstützt. In Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen wird ein planarer TFET für einen Drucksensor entwickelt und integriert. Die logischen Schaltungen werden in Kooperation mit TU München entwickelt.
Das Projekt "Anbahnung und Vorbereitung der Entwicklung eines Wattmeters für die Messung von Verlustleistung in den induktiven Bauelemente bei der nicht sinusförmige Beströmung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Konstanz Technik, Wirtschaft und Gestaltung, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik durchgeführt. Gegenstand des Projektes ist die Vorbereitung der theoretischen Grundlagen, die zur Entwicklung und Erprobung eines Prototyps des neuartigen Wattmeters (Leistungsmessgerätes) für die Ermittlung von Verlustleistung in der induktiven Bauelementen bei der nicht sinusförmigen Beströmung führen soll. Diese Anbahnung soll in einer Zusammenarbeit der HTWG Konstanz und der KPI (Technische Universität) Kiev, Ukraine erfolgen. Es soll die Anbahnung und Vorbereitung des Projektes für die Entwicklung und den Aufbau eines Messplatzes für die Optimierung der Verlustleistung von Drosselspulen und Transformatoren, die in den leistungselektronischen Geräten eingesetzt werden, gefördert werden. Der Einsatz des Wattmeters und Messplatzes wird bedeutende Energieeinsparungen bewirken. Aufbauend auf theoretischen Betrachtungen und experimentellen Untersuchungen soll ein Prototyp entwickelt werden und auf den Standard der industriellen Fertigung gebracht werden. Das Projekt liegt im Bereich der Technologien für Ressourcen, Energieeffizienz und nachhaltige Umwelttechnologien.
Das Projekt "Erweiterung und Optimierung einer 1 MWth Versuchsanlage zur CO2-Abscheidung aus Kohlekraftwerken mittels Kalkstein" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energiesysteme und Energietechnik (EST) durchgeführt. Das Carbonate-Looping-Verfahren ist eine effiziente Technologie zur CO2-Abscheidung aus Kraftwerksabgasen mittels CaO. Bisherige Untersuchungen versprechen deutlich niedrigere Wirkungsgradverluste und CO2-Vermeidungskosten im Vergleich mit anderen Verfahren. An der TU Darmstadt wurde eine der weltweit größten Versuchsanlagen im Maßstab von 1 MWth aufgebaut und betrieben. Ziel des Vorhabens ist die Durchführung von Langzeitversuchen an einer erweiterten Versuchsanlage mit verschiedenen Brennstoffen und Absorbentien in unterschiedlichen Lastzuständen, um den flexiblen und gesicherten Einsatz des Carbonate-Looping-Verfahrens in Kraftwerken eingehend beurteilen zu können und eine ausreichende Datenbasis für die Hochskalierung des Verfahrens zu schaffen. Im Rahmen des Vorhabens soll die 1 MWth Versuchsanlage hinsichtlich ihrer Funktionalität erweitert, neue Brennstoffe (Braunkohle) eingesetzt, Langzeitversuche durchgeführt, Laständerungen vollzogen, und der Einfluss des Schwefel- und H2O-Gehalts auf den Prozess untersucht werden. Anhand von Profilmessungen in den Reaktoren sollen Modelle weiterentwickelt und umfassend validiert werden, welche u.a. zur Optimierung des Reaktordesigns eingesetzt werden. Basierend auf den Versuchsergebnissen sollen mit Hilfe der Modelle der Wirkungsgrad und die CO2-Vermeidungskosten für Kohlekraftwerke mit nachgeschalteter Carbonate-Looping-Anlage neu berechnet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: TFET-Schaltungstechnik für analoge, digitale und Mixed-Signal-Schaltungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Elektro- und Informationstechnik, Lehrstuhl für Technische Elektronik durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Teilvorhabens ist die Schaffung einer TFET-Schaltungstechnik. Dies ist nötig, da die klassischen CMOS-Schaltungen nicht einfach übernommen werden können und nur mit einer eigenen Schaltungstechnik die angestrebte niedrige Verlustleistung zu erreichen ist. 2. Arbeitsplanung Für TFETs, Verbindungstrukturen und Sensoren werden zusammen mit FZJ und RWTH Kompaktmodelle erstellt. TUM wird damit analoge, digitale und Mixed-Signal-Schaltungen inklusive Verdrahtung und Layout entwerfen, die für niedrigste Verlustleistung und Robustheit gegenüber Parameterschwankungen optimiert sind. Zusammen mit den Partnern wird untersucht, wie Bauelementeparameter und Schaltungseigenschaften zusammenhängen und die TFETs sowie das Layout entsprechend optimiert werden können. Diese Abhängigkeiten werden in den Modellen enthalten sein. Ausgewählte Benchmark-Schaltungen werden in CMOS- und TFET-Ausführung optimiert und verglichen. Für TFET-basierte Sensoren werden anhand von Daten der Partner die Anforderungen an die analogen Schaltungen ermittelt, diese entworfen und optimiert. Die beste Topologie sind voraussichtlich Schaltungen, die den Sensor direkt im Verstärkereingang einbinden, womit ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis und hohe Präzision erreicht wird. Zur experimentellen Verifikation aller genannten Schaltungen werden Teststrukturen entworfen, die mit einfachen Messungen die wichtigen Parameter liefern. Nach Vergleich mit der Simulation werden die Modelle gegebenenfalls angepasst.
Das Projekt "Technologien zur Speicherung und Verteilung von tiefkaltem Wasserstoff als Primärenergieträger in Antrieben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MT Aerospace AG durchgeführt. Die in diesem Projekt weiterentwickelten neuartigen Technologien im Bereich von additiv gefertigten Hochleistungswerkstoffen ermöglichen es, kryogen gekühlte, hocheffiziente elektrische Antriebssysteme zu realisieren. Hierbei steht insgesamt im Vordergrund, durch die Nutzung von Wasserstoff als Primärenergieträger, die Emissionsbelastung von individualem, dem öffentlichen Personentransport, sowie dem Gütertransport zu reduzieren. Für die MT Aerospace besteht hier ein Eintrittspunkt in die Weiterentwicklung, basierend auf dem derzeitigen Kern-Know-how, Tanks für die Speicherung von tiefkaltem, flüssigen Wasserstoff für die Raumfahrt zu bauen. Ziel der MT Aerospace ist es aus dieser Erfahrung zu profitieren und eine Übertragung des Know-hows in den Transportsektor zu erreichen. Die MT will hier - insbesondere durch neuartige additive Fertigungsverfahren ermöglichen, neue Gestaltungsmöglichkeiten für eine effizientere Bauweise zu Nutzen. Neben einer Verbesserung bei der Auslegung und Gestaltung von klassischen Strukturkomponenten, beispielsweise in, oder im direkten Umfeld der elektrischen Maschine, sollen auch Komponenten im Bereich der H2 Speicherung und Konditionierung in den Fokus gestellt werden. Hierzu zählen beispielsweise Wärmetaucher oder Komponenten, die für einen effizienten Betrieb hohe Wärmeübertragungsraten erreichen müssen - beispielsweise bei der Kühlung / der Wärmeabfuhr hoher elektrischer Verlustleistungen.
Das Projekt "FHprofUnt 2015: Einfluss der Fertigung auf das technische Betriebsverhalten wechselstromgespeister Elektromotoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Nürnberg, Georg Simon Ohm, Institut für leistungselektronische Systeme durchgeführt. Energieeffiziente Elektromotoren für die Energiewende. Etwa die Hälfte der in Deutschland erzeugten elektrischen Energie wird durch elektrische Antriebe in mechanische Energie umgewandelt. Der Anteil in der Industrie liegt sogar bei 70 % innerhalb Deutschlands und der EU. An der Technischen Hochschule Nürnberg wird deshalb im Projekt 'impACt B' an der Fakultät Elektrotechnik Feinwerktechnik Informationstechnik die Wirkungsgradsteigerung von Elektromotoren ins Visier genommen. Zentraler Bestandteil eines Elektromotors ist das Blechpaket. Dieses erfährt während seiner Produktion zahlreiche Fertigungseinflüsse, welche sich negativ auf das Betriebsverhalten der Maschine auswirken. In Folge dessen sinkt der Wirkungsgrad, und die Verluste steigen an. Das Projekt 'impACt B - Influence of manufacturing process on AC-motors technical behavior' untersucht den Einfluss der Fertigung auf das technische Betriebsverhalten wechselstromgespeister Elektromotoren. Ziel der Forscher ist es, die Produktion und das Maschinendesign so zu gestalten, dass die negativen Bearbeitungseinflüsse minimiert werden. Dafür ist es allerdings notwendig, den Einfluss der einzelnen Fertigungsschritte genau zu kennen. Ausgangspunkt ist der Werkstoff Elektroband, welches aus Eisenlegierungen besteht. Dieses wird meist durch Stanzen zu Elektroblechen verarbeitet. Der Motorenhersteller verbindet die Elektrobleche zu Paketen und fertigt den endgültigen Motor. Am Projekt sind drei große Partner beteiligt: Ein Elektroblechhersteller, ein Stanzbetrieb und ein Elektromaschinenbauer mit der Endmontage. Dadurch wird die gesamte Wertschöpfungskette abgebildet und mit der TH Nürnberg als wissenschaftlicher Partner eine Bündelung der Kernkompetenzen erreicht, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Schwerpunkt werden analytische Vorausberechnungen der Verluste aufgrund der einzelnen Fertigungsschritte sein. Die Ergebnisse sollen anhand von Finite-Element Simulationen bestätigt werden. Messungen am bearbeiteten Elektroblech und am fertigen Motor liefern die Grundlage aller Berechnungen. Dafür wurden zum einem durch das Einrichten eines Messplatzes zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von weichmagnetischen Werkstoffen und zum anderem durch den Aufbau eines 400 kW Leistungsprüfstandes die entsprechenden Rahmenbedingungen geschaffen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt das Forschungsprojekt im Rahmen der Förderlinie 'FHprofUnt' des Programms 'Forschung an Fachhochschulen' mit rund 492.000 Euro.
Das Projekt "IngenieurNachwuchs 2013: Hochintegrierte ACDC-Wandler als Kleinstnetzteile für direkten 230V-Netzbetrieb von Integrierten Schaltungen (HAWIS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Reutlingen, Reutlingen Research Institute (RRI) durchgeführt. Ziel ist die Erarbeitung von Schaltungs- und Systemkonzepten für ACDC-Wandler (Gleichrichter) zum direkten Anschluss eines ICs (Integrated Circuit, Integrierte Schaltung) bzw. daraus aufgebauter Elektroniksysteme am 230V-Netz (bzw. 110V-Netz) mit der Motivation, externe Netzteile einzusparen und optimale Leistungseffizienz betriebsabhängig einzustellen. Dies ist unter anderem für mobile Anwendungen von großer Bedeutung. Als weiterer wesentlicher Vorteil kann die Verlustleistung individuell für jeden Verbraucher minimiert werden durch intelligente Regelung im ACDC-Wandler. Dies betrifft speziell auch die Standby-Versorgung, bei der konventionelle Netzteile in der Gesamtheit sehr hohe Energieverluste verursachen. Der erwartete technische Fortschritt ermöglicht effizientere, kompaktere und intelligentere Energiemanagementsysteme für Industrie und Kleinverbraucher. Das Vorhaben adressiert thematisch unmittelbar das in der Hightech-Strategie der Bundesregierung genannte Bedarfsfeld Klima/Energie mit einem Schwerpunkt auf der Ausbildung von hochqualifizierten Nachwuchsingenieuren. Neben der Projektkoordination und der Erarbeitung des Anforderungsprofils, sind je als ein Arbeitspaket Schaltungs- und Systemkonzepte für Vollintegration bzw. Teilintegration vorgesehen. In einem weiteren Arbeitspakt soll in Zusammenarbeit mit dem Institut für Halbleitertechnologie der Universität Stuttgart die Integration von Induktivitäten einschließlich eines Mikro-Transformators erforscht werden.
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