15 Fakultätsübergreifend / Sonstige Einrichtung
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Item Open Access Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung in einem liberalisierten Energiemarkt unter besonderer Berücksichtigung der Kraft-Wärme-Kopplung und erneuerbarer Energien : Kurzfassung der Studie(2000) Besch, H.; Neuffer, Hans; Witterhold, Franz-Georg; Schönberg, Ingo; Jochem, Eberhard; Radgen, Peter; Schmid, Christiane; Mannsbart, Wilhelm; Pfaffenberger, Wolfgang; Schulz, Wolfgang; Voß, Alfred; Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Zschernig, Joachim; Sager, Jörg; Fahlenkamp, Hans; Hölder, Daniel; Dötsch, Christian; AGFW - Arbeitsgemeinschaft Fernwärme e.V. bei der Vereinigung Deutscher ElektrizitätswerkeDie Zusammenfassung dient zwei Zielen: Zunächst werden die wesentlichen Ergebnisse der Langfassung der o.g. Studie referiert; auf dieser Basis werden dann mögliche Maßnahmen und Strategien diskutiert, die kurzfristig (2000-2001) ergriffen werden könnten. Als Akteure kommen hierbei nicht nur die Bundesregierung, die wichtige Rahmenbedingungen zum Marktgeschehen wird setzen müssen, in den Fokus, sondern auch die Betreiber von Heizkraftwerken und KWK-Anlagen und deren Verbände, aber auch andere Akteure wie z. B. Contracting-Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Da die Übergangsphase der Liberalisierung der europäischen Stromwirtschaft in den Jahren 2000-2005 eine besondere Herausforderung für die KWK-Entwicklung darstellt, wird auch ein kurzfristig wirksames Maßnahmenbündel zur Diskussion gestellt. Dem Leser sei zum Verständnis in Erinnerung gerufen, dass diese vorgelegte Analyse im Rahmen einer Vorstudie durchgeführt wurde und langfristig abgesicherte Aussagen auch Analysen mit einschließen müssten, die bis 2010 und 2020 reichen. Weiterführende Arbeiten sollen in einer geplanten Hauptstudie erfolgen.Item Open Access Hochauflösende Beschleunigungssensoren mit Tunnelstrecke(2000) Strobelt, Tilo; Sandmaier, Hermann (Prof. Dr.-Ing.)Ziel der Arbeit ist es, alle zur Konstruktion von hochauflösenden Beschleunigungssensoren mit Tunnelstrecke erforderlichen theoretischen Grundlagen zur Verfügung zu stellen und deren Anwendbarkeit an Hand des Entwurfes und der Realisierung eines Sensors nachzuweisen. Wesentliche Themen des theoretischen Teiles der Arbeit sind hierbei: die Beschreibung der Funktion einer Tunnelstrecke sowie die Herleitung der Rauschanteile, welche die Auflösung von Beschleunigungssensoren beschränken. Es wird deutlich, dass die hohe Auflösung des Tunneleffektes den Einsatz einer aktiven Regelung und hochempfindlicher Stellelemente erforderlich macht. Vergleicht man alle in Beschleunigungssensoren auftretenden Rauschquellen, so stellt man fest, daß die Nachweisgrenze hochauflösender Beschleunigungssensoren vom thermische Rauschen des Feder-Masse-Systems bestimmt wird. Auf den hergeleiteten konstruktiven Grundlagen aufbauend, wird anschließend die Entwicklung eines Sensors mit einer Nachweisgrenze von 1E-6 g (g= Erdbeschleunigung) beschrieben. Hierbei wird die mikrotechnischen Konstruktion dargestellt und ausführlich auf die Entwicklung der erforderlichen Sensorelektronik eingegangen. Um die elektronische Regelung geeignet auslegen und optimieren zu können, wurde das dynamische Verhalten des Gesamtsystems analytisch beschrieben. Die geeignete Wahl der Parameter wurde mit Hilfe eines numerischen Modells des Gesamtsystems nochmals überprüft. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ferner ein Messplatz entwickelt, auf dem die Beschleunigungssensoren nach ihrer Fertigstellung charakterisiert worden sind. Erstmalig wurde es so möglich, derartige Sensoren direkt an ihrer Auflösungsgrenze zu vermessen. Die dem Rauschen äquivalente Beschleunigung wird mit ca. 2.5E-6 g gemessen, stimmt also mit den theoretischen Vorhersagen gut überein.Item Open Access Gesamtwirtschaftliche Bewertung der Energiegewinnung aus Biomasse unter Berücksichtigung externer und makroökonomischer Effekte (Externe Effekte der Biomasse) : Endbericht(2000) Kaltschmitt, Martin; Krewitt, Wolfram; Heinz, Andreas; Bachmann, Till; Gruber, Sabine; Kappelmann, Karl-Heinz; Beerbaum, Steffen; Isermeyer, Folkhard; Seifert, KatjaWeltweit herrscht weitgehend Konsens darüber, dass die mit einer nachhaltigen Entwicklung verbundenen Ziele u. a. einen verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien bedingen. Betrachtet man in diesem Zusammenhang die Kosten und Potenziale der in Deutschland grundsätzlich nutzbaren erneuerbaren Energien, so zeigt sich, dass insbesondere die Biomasse bei „vertretbaren Kosten“ gegenüber heute einen deutlichen Mehrbeitrag zur Energieversorgung leisten könnte. Aus wohlfahrtstheoretischer bzw. gesamtwirtschaftlicher Sicht sind diese mit betriebswirtschaftlichem Kalkül ermittelten Kosten jedoch nicht ausreichend, um eine zuverlässige Beurteilung der Vorteilhaftigkeit von Energiesystemen zu ermöglichen. Die Bewertung der Förderwürdigkeit einer vermehrten Energiegewinnung aus Biomasse bedarf somit einer weitergehenden, auch gesamtwirtschaftliche Aspekte einbeziehenden Analyse. Eine derartige Bewertung wurde für die in Deutschland relevanten Bioenergiesysteme bisher allerdings noch nicht durchgeführt. Auch existiert noch keine allgemein anerkannte Standardmethodik zur gesamtwirtschaftlichen Bewertung von Energiesystemen. Das primäre Ziel dieser Studie ist es daher, die aus betriebswirtschaftlicher und gesamtwirtschaftlicher Sicht bedeutsamen Vor- und Nachteile einer verstärkten Energiegewinnung aus Biomasse in Deutschland zu ermitteln. Dazu muss zunächst eine geeignete Methodik entwickelt werden. Als Ergebnis der Untersuchung sollen schließlich Aussagen dazu getroffen werden, unter welchen Rand- und Rahmenbedingungen Möglichkeiten einer Energiebereitstellung aus biogenen Fest- und Flüssigbrennstoffen einerseits für den Betreiber, andererseits aber auch für die gesamte Volkswirtschaft am kostengünstigsten sind. Auch sollen Erkenntnisse dazu gewonnen werden, welche Entwicklungsmöglichkeiten die Bereitstellung von biogenen Flüssig- und Festbrennstoffen der heimischen Land- und Forstwirtschaft bieten. Die zur Erreichung dieser Zielsetzung durchgeführten Berechnungen haben schließlich gezeigt, dass die Energiegewinnung aus Biomasse zukünftig deutlich verstärkt in die Energieversorgung Deutschlands integriert werden sollte und dabei - unter Berücksichtigung quantifizierbarer externer und makroökonomischer Effekte - bereits heute zu erheblichen gesamtwirtschaftlichen Vorteilen wie z. B. der Stabilisierung des Agrar- und Forstsektors, positiven Nettobeschäftigungseffekten und einer reduzierten Abhängigkeit von Primärenergieimporten begleitet werden könnte. Darüber hinaus könnten durch Einsatz von Bioenergieträgern die Freisetzungen klimaschädlicher Gase und der Verbrauch erschöpflicher Energieressourcen signifikant reduziert werden. Da die gegenwärtigen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen diese volkswirtschaftliche Vorteilhaftigkeit der Energiegewinnung aus Biomasse jedoch nicht in ausreichendem Maße in betriebswirtschaftliche Minderkosten übertragen, muss dies z. B. über den ergänzenden Einsatz von Fördermaßnahmen oder Besteuerung fossiler Energiesysteme erfolgen. Die maximale Erschließung der volkswirtschaftlichen Vorteile einer Energiegewinnung aus Biomasse setzt damit eine Ausgestaltung der aktuellen Förderinstrumente voraus.Item Open Access Modeling and identification of nonlinear systems using MIMO LEM-Hammerstein structure(2006) Schlipf, David; Bolognese Fernandes, Pedro; Trierweiler, Jorge O.This paper extends the LEM-Hammerstein models already presented in the literature to MIMO systems. Instead of linear time-invariant subsystems in association with static nonlinearities, LEM-Hammerstein and LEM-Wiener systems exhibit nonlinear static features and operating-point dependent dynamics, and can therefore model a broader class of system than the conventional block-oriented models. In order to avoid the problem of solving the partial differential equations necessary for the construction of the steady-state mapping that appears in the model, a modified controller normal form is proposed, and the model is constructed on the basis of an extended, non-minimal state-space realization. Moreover, the identification strategy already used with LEM systems can be applied in order to construct such models from experimental data, and the techniques destined for analysis and control of Hammerstein systems can be applied promptly. An application of these concepts to the modeling and identification is demonstrated in the numerical example of a level system constituted by six connected tanks.Item Open Access Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung in einem liberalisierten Energiemarkt unter besonderer Berücksichtigung der Kraft-Wärme-Kopplung und regenerativer Energien : Kurztitel: Pluralistische Wärmeversorgung ; AGFW-Hauptstudie - erster Bearbeitungsabschnitt. Band 1, Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung, Zertifizierungsverfahren und Fördermodelle(2001) Neuffer, Hans; Witterhold, Franz-Georg; Pfaffenberger, Wolfgang; Gregorzewski, Armin; Schulz, Wolfgang; Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Voß, Alfred; Jochem, Eberhard; Radgen, Peter; Schmid, Christiane; Dribbisch, Marcus; Sager, Jörg; Sander, Thomas; Zschernig, Joachim; Carter, James M.; Mauch, Wolfgang; Dötsch, Christian; Fahlenkamp, Hans; Hölder, DanielDie im vorliegenden Band 1 vorgestellten Ergebnisse sollen der Begleitung der anstehenden KWK-Gesetzgebung in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht dienen. Das derzeitige KWK-(Vorschalt-)Gesetz, welches durch ein neues mit klareren Kriterien verbundenes Gesetz ersetzt werden soll, ist in mehrfacher Hinsicht problematisch, da es Regelungen zum Auffangen von Stranded Investments mit Regelungen zur Förderung von KWK vermischt, keine klare Definition von KWK enthält, industrielle KWK ausgegrenzt und durch die intransparente Förderstruktur das Mittelaufkommen und die Mittelverwendung nicht nachvollziehbar macht. Ein KWK-Ausbau wird sich in der gegenwärtigen Situation des Strommarktes nur auf der Basis einer Förderung entwickeln können (vgl. Vorstudie). Obwohl neue KWK-Anlagen im Vergleich zu neuen Anlagen der ungekoppelten Erzeugung unter Vollkostenbedingungen meist günstiger abschneiden, benötigen sie vor dem Hintergrund des aktuell auf dem Niveau kurzfristiger Grenzkosten geführten Preiskampfes zusätzliche Deckungsbeiträge. Die Analyse der Vielzahl vorgeschlagener Zertifizierungskriterien hat ergeben, dass definierter KWK-Strom eine geeignete Messgröße darstellt. Ausführliche Analysen zeigen, dass die Bestimmung dieses Stromanteils mit Hilfe einer einmaligen Anlagenzertifizierung relativ unproblematisch ist. Eine weitere Differenzierung des so definierten KWK-Stroms, z. B. hinsichtlich der CO2-Effizienz, birgt dagegen die Gefahr so krasser Fördergegensätze zwischen alten und neuen Anlagen sowie zwischen gas- und kohlegefeuerten Anlagen, dass dadurch vorhandene, für zukünftige Anwendungen prädestinierte Standorte verloren gehen könnten und die sinnvolle Auskopplung großer Wärmemengen aus Steinkohlekraftwerken unterbleibt. Die Bewertung verschiedener Fördermodelle ergibt kein eindeutiges Bild, welches Fördermodell zu bevorzugen wäre. Andererseits zeigt sich, dass sich aus allen Bausteinen von Förderinstrumenten ein sinnvolles Instrumentenmix konstruieren lässt.Item Open Access Modeling and identification of nonlinear systems using SISO LEM-Hammerstein and LEM-Wiener model structures(2006) Bolognese Fernandes, Pedro; Schlipf, David; Trierweiler, Jorge O.This paper applies the concept of linearization around the equilibrium manifold (LEM) already presented in the literature in order to construct model structures that can be viewed as extensions of the conventional Wiener and Hammerstein models. Instead of linear time-invariant subsystems in association with static nonlinearities, these extensions exhibit variable dynamic character and can therefore model a broader class of systems than the conventional cited approaches. Moreover, the identification strategy already used with LEM systems can be applied in order to construct such models from experiments, and the techniques destined for analysis and control of Wiener and Hammerstein systems can be applied promptly. To application of these concepts to the modeling and identification is demonstrated with a numerical example, considering a heat exchange system.