Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

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ODH@X - Datenraum für klimaneutrale Quartiere

2023 , Bretschneider, Peter , Bomarius, Frank , Grunwald, Leander , Strüker, Jens , Anthrakidis, Anette , Keller, Robert , Richter, Mark

"ODH@X - Datenraum für klimaneutrale Quartiere" heißt unsere neueste Projektinitiative. Sechs Fraunhofer-Institute, zahlreiche Unternehmen, Institutionen und der ODH führen derzeit Gespräche, um ein engagiertes Konsortium für die Umsetzung dieser Vision zu bilden. Wir wollen damit den technischen Rahmen für den Austausch dezentral erfasster und verwalteter Daten zwischen den verschiedensten Stakeholdern in Quartieren schaffen. Dazu veröffentlichen wir nun mit dem Whitepaper die Vision, Mission und mögliche Anwendungsfälle vom ODH@X-Datenraum. Weitere interessierte Unternehmen sind herzlich willkommen! ODH@X soll ein Datenraum zur flexiblen Bereitstellung von Informationen und Diensten für Planung, Bau und Betrieb klimaneutraler Quartiere in Verbindung mit einer nachhaltigen und wirtschaftlichen cross-sektoralen Energieversorgung sein. "Datenraum" meint dabei nicht, dass eine zentralisierte Datenverwaltung aufgebaut wird, sondern beruht auf der Idee eines virtuellen Netzwerkes auf der Basis von etablierten Internettechnologien. Insofern ist der Datenraum also keine Datenbank, kein Data Lake und auch keine Cloud. Ein Datenraum wird jedoch solche Systeme unterschiedlicher Technologien als Komponenten einbinden und sicher zugreifbar machen. Der Datenraum soll eine offene IT-Systemarchitektur sein, die mittels Vernetzungstechnologie bestehende und neue Services sowie ganze Applikationen unterschiedlichster Art flexibel integriert. Mit der Einführung des ODH@X-Datenraums wollen wir einen aktiven Beitrag für Innovationen zwischen den Unternehmen der Bau-, Wohnungs-, Dienstleistungs- und Energiewirtschaft, den kommunalen Behörden und der in den Quartieren lebenden Menschen leisten. Damit wollen wir einerseits den energetischen Quartiersumbau beschleunigen. Andererseits soll der Datenraum die ökonomisch und ökologisch optimierte Fahrweise der cross-sektoralen Energieversorgung in Quartieren ermöglichen. Mit dem ODH@X-Datenraum, der die verschiedenen, in einem Quartier auftretenden Wertschöpfungsstufen digital verknüpft, eröffnen sich völlig neue, skalierbare Entwicklungsoptionen für die Realisierung nachhaltiger Quartiere. Dies beinhaltet sowohl die Fragen einer bezahlbaren, klimaneutralen, resilienten Energieversorgung als auch des schonenden Umgangs mit den im Quartier benötigten Ressourcen.

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Mit Anlagenmonitoring die Energieeffizienz im Krankenhaus erhöhen

2020 , Hagemeier, Anne , Bernard, Thomas , Schüring, Christoph

Eine zuverlässige und störungsfreie Versorgung mit Kälte und Wärme ist eine unerlässliche Voraussetzung für den Krankenhausbetrieb. Mit Hilfe eines Monitoring-Systems können Messdaten kontinuierlich ausgewertet und visualisiert werden, um einen energieeffizienten Betrieb zu erzielen.

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BauCycle - Verwertungsstrategie für feinkörnigen Bauschutt

2018 , Dittrich, Sebastian , Thome, Volker , Nühlen, Jochen , Gruna, Robin , Dörmann, Joseph

Das Fraunhofer-interne Projekt "BauCycle" entwickelt eine ganzheitliche Verwertungsstrategie für feinkörnigen Bauschutt, welcher bisher meist ungenutzt auf Deponien verbracht wird. In einem ersten Schritt wurde eine Methodik zur "chemischen" Sortierung von Bauschutt kleiner 2 mm entwickelt um Störstoffe wie Gips selektiv aus Beton oder Kalksandstein austragen zu können. Basierend auf den Sortiermöglichkeiten fand die Entwicklung von Bauprodukten mit einem signifikanten Anteil an Bauschutt statt. Es konnte ein Porenbetonstein hergestellt werden bei dem der Primärrohstoff Sand zu 30 Ma.-Prozent durch feinkörniges Bauschuttmaterial ersetzt werden konnte. Zudem wurde ein Akustikputz für Innenanwendungen entwickelt, welcher absolut vergleichbar zu marktüblichen Produkten ist. Neben der Entwicklung neuer Produkte steht auch die Betrachtung geltender Richtlinien im Hinblick auf den Einsatz von neuentwickelten Baustoffen sowie deren ökologische Wirkung im Fokus. Dazu wurden relevante Indikatoren wie Rohstoffqualität und -verfügbarkeit definiert und für eine Modellregion dargestellt. Dies geschah nicht zuletzt unter Berücksichtigung logistischer Parameter. Der finale Schritt im Projekt ist die Implementierung einer Handelsplattform über welche Bauschuttfraktionen bedarfsgerecht angeboten bzw. nachgefragt werden können.

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Modellbasierte, regional aufgelöste Analyse des Bedarfs an netzgekoppelten elektrischen Energiespeichern zum Ausgleich fluktuierender Energien

2013 , Beier, C. , Fröhlich, T. , Bretschneider, Peter

In der Elektrizitätsversorgung müssen zu jedem Zeitpunkt Erzeugung und Verbrauch ausgeglichen sein. Zu diesem Zweck wurden bisher Mittel- und Spitzenlastkraftwerke so geregelt, dass sie die Schwankungen der Nachfrage ausgleichen. Grundlastkraftwerke hingegen wurden konstant mit einer hohen Jahresausnutzungsdauer betrieben. Bei auftretenden starken Schwankungen wurden Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt, um diese auszugleichen und somit eine hohe Volllaststundenzahl der Grundlastkraftwerke zu garantieren. Die Bundesregierung hat beschlossen die Energieversorgung bis 2050 überwiegend durch erneuerbare Energien (EE) sicher zu stellen. Dabei sollen die EE bis 2020 einen Anteil von 35 % am Bruttostromverbrauch erreichen. Bis 2050 soll der Anteil bis auf 80 % ansteigen. Als Basistechnologien sollen Windenergiekonverter und Photovoltaik-Anlagen dienen, deren Erzeugung stark vom Wetter sowie von Tages- und Jahreszeiten abhängen. Die daraus resultierenden Schwankungen haben zur Folge, dass bei hoher Wind- und PV- Einspeisung die konventionellen Kraftwerke in Ihrer Leistung abgeregelt werden müssen. Gleichzeitig müssen sie in Zeiten zu geringer Stromproduktion - beispielsweise an windstillen Tagen - kurzfristig sehr hohe Leistungen zur Verfügung stellen. Durch diese Notwendigkeit an Vorhaltung flexibler Regelleistung lässt sich der konventionelle Kraftwerkspark zukünftig nicht mehr in Grund-, Mittel-, und Spitzenlastkraftwerken einteilen. Darüber hinaus werden die installierten Erzeugerkapazitäten es schon 2020 erlauben, immer wieder den Strombedarf komplett durch Erneuerbare Energien zu decken. Entsprechend wird sich die Stromversorgung zukünftig an der Prognose orientieren, inwiefern die erneuerbaren Energien in der Lage sind, den Stromverbrauch zu decken. Konventionelle Kraftwerke werden zunehmend zur Sicherung der Versorgung eingesetzt und müssen über eine hohe Dynamik und Flexibilität verfügen. Zusätzlich zu den zeitlichen Problemen, die durch die Fluktuationen entstehen, werden Probleme durch die räumliche Verteilung der Stromerzeuger entstehen. Anders als bei den konventionellen Kraftwerken, die sich in der Nähe von Ballungsgebieten und somit der Verbraucher befinden, werden Windkraft- und Photovoltaikanlagen überwiegend an wirtschaftlich günstigen Standorten mit hohem Ertrag installiert. In der Regel liegen diese Regionen fernab von Ballungszentren. Daraus resultiert ein deutlicher Stromüberschuss durch On- und Offshore-Windkraftanlagen in Norddeutschland sowie eine sehr hohe Stromeinspeisung ins Niederspannungsnetz durch PV-Anlagen in den sonnenreichen, ländlichen Regionen im Süden Deutschlands. Nur in wenigen Regionen werden Stromproduktion und -verbrauch auf ein ganzes Jahr betrachtet bilanziell ausgeglichen sein. Doch auch in diesen Regionen werden sich Zeiten der Überproduktion mit Zeiten viel zu geringer Stromerzeugung abwechseln. Ein Ziel der Transformation der Energieversorgung wird daher sein, durch Netzausbau und Energiespeicherung sowie durch Stromerzeuger- und Stromverbrauchermanagement einen zeitlichen und räumlichen Ausgleich zwischen Stromverbrauchern und Stromerzeugern herzustellen. Erwartungsgemäß ist in den Studien mit einer 100%igen regenerativen Versorgung der positive Energieausgleichsbedarf höher als in Studien mit Anteilen an konventioneller Kraftwerksleistung, da diese nachfragegeführten Erzeuger in Schwachlastzeiten Defizite auffangen können. Hingegen scheint die Ausgleichsleistung unabhängiger vom Anteil der erneuerbaren Energien zu sein, sie bewegt sich zwischen 28 und 50 GW. Auffällig ist, dass in allen Studien der negative Bedarf und die Leistung höher sind als die positiven Größen. Dies lässt darauf schließen, dass es viel häufiger zu Stromüberschüssen kommen wird als zu einem Strommangel. Weiterhin ist zu beachten, dass bisherige Studien bis auf die dena-Netzstudie den Energieausgleichsbedarf immer ohne Netzrestriktionen betrachten. Daher ist zu erwarten, dass der Ausgleichsbedarf und die Ausgleichsleistung über den Werten liegen wird. Da die Studien immer verschiedene Szenarien betrachten, wurde für den Vergleich immer das wahrscheinlichste Szenario ausgewählt. Nähere Erläuterungen zu den Studien sind im Anhang zu finden. Weiterhin werden in den Studien von den relevanten Größen positiver und negativer Energieausgleichsbedarf und -leistung nur einzelne betrachtet. Eine vollständige Untersuchung aller Größen in einer regionalen Auflösung wurde bisher nicht durchgeführt.

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Behaviour of NiAl air plasma sprayed coatings in chlorine-containing atmospheres

2023 , Latreche, Hadj , Doublet, Sébastien , Masset, Patrick J. , Weber, Till , Schütze, Michael , Tegeder, Guido , Wolf, Gerhard

Chlorine-containing atmospheres are encountered in several industrial processes, leading to severe corrosion phenomena. The application of thermally sprayed protective coatings is one of the solutions to improve the resistance of steels to chlorine corrosion at high temperature and to promote their long-term resistance. Thermodynamic calculations allow the establishment of the stability areas of metals as well as their corresponding oxides and chlorides as a function of the chlorine and oxygen partial pressures of the atmosphere. The coefficient of thermal expansion of a cylindrical bulk NiAl specimen was measured using a L75/1550 dilatometer from Linseis. The diffusion experiments were carried out in a tube furnace made of alumina under argon.

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Bauschutt optisch sortiert

2019 , Nühlen, Jochen , Gruna, Robin , Maier, Georg

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Bedarfsanalyse Energiespeicher 2 - Auswirkungen der räumlichen Verteilung von Anlagen zur Stromerzeugung und Bewertung von Energieausgleichstechnologien. Abschlussbericht

2017 , Beier, Carsten , Winkel, Michael , Wrobel, Patrick , Bretschneider, Peter , Nicolai, Steffen , Kharboutli, Samir , Monsalve, Cristian

Im Rahmen des Vorhabens wurden eine Methodik und die dafür notwendigen Modelle entwickelt, um die Aufstellungsorte von Stromerzeugern hinsichtlich der Auswirkungen auf das Stromversorgungssystem bewertet werden zu können. Weiterhin wurde der Energieausgleichsbedarf sowohl in deutschlandweiten Szenarien als auch innerhalb von Regionen untersucht. Ein weiteres Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Modells, mit dem verschiedene Energieausgleichsoptionen und ihre Kombinationen in ihrer zeitlichen und räumlichen Dynamik abgebildet und bewertet werden können. Dabei wurden die individuellen Charakteristiken sowie Vor- und Nachteile der verschiedenen Energieausgleichsoptionen berücksichtigt. Es wurden Technologien zur Stromerzeugung und zum Energieausgleich eruiert und charakterisiert. Anschließend wurden zwei Referenzregionen ausgewählt und Optimierungsziele definiert. Im nächsten Schritt wurde mit Hilfe von Simulationsrechnungen eine optimale Verteilung der betrachteten Stromerzeuger entwickelt und der deutschlandweite Energieausgleichsbedarf in den Regionen berechnet. Es wurde die Datenbasis für die Simulationen in den Referenzregionen erarbeitet sowie Szenarien definiert. Anschließend wurden die Ausgleichsoptionen und die relevante Netzebenen in den Referenzregionen modelliert. Abschließend erfolgte eine zusammenfassende Bewertung der Simulationsergebnisse sowie des Einflusses der Aufstellungsorte von Stromerzeugern und der Energieausgleichsoptionen auf den Energieausgleichsbedarf.

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Entwicklung eines offenen, nutzerorientierten IKT-Ökosystems für cross-sektorale Energiesysteme in Stadtquartieren am Beispiel Bochum-Weitmar

2023 , Lödige, Michaela , Flemming, Sebastian , Bender, Tom , Grunwald, Leander , Tischendorf, Jana , Klarner, Therese , Williams, Robin Patrick , Friedrich, Franziska , Schober, Marcus , Borcherding, Karl

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Bericht Trendanalyse 2017

2018 , Beier, Carsten , Schnier, Matthias , Schill, Cornelius , Henn, Sarah , Hanisch, Claudia , Osterhage, Tanja , Erhorn-Kluttig, Heike , Erhorn, Hans , Lyslow, Linda , Kharboutli, Samir , Flemming, Sebastian

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Das Verbundprojekt BauCycle - von feinkörnigem Bauabbruch zu funktionalen Baumaterialien und Bauteilen

2016 , Dittrich, Sebastian , Dörmann, Joseph , Gruna, Robin , Nühlen, Jochen , Thome, Volker

Keine andere Branche ist so ressourcenintensiv wie die volkswirtschaftlich bedeutsame Herstellung und Verarbeitung von Steinen und Erden - etwa 19 Tonnen pro 1.000 EUR Bruttowertschöpfung im Jahr 2008 - und keine andere Branche verursacht mehr Abfälle. Gleichzeitig findet nur in geringem Umfang - etwa fünf Prozent, - ein hochwertiges Recycling auf Produktniveau statt. Der meiste Abfall landet im Unterbau von Straßen, findet Verwendung als Füllmaterial oder wird direkt deponiert.

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