Multi-Sektor-Kopplung - Modellbasierte Analyse der Integration erneuerbarer Stromerzeugung durch die Kopplung der Stromversorgung mit dem Wärme-, Gas- und Verkehrssektor

Im Projekt MuSeKo wird der kombinierte Einsatz unterschiedlicher Flexibilitäten und Sektorenkopplungen in einem künftigen Energiesystem mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien modellbasiert untersucht. Die Analyse erfolgt mit einem zeitlich und räumlich aufgelösten, techno-ökonomischen Ansatz. Anhand dessen Ergebnissen werden unterschiedliche energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen im Hinblick auf Investitionen und den Anlageneinsatz bewertet. Der Neuheitswert des Projekts liegt einerseits in der Fokussierung auf die Ausgestaltung der Kopplung von Strom- und Gassystem und andererseits auf der Kombination der gesamtwirtschaftlichen mit der betriebswirtschaftlichen Perspektive. Die Projektergebnisse zeigen einerseits die Chancen einer engeren Verzahnung der Strom-, Wärme- und Gasversorgung, und andererseits die damit einhergehenden regulatorischen Herausforderungen für die Anreizung systemdienlicher Investitionen und Anlageneinsätze. Die Arbeiten bieten in den erweiterten Methoden und erhobenen Daten eine wichtige Grundlage zur weiteren Erforschung der Umsetzung der flexiblen Sektorenkopplung in der Energiewende

Integrating system and operator perspectives for the evaluation of power-to-gas plants in the future German energy system

In which way, and in which sectors, will renewable energy be integrated in the German Energy System by 2030, 2040, and 2050? How can the resulting energy system be characterised following a −95% greenhouse gas emission reduction scenario? Which role will hydrogen play? To address these research questions, techno-economic energy system modelling was performed. Evaluation of the resulting operation of energy technologies was carried out from a system and a business point of view. Special consideration of gas technologies, such as hydrogen production, transport, and storage, was taken as a large-scale and long-term energy storage option and key enabler for the decarbonisation of the non-electric sectors. The broad set of results gives insight into the entangled interactions of the future energy technology portfolio and its operation within a coupled energy system. Amongst other energy demands, CO2 emissions, hydrogen production, and future power plant capacities are presented. One main conclusion is that integrating the first elements of a large-scale hydrogen infrastructure into the German energy system, already, by 2030 is necessary for ensuring the supply of upscaling demands across all sectors. Within the regulatory regime of 2020, it seems that this decision may come too late, which jeopardises the achievement of transition targets within the horizon 2050

Low frequency noise in ventilation systems

The main acoustical problems of Heating, Ventilation and Air-Conditioning systems (HVAC) are found more and more in the low frequency range as silencers and other acoustic methods are generally relatively ineffective in this range. In addition, at low frequencies coupled resonances in the duct system may occur which are caused by, for example branches, connected rooms with their modal sound field or other terminations. These resonances can generate high noise levels at low frequencies leading to a situation where desirable levels cannot be met. In rooms with high acoustical requirements, such as for music production and reproduction, the excitation of single modes can lead to a distortion of the sound impression and timbre as well as to a reduce speech intelligibility or a noticeable disturbance even if, for example the required legal levels are met.The goal of the work presented in this thesis is to provide a calculation scheme for complete HVAC-systems in the low frequency range starting at the fan and ending at the sound pressure level in rooms or at outlets facing and possibly disturbing the neighbourhood. The whole system is modelled using well established theory which makes it possible to determine resonances in the system and the effects on sound pressure levels in rooms. Measurements were performed and approximations derived for the determination of the acoustic properties of single HVAC components together with an investigation of the modal sound field in laboratory and office rooms. Calculation procedures for attenuation, sound pressure level, impedance and reflection coefficient were prepared employing 1-dimensional waveguide theory in matrix notation for the ducted system parts enabling a complete simulation and acoustic analysis of HVAC-systems. In particular, the detection of resonances, which are caused by the system at low frequencies, and the possibility to relate them to specific system components offers extended analysis capabilities.</p

Energetische und akustische Effizienz prozesslufttechnischer Anlagen

Ventilatoren werden zwar leiser und auch (Energie-) effizienter, nach wie vor erzeugen sie jedoch Lärmpegel, die mit Schalldämpfern reduziert werden müssen um entsprechende Regeln und Normen einzuhalten. Diese schalldämpfenden Einbauten verursachen aber auch laufende Kosten, da der damit verbundene Druckverlust mittels erhöhter Ventilatorleistung überwunden werden muss. Im Rahmen des vom BMWI geförderten Projektes ”Energetische Effizienz akustischer Systeme” wurde ein Konzept zur möglichst energieeffizienten akustischen Gestaltung prozesslufttechnischer Anlagen entwickelt, das im Beitrag vorgestellt wird. Ausgangssituation und Vorgehensweise werden an Beispielen schrittweise erläutert und daraus Anforderungen an ein Anlagenlayout abgeleitet. Basierend auf analytischen Berechnungsmodellen für die Dämpfung und den Druckverlust wird die Verknüpfung von Anlagenkomponenten zu einem Netzwerkmodel dargestellt. Mit dem Ziel die akustischen Vorgaben bei geringem Druckverlust einzuhalten, wird ein Ansatz zur iterativen Optimierung des Netzwerkmodells diskutiert

Energetische und akustische Effizienz lufttechnischer Anlagen: Gekoppelte Optimierung von Schalldämpfung und Druckverlust

Ventilatoren werden zwar leiser und auch (Energie-) effizienter, nach wie vor erzeugen sie jedoch Lärmpegel, die mit Schalldämpfern reduziert werden müssen, um gesetzliche oder dem Komfort geschuldete Vorgaben zu erfüllen. Diese schalldämpfenden Einbauten verursachen aber auch laufende Kosten, da der damit verbundene Druckverlust mittels erhöhter Ventilatorleistung überwunden werden muss. In einem derzeit laufenden Forschungsprojekt wird die energetische Optimierung akustischer Einbauten in prozesslufttechnischen Anlagen untersucht. Die Kopplung von Schalldämpfung und dem damit verbundenen Druckverlust wird in einem Netzwerkmodell abgebildet. Basierend auf analytischen Modellen für die Dämpfung und den Druckverlust erfolgt die iterative Optimierung mit dem Ziel, die akustischen Vorgaben bei minimalem Druckverlust einzuhalten. Die Vorgehensweise wird an einem Beispiel aus der Prozesslufttechnik schrittweise erläutert. Der zugrunde liegende Optimierungsansatz kann auf andere lufttechnische Anlagen, wie z. B. Luftverteilsysteme in den Waggons der Bahn, übertragen werden

Strömungsgeräusche an Fassaden

Acoustic investigations at façade elements in a wind tunnel may come up with important findings concerning potential noise sources created by the flow. The sources of noise are manifold and are often caused by holes, openings, edges and vibrating parts. They are possibly very dependent on the angel of flow incidence and a certain flow velocity. Measurements at different façade elements in the wind tunnel of the Fraunhofer‐Institute for Building Physics IBP showed also that not necessarily high flow velocities cause the problems. In contrast, low flow velocities that match to certain geometrical dimensions may cause decent sources of noise. A flow velocity of 10 – 20 m/s is already a strong or stormy wind when compared with the Beaufort scale. At such high wind velocities, the general noise level is already raised considerably and able to mask the additional noise of façade elements. A further and important aspect is the very big area of real façades. When already a distinctive flow noise occurs on a façade cutout in the wind tunnel, a much higher noise emission at the building can be expected. Finally, aim of the acoustic tests and optimizations on a wind exposed façade should always be to bring them in line with the design and construction of the façade