Herausforderungen einer nachhaltigen Wasserwirtschaft. Innovationsreport

Das Zusammenspiel aus demographischen, klimatischen und wirtschaftsstrukturellen Wandelprozessen stellt die Wasserwirtschaft vieler Weltregionen gegenwärtig vor große Herausforderungen. Während im Kontext des Klimawandels gravierende Veränderungen regionaler Wasserkreisläufe erwartet werden, steigt zeitgleich der Nahrungsmittel- und Energiebedarf einer global wachsenden Bevölkerung. Vielerorts verschärft sich dadurch das Spannungsfeld konfliktärer Nutzungsinteressen an den Wasserressourcen. Gleichzeitig ergeben sich zusätzliche Herausforderungen hinsichtlich der Verunreinigungen der Gewässer mit Nähr- und Schadstoffen. Mit den Rahmenbedingungen ändern sich auch die Anforderungen an die Wasserinfrastrukturen teilweise drastisch. Die bestehenden Infrastrukturen zur Wasserver- und Abwasserentsorgung werden teilweise an ihre Leistungs- bzw. Wirtschaftlichkeitsgrenzen kommen – sie müssen deshalb rechtzeitig an die zukünftigen Herausforderungen angepasst und flexiblere Lösungskonzepte müssen entwickelt und umgesetzt werden. Im Rahmen des TAB-Berichts wird die weltweite Innovationsdynamik im Bereich Wasser untersucht, das Innovationssystem im Bereich der Wassertechnologien analysiert, und es werden wichtige Herausforderungen und Trends für Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer aufgezeigt. Mit Blick auf Deutschland erscheinen verstärkte Anstrengungen zur Förderung des Innovationssystems im Bereich der Wassertechnologien notwendig. Dies betrifft die Forschungsförderung, die gezielte Förderung des Übergangs von Forschungsergebnissen in die Praxis sowie die Stärkung und dauerhafte Unterstützung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit

Methodology for Detecting and Interpreting Instantaneous Frequencies in Stand-alone Microgrids - An Application of the Hilbert Huang Transform on Electrical Networks

Following the tile, this thesis seeks to find a methodology for detecting and interpreting instantaneous frequencies in stand-alone microgrids. This is not a novel exercise for scientists to do but it bears potential to be improved by making use of a new method - the Empirical Mode Decomposition (EMD). The EMD is a non-linear algorithm that separates any oscillating signal into mono-components, leaving space for time-varying amplitude and -frequency of the so called Intrinsic Mode Functions. To start with, a brief introduction to stand-alone microgrids is given. Microgrids are considered to be driven by renewable energy sources such as e.g. solar-panels which make electrical power converter necessary to transform the produced energy from DC to AC. The control of the power converters plays the lead role in shaping voltage and current waveforms of the network while no other traditional type of rotating generators are assumed. The imitation of synchronous machine behaviour, however is a favoured method to control converters because traditional machines have certain inherent advantageous physical properties. The power-balance (load/supply mismatch) and the fundamental frequency of the network (usually 50 Hz or 60 Hz) are set into a backhanded relationship so that changes in the consumed, or generated power leads to a changing fundamental frequency. The impact of fast changing solar power (e.g. reasoned by non-steady solar irradiance - clouds) is obvious and as a follow-up from the converter control it can lead to a supply-fluctuation and violation of the fundamental frequency. Deterioration of the power quality and wrong statements on the actual network status due to improper measurement equipment can follow and are part of the investigation of this thesis. The EMD plays a key-role, as it shows certain advantages against the widely used Fast Fourier Transform in handling non-linear, non-steady signal. The core of the thesis deals with the analysis of voltage and current measurements from stand-alone microgrid, 3-phase systems. Focusing on detecting the true composition of the measured signal, several methods, based on analysis of the raw measurements, combined 3-phase rotating space vectors for voltages and currents and instantaneous power are developed. The developed methods are applied to data, recorded at a marine vessel during sea-voyage. The system on board the ship has certain similarities to previous explained onshore networks, as the balance between generated and consumed power is dynamic. In the ship, the generation is relatively steady but the load (electrical propulsion) varies vastly

Impact of time varying angular frequency on the separation of instantaneous power components in stand-alone power systems

The paper addresses the impact that time varying angular frequencies observed in electrical signals can have on the calculation and separation of components from the instantaneous electric power signal. Instantaneous power theories provide various methods for calculating the instantaneous power components in an electrical network. These methods are based on the basic assumption of constant fundamental frequency and harmonics that are multiple of the fundamental frequency. Recent field measurements in isolated electrical systems have however reported the existence of time varying angular frequencies or instantaneous frequencies. This new observation will affect the very foundation of the established methods for instantaneous power calculation and components separation. This paper analyses the separation of instantaneous average and oscillatory components of powers by using linear and non-linear filtering approaches in systems that exhibit time varying angular frequencies. The results of this comparison reveals the limitations of the assumption of fundamental and harmonic frequency when using linear filtering techniques in the presence of time varying angular frequencies. Non-linear filtering may offer a more robust and accurate estimation of the instantaneous values of powers and a power quality assessment that better reflects the actual system conditions

Transitionswege WasserInfraSTruktursysteme. Anpassung an neue Herausforderungen im städtischen und ländlichen Raum. Endbericht

Vor dem Hintergrund der langen Nutzungsdauern von Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsinfrastrukturen, ihrer geringen Flexibilität und der Veränderungen wichtiger Rahmenbedingungen sind die bestehenden Systeme weiterzuentwickeln um kommenden Herausforderungen gerecht zu werden. Hier setzt das Verbundvorhaben TWIST++ (TransitionswegeWasserInfraSTruktursysteme) an. In diesem Projekt wurden integrierte und zukunftsweisende technische Lösungen erarbeitet, die auf intelligente Weise Entsorgungsaufgaben für Abwasser mit Versorgungsaufgaben für Trinkwasser vereinen und die Flexibilität des Gesamtsystems, sich an künftige Veränderungen anzupassen, erhöhen. Unter Leitung des Fraunhofer ISI arbeiteten dazu Forschungsinstitute, Partner aus Kommunen, Wasser- und Abwasserwirtschaft (Betreiber) sowie Unternehmen aus den Bereichen Planung, Software/Spielentwicklung und Anlagenbau in einem Projektverbund zusammen. In diesem Bericht sind die Ergebnisse des Fraunhofer ISI zusammengefasst, weitere Informationen zum Projekt und zu Projektergebnissen sind auf der Projektseite http://www.twistplusplus.de/ zu finden

Complete axiomatizations for XPath fragments

We provide complete axiomatizations for several fragments of Core XPath, the navigational core of XPath 10 introduced by Gottlob. Koch and Pichler A complete axiomatization for a given fragment is a set of equivalences from which every other valid equivalence is derivable; equivalences can be thought of as (undirected) rewrite rules. Specifically, we axiomatize single axis fragments of Core XPath as well as full Core XPath Our completeness proofs use results and techniques from modal logic