Fernwärme ist aufgrund der verstärkten Förderung der Bundesregierung in den letzten Jahren wieder stärker in den Fokus der Energiewirtschaft gerückt. In Hinblick auf einen wirtschaftlich und energetisch effizienten Betrieb von Fernwärmesystemen ist nicht nur der Einsatz der Wärmeerzeuger mittels einer Einsatzplanung sorgfältig zu organisieren, sondern auch das Betriebsverhalten des Wärmeverteilnetzes selbst zu berücksichtigen. So führen ständig auftretende Änderungen der thermischen Last, der Vorlauftemperatur am Einspeisepunkt oder der Rücklauftemperaturen der Abnehmer zu instationären Betriebszuständen im Fernwärmenetz. Die damit verbundene zeitliche Entkopplung der zentralen Wärmeeinspeisung von der dezentralen Wärmeentnahme induziert eine Speicherung thermischer Energie in dem in den Rohrleitungen befindlichen Wasser und in den Rohren selbst. In den seltensten Fällen wird dieser Vorgang der Wärmespeicherung aktiv genutzt, er tritt vielmehr als eher unerwünschter Nebeneffekt auf. Bei Kenntnis der thermodynamischen Zusammenhänge hingegen lässt sich das Fernwärmenetz durch zielgerichtete Steuerung der Vorlauftemperatur analog einem thermischen Heißwasserspeicher als Wärmespeicher nutzen. Dies ist wiederum für die Betriebs- und Gewinnoptimierung interessant, da so weitere Speicherkapazitäten nutzbar gemacht werden können, um Lastspitzen zu verschieben und KWK-Anlagen zu betreiben ohne zusätzliche Investitionen tätigen zu müssen. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, in der die Netzspeicherleistung mit Hilfe eines thermo-hydraulischen Simulationsprogrammes bestimmt wird, wobei dynamische Effekte wie die veränderliche Vorlauftemperaturen am Einspeisepunkt oder die stark schwankenden Lastanforderungen der Abnehmer in der Berechnungsmethodik realitätsnah abgebildet werden. Für eine aktive Nutzung des Fernwärmenetzes als Wärmespeicher muss der Verlauf der Vorlauftemperatur an die jeweilig gewünschte Netzspeicherleistung angepasst werden. Dazu wird in dieser Arbeit ein vereinfachter Funktionsansatz für die Netzspeicherleistung bestimmt, der zunächst mittels Regressionsanalyse aus den Ergebnissen gezielter thermo-hydraulischer Simulationen ermittelt und anschließend so in eine Einsatzplanung integriert wird, sodass die Vorlauftemperatur als zu optimierende Variable in die Gesamtoptimierung einfließt. Anhand eines realen Anwendungsfalls werden die Möglichkeiten und Grenzen der aktiven Nutzung der Speicherfähigkeit von Fernwärmenetzen aufgezeigt. Insbesondere werden monetäre Gewinnpotentiale bei Anwendung der aktiv gesteuerten Netzspeicherung in durch KWK-Anlagen versorgten Fernwärmenetzen bei gleichzeitigem Stromhandel auf dem Spotmarkt abgeschätzt.

Fernwärme ist aufgrund der verstärkten Förderung der Bundesregierung in den letzten Jahren wieder stärker in den Fokus der Energiewirtschaft gerückt. In Hinblick auf einen wirtschaftlich und energetisch effizienten Betrieb von Fernwärmesystemen ist nicht nur der Einsatz der Wärmeerzeuger mittels einer Einsatzplanung sorgfältig zu organisieren, sondern auch das Betriebsverhalten des Wärmeverteilnetzes selbst zu berücksichtigen. So führen ständig auftretende Änderungen der thermischen Last, der Vorlauftemperatur am Einspeisepunkt oder der Rücklauftemperaturen der Abnehmer zu instationären Betriebszuständen im Fernwärmenetz. Die damit verbundene zeitliche Entkopplung der zentralen Wärmeeinspeisung von der dezentralen Wärmeentnahme induziert eine Speicherung thermischer Energie in dem in den Rohrleitungen befindlichen Wasser und in den Rohren selbst. In den seltensten Fällen wird dieser Vorgang der Wärmespeicherung aktiv genutzt, er tritt vielmehr als eher unerwünschter Nebeneffekt auf. Bei Kenntnis der thermodynamischen Zusammenhänge hingegen lässt sich das Fernwärmenetz durch zielgerichtete Steuerung der Vorlauftemperatur analog einem thermischen Heißwasserspeicher als Wärmespeicher nutzen. Dies ist wiederum für die Betriebs- und Gewinnoptimierung interessant, da so weitere Speicherkapazitäten nutzbar gemacht werden können, um Lastspitzen zu verschieben und KWK-Anlagen zu betreiben ohne zusätzliche Investitionen tätigen zu müssen. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, in der die Netzspeicherleistung mit Hilfe eines thermo-hydraulischen Simulationsprogrammes bestimmt wird, wobei dynamische Effekte wie die veränderliche Vorlauftemperaturen am Einspeisepunkt oder die stark schwankenden Lastanforderungen der Abnehmer in der Berechnungsmethodik realitätsnah abgebildet werden. Für eine aktive Nutzung des Fernwärmenetzes als Wärmespeicher muss der Verlauf der Vorlauftemperatur an die jeweilig gewünschte Netzspeicherleistung angepasst werden. Dazu wird in dieser Arbeit ein vereinfachter Funktionsansatz für die Netzspeicherleistung bestimmt, der zunächst mittels Regressionsanalyse aus den Ergebnissen gezielter thermo-hydraulischer Simulationen ermittelt und anschließend so in eine Einsatzplanung integriert wird, sodass die Vorlauftemperatur als zu optimierende Variable in die Gesamtoptimierung einfließt. Anhand eines realen Anwendungsfalls werden die Möglichkeiten und Grenzen der aktiven Nutzung der Speicherfähigkeit von Fernwärmenetzen aufgezeigt. Insbesondere werden monetäre Gewinnpotentiale bei Anwendung der aktiv gesteuerten Netzspeicherung in durch KWK-Anlagen versorgten Fernwärmenetzen bei gleichzeitigem Stromhandel auf dem Spotmarkt abgeschätzt.

Die Arbeit widmet sich der Einsatzplanung von Luftfahrzeugen (LFZ) und fokussiert dabei auf die herausfordernde Thematik des Verschleißes, der zu einer Heterogenität in der Brennstoffeffizienz innerhalb der Flotte führt. Dieser heterogene Effekt wird durch den sogenannten 'Performance Factor' (PF) quantifiziert, der den Verbrauch im Vergleich zu einem nicht verschleißbehafteten Referenz-LFZ adjustiert. Trotz der nachgewiesenen Auswirkungen auf die Effizienz wird der PF bisher in der Einsatzplanung weitgehend vernachlässigt. Das Ziel dieser Forschungsarbeit besteht in der systematischen Untersuchung des Potenzials zur Reduzierung des Brennstoffbedarfs und der damit verbundenen CO2-Emissionen durch eine effizienzorientierte Einsatzplanung mittels Berücksichtigung des PF. Zu diesem Zweck wird ein taktisches Modell, das sogenannte 'TARP-Modell,' entwickelt. Es ermöglicht eine integrierte Lösung der Phasen des Aircraft Routings und des Tail Assignments, wodurch individuelle Flugdurchführungskosten unter Berücksichtigung der Heterogenität der Flüge und der PF-Verteilung in der Flotte ermittelt werden können. Die erzielten Ergebnisse verdeutlichen, dass eine effizienzorientierte Einsatzplanung eine Senkung der Brennstoffkosten um etwa 0,25% bis 0,5% ermöglicht. Selbst bei unvorhergesehenen Flugplanstörungen und der vermehrten Nutzung von sogenannten Aircraft Swaps (TARP-R-Modell) bleibt das Potenzial weitestgehend erhalten, sofern der PF angemessen in die Entscheidungsfindung integriert wird. Es ist jedoch zu beachten, dass das Potenzial mit zunehmender Komplexität in der Flug- und LFZ-Zuordnung durch verstärkte Restriktionen abnehmen kann. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen Beitrag zur Ressourcenschonung und zur Verringerung der Klimawirksamkeit des Luftverkehrs. Es ist anzunehmen, dass zukünftige technologische Fortschritte im Bereich des digitalen Zwillings die Berechnung des PF noch präziser gestalten werden, wodurch dessen Bedeutung sowohl wissenschaftlich als auch operationell weiter an Bedeutung gewinnen dürfte. / The thesis is dedicated to the aircraft rotation and assignment and focuses on the challenging issue of aircraft performance degradation, which leads to heterogeneity in fuel efficiency within the fleet. This heterogeneous effect is quantified by the so-called 'Performance Factor' (PF), which adjusts fuel consumption in comparison to a non-worn reference aircraft. Despite its proven impact on efficiency, the PF has largely been disregarded in aircraft planning practices. The main objective of this research is to systematically investigate the potential for reducing fuel consumption and associated CO2 emissions through an efficiency-oriented aircraft planning approach, incorporating consideration of the PF. To achieve this goal, a tactical model, referred to as the 'TARP model,' is developed. The model facilitates an integrated solution to the aircraft routing and tail assignment phases, enabling the determination of individual flight execution costs while accounting for the heterogeneity of flights and PF distribution in the fleet. The results obtained underscore that an efficiency-oriented aircraft planning approach can yield a reduction in fuel costs of approximately 0.25% to 0.5%. Even in the presence of unforeseen flight schedule disruptions and increased utilization of aircraft swaps (TARP-R model), the potential remains largely preserved, provided the PF is adequately integrated into the decision-making process. Nevertheless, it should be noted that the potential may diminish with growing complexity in flight and aircraft assignment, stemming from heightened restrictions. Consequently, this study contributes to resource conservation and the mitigation of the aviation industry's climate impact. Anticipated advancements in digital twin technologies are expected to further refine PF calculations, enhancing its significance both from a scientific and operational standpoint.