Aus der Einleitung: "Der Anteil erneuerbaren Energien in der Energieversorgung soll auch in den kommenden Jahren weiter ausgebaut werden. Dadurch steigt der Bedarf an großen und effizienten Windkraftanlagen (WKA) mit immer höheren Anforderungen an Materialien und Strukturen. Die hohen Belastungen und limitierenden Faktoren in Bezug auf die Lebensdauer solcher Anlagen sind meist dynamisch und abhängig von Strukturschwingungen und Belastungsanregung. Hierzu werden vermehrt Simulationstechniken eingesetzt, die in der Praxis durch den Mangel an genauen Randbedingungen unpräzise sind bzw. als Modell durch Messungen validiert werden müssen. Während typischerweise zur Erfassung von Schwingwegen Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt werden, gestaltet sich die Implementierung solcher Messtechnik in drehenden Strukturen meist komplex und aufwändig (Ozbek et al. 2010). Der Einsatz optischer Messtechnik ist im Vergleich einfacher und kann potentiell die Optimierung von Simulationsmodellen unterstützen (Ozbek et al. 2010, Schmidt-Paulsen et al. 2009, 2011)."

The energy sector is one of the most active application domains being forced to re-think the current practice and apply data-management based IT solutions to provide a scalable and sustainable supply and distribution of energy. Challenges range from energy production by seamlessly incorporating renewable energy resources over energy distribution and monitoring to controlling energy consumption. Decisions are based on huge amounts of empirically collected data from smart meters, new energy sources (increasingly RES - renewable energy sources such as wind, solar, hydro, thermal, etc), new distributions mechanisms (Smart Grid), and new types of consumers and devices, e.g., electric cars.

The energy sector is in transition–being forced to rethink the current practice and apply data-management based IT solutions to provide a scalable and sustainable supply and distribution of energy. Novel challenges range from renewable energy production over energy distribution and monitoring to controlling and moving energy consumption. Huge amounts of “Big Energy Data,” i.e., data from smart meters, new renewable energy sources (RES–such as wind, solar, hydro, thermal, etc), novel distributions mechanisms (Smart Grid), and novel types of consumers and devices, e.g., electric cars, are being collected and must be managed and analyzed to yield their potential.

Die Energiewende ist in aller Munde. Doch zu einfach ist der Gedanke es gehe nur um Wind, Photovoltaik und Biogas. Im Landwirtschaftsbetrieb müssen alle Energieerzeuger und –verbraucher intelligent miteinander gekoppelt und verwoben werden. Bestenfalls kann Energie – in welcher Form auch immer – an den ländlichen Raum abgegeben werden. Die vorliegende Schriftenreihe stellt reale Betriebseispiele für die Landwirtschaft vor. Interessierte Landwirte können hier Anregungen zur fossilfreien energetischen Umgestaltung ihres Betriebes finden. Redaktionsschluss: 30.09.2022

Im Rahmen der Energiewende vollzieht sich die Abkehr von einer zentralisierten Energieversorgung mit weitgehend fossilen Kraftwerken hin zu einem dezentral organisierten System mit vorrangig erneuerbaren Energien. In diesem zukünftigen durch erneuerbare Energien dominierten Energiemarkt, nimmt die Photovoltaik (PV) aufgrund ihrer technologischen Eigenschaften eine besondere Stellung ein. Einer umfassenden Nutzung der Photovoltaik standen in der Vergangenheit hohe Investitionskosten entgegen. Der globale Auf- und Ausbau von Produktionskapazitäten zur Fertigung von PV-Anlagen und damit einhergehende Lernkurveneffekte haben im Zeitverlauf zu einer deutlichen Kostenreduktion für PV-Anlagen geführt. Die vormalige Kostenintensität von PV-Anlagen hat zur Entwicklung des klassischen Ansatzes zur Netzparität der Photovoltaik, als Maß deren Wettbewerbsfähigkeit, geführt. Der Ansatz stellt auf den Vergleich von Stromgestehungskosten einer neu installierten PV-Anlage eines Haushalts mit dessen Strombezugskosten aus dem öffentlichen Stromnetz ab. Sowohl die Gegenüberstellung von Kosten und Preisen als auch der Fokus lediglich auf private Haushalte schränken die Anwendbarkeit des Ansatzes ein und bilden den Hintergrund dieser Arbeit. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche bestehender Paritätsbegriffe erfolgt eine Neudefinition des Ansatzes der Netzparität der Photovoltaik, die eine aussagekräftige Bewertung der Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie erlaubt. Wettbewerbsfähigkeit ist gegeben, wenn sich der Einsatz der Photovoltaik kostensenkend auf die Gesamtkosten der Stromproduktion des Energiemarkts auswirkt. Die allgemeine Anwendbarkeit des Ansatzes auf weitere Energieerzeugungstechnologien, regional und zeitlich unabhängig, gilt als wesentliche Bedingung der Entwicklung des Paritätsansatzes. Hierfür werden die Kriterien reine Kostenorientierung, Betrachtung des gesamten Lebenszyklus von Energieerzeugungsanlagen, Anlagenbetrieb im technologischen Optimum und Vergleichsbasis im Energiemix definiert. Unter Zuhilfenahme eines Energiemarktmodells erfolgt die theoretische Darstellung des novellierten Paritätsansatzes. Netzparität der Photovoltaik im Ansatz dieser Arbeit liegt vor, wenn PV-Anlagen im Rahmen ihrer Nutzungsdauer eine Kostensenkung im Energiemix bewirken. Das bedeutet, dass der Saldo aus Stromgestehungskosten von PV-Anlagen eines Installationsjahrs und dem Energiemix über deren Nutzungsdauer positiv ist. Im Ergebnis des novellierten Ansatzes wird festgestellt, dass der jeweils in einer Region vorliegende Energiemix die Wettbewerbsfähigkeit von Stromerzeugungstechnologien wie der Photovoltaik determiniert. Externe Eingriffe wie eine Begrenzung der Anlagennutzungsdauer, führen generell zu höheren Kosten im Energiemix. Weiterhin zeigt sich, dass für den Standort Deutschland PV-Anlagen ab 2035 die Bedingungen der Netzparität erfüllen und entsprechend im nationalen Energiemix kostenmindernd wirken. Die Neudefinition des Ansatzes zur Netzparität als kostenbasiertes, langfristorientiertes und technologieneutrales Modell stellt ein Planungsinstrument dar, das die Umsetzung politischer Ziele wie der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien oder die Reduktion von CO2-Emissionen kostenminimal ermöglicht.

Die elektrische Energieform gewinnt im Kraftfahrzeug wegen ihrer Nutzungsvielfalt und sehr guten Steuerbarkeit für die Realisierung neuartiger Funktionen zunehmend an Bedeutung. Voraussetzung für ihren Einsatz ist eine zuverlässige und effiziente Bereitstellung durch das Kfz-Energiebordnetz. Dafür ist ein intelligentes Energiemanagement erforderlich, welches mit geeigneten Strategien die Leistungsflüsse im Energiesystem koordiniert. In dieser Arbeit werden die beiden Entwurfsziele der Zuverlässigkeit und der Effizienz bei der Entwicklung von elektrischen Energiemanagement-Strategien systematisch betrachtet. Es erfolgt eine Beschreibung und Zuordnung der einzelnen Ziele und Maßnahmen anhand der Energieflüsse und Wirkungsketten. Ein Schwerpunkt bildet dabei die Beherrschung von Lastwechseln im Bordnetz. Für Aussagen hinsichtlich einer effizienten Erzeugung elektrischer Energie erfolgt eine Untersuchung der Energiewandlungskette anhand analytischer Methoden und mit Hilfe einer simulationsgestützten Optimierung. Ein weiterer Fokus der Arbeit liegt in der Betrachtung zur Anwendung ökonomischer Modelle für eine Energiekoordination. Es werden die theoretischen Grundlagen der Mikroökonomie zusammengestellt und mögliche Funktionsstrukturen eines einseitigen und zweiseitigen Allokationsmechanismus verglichen und bewertet. Abschließend zeigen experimentelle Untersuchungen an einem Bordnetzprüfstand zum Lastwechselverhalten und die Integration eines Energiemanagement-Systems den praktischen Bezug zum realen System.

Inhalt: Energieforschungsprogramm des Bundes: Förderkonzept solar optimiertes Bauen Planungsfehler beim Feuchte- und Wärmeschutz von Fußbodenkonstruktionen Heat insulation and indoor climate control in arid areas (Toshky Region) Hygrisch motivierter Wärmeschutz Anlagentechnische Möglichkeiten für die EnEV – Was tun ? Mangelhafter Schallschutz von Gebäuden – Beispiele aus der Praxis Biomassenutzung zur Kraft- und Wärmebereitstellung - ein Blick nach Österreich Challenges and opportunities for solar energy use and energy efficiency measures for buildings and settlements in Dalmatia Wärmecontracting - Eine Dienstleistung zur Kostenminimierung ?

Wegen ihrer großen Bedeutung für die Verfügbarkeit der Stellwerke thematisiert die vorliegende Arbeit den Teilbereich der Energieversorgungsanlagen von Stellwerken. Ausgehend von aktuellen Fragestellungen werden neun Forschungsfragen definiert. Zunächst werden die Grundlagen sowie der Forschungsstand im Bereich der Energieversorgung untersucht. Anschließend erfolgt eine Analyse der historischen Entwicklung der Energieversorgung in der Stellwerkstechnik auf Grundlage einer umfangreichen Literaturrecherche. Darauf folgend werden aktuelle und zukünftige Entwicklungen auf diesem Gebiet untersucht. Im Hauptteil der Arbeit erfolgt eine Fokussierung auf die Energieversorgung von Relaisstellwerken. Die derzeit eingesetzten Anlagen werden hinsichtlich Technik, Altersstruktur und Zustand nebst Störungen analysiert. Dazu werden umfangreiche statistische Auswertungen vorgenommen. Im Anschluss wird ein universelles Erneuerungskonzept zur Ausrüstung der vorhandenen Stellwerke mit modernen Energieversorgungen vorgestellt. Durch die Untersuchung von Entscheidungskriterien wird ermittelt, wann unterschiedliche Erneuerungsvarianten eingesetzt werden sollten. In einer Lebenszykluskostenrechnung (LCC) mit anschließender Wirtschaftlichkeitsrechnung (WKR) werden diese Umbauvarianten monetär bewertet und miteinander verglichen. / Due to its importance for the availability of interlockings, this PhD thesis focuses on the part of the interlockings power supply systems. Based on current issues, nine research questions are defined. First, the basics as well as the present state of the art in research and technology in the field of power supply are examined. This is followed by an analysis of the historical development of interlocking power supply systems based on a substantial literature research. Subsequently, the current and future key developments in this field are investigated. The main part of the work focuses on power supply systems of relay interlockings. The systems currently used are analysed regarding technology, aging and present condition as well as incidents. For that purpose comprehensive statistical evaluations are conducted. After that, a universal concept for replacement of old power supplies by state-of-the-art technology in existing interlocking systems is presented. By studying decision-making-criteria, the appropriate application of different renewal variants is determined. In a life-cycle-costing (LCC) and follow-up cost effective analysis (WKR) the different variants are evaluated and compared with each other.

Im Rahmen der Energiewende vollzieht sich die Abkehr von einer zentralisierten Energieversorgung mit weitgehend fossilen Kraftwerken hin zu einem dezentral organisierten System mit vorrangig erneuerbaren Energien. In diesem zukünftigen durch erneuerbare Energien dominierten Energiemarkt, nimmt die Photovoltaik (PV) aufgrund ihrer technologischen Eigenschaften eine besondere Stellung ein. Einer umfassenden Nutzung der Photovoltaik standen in der Vergangenheit hohe Investitionskosten entgegen. Der globale Auf- und Ausbau von Produktionskapazitäten zur Fertigung von PV-Anlagen und damit einhergehende Lernkurveneffekte haben im Zeitverlauf zu einer deutlichen Kostenreduktion für PV-Anlagen geführt. Die vormalige Kostenintensität von PV-Anlagen hat zur Entwicklung des klassischen Ansatzes zur Netzparität der Photovoltaik, als Maß deren Wettbewerbsfähigkeit, geführt. Der Ansatz stellt auf den Vergleich von Stromgestehungskosten einer neu installierten PV-Anlage eines Haushalts mit dessen Strombezugskosten aus dem öffentlichen Stromnetz ab. Sowohl die Gegenüberstellung von Kosten und Preisen als auch der Fokus lediglich auf private Haushalte schränken die Anwendbarkeit des Ansatzes ein und bilden den Hintergrund dieser Arbeit. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche bestehender Paritätsbegriffe erfolgt eine Neudefinition des Ansatzes der Netzparität der Photovoltaik, die eine aussagekräftige Bewertung der Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie erlaubt. Wettbewerbsfähigkeit ist gegeben, wenn sich der Einsatz der Photovoltaik kostensenkend auf die Gesamtkosten der Stromproduktion des Energiemarkts auswirkt. Die allgemeine Anwendbarkeit des Ansatzes auf weitere Energieerzeugungstechnologien, regional und zeitlich unabhängig, gilt als wesentliche Bedingung der Entwicklung des Paritätsansatzes. Hierfür werden die Kriterien reine Kostenorientierung, Betrachtung des gesamten Lebenszyklus von Energieerzeugungsanlagen, Anlagenbetrieb im technologischen Optimum und Vergleichsbasis im Energiemix definiert. Unter Zuhilfenahme eines Energiemarktmodells erfolgt die theoretische Darstellung des novellierten Paritätsansatzes. Netzparität der Photovoltaik im Ansatz dieser Arbeit liegt vor, wenn PV-Anlagen im Rahmen ihrer Nutzungsdauer eine Kostensenkung im Energiemix bewirken. Das bedeutet, dass der Saldo aus Stromgestehungskosten von PV-Anlagen eines Installationsjahrs und dem Energiemix über deren Nutzungsdauer positiv ist. Im Ergebnis des novellierten Ansatzes wird festgestellt, dass der jeweils in einer Region vorliegende Energiemix die Wettbewerbsfähigkeit von Stromerzeugungstechnologien wie der Photovoltaik determiniert. Externe Eingriffe wie eine Begrenzung der Anlagennutzungsdauer, führen generell zu höheren Kosten im Energiemix. Weiterhin zeigt sich, dass für den Standort Deutschland PV-Anlagen ab 2035 die Bedingungen der Netzparität erfüllen und entsprechend im nationalen Energiemix kostenmindernd wirken. Die Neudefinition des Ansatzes zur Netzparität als kostenbasiertes, langfristorientiertes und technologieneutrales Modell stellt ein Planungsinstrument dar, das die Umsetzung politischer Ziele wie der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien oder die Reduktion von CO2-Emissionen kostenminimal ermöglicht.

Ein wirtschaftlich optimal ausgelegtes Magnetschwebebahnsystem kann zur Lösung der weltweit drohenden Verkehrsprobleme beitragen, die im Zuge von Globalisierung und steigender Bevölkerung vor allem Regionen mit hohem Wachstumspotential bevorstehen. Im Grenzbereich zwischen Technikbewertung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden in der vorliegenden Forschungsarbeit einerseits Optimierungsansätze für das Subsystem „Antrieb und Energieversorgung“ des Transrapid vorgestellt. Sie leisten einen Beitrag zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems über den Lebenszyklus. Auf der anderen Seite wird eine Methodik präsentiert, die es ermöglicht, die betriebswirtschaftlichen Wirkungen der einzelnen Optimierungsmaßnahmen für das Gesamtsystem abzuschätzen. Ausgangspunkt der Untersuchungen ist die Analyse von Zielsystem und aktuellem Entwicklungsstand des Transrapid-Systems. Darauf aufbauend lassen sich mögliche Optimierungsschwerpunkte für das Teilsystem „Antrieb und Energieversorgung“ ableiten und Varianten in Abhängigkeit der Auslegungsparameter erstellen. Kernstück der vorliegenden Ausarbeitung ist die Erstellung einer Optimierungsstrategie, die eine makroskopische Bewertung der Optimierungsansätze ermöglicht. Dies ist erforderlich, da sämtliche Optimierungen stark divergierende Auswirkungen auf die Betriebswirtschaftlichkeit des Gesamtsystems haben - neben den Kosten werden über die Leistungsfähigkeit auch die Erlöse eines Projekts beeinflusst. Basis der Strategie ist die Verknüpfung von Kostenänderungsfaktoren mit Leistungsfähigkeitsparametern. Infolgedessen wird im Ergebnis der Arbeit ein Werkzeug geschaffen, das unter projektspezifischen Randbedingungen als Entscheidungshilfe zur Auslegung des Transrapid-Subsystems „Antrieb und Energieversorgung“ dient.