Ziel der Arbeit ist es, eine Prozesskettenanalyse der Holzpelletbereitstellung bis hin zum Einsatz der Pellets in Kleinfeuerungsanlagen zur Wärmebereitstellung unter Einbeziehung theoretischer und praktischer Untersuchungen durchzuführen (Pelletierversuche mit über 30 Brennstoffchargen). Dabei steht die Analyse und Bewertung von Einflussmöglichkeiten auf die Brennstofffestigkeit – einschließlich der Auswirkungen des additiven Bindemitteleinsatzes – bei der Produktion von Holzpellets für Kleinfeuerungsanlagen im Fokus der Untersuchungen.

In der vorliegenden Arbeit wird, ausgehend von der Darstellung der Grundlagen der Wasserstoffgasaufbereitungs- und CO–Gasreinigungsverfahren, eine Methodik zur energetischen Modularisierung des Gasaufbereitungsprozesses entwickelt. Die Modellierung und Analyse der einzelnen Prozessstufen erfolgt auf der Basis von Masse- und Energiebilanzen. Die theoretische Darstellung der Lösungsmethoden für die Bilanzgleichungen der einzelnen Prozessstufen ist dabei auf das System Dampfreformierung und CO-Gasreinigung eingegrenzt. Parameter zur energetischen Bewertung der Prozessvarianten werden definiert. Die Methodik führt zur Eingrenzung energetisch optimierter Prozessvarianten. Ihr Hauptziel liegt in der optimalen Nutzung prozessinterner Energie- und Stoffströme. Ein zentraler Bestandteil der Methodik ist die graphische Pinch-Methode. Sie wird dem vorliegenden Prozess angepasst.

Im Forschungs- und Demonstrationsprogramm Solarthermie 2000, Teilprogramm 3 wurden von 1993 bis 2002 solar unterstützte Nahwärmesysteme konzipiert, errichtet und vermessen. Wesentliche Ziele dieses Programms waren die Demonstration der Durchführbarkeit, der Nachweis der Kostenreduktion bei großen Systemen und die Weiterentwicklung sowie Untersuchung dieser Technik. Das in diesem Bericht dokumentierte Forschungsvorhaben ist ein Projekt in oben genanntem Vorhaben und zeichnet sich durch folgende Parameter aus: - Energiequelle: Kollektorfelder mit einer Absorberfläche von 538,5 m² (Vakuum-Röhrenkollektoren) und BHKW, - saisonaler Speicher: 8000 m³ Kies-Wasser-Speicher, - Verbraucher: Heizung eines Bürogebäudes Das Vorhaben wurde durch die Autoren wissenschaftlich-technisch betreut. Die Erkenntnisse von der Konzeption bis zur funktionstüchtigen Anlage werden im Bericht erläutert. Auf Grund der meßtechnischen Untersuchung liegen detaillierte Ergebnisse zum Systemverhalten, zur Effizienz der Bauteile und des Systems vor.

Das Lernsystem Thermopr@ctice stellt eine internetgestützte Lernumgebung für das Berechnen von Übungsaufgaben mit dem Computer-Algebrasystem Mathcad dar. Die veränderte Arbeitsweise des Lernenden besteht darin, das herkömmliche Arbeitsblatt durch den Mathcad-Arbeitsbildschirm zu ersetzen und die Aufgabenlösung unmittelbar auf diesem zu erledigen. Dem Lernenden werden die Übungsaufgaben – hier im Fach Technische Thermodynamik – in individuellen Varianten und mit individuellen Zahlenwerten im Mathcad-Format über Internet bereitgestellt. Die Lösung erfolgt in betreuten Übungen oder am heimischen PC. Für die Lösung benötigte Stoffwerte können der Stoffwertsammlung im Internet entnommen bzw. mit Programmbibliotheken, die an Mathcad angeschlossen sind, berechnet werden. Ergänzend wird eine Formelsammlung angeboten, aus der wichtige Formeln auf den Arbeitsbildschirm gezogen werden können. Nach der Berechnung jeder Teilaufgabe sendet der Lernende das Ergebnis an Thermopr@ctice. Im Fehlerfall werden Zwischenergebnisse angefordert. Realisiert wird die Lernumgebung über PHP-Skripte in Verbindung mit einer MySQL-Datenbank. Durch das Lernsystem werden die Studierenden an moderne Arbeitsweisen unter Nutzung eines Computer-Algebrasystems und fachbezogener Programmbibliotheken herangeführt. Da das System zum Selbststudium konzipiert ist, eignet es sich auch für die Weiterbildung und das Fernstudium. Es kann auf alle Lehrfächer übertragen werden, in denen die Aneignung oder Festigung von Wissen über das Berechnen von Übungsaufgaben erfolgt. Thermopr@ctice wurde im Rahmen des Verbundprojektes „Bildungsportal Sachsen“ des Sächsischen Staatsministeriums für Wissenschaft und Kunst entwickelt. Neue Technologien in der Energietechnik, insbesondere Verfahren mit CO2-Abscheidung, bedingen veränderte Arbeitsfluide. Neben reinen Stoffen kommen zunehmend fluide Stoffgemische zum Einsatz, deren thermodynamische Eigenschaften berechnet werden müssen. Dies betrifft feuchte Verbrennungsgasgemische einschließlich CO2/H2O-Gemische sowie feuchte Luft, auch bei hohen Drücken. Daneben sind die Eigenschaften von gasförmigen, flüssigen und festem Kohlendioxid und Mischungen mit verbliebenen Gasen zu berechnen. Auf Grund der Nutzung von Abwärme sind Absorptionskältemaschinen mit Ammoniak-Wasser-Gemischen und Wasser- Lithiumbromid-Gemischen nach wie vor von Interesse. Die Eigenschaften von Ammoniak/Wasser- Gemischen werden auch für die Berechnung des Kalina-Prozesses benötigt. Zur Konzipierung von ORC-Prozessen müssen die Eigenschaften von Silikonölen und Kohlenwasserstoffen berechenbar sein. Für die Optimierung von fortschrittlichen Dampfkraftwerken sind extrem schnelle Algorithmen für die Berechnung der thermodynamischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf Voraussetzung. Die weltweit an Bedeutung gewinnende Meerwasserentsalzung bedingt eine immer genauere Modellierung der Verfahren, wofür die Eigenschaften von Meerwasser berechenbar sein müssen. Für die Berechnung solcher Prozesse wurden benutzerfreundliche Programmbibliotheken zur Ermittlung der thermodynamischen Zustandsgrößen einschl. Umkehrfunktionen und Transporteigenschaften der Arbeitsfluide erarbeitet. Zur komfortablen Nutzung der Stoffwert-Bibliotheken steht das Add-On FluidMAT für Mathcad® zur Verfügung. Versionen für Studierende der wichtigsten Programme sind verfügbar.

In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell zur Beschreibung des Energiebedarfs elektrischer Fahrzeuge des ÖPNV auf Basis von Wahrscheinlichkeitsdichten entwickelt, das insbesondere eine Dimensionierung von fahrzeugseitigem Energiespeichersystem und wegseitiger Energieversorgungsinfrastruktur in einem fahrleitungsfreien Betriebskonzept (DockingPrinzip) erlaubt. Im Gegensatz zur deterministischen Energiebedarfsbestimmung ermöglicht die stochastische Modellierung mit einer Kombination aus Markov-Kette und Semi-Markov-Prozess die Berücksichtigung von Zuverlässigkeitsvorgaben im Sinne einer Missionserfüllung. Schließlich kann so die Größe hybrider Fahrzeugenergiespeichersysteme und die Lage von Nachladestationen entlang der Strecke optimiert werden. Die Wirksamkeit der Modellierung wird anhand einer Fallstudie basierend auf Messdaten für ein Straßenbahnfahrzeug demonstriert. Für die Auslegung der wegseitigen Energieversorgungsinfrastruktur werden die Belastungsgänge des Nachladeprozesses in Form von zeitgewichteten Belastungsdauerkurven für charakteristische Netztopographien hergeleitet. Ein Laden des fahrzeugseitigen Energiespeichers aus einer wegseitigen Energie-Vorsammel-Station (Docking-Station) bringt einerseits eine erhebliche Glättung des Leistungsverlaufs beim Energiebezug. Andererseits ist ein elektrischer Anschluss dieser Station an das Niederspannungsnetz in gewöhnlichen städtischen Siedlungsstrukturen innerhalb weniger hundert Meter möglich.

Ein optimales Ausnutzen der von dezentralen Erzeugern innerhalb der bestehenden Energie- versorgungsstruktur bereitgestellten Energie fordert besonders bei der Einbindung regenerativer Quellen eine hohe Korrelation zwischen Angebot und Nachfrage. Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie mittels Energiemanagementverfahren ein enger Zusammenhang zwischen dem Energieangebot aus fluktuierenden Quellen und der Energienachfrage hergestellt werden kann. Dabei wird ein entsprechender Optimierungsalgorithmus aufgestellt, der die für einen möglichst umfassenden Eigenverbrauch der erzeugten Energie notwendigen Anpassungsschritte ermittelt. Bei der Analyse von Energieangebot und -nachfrage wird, ausgehend von einer allgemeinen Darstellung, eine auf die Bedürfnisse eines Energiemanagements angepasste spezielle Beschreibung der Energiesituation erarbeitet. Die Anpassung von Energieangebot und -nachfrage erfolgt über die Auswahl spezifischer Verbrauchergruppen und die Ausnutzung der aus den systeminternen Zeitkonstanten resultierenden möglichen Unterbrechungsdauern. Die Vorgehensweise wird an Hand des Elektroenergiebezugs ausgesuchter klimatechnischer Anlagen in Verbindung mit einer regenerati- ven Energieerzeugung auf Basis der Photovoltaik dargestellt.

Im Forschungs- und Demonstrationsprogramm Solarthermie 2000, Teilprogramm 3 wurden von 1993 bis 2002 solar unterstützte Nahwärmesysteme konzipiert, errichtet und vermessen. Wesentliche Ziele dieses Programms waren die Demonstration der Durchführbarkeit, der Nachweis der Kostenreduktion bei großen Systemen und die Weiterentwicklung sowie Untersuchung dieser Technik. Das in diesem Bericht dokumentierte Forschungsvorhaben ist ein Projekt in oben genanntem Vorhaben und zeichnet sich durch folgende Parameter aus: - Energiequelle: Kollektorfelder mit einer Absorberfläche von 538,5 m² (Vakuum-Röhrenkollektoren) und BHKW, - saisonaler Speicher: 8000 m³ Kies-Wasser-Speicher, - Verbraucher: Heizung eines Bürogebäudes Das Vorhaben wurde durch die Autoren wissenschaftlich-technisch betreut. Die Erkenntnisse von der Konzeption bis zur funktionstüchtigen Anlage werden im Bericht erläutert. Auf Grund der meßtechnischen Untersuchung liegen detaillierte Ergebnisse zum Systemverhalten, zur Effizienz der Bauteile und des Systems vor.

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In der vorliegenden Arbeit wird, ausgehend von der Darstellung der Grundlagen der Wasserstoffgasaufbereitungs- und CO–Gasreinigungsverfahren, eine Methodik zur energetischen Modularisierung des Gasaufbereitungsprozesses entwickelt. Die Modellierung und Analyse der einzelnen Prozessstufen erfolgt auf der Basis von Masse- und Energiebilanzen. Die theoretische Darstellung der Lösungsmethoden für die Bilanzgleichungen der einzelnen Prozessstufen ist dabei auf das System Dampfreformierung und CO-Gasreinigung eingegrenzt. Parameter zur energetischen Bewertung der Prozessvarianten werden definiert. Die Methodik führt zur Eingrenzung energetisch optimierter Prozessvarianten. Ihr Hauptziel liegt in der optimalen Nutzung prozessinterner Energie- und Stoffströme. Ein zentraler Bestandteil der Methodik ist die graphische Pinch-Methode. Sie wird dem vorliegenden Prozess angepasst.

Aus der Einleitung S. 7: „ „Zeitbombe ‚Tschernobyl-Nord‘“ – so lautete 1990 eine Schlagzeile des Spiegel in einem Artikel über das Kernkraftwerk Greifswald. Die Kernkraftwerke der DDR standen nach dem Fall der Mauer im Zentrum der öffentlichen Kritik. In der Presse richtete sich gegen sie nicht nur der Vorwurf mangelnder Sicherheit, sondern sie dienten gleichsam als Paradebeispiel für die Funktionsmängel sozialistischer Staaten insgesamt. So fand das politische und wirtschaftliche Scheitern der DDR scheinbar seine technische Entsprechung in der unzureichenden Bewältigung der Probleme von Risikotechnologie... ”