TY - THES A1 - Ali, Mohammed Liaket T1 - Detailed numerical modeling of the iron ore direct reduction process T1 - Detaillierte numerische Modellierung des Direktreduktionsprozesses von Eisenerz N2 - The iron and steelmaking industry is among the largest contributors to global CO₂, driven by its energy-intensive processes and reliance on carbon-rich fuels. As steel demand rises in an increasingly competitive global market, innovative and sustainable production methods are urgently needed. The Direct Reduction (DR) process using syngas or hydrogen presents a promising approach to reducing CO₂ emissions and energy consumption in steel production. Computational modeling plays a crucial role in accelerating technology development, yet traditional models, such as the shrinking core model, fail to fully capture the complexities of the reduction process. More advanced models are necessary to simulate interactions between iron ore pellets and reducing gases and to scale effectively to industrial applications. To address these challenges, this dissertation introduces an improved porous solid model that overcomes biases in the shrinking core model, accurately representing the reduction of single iron ore pellets in H₂ and CO environments while accounting for carbon deposition and porosity changes. A comprehensive reduction mechanism is developed and validated against extensive experimental data without parameter adjustments, providing a solid foundation for advanced simulations. Besides the stand-alone kinetic model, a Computational Fluid Dynamics (CFD) solver has been developed, bringing the considerations to a spatially resolved environment, including pellet and gas phase regions. Building on the insights gained from single-pellet models, the research advances to the more complex modeling of fixed beds; a crucial step in bridging the gap between detailed small-scale studies and the case of industrial-sized reactors. A comprehensive methodology is developed, incorporating realistic packed-bed structures and high-quality computational meshes, for particle-resolved CFD simulations of the hydrogen-based direct reduction process in a fixed-bed setup. These simulations reveal crucial insights into the reduction process, such as the non-uniform reduction within the bed, the presence of gas pockets, and the impact of temperature variations due to the endothermic nature of hydrogen-based reduction. Finally, the study explores the influence of pellet sizes and shapes in the DR process via different reconstruction techniques, including computed tomography. By examining beds with various particle characteristics and structures, the research highlights the significant impact of these factors on reduction efficiency and overall conversion rates. This comprehensive modeling approach offers critical insights for optimizing the hydrogen-based direct reduction process, paving the way for its application in industrial-scale reactors. By addressing these research questions and providing innovative solutions, this dissertation contributes to the advancement of DR-technology, offering a path toward more sustainable steel production. N2 - Die Eisen- und Stahlindustrie gehört zu den größten Verursachern globaler CO₂-Emissionen, was auf ihre energieintensiven Prozesse und die Abhängigkeit von kohlenstoffreichen Brennstoffen zurückzuführen ist. Da die Nachfrage nach Stahl in einem ansonsten stark umkämpften globalen Markt weiter steigt, besteht ein dringender Bedarf an innovativen und nachhaltigen Produktionsmethoden. Das Direktreduktionsverfahren (DR) unter Verwendung von Synthesegas oder Wasserstoff bietet einen vielversprechenden Weg, um diese Herausforderungen zu bewältigen, indem es die CO₂-Emissionen senkt und den Energiebedarf in der Stahlproduktion reduziert. Die numerische Modellierung ist ein effizientes Werkzeug, um die Technologieentwicklung zu unterstützen und zu beschleunigen. Bestehende Modellierungsansätze, wie das Shrinking-Core-Modell, erfassen jedoch oft nicht die Komplexität des Reduktionsprozesses genau. Diese Einschränkungen verdeutlichen die Notwendigkeit fortschrittlicherer Modelle, die die komplexen Wechselwirkungen zwischen Eisenerzpellets und Reduktionsgasen besser simulieren und effektiv auf industrielle Anwendungen skalierbar sind. Um diese Probleme zu lösen, schlägt diese Dissertation zunächst ein verbessertes poröses Feststoffmodell vor, das die Schwächen des Shrinking-Core-Modells überwindet. Dieses Modell erfasst das Reduktionsverhalten einzelner Eisenerzpellets unter H₂- und CO-haltigen Gasen und berücksichtigt dabei die Auswirkungen von Kohlenstoffablagerungen und Porositätsveränderungen. Anschließend wird ein umfassender Reduktionsmechanismus entwickelt, der auf Grundlage eines großen experimentellen Datensatzes validiert wird, ohne dass eine Parameteranpassung erforderlich ist. Dies bietet eine robuste Grundlage für komplexere Simulationen. Neben dem eigenständigen kinetischen Modell wurde ein CFD-Solver (Computational Fluid Dynamics) entwickelt, der die Überlegungen auf eine räumlich aufgelöste Umgebung überträgt, einschließlich Pellet- und Gasphasen. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus den Einzelpelletmodellen geht die Forschung zur komplexeren Modellierung von Festbetten über, ein entscheidender Schritt, um die Kluft zwischen detaillierten Kleinstudien und industriellen Reaktoren zu überbrücken. Eine umfassende Methodik wird entwickelt, die realistische Festbettstrukturen und qualitativ hochwertige Berechnungsnetze für partikellösende CFD-Simulationen des wasserstoffbasierten Direktreduktionsprozesses in einem Festbettaufbau integriert. Diese Simulationen liefern wichtige Einblicke in den Reduktionsprozess, wie die ungleichmäßige Reduktion innerhalb des Bettes, das Vorhandensein von Gasblasen und den Einfluss von Temperaturvariationen aufgrund der endothermen Natur der wasserstoffbasierten Reduktion. Schließlich untersucht die Studie den Einfluss von Pelletgrößen und -formen im DR-Prozess durch verschiedene Rekonstruktionstechniken, einschließlich der Computertomographie. Durch die Untersuchung von Betten mit verschiedenen Partikeleigenschaften und Strukturen hebt die Forschung die erhebliche Auswirkung dieser Faktoren auf die Reduktionseffizienz und die Gesamtkonversionsraten hervor. Dieser umfassende Modellierungsansatz liefert wichtige Erkenntnisse zur Optimierung des wasserstoffbasierten Direktreduktionsverfahrens und ebnet den Weg für seine Anwendung in industriellen Großreaktoren. Indem diese Forschungsfragen bearbeitet und innovative Lösungen bereitgestellt werden, trägt diese Dissertation zur Weiterentwicklung der DR-Technologie bei und bietet einen Weg zu einer nachhaltigeren Stahlproduktion. KW - Kinetics KW - Kinetik KW - Stahlherstellung KW - Direktreduktion KW - Modellierung KW - CFD KW - Steelmaking KW - Direct Reduction KW - Modeling KW - Stahlherstellung KW - Numerische Strömungssimulation KW - Direkte Eisengewinnung KW - Modellierung Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-69695 ER - TY - JOUR A1 - Alimov, Artem A1 - Sviridov, Alexander A1 - Jensch, Felix A1 - Sydow, Benjamin A1 - Härtel, Sebastian T1 - Additive manufacturing of hot-forming dies using laser powder bed fusion and wire arc direct energy deposition technologies T1 - Additive Fertigung von Warmumformwerkzeugen unter Verwendung von Laser Powder Bed Fusion und Wire Arc Direct Energy Deposition Technologien N2 - Additive technologies are now widely used for the production of complex precise parts and have high potential for the production of forming dies. In this work, hot-forming dies optimized for additive manufacturing were developed and produced with wire arc direct energy deposition (WA-DED) and laser powder bed fusion (L-PBF) technologies. The concept of lightweight hot-forming dies with a 2D-lattice structure was developed, which reduced the weight of each die by 56%, from 14.2 kg to 6.1 kg, in production using L-PBF. Maraging/precipitation-hardened steel 17-4PH was used as an alternative to traditional hot-working steels with slightly lower mechanical properties and a much higher processability in the additive manufacturing process. The workability of the manufactured dies was confirmed by forging tests on an industrial screw press. N2 - Additive Technologien sind derzeit für die Herstellung komplexer, präziser Teile weit verbreitet und weisen ein hohes Potenzial für die Herstellung von Umformwerkzeugen auf. In dieser Arbeit wurden Warmumformwerkzeuge, die für die additive Fertigung optimiert sind, entwickelt und mit den Technologien WA-DED (Wire Arc Direct Energy Deposition) und L-PBF (Laser Powder Bed Fusion) hergestellt. Es wurde ein Konzept für Leichtbau-Warmumformwerkzeuge mit einer 2D-Gitterstruktur entwickelt, das das Gewicht jedes Werkzeugs bei der Produktion mit L-PBF um 56 % von 14,2 kg auf 6,1 kg reduzierte. Als Alternative zu konventionellen Warmarbeitsstählen wurde der martensitische/ausscheidungsgehärtete Stahl 17-4PH verwendet, der geringfügig niedrigere mechanische Eigenschaften und eine wesentlich bessere Verarbeitbarkeit im additiven Fertigungsprozess aufweist. Die Verwendbarkeit der hergestellten Gesenke wurde durch Schmiedeversuche auf einer industriellen Schraubspindelpresse nachgewiesen. KW - Additive manufacturing KW - Hot-forming dies KW - L-PBF KW - WA-DED KW - WAAM KW - Additive Fertigung KW - Warmumformwerkzeuge KW - L-PBF KW - WA-DED KW - WAAM KW - Warmumformen KW - Rapid Prototyping (Fertigung) KW - Selektives Laserschmelzen Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/met13111842 VL - 13 IS - 11 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - THES A1 - Allgöwer, Günther T1 - Bemessung von Stahlbetondruckgliedern unter zweiachsiger Biegung mit Interaktionsdiagrammen nach Theorie II. Ordnung N2 - Das Ergebnis der vorliegenden Arbeit sind grafische Bemessungshilfen in Form von Interaktionsdiagrammen für Stahlbetondruckglieder mit zweiachsiger Biegung. Bei der Anwendung der Diagramme wird die bisherige Einschränkung auf den ebenen Fall aufgehoben. Es stellt sich somit der ebene Fall lediglich als Sonderfall des räumlichen Zustandes dar. Grundlage für das verwendete Rechenverfahren nach Theorie II. Ordnung ist eine von der Ebene auf den Raum erweiterte Modellstütze. Diese virtuelle Kragstütze mit gleichen oder unterschiedlichen Ersatzlängen in den beiden Achsrichtungen dient als statisches System, an welchem alle Berechnungen durchgeführt werden. Es zeigte sich, dass die Verwendung der Betonarbeitslinie die ursprünglich nur für die Querschnittsbemessung vorgesehen ist, auch bei Anwendung in der Traglastberechnung zu einer guten Übereinstimmung zwischen rechnerischen und experimentellen Ergebnissen führt. Die Mitwirkung des Betons auf Zug zwischen den Rissen ("Tension-stiffening"-Effekt) sollte beim Tragfähigkeitsnachweis nicht angesetzt werden, da dadurch die Traglasten teilweise erheblich überschätzt werden. N2 - The result of this work are design charts in the form of interaction diagrams for reinforced concrete compression members with biaxial bending. In the usage of these diagrams the existing restriction to planar design is abolished. Consequently the planar case is merely a special case of the general spacial condition. The calculations according to the 2nd-order theory are based on a model column that is expanded from plane to space. It is principally a virtual cantilever column with equal or different buckling lengths in the two directions of the axes. All calculations are done at this static system. The calculated results evince a good accord with the experimental ones. Even when they are performed with the stress-strain-curve that is originally provided only for designing the cross section. At the verification of maximum load, the concurrence of concrete in tensile stress between the cracks ("tension-stiffening"-effect) should not be considered, because the calculated loads will be partially considerably overrated. T3 - Schriftenreihe Massivbau (ehemals) - 5 KW - Druckglied KW - Stahlbeton KW - Tragverhalten KW - Biegung KW - Bemessung KW - Stahlbeton KW - Druckglied KW - Bemessung Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000160 SN - 1436-9532 ER - TY - THES A1 - Alpirez Bock, Estuardo T1 - SCA resistent implementation of the Montgomery kP-algorithm N2 - Mathematically, cryptographic approaches are secure. This means that the time an attacker needs for finding the secret by brute forcing these approaches is about the time of the existence of our world. Practically, an algorithm implemented in hardware is a device that generates a lot of additional data during the calculation process. Its power consumption, electromagnetic radiation, etc. can be measured, saved and analysed for key extraction. Such attacks are called side channel analysis attacks and are significant threats when applying cryptographic algorithms. By considering these attacks when implementing a cryptographic algorithm, it is possible to design an implementation that is more resistant against them. The goal of this thesis was to design a methodology to securely implement the Montgomery kP-operation using an IHP implementation as a starting point. In addition, the area and energy consumption of the secure Montgomery kP-multiplier should still be highly efficient. The resistance against power analysis attacks of two different IHP ECC implementations was analysed in this thesis. A horizontal power analysis attack using the difference-of-means test was performed with the goal of finding potential leakage sources exploited in side channel analysis attacks, i.e. finding the reasons of a correct extraction of the cryptographic key. For both analysed ECC designs, four key candidates were extracted with a correctness of 90% or more. Through analysis of the implemented Montgomery kP-algorithm’s functionality and its power consumption, it was established that the algorithm’s operation execution flow was the main cause of the implementations’ vulnerability. Thus, a design methodology consisting in changing the Montgomery kP-algorithm operation flow was developed. As a result, the re-designed implementations do not deliver any correctly extracted key candidates whenever the difference-of-means test is performed on them. These re-designs implied an increase on the chip area by about 5% for each implementation. The execution time needed for performing a complete kP-operation was reduced for both designs. Thereby one implementation’s execution time was reduced by 12% in comparison to its original version and even though its power consumption was increased by 9%, its energy consumption per kP-operation was reduced by 4.5%. N2 - Standardisierte kryptographische Algorithmen sind aus mathematischer Sicht sicher. Dies bedeutet, dass ein Brute-Force-Angriff zur Bestimmung des geheimen Schlüssels einen Zeitaufwand von der Dauer der Existenz unserer Welt hat. In Hardware implementierte Algorithmen generieren aber während des Berechnungsvorganges eine große Menge zusätzlicher Daten. U.a. können der Energieverbrauch des Gerätes sowie seine elektromagnetische Strahlung gemessen, gespeichert und analysiert werden, um den privaten Schlüssel zu extrahieren. Solche Angriffe werden Seitenkanalangriffe genannt und sind erhebliche Bedrohungen für die Sicherheit kryptographischer Algorithmen. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, eine Methodik zur Implementierung der Montgomery kP-Operation zu entwickeln, welche Resistenz gegen Seitenkanalangriffe lieferte. Dabei wurde eine IHP Implementierung als Ausgangspunkt benutzt. Zusätzlich sollten die Fläche und der Energieverbrauch der sicheren Montgomery kP-Multiplizierer hoch effizient sein. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde die Resistenz gegen Seitenkanalangriffe zweier unterschiedlicher IHP ECC Implementierungen analysiert. Ein Power-Analysis-Angriff wurde anhand des difference-of-means Testes (DoMT) durchgeführt, um mögliche Sicherheitslücken im Bezug auf Seitenkanalangriffe zu finden, d. h. um die Gründe einer erfolgreichen Schlüssel-Extrahierung festzustellen. Für beide Implementierungen wurden vier Schlüsselkandidaten mit einer Korrektheit von mindestens 90% extrahiert. Nach Analyse der Funktionalität des implementierten Montgomery kP-Algorithmus und seines Momentanleistungsverbrauchs wurde festgestellt, dass die Ausführungseihenfolge der Operationen des Algorithmus die Hauptursache des erfolgreichen Angriffes war. Hierauf aufbauend ist eine neue Methodik zur Implementierung des Montgomery kP-Algorithmus entwickelt worden. Diese Methodik basiert auf einer neuen Ausführungsreihenfolge der einzelnen Operationen im Algorithmus. Nach diesen Änderungen konnten mit dem DoMT keine Schlüssel mehr erfolgreich extrahiert werden. Die Änderungen verursachten eine Erhöhung der Implementierungsflächen um ca. 5%. Die Ausführungszeit einer kompletten kP-Operation ist für beide Implementierungen reduziert worden. Dabei wurde die Ausführungszeit z. B. einer Implementierung im Vergleich zur originalen Version um 12% reduziert und obwohl ihre durchschnittliche Leistung um 9% erhöht wurde, ist ihr Energieverbrauch pro kP-Operation um 4,5% reduziert worden. KW - Side channel analysis KW - Elliptic curve cryptography KW - Power analysis KW - Difference-of-means test KW - Elliptic curve point multiplication KW - Elliptische Kurve KW - Kryptologie Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36288 ER - TY - THES A1 - Alsabbagh, Wael T1 - Investigating security issues in programmable logic controllers and related protocols T1 - Untersuchung von IT-Sicherheitsproblemen in Speicherprogrammierbaren Steuerungen und dazugehörigen Protokollen N2 - Programmable Logic Controllers (PLCs) are pivotal in Critical Infrastructures (CIs) and Industrial Control Systems (ICSs), governing processes in nuclear power plants, petrochemical factories, and water treatment systems. Despite their importance, PLCs are vulnerable to security threats, notably control logic injection attacks, aiming to sabotage physical processes. This thesis delves into PLC security, analyzing vulnerabilities in non-cryptographically and cryptographically protected PLCs, particularly Siemens S7-300 and S7-1500 models. Siemens, an automation market leader, utilizes S7-300 PLCs in millions of applications, reflecting the broader ICS security landscape. The S7-1500 line claims resistance to cyberattacks, including control logic injections. The thesis evaluates authentication in non-cryptographically protected PLCs, introducing a stealthy control logic injection attack scenario using an S7-300 PLC and S7Comm protocol. The second part explores integrity checks in cryptographically protected S7-1500 PLCs. Findings, encompassing disclosed vulnerabilities, lead to a severe control logic injection attack with a malicious interrupt block, conducted in an industrial setting using the S7-1500 and S7CommPlus protocol. The final segment focuses on Profinet protocol security and an injection attack scenario. The study demonstrates adversaries manipulating critical data without prior knowledge, causing harm to physical processes. A real-world attack on a Profinet-based system with two S7-300 PLCs is executed. The thesis concludes by proposing mitigation solutions, enhancing PLC and communication protocol security. This contribution elevates the security posture of millions of operating devices globally, advancing PLC security research. N2 - Die Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPSen) sind entscheidend für kritische Infrastrukturen (KIen) und Industrielle Kontrollsysteme (IKSen). Ihre Steuerlogik regelt Prozesse in Kernkraftwerken, petrochemischen Fabriken und Wasseraufbereitungsanlagen. Leider sind sie anfällig für bösartige Bedrohungen, insbesondere Control Logic Injection-Angriffe, die katastrophale Schäden verursachen können. Die Arbeit adressiert Sicherheitsprobleme und Schwachstellen in SPSen und ihren Protokollen, die solche Angriffe ermöglichen. Der Fokus liegt auf der Analyse der Sicherheit von nicht kryptografisch und kryptografisch geschützten SPSen, insbesondere auf den Schutzmechanismen der Steuerlogik. Siemens-Geräte, vor allem S7-300 und S7-1500, werden für Experimente genutzt, da Siemens Marktführer ist und fortschrittliche Sicherheitsmechanismen in der S7-1500 behauptet. Der erste Teil analysiert die Authentifizierung nicht kryptografisch geschützter SPSen, inklusive eines Stealth-Logikinjektionsangriffs mit einer S7-300 und S7Comm in realer Industrieumgebung. Im zweiten Teil wird der Integritätscheck kryptografisch geschützter SPSen (S7-1500) untersucht, inklusive eines schwerwiegenden Logikinjektionsangriffs mit S7-1500 und S7CommPlus. Der letzte Teil fokussiert auf die Profinet-Kommunikation zwischen SPSen und anderen Geräten. Ein Angriffsszenario zeigt, dass Angreifer ohne Vorkenntnisse kritische Daten manipulieren können. Ein Angriff auf ein Profinet-System mit zwei S7-300 SPSen veranschaulicht die Realität. Die Arbeit schließt mit Lösungsvorschlägen zur Erhöhung der Sicherheit von SPSen und deren Kommunikationsprotokollen. Diese Ergebnisse tragen signifikant zur Forschung im Bereich der SPS-Sicherheit bei und verbessern die Sicherheit von Millionen von Industriegeräten weltweit. KW - Programmable logic controllers KW - Control logic injection KW - Cyberattacks KW - Cybersecurity KW - False data injection KW - Speicherprogrammierbare Steuerungen KW - Control Logic Injection-Angriffe KW - Cyberangriffe KW - Cybersischerheit KW - False Data Injection-Angriffe KW - Kritische Infrastruktur KW - Kontrollsystem KW - Speicherprogrammierte Steuerung KW - SIMATIC S7-300 KW - SIMATIC S7-1500 KW - Computersicherheit KW - Cyberattacke Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66114 ER - TY - THES A1 - Alzoobi, Abed T1 - Objektorientierte Modellierung der Kosten in Hochbauprojekten N2 - In dieser Arbeit werden Ansätze zur Softwareentwicklung auf Objektorientierter Basis im Bereich der Kosten in Hochbauprojekten beschrieben. Die Konzepte der Objektorientierten Technologie zur Softwareentwicklung werden in dieser Arbeit umfassend eingesetzt. Zur Modellierung des Systems wird die Unified Modeling Language (UML) eingesetzt. Die bedeutenden Gesichtspunkte dieser Modellierung sind die Entwicklung des Objektmodells in der Analysephase und deren Verfeinerung in der Entwurfsphase. Dieses Objektmodell bildet die Basis bei der Softwareentwicklung im bereich der Kosten in Hochbauprojekten. Im Rahmen dieser Modellierung werden auch die Aspekte der Soft- und Hardwareverteilung spezifiziert. Ferner werden Konzepte zur Implementierung der Ergebnisse der Modellierung erläutert. Hier wird das Objektmodell des Systems in die Programmiersprache Java übersetzt. N2 - This work describes the approaches to software development on an object oriented basis for cost in structural engineering projects. The concepts for object oriented technology for software development will be used extensively. The modeling of the system is in the Unified Modeling Language (UML). The significant points in this modeling are the development of the object model in the analysis phase as well as its refinement in the design phase. This object model establishes the basis for software development pertaining to costs for structural engineering projects. In the context of this modeling, aspects of software and hardware distribution are specified. Moreover, concepts about the implementation of the results of the modeling are discussed. The object model is translated into the Java programme-language. KW - Hochbau KW - Bauvorhaben KW - Baukosten KW - Softwareentwicklung KW - Vorgehensmodell KW - UML KW - Objektorientierte Modellierung KW - Kosten KW - Hochbauprojekt Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000460 ER - TY - THES A1 - Amanpour, Saman T1 - A cellular approach to optimize the integration of renewable generation into distribution networks T1 - Ein zellularer Ansatz zur Optimierung der Integration regenerativer Erzeugungen in Verteilnetzen N2 - The steady growth of the renewable-based technologies in the last twenty years has changed the character of the power systems significantly. Until today, there are more than 112 GW installed photovoltaic and wind parks in Germany and around 90% of the installed renewable generators are integrated into distribution networks. As a result, distribution networks are often facing congestion problems and more investments are needed for the required network development plans. The political decisions in Germany for increasing the share of renewables in electricity consumption up to 65% until 2030 and the nuclear phase out until 2022 and further shutdowns of the coal power plants raised serious concerns about the reliability of power supply and feasibility of the transition plan. The present dissertation has a look over the recent developments and offers a methodology for reduction of the resulted costs from further integration of renewable generators into the distribution networks. The suggested methodology is based on a cellular approach and helps also to postpone the unnecessary costly network expansions. Furthermore, it helps to integrate the renewable generators in an optimized way which has an added value to move towards the defined sustainability goals. The proposed methodology has two steps. The first step is made up of the cellular approach and grey wolf optimization in MATLAB environment. In this step, the optimal combination of technologies for fulfillment of the defined goals are found out. The second step consists of the quasi dynamic simulations in PowerFactory environment. In this step, the suggested results from MATLAB optimization are investigated in semi-real situations. With the quasidynamic simulations, it is checked whether the results are tolerable from the point of view of network operation and whether it is possible to facilitate the network operation with certain strategies. N2 - Das stetige Wachstum der auf erneuerbaren Energien basierenden Technologien in den letzten zwanzig Jahren hat den Charakter der Stromsysteme erheblich verändert. Bis heute sind in Deutschland mehr als 112 GW an Photovoltaik- und Windkraftanlagen installiert und rund 90% der installierten erneuerbaren Erzeugungsanlagen sind in die Verteilnetze integriert. Infolgedessen sind die Verteilnetze häufig mit Netzengpässen konfrontiert und es sind mehr Investitionen für die erforderlichen Netzausbaupläne nötig. Die politischen Entscheidungen in Deutschland, den Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch bis 2030 auf 65 % zu erhöhen, den Ausstieg aus der Kernenergie bis 2022 zu vollziehen und weitere Kohlekraftwerke abzuschalten, gaben Anlass zu ernsthaften Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Stromversorgung und der Realisierbarkeit des Übergangsplans der deutschen Energiewende. Die vorliegende Dissertation wirft einen Blick auf die jüngsten Entwicklungen der Stromnetze und bietet eine Methodik zur Reduzierung der Kosten, die durch die weitere Integration erneuerbarer Erzeugungsanlagen in die Verteilnetze entstehen. Die vorgeschlagene Methodik basiert auf einem zellularen Ansatz und verschiebt den unnötigen kostspieligen Ausbau der Stromnetze in die Zukunft. Darüber hinaus hilft sie, die erneuerbaren Erzeugungsanlagen auf eine optimierte Weise in die Stromnetze zu integrieren, was einen Mehrwert für die Erreichung der definierten Nachhaltigkeitsziele darstellt. Die vorgeschlagene Methodik in dieser Dissertation besteht aus zwei Schritten. Der erste Schritt besteht aus dem zellulären Ansatz und der Grey Wolf Optimierung in der MATLAB-Umgebung. In diesem Schritt wird die optimale Kombination von der auf erneuerbaren Energien basierenden Technologien zur Erfüllung der definierten Ziele ermittelt. Der zweite Schritt besteht aus den quasi-dynamischen Simulationen in der PowerFactory-Umgebung. In diesem Schritt werden die vorgeschlagenen Ergebnisse aus der MATLAB-Optimierung in semi-realen Situationen untersucht. Mit der quasi-dynamischen Simulationen wird überprüft, ob die Ergebnisse aus Sicht des Netzbetriebs tolerierbar sind und ob man mit bestimmten Strategien den Netzbetrieb erleichtern kann. KW - Cellular approach KW - Optimization KW - Renewable energy KW - Generation KW - Distribution networks KW - Zellularer Ansatz KW - Optimierung KW - Erneuerbare Energien KW - Erzeugung KW - Verteilnetze KW - Verteilungsnetz KW - Erneuerbare Energien KW - Elektrizitätserzeugung KW - Übertragungsnetz KW - Netzstabilität (Elektrische Energietechnik) Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59009 ER - TY - THES A1 - Ampadu, Kwame Owusu T1 - Road traffic gesture autonomous integrity monitoring T1 - Autonome Integritätsüberwachung von Handzeichen im Straßenverkehr N2 - Sensor enabled smart vehicles are predicted to succeed beyond human capabilities, thereby eliminating handling errors intrinsic to human driving. Driverless vehicles must be capable of detecting and responding to exaggerated ad hoc bodily movements that humans use to maintain road traffic safety. These nonverbal communication cues may be used to ease traffic flow, control infotainment systems or restore minimal risk conditions. The integration of sensor fusion techniques and high-quality benchmark datasets coupled to high throughput general purpose graphics processing units is spawning complex heavyweight algorithms useful for traffic scene understanding. These advanced methods are expensive in terms of costs related to hardware, software and energy consumption. Yet, the autonomous vehicle lacks the ability to participate in gestural exchanges. Following extensive evaluations of recent technological advancements in gesture detection and recognition in dynamic traffic environments, a new communication technology has been created for interaction between autonomous and traditional vehicles at unsignalized four-way intersections. This system operates without relying on most conventional navigation sensors and algorithms, allowing autonomous vehicles to communicate with traditional vehicles at intersections through in-vehicle traffic lights that utilize fuzzy logic. The algorithm implemented on low-cost microcontrollers can disperse road traffic and also perform extended blind spot detection. A single sensor is utilized, which remains largely unaffected by adverse weather conditions. The system requires no internet connectivity. It also avoids the need for large scale or long-term data storage, such as the driving cloud platform, ensuring backward compatibility with traditional vehicles. Simulations were conducted based on the order and direction of arrival at three junctions. Results have shown that autonomous vehicles at four-legged intersections, can now communicate with human drivers at a much lower cost achieving precise location classification and lane dispersion in under 30 seconds. This pioneering innovation presents an opportunity to turn every four-way intersection into a signalized junction at zero cost to governments. N2 - Es wird prognostiziert, dass intelligente Fahrzeuge, die mit Sensoren ausgestattet sind, über die menschlichen Fähigkeiten hinausgehen und dadurch die dem menschlichen Fahren innewohnenden Bedienungsfehler beseitigen. Fahrerlose Fahrzeuge müssen in der Lage sein, übertriebene Ad-hoc-Körperbewegungen, die Menschen zur Aufrechterhaltung der Sicherheit im Straßenverkehr einsetzen, zu erkennen und darauf zu reagieren. Diese nonverbalen Kommunikationshinweise können genutzt werden, um den Verkehrsfluss zu erleichtern, Infotainmentsysteme zu steuern oder den Zustand des minimalen Risikos wiederherzustellen. Die Integration von Sensorfusionstechniken und qualitativ hochwertigen Benchmark-Datensätzen in Verbindung mit Hochleistungs-Grafikprozessoren bringt komplexe, schwergewichtige Algorithmen hervor, die für das Verständnis von Verkehrsszenen nützlich sind. Diese fortschrittlichen Methoden sind teuer in Bezug auf die Kosten für Hardware, Software und Energieverbrauch. Dem autonomen Fahrzeug fehlt jedoch die Fähigkeit, sich am Austausch von Gesten zu beteiligen. Nach einer umfassenden Bewertung der jüngsten technologischen Fortschritte bei der Gestenerkennung in dynamischen Verkehrsumgebungen wurde eine neue Kommunikationstechnologie für die Interaktion zwischen autonomen und herkömmlichen Fahrzeugen an unsignalisierten Kreuzungen mit vier Richtungen entwickelt. Dieses System kommt ohne die meisten herkömmlichen Navigationssensoren und -algorithmen aus und ermöglicht autonomen Fahrzeugen die Kommunikation mit herkömmlichen Fahrzeugen an Kreuzungen durch bordeigene Ampeln, die mit Fuzzy-Logik arbeiten. Der auf kostengünstigen Mikrocontrollern implementierte Algorithmus kann den Straßenverkehr aufteilen und auch eine erweiterte Erkennung des toten Winkels durchführen. Es wird ein einziger Sensor verwendet, der von widrigen Wetterbedingungen weitgehend unbeeinflusst bleibt. Das System benötigt keine Internetverbindung. Außerdem ist keine groß angelegte oder langfristige Datenspeicherung erforderlich, wie z. B. bei der Driving Cloud Platform, so dass die Abwärtskompatibilität mit herkömmlichen Fahrzeugen gewährleistet ist. Die Simulationen wurden auf der Grundlage der Reihenfolge und Richtung der Ankunft an drei Kreuzungen durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass autonome Fahrzeuge an vierspurigen Kreuzungen jetzt mit viel geringeren Kosten mit menschlichen Fahrern kommunizieren können, indem sie in weniger als 30 Sekunden eine präzise Standortbestimmung und Fahrspuraufteilung vornehmen. Diese bahnbrechende Innovation bietet die Möglichkeit, jede vierspurige Kreuzung in eine signalisierte Kreuzung umzuwandeln, und zwar zum Nulltarif für die Behörden. KW - Advanced Driver Assistance System (ADAS) KW - Autonomous vehicle KW - Fuzzy logic KW - Gesture recognition KW - In-vehicle traffic light KW - Fahrerassistenzsystem KW - Autonomes Fahrzeug KW - Fuzzy-Logik KW - Gestenerkennung KW - Fahrzeugintegrierte Ampel KW - Autonomes Fahrzeug KW - Fahrerassistenzsystem KW - Gestenerkennung KW - Fuzzy-Logik Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-72226 ER - TY - THES A1 - An, Ni T1 - Statistical analysis of extreme climate events in Brandenburg T1 - Statistische Analyse der extremen Klimafälle in Brandenburg N2 - The main idea of this paper is to evaluate the performance of the fine resolution CLM model in the state of Brandenburg Germany, create a bias correction method and reanalyze the climate signals of the corrected simulations on projections of the 21st century. The bias correction method is a distribution oriented method and the analysis is mainly focused on the extreme events such as 95 and 5 percentile daily temperatures and 95 percentile daily precipitations in a period of 30 years, but also includes seasonal temperature, daily temperature difference and monthly precipitation to demonstrate the effectiveness of the correction method. The results showed that the correction method was very effective on different variables. After correction, the extreme daily temperature bias was reduced from a cold bias of 1-2K to less than 0.1K. The corrected projection simulations suggested that the extreme temperatures were about to increase both in intensity and in frequency. The extreme precipitation after correction was meant to become more severe and frequent as well. N2 - Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, die Leistungsfähigkeit der Feinauflösung CLM-Modell im Land Brandenburg, Deutschland, auszuwerten, indem man ein Bias-Korrekturverfahren erstellt und die Klimasignale der korrigierten Simulationen auf Projektionen des 21. Jahrhunderts erneut analysiert. Das Bias-Korrekturverfahren ist ein Distribution-orientiertes Verfahren. Die Analyse konzentriert sich in erster Linie auf die Extremereignisse wie 95 und 5 Perzentil Tagestemperaturen und 95-Perzentil täglicher Niederschläge in einem Zeitraum von 30 Jahren und umfasst auch saisonale Temperatur, tägliche Temperaturdifferenz und monatliche Ausfällung, um die Effektivität des Korrekturverfahrens zu demonstrieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das Korrekturverfahren sehr effektiv war und für verschiedene Variablen geeignet ist. Nach der Korrektur wurde der extreme Tagestemperatur Bias von einer kalten Vorspannung mit Genauigkeit von 1-2K auf weniger als 0,1 K verringert. Die korrigierten Projektionssimulationen zeigen, dass die extremen Temperaturen im Begriff sind, sich sowohl in der Intensität und in der Frequenz zu erhöhen. Das bedeutet, dass nach der Korrektur die extremen Niederschläge heftiger und häufiger werden. KW - Bias correction KW - Climate simulation KW - CLM model evaluation KW - Climate signal analysis KW - Bias Korrektur KW - Klima Simulation KW - CLM Modell Auswertung KW - Klima Signal Analyse KW - Brandenburg KW - Klima KW - Modell KW - Statistische Analyse KW - Simulation Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36117 ER - TY - THES A1 - Andolfo, Franco T1 - Energieeffizientes Nährstoffsplitting von flüssigen Wirtschaftsdüngern mittels Membranfiltration T1 - Energy efficient nutrient splitting of liquid farm fertilizers by means of Membrane filtration N2 - Die definierte Selektivität der Membranfiltration kann dazu genutzt werden, einzelne spezifische Gülle-Separationsprobleme in übergeordneten Aufbereitungsklassen zusammenzufassen. Mit dem Ansatz einer gesteuerten Nährstofftrennung bzw. Teilzusammenführung von modifizierten Strömen, und der Zuordnung von spezifischen Aufgaben an die Mischprodukte, werden die Nachteile des Ausgangsrohstoffs reduziert und der Wertstoff Gülle rückstandsfrei nutzbar gemacht. Mit einem Anlagenmodell, bestehend aus einer Hydrotankpresse als Vorfiltration und einer Ultrafiltration als Kernkomponenten, ist es über empirisch ermittelte Betriebsparameter möglich, einen energetisch optimierten und kontinuierlichen Produktionsbetrieb durchzuführen. Als Produkte der dezentralen Aufbereitungsanlage werden ein emissionsreduzierender Flüssigdünger, eine als Brennstoff und als Gärsubstrat geeignete Feststoffphase, sowie das Retentat als aktivierendes Material zur Biogasertragssteigerung gewonnen. Das untersuchte Anlagenmodell ist auf den innerbetrieblichen Einsatz in Milchviehhaltungsbetrieben abgestimmt. Mit der Erarbeitung von stabilen und energetisch günstigen Anlagenbetriebspunkten wird das Anlagenverhalten hydraulisch steuerbar. Durch die Zuordnung von Anlagenzuständen zu differenziertem Spülverhalten, wird die direkte Einflussnahme der Temperatur auf den Permeat-Flux erkennbar. Der Einsatz eines Tauchkühlers, mit voreingestellten Grenztemperaturen, stabilisiert signifikant das Anlagenverhalten im Vergleich zu konventionellen Anlagenkonfigurationen. Die Anwendung einer Hydropresse gestattet höhere TDS-Belastungen im UF-Kreislauf, bietet aber kein Potenzial zur Steigerung der Nährstoffdurchsätze. Dies gilt auch für den Einsatz einer 300 kDa-Variante, im Vergleich zur priorisierten 150 kDa-UF-Membran. Mit der Hydropresse kann eine höhere Feststoffabscheidung wie mit Verstopfungs- bzw. Siebfiltrationen erreicht werden, die TDS-Belastungen sind im Retentat auf 5.000 - 7.000 ppm limitiert, oder müssen durch Verdünnung auf diese Werte eingegrenzt werden. Mit der zusätzlichen Anwendung einer Gasspülung in der Anströmung der UF-Module, können TDS-Belastungen über 10.000 ppm erstmals dauerhaft bewältigt werden. Über die so erweiterte Verfahrenstechnik sind Standzeiten von mehreren Wochen, ohne betrieblich bedingte Unterbrechungen, möglich. Die durch Fluoreszenzmikroskopie nachweisbare Anreicherung von Methanbildnern im Retentat, bestätigt eine mögliche Anwendung des Retentats als Biogassubstratergänzung. Der Biogasertrag wird durch Zusatz von Retentat zu den bisher verfügbaren Substraten generell erhöht. Eine Mischung aus Retentat und dem Feststoff aus der Hydropresse unterstützen die biochemische Stabilisierung in Fermentern. In Kombination mit Anteilen an Feststoff ist das Permeat bei der Bewertung von pflanzenbaulichen Erträgen, als konkurrenzfähig zu Rohgülle und Mineralstoffdünger einzustufen. Das auf landwirtschaftliche Flächen ausgebrachte Permeat ist geruchslos. N2 - The predefined selectivity of Membrane filtration can be used for the junction of manure separating problems in higher-ranking conditioning categories. In particular ambition of controlled Nutrient separation and part-junction of modified flows it is possible to assign specific tasks to conversion products. The disadvantages of the raw material will be reduced and the resource manure can be used residue-free. By means of a plant model, consisting of the core components, a Hydraulic tank press and a multichannel Ultrafiltration, it is possible to perform an energy efficient and uninterrupted line operation with empirical determined operating parameters. The products of the peripheral process plant are an emission reducing Liquid fertilizer, a Solid matter phase which is suitable as fossil burning fuel as well as Fermentation substrate and a Retentate, as activating material to increase the biogas yield. The tested plant model matches an intra-farm use in dairy farming corporations. With the development of stable and energy efficient operating parameters the bearing of the plant becomes hydraulic controllable. Due to the assignment of plant states to distinguished flushing cycles, the direct interference of the temperature on the Permeate-Flux becomes visible for the first time. An installed immersion chiller with predefined boundary temperatures stabilises significantly the bearing of the plant in comparison to conventional plant configurations. With application of a Hydraulic tank press higher TDS-loads in the Ultrafiltration cycle will be granted, but the Nutrient flow ratings cannot be increased. This applies also to the use of a 300 kDa model instead of the 150 kDa Ultrafiltration membrane. With the help of the Hydraulic tank press a higher rate of solid matter deposition will be achieved in comparison to bridging and sieve filtration systems. But the TDS-loads are still limited to values of 5.000 - 7.000 ppm, otherwise a dilution of the Retentate has to be executed to fullfill these values. With an additional use of a Gas flushing system in the upstream flow of the Ultrafiltration module, with an direct impact on the membrane surface layer, TDS-loads higher 10.000 ppm can be handled. Operating life cycles of several weeks without any break are now possible with the so extended Process technology. A concentration of Methane forming bacterias in the Retentate can be detected with the help of Fluorescence microscopy and confirmes the positive effect of the Retentate as additive of substrates. The yield of biogas increases in general with the addition of Retentate to any conventional used substrate. The mixing of Retentate and solid matter out of the Hydraulic tank press supports the biochemical stabilisation in Biogas fermenters. The Permeate in combination with portions of solid matter is competitive to raw manure and mineral nutrient fertilizers, in the evaluation of crop farming yields. The manuring with Permeate is inodorous. KW - Nährstoffsplitting KW - Nutrient splitting KW - Membranfiltration KW - Membrane filtration KW - Wirtschaftsdünger KW - Farm fertilizer KW - Klimaschutz KW - Climate protection KW - Umweltschutz KW - Environment protection KW - Membranfilter KW - Wirtschaftsdünger KW - Technikumsanlage KW - Klimaschutz Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42805 ER -