Energie und Mobilität
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This paper presents two simulation models for two variants of a large chipper drive used in a paper mill. If a slip ring induction motor is used, the impact of a rotor circuit rheostat with respect to starting behavior and heavy duty load impulses can be examined. Furthermore a speed controlled squirrel cage induction machine will be investigated. The modeling language for both drives is Modelica. The simulation results for both drives are compared and discussed.
This paper presents a physical model of a squirrel cage induction machine with rotor topology. The machine is modeled in Modelica, an object oriented multi physical modeling system. The presented machine model is used to investigate electrical rotor asymmetries in induction machines. For the case of a single broken rotor bar a simulation model is compared with measurement results.
Innovative thermal model for the estimation of permanent magnet and stator winding temperatures
(2012)
In this paper an innovative thermal model for the determination of the temperatures of the permanent magnets and stator windings is presented. This model relies on one temperature sensor located in the stator core of the machine. The estimated stator winding and permanent magnet temperatures are determined by a simplified thermal lumped element network model with only two time constants. Due to the structure of the model and the measured stator core temperature the proposed thermal model is very robust. Distortion of the cooling circuit are inherently sensed such that the model can be used for the online prediction of temperatures. Experimental results based on an interior permanent magnet synchronous machine are presented to validate the presented model.
This paper introduces the new FundemantalWave library which is included in the Modelica Standard Library 3.2. The presented Modelica package provides models and components of rotating electrical three phase machines. The presented electrical machine models are fully compatible with the original Machines library of the electrical domain but rely on the concept of the magnetic potential and magnetic flux fundamental waves. In this article; the connector concept; the components and electric machine models of the FundemantalWave package will be explained. Additionally; the didactic advantages and the flexibility of the proposed package in with respect to considering more enhanced and sophisticated effects will be discussed.
From the rating plate data of an induction motor the nominal efficiency can be determined. Without detailed knowledge of equivalent circuit parameters, partial load behavior cannot be computed. Therefore, a combined calculation and estimation scheme is presented, where the consistent parameters of an equivalent circuit are elaborated, exactly matching the nominal operating point. From these parameters part load efficiencies can be determined.
In this paper a new model for the estimation of the stator winding and rotor cage temperatures of induction machines is presented. This model can be used in series applications of machines operated under dynamic load conditions where stator and rotor temperature shall be monitored. The proposed model relies on a simplified lumped element thermal equivalent circuit model where the stator core temperature serves as input quantity. The great advantage of this model is that it covers ambient and cooling conditions inherently. This leads to great simplicity and robustness. The parametrization and validation of the model through experimental data is presented. Advantages, drawbacks and possible implementations are discussed.
Abstract Electric machine theory and electric machine simulations models are often limited to three phases. Up to the Modelica Standard Libray (MSL) version 3.2 the provided machine models were limited to three phases. Particularly for large industrial drives and for redundancy reasons in electric vehicles and aircrafts multi phase electric machines are demanded. In the MSL 3.2.1 an extension of the existing FundamentalWave library has been performed to cope with phase numbers greater than or equal to three. The developed machine models are fully incorporating the multi phase electric; magnetic; rotational and thermal domain. In this publication the theoretical background of the machines models; Modelica implementation details; the parametrization of the models and simulation examples are presented.
In the literature, the effects caused by a single or several adjacently broken rotor bars, or a broken end ring are thoroughly investigated. The phenomenon of various nonadjacently broken rotor bars has not been studied so far in detail. Since nonadjacently broken rotor bars may give rise to fault signatures, which are not directly related with the fault extent, it is important to understand the nature of multiple electrical rotor asymmetries in induction machines. The purpose of this paper is thus to investigate several combinations of electrical rotor asymmetries, to systematically elaborate the phenomena related to the broken bars and end rings. In this paper, a sophisticated simulation model and measurement results are used to analyze the phenomenon rotor fault.
For a totally enclosed fan-cooled induction machine, two methods of numerical analysis are compared with measurements. The first numerical method is based on computational fluid dynamics (CFDs) and the second one uses a thermal equivalent circuit (TEC). For the analysis based on CFD, a 3-D induction machine including housing is modeled. The numeric solution of the flow equations is determined for stationary temperature distributions. For the TEC, a discretized one-and-a-half-dimensional model of the induction machine is considered. With the TEC model, stationary and transient operating conditions can be simulated. Measurement results are determined by iron-copper-nickel sensors embedded in the stator winding and the housing, as well as by an IR sensor for measuring the rotor temperature. With these measurement signals, stationary and transient operating conditions can be analyzed. For stationary operating conditions, additionally, the housing temperatures are determined by an IR camera. The investigated simulation and measurement methods reveal different local and global temperatures, and thus, only certain aspects and characteristics of the obtained temperatures can be compared. Nevertheless, certain conclusions can be drawn from comparing these aspects considering the actual restrictions of each of the applied methods.
From the rating plate data of an induction motor the nominal efficiency can be determined. Without detailed knowledge of equivalent circuit parameters, partial load behavior cannot be computed. Therefore, a combined calculation and estimation scheme is presented, where the consistent parameters of an equivalent circuit are elaborated, exactly matching the nominal operating point. From these parameters part load
efficiencies can be determined.
A Practical Thermal Model for the Estimation of Permanent Magnet and Stator Winding Temperatures
(2014)
A thermal model for the determination of the temperatures of interior permanent magnets and stator windings is presented in this paper. The innovation of the model relies on one temperature sensor being located in the stator core of the machine. Such sensor is simple to implement in many applications such as traction or EV, where reliability is critical. The estimated stator winding and permanent magnet temperatures are determined by a simplified thermal lumped element network model with only two time constants. It is shown that the proposed thermal model is very robust due to the structure of the model and the measured stator core temperature. The distortion of the temperature estimates caused by the cooling circuit is inherently accounted for such that the model can be used for robust online prediction of temperatures. Experimental results based on a forced water-cooled interior permanent magnet synchronous machine setup are presented to validate the effectiveness of the presented model.
A Parametrization Scheme for High Performance Thermal Models of Electric Machines using Modelica
(2012)
Thermal models offer great advantages for enhancement of design, protection and control of electric machines. Detailed thermal models take a great number of time constants into account and provide accurate prediction of the temperatures. However, to parameterize such models detailed geometric data are needed. Whenever such detailed information is not available, or the performance of the detailed models is not satisfying, simplified thermal models as described in this paper are advantageous. The calculation of parameters is described in detail, in order to achieve best accordance with temperatures obtained from measurements or from simulations with detailed thermal models. Thermal resistances are calculated from end temperatures of a test run with constant load (and known losses). Thermal capacitances are obtained using optimization to minimize deviation of simulated and measured temperatures during the whole test run. The thermal model of an asynchronous induction machine with squirrel cage is coupled with an electrical model of the drive. For validation, simulation results of an optimally parameterized simplified model are compared with temperatures obtained by simulation of a detailed thermal model, which in turn has been validated against measurement results, both for continuous duty S1 and intermittent duty S6 (6 minutes no-load followed by 4 minutes of 140% nominal load). The deviations are not more than 4 K which is quite satisfying.
Entwicklung eines Experimentalsystems zur Validierung adaptiver Regelungen mit einem OEM-Steuergerät
(2014)
Im Rahmen des Kooperationsprojektes "ACES" (Integrated Adaption of Linear Controllers for Embedded Systems) ist ein Prüfstand zur Validierung adaptiver Regelungen entwickelt und aufgebaut worden, der das dynamische Verhalten eines Kfz-Antriebstrangs aufweist. Ziel ist es, verschiedene Adaptionsverfahren auf ihre Einsetzbarkeit in OEM-Steuergeräten, die im Automotive-Bereich auf breiter Basis verwendet werden, kostengünstig testen zu können. Das Problem der aktiven Schwingungsdämpfung in Kfz-Antriebssträngen mit unbekannten und veränderlichen mechanischen Parametern stellt eine Pilotanwendung dar. Ein leicht anpassbarer mechanischer Prüfstand dient hierbei als vereinfachtes Modell eines Antriebstrangs. Dieser ist Bestandteil eitles Experimentalsystems mit einer informationstechnischen Architektur, die einen Betrieb engebetteter Regelungssysteme auf verschiedenen Plattformen gestattet. Das flexible mechanische und informationstechnische Design des Experimentalsystems gestattet die Variation von Parametern der zu regelnden Applikation durch leicht austauschbare mechanische Komponenten und gezielte Einbringung von Störgrößen. Zudem kann die Berechnung der Regelungsarchitektur auf einem Industrie-PC oder einem Steuergerät erfolgen. Weitere Vorteile des entwickelten Experimentalsystems sind die Berücksichtigung von Effekten, die aus dem Verhalten realer Sensoren und der CAN-basierten Signalübertragung entstehen. Insbesondere der Einfluss von Wortbreite und Latenz übertragener Signale auf die Adaption von Regelungen kann mit Hilfe des vorgestellten Experimentalsystems eingehend untersucht werden.
Bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung besteht beim Kaltstart, den Warmlaufphasen und auch durch den Einfluss anderer Parameter wie z. B. des Einspritzzeitpunkts oder des Einspritzdrucks die Problematik, dass Kraftstoff an die Zylinderlaufbahn aufgetragen wird und sich mit dem Motoröl vermischen kann. Eine Verstärkung dieses Kraftstoffauftrags ist unter anderem der Verschiebung der Motorbetriebspunkte zu höheren Mitteldrücken und damit einem Wirkungsgrad optimaleren Betrieb geschuldet. Eine Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Motoröls durch die Verdünnung mit Kraftstoff ist die Folge. Durch die Verringerung der Viskosität des Motoröls kann es zu einer verminderten Schmierwirkung des Öls kommen, die im schlimmsten Fall zur Schädigung des Motors führt. Existierende Offline-Analysemethoden die zeitintensive Laboranalysen nach sich ziehen, als auch Online-Messverfahren die nicht den technischen Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und einer kurzen Messdauer entsprechen, stellen aktuell die einzigen Messmethoden zur Bestimmung der Schmierölverdünnung dar. Durch neue Entwicklungstrends bei Ottomotoren ist es jedoch unbedingt notwendig, die Mechanismen des Kraftstoffein- und -austrags in das und aus dem Motoröl genauer zu untersuchen. Mit der an der OTH Regensburg neu entwickelten Messtechnik wurde eine Vorgehensweise erarbeitet, mit der die zeitlichen Verläufe des Kraftstoffein- und -austragsverhaltens bei Ottomotoren quantitativ in kurzer Zeit bestimmt und optimiert werden können.
Especially at cold start and the warm-up operation GDI engines have an issue with oil dilution. Parameters such as injection timing and injection pressure impact the entry of fuel in the engine oil as well. With the adjustment of engine operating points to higher mean effective pressures resulting in downsizing concepts also an additional increase of fuel entry occurs. Fuel gets into the oil pan and is mixed with the engine oil so that the physical and chemical properties of the engine oil are changed. With the reduction of engine oil viscosity due to fuel entry a reduced lubricating effect can be caused. In the worst case damage to the engine occurs, To determine oil dilution online and offline measurement methods exist. A rather long analysis time in the laboratory is a disadvantage of the offline methods. Online methods are not correlating with technical requirements in terms of accuracy and a short measurement time. New trends in the development of gasoline engines require investigations of fuel in oil sorption and desorption processes. A new measurement technique which is developed at the OTH Regensburg enables to determine quantitative fuel in oil sorption and desorption processes. With this technique a procedure was generated to measure the oil dilution at gasoline engines and optimize them in a short time.
Beitrag und Praesentationsmaterial eines Vortrags ueber differenzierende Kohlenwasserstoffanalytik im Dieselabgas bei verschiedenen Motorbetriebszustaenden. Mit einem neu entwickelten, hochgenauen HC-Sensor werden unverbrannte HC im Abgas untersucht. Die differenzierende Untersuchung erfolgt an einem Massenspektrometer, das mit chemischer Ionisation arbeitet. Die Molekuele Ethin, Ethen und Propen wurden gezielt betrachtet. Es zeigt sich, dass bei kalten Betriebsbedingungen diese drei Komponenten etwa die Haelfte der gesamten HC Konzentration ergeben. Ein weiterer Punkt ist die Regeneration des Dieselpartikelfilters.
In future energy systems with high shares of fluctuating renewable energy generation, electricity storage will become increasingly important for the utilization of surplus energy. The Power-to-Gas (PtG) technology is one promising option for solving the challenge of long-term electricity storage and is theoretically able to ease situations of grid congestion at the same time. This article presents the perspectives of PtG in an 85% renewable energy scenario for Germany, quantifying an economic optimum for the PtG capacity as well as an optimized spatial PtG deployment.
Differenzierte Kohlenwasserstoffanalytik im Dieselabgas bei verschiedenen Motorbetriebszuständen
(2014)
Die für Dieselfahrzeuge gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte bezüglich der Schadstoffkomponenten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid können nur durch den Einsatz eines Diesel-Oxidationskatalysators erfüllt werden. Um erhöhte Emissionen infolge eines geschädigten Katalysators zu vermeiden, gilt es, dieses abgasrelevante Bauteil auch während des Betriebes zu überwachen. Die zukünftigen gesetzlichen Anforderungen an die Überwachung erfordern ein Verfahren das eine zuverlässige und hochgenaue Diagnose zulässt. Deshalb entwickelt eine Forschungsgemeinschaft aus Industrieunternehmen und Hochschulen einen neuartigen Kohlenwasserstoffsensor zur hochgenauen Analyse von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgasstrang. Hierfür ist die Kohlenwasserstoffzusammensetzung des Dieselabgases bei verschiedenen Motorbetriebszuständen zu ermitteln. Zur differenzierten Untersuchung der Kohlenwasserstoffkomponenten wurde in der Arbeit ein Massenspektrometer eingesetzt, das mit chemischer Ionisation arbeitet. Anhand eines Abgasscreenings konnte eine Reihe von Kohlenwasserstoffen (Alkane, Alkene, Alkine, Alkadiene und aromatische Kohlenwasserstoffe) identifiziert werden, die typisch für das Dieselabgas stehen. Die Moleküle Ethin, Ethen und Propen wurden gezielt betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass bei kalten Betriebsbedingungen diese drei Komponenten etwa die Hälfte der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration ergeben. Ein weiterer Punkt der Untersuchungen war die Diesel-Partikelfilter-Regeneration. Wie erwartet, lassen sich Kohlenwasserstoffmoleküle mit höheren Massen feststellen, die auf unverbrannten Dieselkraftstoff zurückzuführen sind. Anhand der Ergebnisse zeigte sich.dass sich das mit chemischer Ionisation arbeitende Massenspektrometer hervorragend für ein Abgasscreening eignet. Zahlreiche Kohlenwasserstoffe konnten identifiziert werden, die repräsentativ für das Dieselabgas stehen. Es sollten Moleküle bei verschiedenen Motorbetriebsbedingungen untersucht werden, die einen möglichst großen Anteil an der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration besitzen. Die Auswahl fiel aufgrund der gemessenen Massenspektren, vor und nach dem Diesel-Oxidationskatalysator, auf die Komponenten Ethin, Ethen und Propen. Zudem kann bei diesen Molekülen eine Masseninterferenz mit anderen Abgaskomponenten ausgeschlossen werden. Im unteren Teillastbereich und kaltem Motor machen diese Kohlenwasserstoffe bis zu 50%, gemittelt über alle Messstellen vor, im und nach dem Diesel-Oxidationskatalysator, der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration aus. Bei betriebswarmem Motor reduziert sich ihr Anteil auf ein Drittel Die höchste Konzentration unter den drei Komponenten besitzt dabei Propen. Mit steigendem Drehmoment nimmt der Anteil dieser drei Komponenten fortlaufend ab,was dafür spricht, dass Moleküle mit höheren Massen einen höheren Anteil einnehmen. Die Kohlenwasserstoff-Emissionen bewegen sich bei diesen Motorbetriebspunkten mit betriebswarmem Katalysator jedoch bereits bei sehr niedrigen Werten. Während der untersuchten Diesel-Partikelfilter-Regeneration mit späten Nacheinspritzungen zur Abgastemperaturerhöhung lassen sich Moleküle mit höheren Massen nachweisen. Diese sind typisch für die Reinkomponente Dieselkraftstoff. Der Anteil von Ethin, Ethen und Propen an der THC-Konzentration beträgt dann ca. 40%.
Solar energy represents a clean, natural and sustainable source of energy. Solar photovoltaic panels can be installed on roofs of structures or in the ground. This contribution focusses on ground-mounted systems, which are presently widely implemented. At present limited guidelines on the design of solar ground-mounted structures are available. Usually standards for the design of normal buildings are applied. However, the design of ground-mounted structures significantly differs from common structural design by: (1) a lower design lifetime (20-25 years) is accepted; (2) failure is not associated with the loss of human life; (3) resistance uncertainties need due attention; (4) uplift wind forces dominating structural reliability are associated with a large scatter. That is why the reliability analysis and optimal design of ground-mounted solar systems is investigated herein. The failure costs and especially their ratio to the initial costs are analyzed considering the data provided from the industry. Probabilistic reliability analyses are carried out and optimum design levels are computed for representative cost ratios. The optimal target reliability depends on the ratio between failure and initial costs; reliability index of 3.5 corresponds to a reasonable cost ratio of 10.
Die Liberalisierung der Blindleistung und Schaffung von regionalen nicht ausschreibungspflichtigen Q-Beschaffungsprozessen ermöglicht vor allem künftig erhebliche Kostenreduktionspotenziale. Allerdings ist die Etablierung mit umfangreichen Eingriffen in den heutigen Normen- und Gesetzesrahmen verbunden. Damit diese Potenziale gehoben werden können, bedarf es einerseits der Möglichkeit der Kostenanrechnung im Rahmen der Netznutzungsentgelte, andererseits eines Anreizsystems, sinnvoll und sorgsam mit Q umzugehen. Grundsätzlich ist vorher gründlich zu untersuchen, ob und ab welchem Zeitpunkt die Liberalisierung der Blindleistung zielführend ist und wie im Detail die Liberalisierung der Blindleistung auszugestalten wäre.
Tire model TMeasy
(2007)
This paper describes the semi-physical tire model TMeasy for vehicle dynamics and handling analyses, as it was applied in the ‘low frequency tire models’ section of the research programme tire model performance test (TMPT). Despite more or less weak testing input data, the effort for the application of TMeasy remains limited due to its consequent ‘easy to use’ orientation. One particular feature of TMeasy is the wide physical meaning of its smart parameter set, which allows to sustain the identification process even under uncertain conditions. After a general introduction, the modelling concept of TMeasy is compactly described in this paper. Taking the standard tire interface (STI) to multibody simulation system (MBS) software into account, the way to apply TMeasy is briefly shown. This includes three selected examples of application. The final comments of the authors on TMPT describe the experiences and earnings received during the participation in that programme.
In der Automobilindustrie ist neben der Elektromobilität und dem Leichtbau auch das Gebiet der Fahrerassistenz ein Zukunftsfeld. Speziell Fahrerassistenzsysteme, wie z.B. der Stauassistent, sind in Hinblick auf das autonome Fahren als dessen Vorstufe zu sehen. Aktuelle Assistenzfunktionen basieren auf der Präsenz des Fahrers. Die Fahrerassistenzsysteme sind nur durch Funktionen der Elektrik/Elektronik ermöglicht worden. Durch Maßnahmen der "Funktionalen Sicherheit" müssen Risiken, die durch Fehler der Elektrik/Elektronik zu Gefahren führen könnten, unter eine akzeptierte Grenze gesenkt werden. Die Diskussion über die gesetzlichen Grundlagen für das autonome Fahren ist erst am Anfang des öffentlichen Interesses. In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, die Notwendigkeit der Anpassung der bestehenden normativen Anforderungen zur funktionalen Sicherheit in die Diskussion mit einzubeziehen. Im ersten Ansatz wird in diesem Paper untersucht, ob von anderen Anwendungen mit automatisiertem Fahrbetrieb, wie er bei Schienenfahrzeugen realisiert ist, Ableitungen möglich sind. Im zweiten Ansatzpunkt wird konkret unter dem Gesichtspunkt des autonomen Fahrens zum Automobil auf die Gefahren-und Risikoanalyse, gemäß ISO 26262 Teil 3 eingegangen. Im Rahmen dieser Diskussion werden die drei Bewertungskriterien der Gefahren- und Risikoanalyse (severity, probability of exposure and controllability) im Paper beleuchtet. Es wird gezeigt, dass für autonomes Fahren ein zusätzliches Bewertungskriterium der Situationskomplexität sinnvoll ist, das das Umfeld einbezieht. Denn die Kontrollierbarkeit ist auf den Fahrer bezogen. Bei dem neuen Kriterium werden unter anderem der Einfluss durch die Verkehrsdichte sowie die Car-2-Car Kommunikation oder auch Fehler bzw. Ausfälle in der Car-2-X Kommunikation (zur Infrastruktur) berücksichtigt.
In the forming tools for pressing car body parts, heavy blankholders are used to prevent buckling and wrinkling of the blank. During each press cycle, those large masses need to be lifted, raising thereby the structural dynamic load on the forming tool and on the press. Therefore a detailed knowledge about the forming tool dynamics is essential for an accurate and robust design of forming tools. In this paper, a dynamic finite element method (FEM) simulation of selected automotive forming tool is presented enabling identification of regions of critical stresses. For validation of the simulation results, the kinematic responses of the tool's components are compared with the measurements obtained in an experiment.
For the dynamic simulation of on-road vehicles, the model-element "tire/road" is of special importance, according to its influence on the achievable results. Sufficient description of the interaction between tire and road is one of the most challenging tasks of vehicle modeling. Two groups of tire models can be classified: handling models and structural or high-frequency models. Usually, various assumptions are made in modeling vehicles as multibody systems. Therefore, in the interest of balanced modeling, the precision of the complete vehicle model should stand in reasonable relation to the performance of the applied tire model. Handling tire models are characterized by a useful compromise between user friendliness, model complexity, and efficiency in computation time on the one hand, and precision in representation on the other hand. The present paper describes the general approach of the semi-physical tire model TMeasy for vehicle dynamics and handling simulation and its enhancement for bore torque simulation in Version TMeasy 5. A parameter fitting process realized by TESIS DYNAware and the validation of real tire behavior by simulation with DYNA4 is presented. Even with first guess parameters, the TMeasy tire model behaves in a realistic and plausible manner. Parameter estimation is intuitive and datasets from previous model versions can be easily migrated. After parameter fitting, the simulation results correlate well with both the tire test rig and full vehicle measurements. The enhancement of a three-dimensional slip calculation in the latest version does not modify the model behavior for high slip conditions, but improves the results not only for highly dynamic situations but also for low speed maneuvers such as parking.
Festbettspeicher bieten die Möglichkeit, thermische Energie auf einem hohen Temperaturniveau zu speichern. Die oft kugelförmigen Schüttgüter bestehen aus Materialien hoher Dichte und Wärmekapazität. Neben der Wärmespeicherung können mithilfe dieser Schüttungen partikelbeladene Abgase entstaubt werden. Die Strömungs-, Wärmetransport- und Entstaubungsvorgänge bei der Speicherung von Wärme in einem Schüttschichtwärmeübertrager werden in Zusammenarbeit mit Fraunhofer Umsicht, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg, untersucht. Einen entscheidenden Aspekt der Arbeiten stellt die numerische Simulation der im Wärmeübertrager ablaufenden Vorgänge dar. Die transiente Simulation von Schüttschichtwärmeübertragern ist nur mit Vereinfachungen möglich, da aufgrund der komplexen Geometrie und der daraus folgenden feinen Vernetzung eine enorme Rechenleistung benötigt wird. Bei den in diesem Beitrag vorgestellten Ergebnissen werden die physikalischen Vorgange in einem Ausschnitt der Schüttschicht simuliert, in dem die Kugelgeometrie detailliert modelliert ist. Die Ergebnisse der numerischen Simulation werden durch analytische Berechnungen aus der Literatur bestätigt. Eine Reihe von Parametervariationen zeigen die Einflüsse verschiedener Größen beispielsweise auf den Druckverlust sowie den Unterschied zwischen radialer und axialer Durchströmung einer Schüttschicht. Die Entstaubung partikelbeladener Gase innerhalb einer Schüttschicht wird zunächst anhand einer Einzelkugel untersucht; die Erweiterung auf die Entstaubung in einer Kugelpackung ist vorgesehen. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen sollen mit den an einem Versuchsstand experimentell bestimmten Daten verglichen werden.
Kostenminimaler Netzanschluss einer 8-MW-PV-Anlage mithilfe regelbarer Ortsnetztransformatoren
(2014)
Die steigende Anzahl der Erzeugungsanlagen (EZA) in den Verteilnetzen zwingt viele Verteilnetzbetreiber zum kostenintensiven Netzausbau. Dabei sind die EZA gemäß EEG am technisch und wirtschaftlich günstigsten Verknüpfungspunkt anzuschließen. Zur Bestimmung dieses Punktes ist ein Vergleich sinnvoller Netzanschlussvarianten durchzuführen. Regelbare Ortsnetztransformatoren (RONT) erweitern seit Kurzem die Netzanschlussmöglichkeiten, auch auf Mittelspannungsebene. Das Beispiel eines Anschlusses für eine 8-MW-PV-Anlage zeigt, dass der optimale Netzanschluss eine Kombination zwischen RONT, Spannungsblindleistungsregelung, Trennstellenverlagerung und Leitungsverstärkung sein kann. In diesem Fall bemerkenswert ist, dass der RONT-Einsatz die Netzanschlusskosten um rd. 60 % gegenüber einer separaten Anbindung am Umspannwerk reduziert. Die Autoren beschreiben eingangs die Problematik hoher Netzausbaukosten beim Anschluss von Photovoltaik-Flächenanlagen. Das Vorgehen der durchgeführten Netzanalyse im konkreten Fall (Abb.: Grafische Darstellung des südlichen MS-Netzes der Stadtwerke Kehlheim mit angedeuteter Einspeiseleistung) und die 6 analysierten Netzanschlussvarianten werden beschrieben und diskutiert (Abb.: Gegenüberstellung der Investitionen der verschiedenen Netzausbauszenarien). Die oben genannte günstigste Anschlussvariante besteht aus folgender Kombination: Verlegung der vorhandenen Netztrennstelle zwischen zwei 20-kV-Stränge; Verstärkung einer bestehenden Freileitungsstrecke über 1 km; Einsatz von maximal 15RONT sowie Spannungsblindleistungsregelung durch die PV-Flächenanlage.
In this technical report, (1) the benefits of the new technology for future energy supply are discussed, (2) the climate protection effect of wind gas is discussed, and (3) a reasonable use of wind energy for gas generation is analyzed. In particular, windgas in the heat market is discussed in the utilization cascade of wind energy. The new "power-to-gas" concept opens up completely new possibilities for the integration of renewable energies and for coupling the electricity and gas grids. The Sabatier process, which has been known for 100 years, was first developed for this purpose in 2008 under the leadership of the Center for Solar Energy and Hydrogen Research and Fraunhofer IWES (formerly ISET) with electrolysis to create the "power-to-gas" concept for energy storage. A first pilot plant was built by ZSW Stuttgart on behalf of SolarFuel in 2009. This plant proves the technical feasibility of the new technology. Renewable gas is stored, transported and used as required as control and reserve energy via reconversion, e.g. in combined cycle power plants. In this way, decentrally generated renewable electricity is converted into a CO2 -neutral energy carrier with high energy density. The key advantage of renewable methane is the use of existing infrastructure such as gas grids, gas storage and end-use equipment for the integration of renewable energy. Technologies for natural gas are state of the art and commercially available. Methane also has three times the energy density of hydrogen.
Wie groß ist der Speicherbedarf in Deutschland in der weiteren Umsetzung der Energiewende? Welche Rolle spielen Batteriespeicher, Pumpspeicher, Power-to-Gas etc. im Kontext anderer Flexibilitätsoptionen auf den verschiedenen Netzebenen? Wie entwickelt sich der Markt für Batterien und Wasserstoff? In unserer Agora-Speicherstudie haben wir auch erstmalig den Begriff Power-to-X definiert und damit die bis dato entstandenen Begriffe Power-to-Gas, Power-to-Liquids, Power-to-Products, Power-to-Chemicals etc. zusammengefasst.
Effects of Quality Control on Reliability of Reinforced Concrete Structures according to Eurocodes
(2016)
The effect of quality control on structural reliability represents an increasingly important concern of designers and thus is investigated in this contribution, focusing on reinforced concrete structures. Recent European documents for structural design – Eurocodes, fib Model Code 2010 and ISO 2394:2015 for general principles on structural reliability indicate that the partial factors may be adjusted to available information on the quality control of structures. In particular, the partial factors for concrete and steel strength may be significantly reduced taking into account actual execution quality and related available data. Using probabilistic methods of structural reliability, effects for execution quality are investigated in this contribution considering two fundamental reinforced concrete members: a beam (or slab) exposed to bending and a short column exposed to compression. It is shown that the reliability of reinforced concrete members may vary with the load ratio of variable and permanent actions. It appears also that the structural members of a basic quality, designed using unreduced partial factors, have a greater reliability level than the members of an increased quality, designed using the partial factors reduced according to EN 1992 1 1. This provides the basis for recommendations for further code developments.
This paper proposes the possible switching synchronization strategies of an automotive dual-inverter against the background of minimizing the RMS DC-link capacitor current. The publication mainly focuses on the straight-ahead motion of a rear axle with one electric drive per wheel. In addition to it, a dual-inverter consisting of two subinverters with a common DC-link capacitor is taken into consideration. These sub-inverters each have three phases and are based on a 2-level voltage-source-topology. To control the electrical machines, the continuous Space-Vector-Modulation strategy is used. For this application, different control signal synchronization strategies of the two sub-inverters of the dualinverter are presented. Apart from the existing strategies, this paper proposes a new method, which inherits a compromise between low complexity and high effectiveness. In contrast to previous publications, the resulting capacitor currents are quantified and subsequentlyevaluated. This novel quantification, which is dependent on the dual-inverter’s operating point, provides a base for targeted dimensioning of the capacitor. Moreover, this forms the foundation for further investigations of vehicle’s cornering, as well as for the possible synchronization of stand-alone inverters. In the context of this publication, the presented results are verified by experimentally determined data of a motor-inverter system.
Im Rahmen des Projektes C/sells wurden mehrere Mittelspannungsnetze modelliert, um die aktuellen Spannungsverhältnisse und Leitungsauslastungen nachbilden zu können. Zudem wurden, angelehnt an den Netzentwicklungsplan, Szenarien für den zukünftigen PV-Zubau und die potenzielle Entwicklung der Elektromobilität entworfen. Auf Basis der Ergebnisse lässt sich eine Netzanalyse hinsichtlich Spannungs- und Stromgrenzwertüberschreitungen sowie zu deren potenziellen Auftrittszeitpunkten und Auftrittsdauern durchführen. Parallel wurde anhand von Sensitivitätsanalysen untersucht, welche Wirksamkeit Flexibilitätseinsätze an den verschiedenen Netzknoten auf den Engpass haben. Dadurch kann bestimmt werden, wie effektiv die verfügbaren, in der Regel örtlich gebundenen Flexibilitätsanbieter eingesetzt werden können. Da die Sensitivitäten arbeitspunktabhängig sind, wurden verschiedene Zeitpunkte im Jahresverlauf berechnet und die jeweilige Änderungen der Wirksamkeit ausgewertet. Neben der Höhe der Leistungsabweichung wurde die Flexibilitätsanforderung auch anhand der Einsatzzeitpunkte und Einsatzdauer sowie anhand der Häufigkeit der nötigen Flexibilitätseinsätze charakterisiert. Aus den gewonnenen Erkenntnissen soll abgeleitet werden, inwiefern sich der flexible Einsatz der Verbrauchsanlagen in der Netzplanung verankern lässt. Besonders relevant ist deshalb, mit welcher Verlässlichkeit die Flexibilität abgerufen werden kann. Eine sehr hohe Verlässlichkeit lässt sich je nach Flexibilitätsanbieter möglicherweise nicht oder nur zu sehr hohen Preisen gewährleisten. Die Eignung der Flexibilitätseinsätze wird somit sowohl aus technischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht bewertet. Da eine vollständige Verlässlichkeit ohnehin nicht sichergestellt werden kann (technische Störungen einer Anlage, Wettereinflüsse, etc.), werden auch Fallback-Strategien, z. B. Einspeisespitzenkappung, in die Analyse einbezogen.
In Zusammenarbeit mit den Kreiswerken Cham wurde an der OTH Regensburg das Trinkwasserversorgungsgebiet mit allen relevanten Pumpen und Hochbehältern nachgebildet. Mithilfe des Modells kann die aktuelle, füllstandgesteuerte Betriebsweise unter Einhaltung der Randbedingungen (Grenzwerte der Behälterfüllstände, elektrische Verschaltung der Pumpen) simuliert werden. Daraus lässt sich auch das gesicherte, für die Netzplanung geeignete Flexibilitätspotenzial anhand der Leistungsabweichung gegenüber dem regulären Fahrplan, der Einsatzdauer, dem Einsatzzeitpunkt und der Pause zwischen den Flexibilitätsabrufen charakterisieren. In einem Feldversuch wurde vordergründig untersucht, inwiefern der Einsatz von Flexibilität in der Trinkwasserversorgung technisch umsetzbar ist.
Die Energiewende führt zu einem steigenden Zubau erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen im Verteilungsnetz. Ebenso ist mit einem verstärkten Zuwachs der Elektromobilität zu rechnen, der zu einer weiteren Ausreizung der zulässigen Spannungsbereiche und Leitungsauslastungen beitragen kann. Um die Aufnahmefähigkeit des Verteilungsnetzes zu erhöhen, wurden in der Vergangenheit verschiedene Lösungen entwickelt und etabliert. Ein zusätzlicher Baustein zur Behebung von Netzengpässen und Spannungsproblemen sind zeitliche Verlagerungen von Einspeisungen und Verbrauchslasten in der Mittelspannungsebene. Diese sogenannten Flexibilitätsmaßnahmen sind derzeit noch nicht Stand der Technik. Um einen hohen Nutzen stiften zu können, indem sie zu einer effizienten Einsparung an Asset beitragen, müssen sie in der Netzplanung abbildbar gemacht werden. Dazu sind einerseits geeignete technische und zuverlässigkeitstheoretische Anforderungen an die Flexibilitätsmaßnahmen herauszuarbeiten, um eine möglichst hohe Gesamteffizienz bei Netz- und Anlagenbetreibern zu erzielen und andererseits ein Verfahren zu finden, mit dem Manipulationsmöglichkeiten (INC-DEC-Gaming) ausgeschlossen bzw. geringgehalten werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Untersuchung der wirkleistungsabhängigen Spannungssensitivität an den Knoten eines Mittelspannungsnetzstranges. Hierfür wird eine Reihe von Arbeitspunkten durch die Variation der Wirkleistungsentnahmen bzw. Einspeisungen an den Netzknoten sowie des Verschiebungsfaktors und der Spannungssollwertvorgabe am Bilanzknoten erzeugt. Die Ergebnisse zeigen eine direkte Abhängigkeit von der Spannung des untersuchten Netzknotens. Hierbei steigt die Sensitivität bei fallenden Spannungswerten. Diese können sowohl durch Wirk- und Blindleistungsbelastungen als auch durch eine veränderte Referenzspannung am Umspannwerk bedingt werden. Darüber hinaus liegt eine Beeinflussung durch die Wirkleistungsbelastung und deren Verteilung über den Netzstrang hinweg vor. Je höher die Belastung der Leitung bis zum Knoten der Flexibilität ausfällt sowie je stärker sich die Last hin zu diesem Punkt verlagert, desto höher ist die Sensitivität. Dies gilt ebenfalls für Arbeitspunkte mit gleichbleibender Spannung in den betrachteten Knoten. Des Weiteren wird die Anpassung eines multiplen linearen Regressionsmodells vorgenommen. Dieses ermöglicht eine Abschätzung der Sensitivitätswerte durch die Kenntnis einiger, die Belastungssituation des Netzes bestimmender Parameter.
Green hydrogen via renewable powered electrolysis has a high relevance in decarbonization and supply security. Achieving economically competitive hydrogen production costs is a major challenge in times of an energy price crisis. Our objective is to show the economically optimal installed capacity of electrolysers in relation to wind and solar power so swift and credible statements can be made regarding the system design. The ratio between renewable generation and electrolysis power as well as scaling effects, operating behaviour and development of costs are considered. Hydrogen production costs are calculated for four exemplary real PV and wind sites and different ratios of electrolysis to renewable power for the year 2020. The ideal ratio for PV systems is between 14% and 73% and for wind between 3.3% and 143% for low and high full load hours. The lowest hydrogen production costs are identified at 2.53 €/kg for 50 MW wind power and 72 MW electrolysis power. The results provide plant constructors the possibility to create a cost-optimized design via an optimum ratio of electrolysis to renewable capacity. Therefore, the procedures for planning and dimensioning of selected systems can be drastically simplified.
A Theoretical Comparison of Different Virtual Synchronous Generator Implementations on Inverters
(2022)
The goal to overcome the global climate crisis leads to a rising demand for the usage of Renewable Energy Sources (RES). Decentralized control strategies are needed to allow the integration of RES into the grid. The Virtual Synchronous Generator (VSG) is proposed as a method to add virtual inertia to the grid by emulating the rotating mass of a Synchronous Generator (SG) on the control algorithm of an inverter. This paper presents the VSG control structure as well as the mathematical description in a unified form. Due to the fact that classical droop control can be seen as a special form of the VSG, their correlation is highlighted by evaluating the steady state output characteristics of the inverter. Furthermore, a theoretical comparison between different VSG topologies, including the VISMA-Method 2 and the synchronverter, is given. In order to achieve better voltage stability, principles to add virtual impedance to the inverter's output are described.
Due to the very high fossil energy demand, the glass industry is looking for innovative approaches for the reduction of CO2 emissions and the integration of renewable energy sources. In this paper, we present a novel power-to-gas concept, which has no impact on established melting processes and discuss it for this purpose. A special focus is set on the required CO2 capture from typical flue gases in the glass industry, as this process has not been investigated in detail yet. We used a process simulation approach to investigate post-combustion CO2 capture by absorption processes, followed by a techno-economic evaluation. Our investigations found the designed CO2 capture plant to be approx. 400 times smaller than absorption based CO2 separation processes for conventional power plants. Due to the many options for waste heat utilization, the waste heat required for CO2 desorption can be generated in a particularly efficient and cost-effective way. The resulting CO2 avoidance costs range between 41-42 €/t CO2, depending on waste heat utilization for desorption, and thus offer a cost effective way of CO2 removal from glass industry melting processes. These costs are well below the values of 50-65 €/t CO2 described so far for comparable industrial applications. In addition, we describe optimization options, like solvent and process improvements, to enable further cost reductions. These results motivate further research and development on the overall process presented in this work.
The Logical Execution Time (LET) has recently been integrated in multi-core automotive systems to ensure timing and dataflow determinism. Although buffering mechanisms are introduced to incorporate LET semantics, they do not guarantee that tasks are executed within their LET frames. In fact, LET and buffering semantics are violated if scheduling is not designed to execute all tasks within their LET frames and in a specific order. In this paper, we describe a scheduling synthesis technique for Fixed-Priority Scheduling (FPS) to achieve resource-efficient execution of LET systems. The proposed approach considers LET semantics, scheduling overheads, and delays caused by operating system operations and provides the possibility to optimize the schedule with respect to aspects like scheduling overheads. Our performance and feasibility evaluation shows that the proposed algorithm provides results in a reasonable amount of time for models of complex industrial applications. Thus, the integration of the proposed algorithm into an automated process is of high benefit to accelerate the development of vehicle applications.
Non-road sectors, such as agriculture and construction machinery, require high energy densities and flexibility in use, which is why diesel engines are mainly used. The use of climate-neutral fuels, produced from renewable energies, such as Oxymethylene Ether (OME) as a diesel substitute, can significantly reduce CO2 and pollutant emissions in these sectors. In addition to CO2 neutrality, OME also offers improved combustion characteristics compared to diesel fuel, eliminating the soot–NOx trade-off and thus enabling new opportunities in engine design and calibration. In this paper, the combustion of pure OME on a close-to-production, single-cylinder non-road diesel engine with a pump–line–nozzle injection system is analyzed. A variation of the center of combustion at constant power output was performed for diesel and OME at different operating points. Two injectors were investigated with OME. A study on ignition delay and a detailed thermodynamic analysis was carried out. In addition, the exhaust emissions CO, NOx, VOC, as well as particulate-matter, -number and -size distributions were measured. With OME, a significantly shorter ignition delay as well as a shortened combustion duration could be observed, despite a longer injection duration. In addition, the maximum injection pressure increases. VOC and CO emissions are reduced. Particulate matter was reduced by more than 99% and particle number (>10 nm) was reduced by multiple orders of magnitude. The median of the particle size distribution shifts from 60 to 85 nm (diesel) into a diameter range of sub 23 nm (OME). A significant reduction of NOx emissions with OME enables new degrees of freedom in engine calibration and an efficiency advantage without hardware adaption.
The laminated steel core of transformers is one of the main sources of the generated sound, as it is excited by different electromagnetic effects during its normal operation. If the core is excited in its eigenfrequencies, the sound generated by a transformer will increase significantly. Therefore, knowledge of the core’s eigenmodes and -frequencies in an early design stage can decrease expenses by avoiding costly modifications that might be required to avoid the sound levels exceeding the specified values after the final factory acceptance test. The current study focuses on developing a core resonance model to determine the eigenmodes and -frequencies of a transformer core. The core’s geometry was simplified to a connected-beam structure and a numerical-based approach was applied. The accuracy of the developed model was validated against finite element method (FEM), using ANSYS on a reference core model.
During the factory acceptance test, the sound levels are measured. If the measured sound levels exceed pre-specified values, modifications on the transformer’s active part and/or tank need to be conducted. Tank resonance, if occurs, at twice main power frequency and its higher harmonics is one of the main reasons of amplifying the generated sound levels. Therefore, it is preferable to know already in the design stage about the occurrence of the tank resonance and propose reliable tank solutions. The current study presents a newly developed model for calculating the mode shapes and its corresponding eigenfrequencies of the tank.
Dieser Bericht entstand im Rahmen der Lehrveranstaltung „Forschungsmethoden und Seminar (FMS)“ im Sommersemester 2022 auf Initiative der Studierenden des Masterstudiengangs „Elektro- und Informationstechnik
(MEI)“.
Diese Lehrveranstaltung hat das Ziel, systematisch an das wissenschaftliche Arbeiten, speziell die Wissenschaftskommunikation, heranzuführen. Daher war geeignete Literatur zu einem individuellen Thema zu recherchieren, Veröffentlichungen auf ihre Relevanz hin zu beurteilen und letztendlich eine eigene Ausarbeitung basierend auf der Literaturrecherche zu erarbeiten und diese in einem Vortrag zu präsentieren.
Parallel dazu erfolgte im Theorieteil die entsprechende Hinführung zu den verschiedenen Elementen der Wissenschaftskommunikation:
• Bedeutung der Wissenschaftskommunikation für die Arbeit der Ingenieure
in Forschung und Entwicklung
• Literaturrecherche, Suchmaschinen, Sichtung und Analyse vorhandener
Publikationen, Bewertung der Qualität aufgefundener Fachliteratur,
Auswahl geeigneter Materialien für die eigene Arbeit
• Aufbereitung und Darstellung der recherchierten technischer Inhalte
in Form einer seitenanzahlbegrenzten wissenschaftlichen Ausarbeitung
• Einhalten formaler Randbedingungen bzgl. Strukturierung, einschl.
Bildnachweise und Zitationsstile
• Peer-review-Prozess bei wertschätzender Beurteilung der Leistung
anderer
• Publikumsangepasstes Aufbereiten komplexer fachlicher Inhalte mit
hochschulöffentlicher Präsentation der Ergebnisse
• Führen mündlicher wissenschaftlicher Diskurse
Nachdem die Masterstudierenden in der Regel über noch keine eigene wissenschaftliche Forschungserfahrung bzw. -inhalte verfügen, lag der wählbare Schwerpunkt der Literatursuche auf der Bearbeitung von vorgegeben aktuellen technischen oder gesellschaftspolitischen Forschungsthemen.
The Twistbeam axle suspension is a cheap and robust layout for rear axles at front wheel driven midsize cars. Appropriate models have to take the elastic deformation of the torsion beam into account. A Finite Element approach requires detailed informations of the material properties and the shape which are usually only available in the final production stage. This paper presents a lumped mass model which can easily be integrated into a multibody vehicle model and can be used in the early stage of development. An approximation by the design kinematics further reduces the complexity of the model and considers only the kinematic properties of the Twistbeam suspension. Simulations using a nonlinear and three-dimensional vehicle model with different maneuvers, such as steady-state cornering, step steer input, and driving straight ahead on random road, demonstrate the performance and, in particular, the difference of the presented Twistbeam suspension models.
Dieser Bericht entstand im Rahmen der Lehrveranstaltung „Forschungsmethoden und Seminar (FMS)“ im Wintersemester 2021/22 auf Initiative der Studierenden des Masterstudiengangs „Elektro- und Informationstechnik (MEI)“.
Diese Lehrveranstaltung hat das Ziel, systematisch an das wissenschaftliche Arbeiten, speziell die Wissenschaftskommunikation, heranzuführen. Daher war geeignete Literatur zu einem individuellen Thema zu recherchieren, Veröffentlichungen auf ihre Relevanz hin zu beurteilen und letztendlich eine eigene Ausarbeitung basierend auf der Literaturrecherche zu erarbeiten und diese in einem Vortrag zu präsentieren. Parallel dazu erfolgte im Theorieteil die entsprechende Hinführung zu den verschiedenen Elementen der Wissenschaftskommunikation:
• Bedeutung der Wissenschaftskommunikation für die Arbeit der Ingenieure in Forschung und Entwicklung
• Literaturrecherche, Suchmaschinen, Sichtung und Analyse vorhandener Publikationen, Bewertung der Qualität aufgefundener Fachliteratur, Auswahl geeigneter Materialien für die eigene Arbeit
• Aufbereitung und Darstellung der recherchierten technischer Inhalte in Form einer seitenanzahlbegrenzten wissenschaftlichen Ausarbeitung
• Einhalten formaler Randbedingungen bzgl. Strukturierung, einschl. Bildnachweise und Zitationsstile
• Peer-review-Prozess bei wertschätzender Beurteilung der Leistung anderer
• Publikumsangepasstes Aufbereiten komplexer fachlicher Inhalte mit hochschulöffentlicher Präsentation der Ergebnisse
• Führen mündlicher wissenschaftlicher Diskurse
Nachdem die Masterstudierenden in der Regel über noch keine eigene wissenschaftliche Forschungserfahrung bzw. -inhalte verfügen, lag der wählbare Schwerpunkt der Literatursuche auf der Bearbeitung von vorgegeben aktuellen technischen oder gesellschaftspolitischen Forschungsthemen.
The TMeasy is a tyre model suitable for vehicle handling analyses and enables easy parametrisation. Recently, a convenient interface to Modelica was implemented by DLR to support the TMeasy also for vehicle modelling in multi-physical domains. This paper focuses especially on the particular problem of reliable reproduction of the tyre’s bore torque which occurs during parking manoeuvres. It outlines the theory behind it, discusses the Modelica interface implementation, and presents the results of parameter identification which were achieved based on real experiments with DLR’s research platform ROboMObil.
Virtual testing procedures have become a standard in vehicle dynamics. The increasing complexity of driver assistance sys-
tems demand for more and more virtual tests, which are supposed to produce reliable results even in the limit range. As a consequence,
simplified vehicle models, like the classical bicycle model or 4-wheel vehicle models, have to be replaced by a fully three-dimensional
and nonlinear vehicle model, which also encompasses the details of the suspension systems. This paper presents a passenger car model,
where the chassis, the four knuckles, and the four wheels are described by rigid bodies, the suspension system is modeled by the generic
design kinematics, and the TMeasy tire model provides the tire forces and torques in all driving situations.
TMeasy 6.0, an extension to the standard TMeasy tire model of version 5.3, takes the relevant first two rigid body eigenmodes of the belt into consideration. These modes represent the in plane longitudinal and rotational movements of the belt relative to the rim. The dynamics of the longitudinal force is of higher order then and reproduces the tire wheel vibrations, required for indirect tire-pressure monitoring systems (iTPMS), sufficiently well. A tailored implicit solver, which takes the stiff coupling between the longitudinal force and the belt motions into account, still provides real-time performance in addition. Simulation examples show that a rigid body vehicle model equipped with TMeasy 6.0 makes it possible to investigate second generation indirect tire-pressure monitoring systems.
The present papers deals with the usability of an extended Maxwell model to describe the tyre dynamics during transient driving manoeuvres. In the present article, the para-metrisation process of a dynamic tyre model is investigated in a first step, using measurement data of tyre forces from a flat trac tyre test bench, (IABG 2016). Two tyre types of dimensions 255/50 R19 and 175/55 R15 are used. The practical applicability is discussed, considering the measurement procedure and the parameter optimisation process. In a second step, the performance of the dynamic tyre model is validated using measurements of manoeuvres under higher dynamic excitation. As a last step, an outlook is given on further research planned in which the presented model and parametrisation are adapted to a larger frequency range.
The flow of superfluid helium-4 at very low temperatures around an oscillating microsphere has been studied in detail. At small oscillation amplitudes the drag force is linear in velocity amplitude. Above a critical velocity amplitude vc a transition from potential flow to turbulent flow is signaled by a large and nonlinear drag force that scales as (v2 - v2 c ), where vc is found to be independent of temperature (below 1 K) and of driving force. Interestingly, the critical velocity is found to scale as vc ~ √κω, where κ = h/m ≈ 10−7 m2/s (h is Planck's constant and m is the mass of a helium-4 atom) is the circulation quantum of the superfluid vortices and ω/2π is the oscillation frequency ranging from about 120 Hz to 700 Hz. We also observe slightly above vc that the flow pattern is unstable and switches intermittently between potential flow and turbulence. From time series recorded at constant drive and temperature we have investigated the statistical properties of this switching phenomenon. In this talk the universal law vc ~ √κω will be discussed in detail. It can be derived theoretically in various ways: firstly, from a qualitative but very general argument based on the "superfluid Reynolds number" Rs = vl/κ where v is the flow velocity and l is a characteristic length scale, secondly, and in more detail, from Kopnin's equation of the time dependence of the vortex line density, and, finally, we have obtained this law rigorously by dynamical scaling of the equations of motion of vortex dynamics.
This paper presents the new open source Modelica libraryWindPowerPlants. For the economic assessment of either a wind power plant or an entire wind park, the accurate prediction of the energy output is essential. Such prediction is usually performed by means of calculations based on statistical wind data. The proposed WindPowerPlants library is capable of assessing the energy output both for statistical and real wind data based on time domain simulations.
In the presented version of the library wind turbine models are modeled with pitch control. The generator models have variable speed and an optional connector to the mains. The entire library is based on power balance conditions and losses are fully neglected. Yet, the library can be extended towards more detailed models considering different types of losses.
The structure and components of the library are presented. Simulations examples are shown and compared with reference data. The applicability of the proposed WindPowerPlants library is demonstrated and possible enhancements are discussed.
This book proposes a radically new approach for characterizing thermophysical and mechanical properties of zeolite-based adsorbent coatings for Adsorptive Heat Transformers (AHT). It presents a developed standard protocol for the complete characterization of advanced coated adsorbers. Providing an in-depth analysis of the different procedures necessary for evaluating the performance of adsorbers, it also presents an analysis of their stability under the hydrothermal and mechanical stresses during their entire life cycle. Adsorptive Heat Transformers (AHT), especially adsorption chillers and heat pumps, are considered to be promising technologies to increase thermal energy efficiency. Nevertheless, an overall increase in performance of this apparatus is necessary for them to be considered a mature technology to be used commercially. Development of innovative coated adsorbers can be perceived as a key issue for the enhancement of AHT technology. This procedure relies on the deposition, either by means of a binder or by direct crystallization, of the adsorbent material over a metallic heat exchanger, aiming at the improvement of the heat transfer between the external heat source and the adsorbent itself. This book offers a valuable resource to those working on the development of novel adsorbent materials and advanced adsorbent beds for heating and cooling applications. It is also intended for researchers interested in renewable energy and energy efficiency.
Die Einhaltung der Spannungsbandgrenzen im Niederspannungsnetz durch die dezentrale Emspeisung von Erzeugungsanlagen ist oft der Grund für Netzausbaumaßnahmen. Dem Netzbetreiber stehen mittlerweile viele Losungsmaßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator (RONT) oder Blindleistungsregelung sind bereits serienreif und werden eingesetzt. Unklarheit herrscht oft noch darüber, welche Maßnahmen bzw Kombinationen langfristig wirtschaftlich günstig sind und sich hinsichtlich der Netzplanung als vorteilhaft erweisen. Ein Forschungsprojekt an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg untersucht verschiedene Lösungsmaßnahmen systematisch, um sie wirtschaftlich, technisch und energetisch bewerten zu können. In 20 Netzen wird in diskreten Schritten die Integration von Erzeugungskapazität am Beispiel der PV simuliert. Der Zubau umfasst den Bereich von 0-100% des möglichen Dachflächenpotenzials. Nach jedem Zubauschritt wird die maximale Spannungsanhebung berechnet. Bei Überschreiten einer Spannungsanhebung in Höhe der in [VDE, FNN Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, VDE-AR-N 4105:2011-08] verankerten drei Prozentpunkte, oder der Stromtragfähigkeitsgrenze eines Betriebsmittels erfolgt ein Netzausbau. Dabei werden die Optionen RONT, die Parallelverkabelung, drei Stufen des Einspeisemanagements (Spitzenkappung auf 85%, 70% und 55%), die Blindleistungsregelung (cosφ(P)), der Zubau von zusätzlichen Ortsnetzstationen und die Verwendung von Strangreglern untersucht. Je kleiner das Ortsnetz, desto stärker bedingt sich die Kostenentwicklung durch die gewählte Primärmaßnahme. Klassischer Netzausbau ist in kleinen Netzen meist teurer als der Einsatz von RONT oder Strangreglern. In größeren Netzen können Parallelverkabelung oder zusätzliche ONS zu günstigen Ausbaupfaden führen. Maßnahmen die anfangs nahezu keine Investition in Netzbetriebsmittel benötigen (Einspeisemanagement, Blindleistungsregelung) sind initial mit Abstand am günstigsten. Im Mittel günstiger als RONT sind anfangs auch Verkabelung und Strangregler, jedoch bei höherer Ergebnisstreuung. Bereits nach fünf Perioden liegen die mittleren Gegenwartswerte für starke Spitzenkappung, Blindleistungsregelung und zusätzliche ONS häufig über der Maßnahme RONT. Die geringste Kostenstreuung tritt beim Einsatz von RONT auf. Mittel- und langfristig liegen die Mediane fast aller Primärmaßnahmen über den wahrscheinlich auftretenden Kosten für Strangregler und RONT. Bei Erschließung von zusätzlichen 25% des theoretisch maximalen Potenzials nach Erreichen der NAK betragen die Kosten bei RONT-Einsatz ca. 125/kWp. Parallelverkabelung verursacht rd. 45, Blindleistungsregelung rd. 55 €/kWp Mehrkosten. Bei 50% des Ausbaupotenzials führen Parallelverkabelung und Blindleistungsregelung mit im Mittel 50 bzw. 75 €/kWp sogar zu noch höheren Mehrkosten. Für 20 GW PV-Leistung in der Niederspannung bedeutet dies über 1 Mrd. Zusatzkosten. RONT und Strangregler erweisen sich zudem kostenrobust gegenüber unerwartet ausbleibendem Kapazitätszubau. Analysen dazu und Ergebnisse für andere Zinssätze und Zeitskalen befinden sich in [INA, Informationsportal: Regelbare Ortsnetztransformatoren, 2015. http://ront.info].
This paper shows how magnetic noises can be reduced with a wound field synchronous machine (WFSM) with magnetic
asymmetry compared to a permanent magnet synchronous machine (PSM), operating at base speed range and full load. In order to reproduce a real noise behavior, the two rotor types are operated in a complete electric drive unit (EDU) consisting of an electric motor, gearbox, inverter and overall housing. In the concept study, the noise characteristics of the two electric machines is evaluated and compared via mechanical finite element method (FEM) simulations using the equivalent radiated power (ERP) level and Campbell diagrams. Furthermore, it is shown that critical frequency orders can already be identified by the analysis of the magnetic force density from the electromagnetic design without computationally intensive ERP calculations. In this context, the ERP investigations have shown that the unique feature of the magnetically asymmetric WFSM is the reduction of the slot harmonics. At the current state of the art, the slot harmonics can only be reduced with a rotor skewing. The disadvantage of this is a reduction in performance and a more expensive production. It is also remarkable that the magnetic asymmetry reduces the slot harmonics more than the rotor skewing in the PSM. In addition, both machines are still considered with a short-pitched stator winding to optimize the overall noise level by reducing the 24th frequency order.
Dieses Lehrbuch vermittelt nicht nur Grundlagen, sondern stellt auch die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden und ermöglichen es, Aufwand und Problematik bei der Umsetzung der Theorie innerhalb von Simulationsprogrammen einzuschätzen. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkret behandelte Beispiele sind die Eigendynamik eines Traktors mit gefederter Vorderachse, das Rotorblatt eines Hubschraubers sowie die Vorderachse eines Pkws. Die entsprechenden Matlab-Skripte und Lösungen zu den Übungsaufgaben können auf der Springer-Homepage beim Buch heruntergeladen werden. Der Inhalt Dynamik des starren Körpers - Bewegungsgleichungen - Starre Körper mit elastischen und kinematischen Verbindungselementen - Integrationsverfahren - Rekursiver Algorithmus - Differential-Algebraische Gleichungen - Analyse von Mehrkörpersystemen - Anwendungs- und Übungsbeispiele aus der Technik Die Zielgruppen Studenten des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und Mechatronik sowie der Biomechanik an Hochschulen und Universitäten Ingenieure in der Praxis, die sich mit Fragestellungen der Mehrkörpersimulation (MKS) befassen Entwickler aus der Kfz-Technik sowie Fachleute aus F+E Die Autoren Dr.-Ing. Georg Rill ist Professor mit den Lehrgebieten Technische Mechanik, Ingenieurinformatik, Fahrdynamik, Mehrkörperdynamik sowie Laborleiter Fahrdynamik. Dr.-Ing. Thomas Schaeffer ist Professor mit den Lehrgebieten Konstruktion, CAD, Maschinenelemente und Getriebetechnik, Mehrkörpersysteme und Bewegungstechnik sowie Laborleiter Mehrkörpersimulation, beide an der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Regensburg.
Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte für eine klimaverträgliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierfür die deutschen energiebedingten CO2-Emissionen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken müssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazitäten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Gebäudewärme hierzu wesentlich beitragen. Die Kernenergie ist mit großen Risiken belastet und kann nicht hinreichend schnell aufgebaut werden. Biomasse in Form von Energiepflanzen zu nutzen, ist ineffizient und steht im Konflikt mit anderen Arten der Landnutzung. Importe klimaneutral erzeugter Energieträger in sehr großem Umfang erfordern extrem große Investitionen im Ausland. Sie sind eine ungesicherte Option auf die Zukunft.
Entscheidend ist daher der ausreichend schnelle Ausbau von Photovoltaik (PV) und Windkraft in Deutschland. Schätzungsweise kann der Elektrizitätsbedarf im Jahr 2030 z.B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahezu vollständig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elektrifizierte Mobilität und Wärmeversorgung betreiben und ein Teil des benötigten "grünen" Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierfür ist ein jährlicher Zubau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft nötig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine gesellschaftliche Kraftanstrengung. Ein weiter verzögerter Ausbau müsste mit noch deutlich größeren gesellschaftlichen Anstrengungen für drastische Energieeinsparungen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt könnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Aufbau der Kapazitäten mehrere Jahre erfordert, ist es möglich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt für Importe entwickelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegenüber der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfolgen.
Grüner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abgeleitete Syntheseprodukte sind für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie für die Absicherung der Energieversorgung bei Dunkelflauten nötig. Ohne die genannten Ausbauziele für Wind und Solar noch drastisch weiter zu erhöhen, stehen diese Produkte für Straßenverkehr und Wärmeversorgung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Techniken zum Ausgleich zwischen Elektrizitätsangebot und -nachfrage sind verfügbar und sollten rechtzeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu gehören: Stromaustausch mit den Nachbarländern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. Für deren Integration sowie den Ausbau der Netze sollten zügig verbesserte rechtliche Rahmenbedingungen geschaffen werden.
Die Kosten eines klimaverträglichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht höher als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitsplätze und Exportchancen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Gebäudesanierung. Die politischen Rahmenbedingungen entscheiden, ob eine klimaverträgliche Energieversorgung Deutschlands gelingt.
Der Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien im deutschen Strommix steigt. Um die Netzstabilität zu erhalten, Fluktuationen im Dargebot nach Wetterlage und saisonal auszugleichen sind absehbar ab ca. 2030 große Stromspeicherkapazitäten erforderlich. Wasser-Pumpspeicherwerke sind derzeit die einzige langjährig erprobte Technologie, die künftig in Braunkohletagebauen, welche im Zuge der Energiewende aufgegeben werden, errichtet werden könnten. Eine Überschlagsrechnung am Beispiel eines Pumpspeicherwerks in verschiedenen Tagebauen zeigt, dass diese mit bis zu 400 GWh ein signifikantes technisches Speicherpotenzial haben.
Infolge neuer Zielsetzungen im Automobilbereich, wie z. B. der Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen hin zum hochautomatisierten Fahren (HAF), ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Signalgüte der im Fahrzeug eingesetzten Inertialsensoren für Drehraten und Beschleunigungen. Da deren Erfüllung über einen hardwarebasierten Ansatz nicht immer möglich und sinnvoll ist, strebt die Firma Continental eine Software-Lösung zur modellbasierten Verbesserung dieser Sensorsignale an.
Recent developments in exhaust gas legislation make it necessary to focus the research at the particulate emissions from gasoline engines and technologies for their reduction. In addition to the particulates resulting from the combustion of the fuel, the oil emissions represent another possible source for particulate emissions. This paper presents a measurement method which can be used to quantify stationary as well as dynamic oil emissions of gasoline engines. Furthermore, the correlation between the oil emissions and the particulate emissions is the focus of the investigations. Conventional methods for the determination of the oil emissions, such as the gravimetric and the volumetric measurement, are unsuitable since they require long engine operation times to provide useful results. These methods therefore do not allow a fast online measurements during the dynamic operation. For this reason, a new measuring method was used, which allows for a time-resolved online measurement of the oil emissions. This measurement method is based on the sulfur tracer method, which uses the sulfur that is naturally contained in the engine oil as a tracer. The sulfur concentration in the exhaust gas is determined by using an Ion-Molecule-Reaction mass spectrometer. The determination of the particulate emissions corresponds to the PMP regulation. The studies carried out under steady state and dynamic conditions show a clear correlation between the oil consumption and the number of particulates in the exhaust gas. In the case of the dynamic measurements it could also be shown that time-resolved measurements of the oil consumption are possible with the used measurement setup. In addition, it was shown that the number of particulates does not influence the measurement of the SO2-concentration. Furthermore, the different effects of burned and unburned oil emissions have been evaluated by the dosing of the oil into the exhaust gas. The overall conclusion of the measurements shows a strong influence of the oil emissions on the particulate emissions. Therefore, it is crucial to reduce the oil emissions. Possible approaches for this reduction can be improved turbocharger sealing concepts, new piston ring designs or more efficient oil separators for the crankcase ventilation system.
Verteilungsnetzbetreibern stehen mittlerweile viele Maßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung. Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator werden in vielen Pilotprojekten erprobt. Unklar ist jedoch noch, welche Maßnahmen beziehungsweise Kombinationen langfristig wirtschaftlich am günstigsten sind. Die Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg untersucht daher in einem Forschungsprojekt verschiedene Maßnahmen, um sie unter wirtschaftlichen, technischen und energetischen Gesichtspunkten bewerten zu können. Der Beitrag untersucht am Beispiel des Netzmodells eines Dorfnetzes mit zahlreichen Photovoltaikanlagen unterschiedliche Szenarien für die Spannungshaltung, wobei u. a. Maßnahmen wie die Parallelverkabelung, das Einspeisemanagement durch Spitzenlastkappung, die Spannungs-Blindleistungsregelung durch die Erzeugungsanlagen sowie ein RONT (regelbarer Ortsnetztransformator) betrachtet werden. Dabei zeigt sich, dass es keine Maßnahme gibt, die in allen Belangen die günstigste Lösung ist. Es zeichnet sich jedoch ab, dass der RONT in vielen Fällen (abhängig vom Durchdringungsgrad) die günstigste oder zumeist eine günstige Lösung zur Erhöhung der Netzanschlusskapazität darstellt.
In den Verteilungsnetzen (VN) besteht erheblicher Optimierungsbedarf, um die geplanten Leistungen an dezentralen Erzeugungsanlagen (EZA) aufnehmen und um die erzeugte Energie an das Übertragungsnetz abgeben zu können. Bislang konnte der Aufwand für die Netzplanung im VN mittels standardisierter Abläufe und großzügigen Reserven im Spannungsband und der Stromtragfähigkeit begrenzt werden. Im Zuge des Zubaus an EZA schwinden diese Reserven und Netzplanungsaufgaben müssen individueller für einzelne Netzabschnitte gelöst werden. Die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) der OTH Regensburg beschäftigt sich u. a. mit der Fragestellung wie die Netzplanung im Verteilungsnetz hinsichtlich der neu entstandenen Herausforderungen optimiert werden kann und gleichzeitig praktikabel bleibt. Kernthemen sind dabei das Spannungs- und das Blindleistungsmanagement im Verteilungsnetz. Im Zuge der Energiewende gilt es die vorhandene Netzinfrastruktur noch effizienter auszunutzen und den Ausbau noch stärker bedarfsorientiert zu gestalten. Infolgedessen bewegt sich der Netzbetrieb näher an den Grenzen der Netzparameter (z. B. Spannungshaltung und Auslastung). Von daher müssen bislang praktizierte Verfahren weiter entwickelt werden, , um weiterhin einen sicheren und stabilen Netzbetrieb zu gewährleisten.
In this work, an integrated vehicle control system (IC) is tested in run-off-road scenarios. The integrated approach was employed in order to coordinate vehicle control systems, i.e. the Anti-Lock Brake System (ABS), Four-wheel Steering (4WS) and the Electronic Stability Program (ESP). To perform a run-off-road maneuver, a fuzzy virtual test driver was designed. By receiving the lateral position of an obstacle and the vehicle’s relative yaw angle, the virtual test driver is capable of following a reference trajectory. Furthermore, to test the performance of the standalone controllers, i.e. ABS, ESP and 4WS, individual maneuvers are performed using a multibody vehicle model. The vehicle without any coordination between the control systems is used as reference. For the simulation results, it is concluded that the IC improves the vehicle stability and maneuverability in comparison with the non-integrated approach.
We address a novel probabilistic approach to estimate the Worst Case Response Time boundaries of tasks. Multi-core real-time systems process tasks in parallel on two or more cores. Tasks in our contribution may preempt other tasks, block tasks with semaphores to access global shared resources, or migrate to another core. The depicted task behavior is random. The shape of collected response times of a task within a processing time is multimodal. Extreme Value approaches need unimodal response time distributions to estimate the Worst Case Response Time of tasks. The new proposed method derives a set of three task set shapes from the source task set. It is used to minimize the uncertainty of random task behavior by maximizing the coverage of possible Worst Case Response Times. The case study evaluates the new proposed estimation method by the use of dynamically generated random tasks with varying task properties.
Mechanische Energiespeicher
(2017)
In this thesis, a concept for the automated use of network planning processes, which is part of the decision support system developed in the framework of the EU project CrossEnergy, is presented. This publication focuses on the automatic processing of input data and subsequent network modeling as well as the coordination of network extension measures for the systematic solution of static voltage and current problems. Different variants are calculated in order to be able to compare the design technologies.
Chemische Energiespeicher
(2017)
Im Zuge der Energiewende werden die erneuerbaren Energien zur tragenden Säule unserer Stromversorgung. Bis 2025 sollen bundesweit 40-45 % des Stroms aus erneuerbaren Quellen stammen, bis 2050 sogar 80 %. Dabei wird der erzeugte Strom hauptsächlich aus Wind und Sonne stammen. Im Norden der Bundesrepublik wird Wind die Erzeugung dominieren, während im Süden, insbesondere in Bayern der Strom vornehmlich aus Photovoltaik gewonnen werden wird. Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, wird neben den ausreichenden Erzeugungskapazitäten auch eine leistungsfähige Infrastruktur zur Verteilung und Nutzung des erneuerbaren Stroms notwendig sein. Planbarkeit und Sicherung der Versorgungsqualität bei zunehmenden Anteilen von volatiler Erzeugung werden dabei zu einer immer größeren Herausforderung. Das Projekt neos hat im engen Verbund mit den beteiligten Partnern wichtige tagesaktuelle Fragestellungen wissenschaftlich erörtert und untersucht, die sich durch die laufende Transformation des Energiesystems und den rasanten Ausbau der Anlagen zur erneuerbaren Energieerzeugung den Projektpartnern stellen.
Das vom BMWi geförderte Forschungsprojekt SyNErgie (03/2015 bis 05/2018) beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Netzplanungsprozessen [1]. Im Fokus steht dabei die Modellierung von Blindleistungsflüssen und die dezentrale Nutzung von Blindleistungsquellen (z. B. Wechselrichter, Ladedrosseln, Kondensatoren) in Mittelspannungsnetzen, über welche der Blindleistungshaushalt letztendlich beeinflusst werden soll. Im Rahmen dieses Beitrags wird anhand eines realen Mittelspannungsnetzes (MS-Netz) gezeigt, welche Modellierungsschritte zur Erstellung eines möglichst realitätsnahen Simulationsabbilds nötig sind. Dies ist notwendig, um der Verteilnetzplanung eine robuste Planungsgrundlage für die Ableitung von Entscheidungen im Rahmen eines Blindleistungsmanagements zur Verfügung zu stellen.
Das vom BMWi geförderte Forschungsprojekt SyNErgie (03/2015 bis 05/2018) beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Netzplanungsprozessen [1]. Im Fokus steht dabei die Modellierung von Blindleistungsflüssen und die dezentrale Nutzung von Blindleistungsquellen (z. B. Wechselrichter, Ladedrosseln, Kondensatoren) in Mittelspannungsnetzen, über welche der Blindleistungshaushalt letztendlich beeinflusst werden soll. Diese Veröffentlichung konzentriert sich auf die konzipierte Erweiterung des Netzplanungsprozesses zur Einbindung von Blindleistungsquellen im Verteilungsnetz in ein Blindleistungsmanagement. Deren einzelne Phasen werden erläutert und anschließend die Netz-Sensitivitäts- und -Restriktionsanalyse anhand eines realen Mittelspannungsnetzes demonstriert. Abschließend werden mögliche Abschwächungs- und Verstärkungseffekte im Hinblick auf einen Blindleistungsabruf über mehrere Spannungsebenen hinweg diskutiert.
Monitoring of structures and related decisions based on cost optimization are discussed in this contribution. Many research publications and experimental data are currently available on inspection and on monitoring and they represent the outcome of the remarkable work done. Not all the topics of interest are widely debated and implemented in standards. The current state-of-practice in standards is summarized and aspects to be included in future recommendations are proposed. The implementation of risk-based decisions is illustrated in a case study dealing with a stadium roof in Northern Italy. Snow actions are important especially in northern and mountainous regions where heavy snowfalls and related accumulation result to considerable loads. As the roof structure fails to comply with the requirements of Eurocodes, a permanent monitoring system has been installed to allow for real time evaluation of the reliability level of the structure. The system supplies the necessary information supporting immediate decisions on closure of the stadium in case of an extraordinary snow load. Cost-optimal decisions regarding the closure of the stadium are analysed based on a limit state function, on probabilistic models for the influencing parameters including measurement uncertainty, economic losses related to closure and failure consequences. The results demonstrate the potential of the use of the monitoring systems and probabilistic reliability analysis in order to support decisions and highlight the need for their implementation in future standards.
This paper deals with the locomotion by tilting sequences of shape-variable compliant tensegrity structures. The shape of these structures is controlled by manipulating their prestress state. The tensegrity structure is tilting as consequence of a suitable variation of its shape. By multiple repetition of such tilting sequences a motion is generated. Quasi-static considerations for the considered structures are presented in order to estimate the actuation parameters. For a proper number of actuators this quasi-static approach enables an analytical calculation of the actuation parameters of the structure in order to control the geometrical configuration as required. As an example a two-dimensional tensegrity structure which is in contact with a horizontal plane due to gravity is considered. By successive tilting sequences a uniaxial motion results. The excitation of the structure is calculated for a given change of shape with the quasi-static analysis. The according results are compared with transient dynamic simulations. Qualitative conclusions about the motion behavior and the usability of the quasi-static approach are given.
Mobile cranes are regularly operated in regions which experience ultra deep operating temperatures of down to -60?C (-76?F). In safety regulated work environments crane operations will be suspended simply because the lowest wire rope working temperature stated in the applicable standards is -40?C/F. Examples of ultra deep temperature wire rope application are shown in Figure 1.1 and 1.3. It should be noted that this paper is written in conjunction with a paper written by the co-author Ulrich Briem titled “Fatigue Behaviour of Rope Wires”, presented and published in unison with this one. In order to analyze the behaviour under ultra deep temperature conditions, tests on wire rope as well as on rope wires were carried out. In the following, static tensile and bending test results with rope and rope wires will be reported, which were carried out in conditions of down to -95?C (-139?F) as well as at room temperature. The conclusion is that the results of these tests can be adopted to crane wire rope as well.
The rope curve line of a tensioned rope can be described by means of the catenary curve. Opposed to that, the curved line of a free bent rope cannot be described by an analytical function. Practical applications of free bending are for example at tail ropes at the bottom of shaft in rope drives with traction sheaves. The question whether the maximum diameter of rope loop is small enough for the diameter of the shaft is highly interesting. In [1] a method was presented to calculate the curved line of free bent ropes numerically by help of energy methods. An analytical description of rope curve line would be very helpful. Beginning with the structure of a rope curve line of tensioned rope (catenary curve) and considering the influence of bending stiffness, the structure of an analytical equation for the curve line of a free bent rope will be developed. The main focus of this paper is to develop and to describe the structure of such an analytical equation. To get a first idea about the values of the constants in that analytical equation a few test results were evaluated. But these equations consider the static rope behavior only. Due to dynamic effects in the rope while running through the loop at the bottom of a shaft, pendulousness of the tail rope occurs.
The rope curve line of a tensioned rope can be described by means of the catenary curve. Opposed to that, the curved line of a free bent rope cannot be described by an analytical function. Practical applications of free bending are for example at tail ropes at the bottom of shaft in rope drives with traction sheaves. The question whether the maximum diameter of rope loop is small enough for the diameter of the shaft is highly interesting. In [1] a method was presented to calculate the curved line of free bent ropes numerically by help of energy methods. An analytical description of rope curve line would be very helpful. Beginning with the structure of a rope curve line of tensioned rope (catenary curve) and considering the influence of bending stiffness, the structure of an analytical equation for the curve line of a free bent rope will be developed. The main focus of this paper is to develop and to describe the structure of such an analytical equation. To get a first idea about the values of the constants in that analytical equation a few test results were evaluated. But these equations consider the static rope behavior only. Due to dynamic effects in the rope while running through the loop at the bottom of a shaft, pendulousness of the tail rope occurs.
Water vapor adsorption kinetics on small and full scale zeolite coated adsorbers; A comparison
(2013)
A possibility to enhance both heat and mass transfer characteristics of an adsorber heat exchanger is to apply the adsorbent directly to its surface in form of a consolidated layer. As the majority of the available publications on the effect of both coating technology and adsorbent layer thickness on the adsorption kinetics deals with small scale adsorbent samples, the results obtained can only represent the best case design of an adsorber heat exchanger. This article presents, therefore, a comparison between the adsorption kinetics of water vapour on small as well as two different full scale coated adsorber heat exchanger types with AQSOA-Z02 layers of Mitsubishi Plastics Incorporation under quasi isobaric conditions of adsorption heat pumps. The small scale coated samples have a zeolite dry mass of 200 mg and layer thicknesses of 200, 300 and 500 μm while the full scale adsorbers have a coated zeolite mass between 1.5 and 2.5 kg and layer thicknesses of 150, 200, 300, 400 and 500 μm. In the investigated adsorption heat pump module, up to 52.7 and 57.3% of the equilibrium differential water loading measured with the small scale coated substrates have been obtained after an adsorption-evaporation times of 300 and 600 s, respectively.
Im Kontext der Energiewende sind Energiespeicher ein zentrales technisches, wirtschaftliches und energiepolitisches Thema.Die Autoren dieses kompakten Werkes geben einen umfassenden Uberblick Uber die verschiedenen Aspekte der Energiespeicherung. Sie beschreiben zunachst die Bedeutung von Energiespeichern in der Energieversorgung und definieren ihre Rolle darin. Dann gehen sie auf den Speicherbedarf in der Strom-, Warme- und Kraftstoffversorgung im Kontext der Energiewende ein. Im Hauptteil werden die verschiedenen Speichertechnologien ausfUhrlich vorgestellt sowie ihre Vor- und Nachteile diskutiert. Praktische Anwendungsbeispiele und die Integration von Speichern Uber alle Energiesektoren hinweg runden das Buch ab. Zahlreiche Grafiken und Beispiele veranschaulichen das gesamte Feld der Energiespeicher und sind als Erganzung samt Animationen online in Farbe verfUgbar.Die ZielgruppenDas Lehr- und Fachbuch wendet sich an Ingenieure, Wissenschaftler, Energieplaner und Energiewirtschaftler in Forschung und Industrie sowie an Studierende an Hochschulen und Universitaten in den Bereichen Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Elektrotechnik und Energietechnik.
Die Autoren dieses Werkes geben einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Aspekte der Energiespeicherung. Sie beschreiben zunächst die Bedeutung von Energiespeichern in der Energieversorgung und definieren ihre Rolle darin. Dann gehen sie auf den Speicherbedarf in der Strom-, Wärme- und Kraftstoffversorgung im Kontext der Energiewende ein. Im Hauptteil werden die verschiedenen Speichertechnologien ausführlich vorgestellt sowie ihre Vor- und Nachteile diskutiert. Praktische Anwendungsbeispiele und die Integration von Speichern über alle Energiesektoren hinweg runden das Buch ab. Zahlreiche Grafiken und Beispiele veranschaulichen das gesamte Feld der Energiespeicher und sind als Ergänzung mehrsprachig online in Farbe verfügbar.
Die 2. Auflage enthält ein neues Kapitel zu den rechtlichen Rahmenbedingungen, neue Studien zum Speicherbedarf, Power-to-X für die chemische Industrie, neue LOHC- und Lageenergiespeicher sowie neueste Trends zu Kostenentwicklung und Batterieanwendungen.
„Endlich ein umfassendes Buch zur Energiewende, das auch für technische Laien verständlich und inspirierend geschrieben ist." Franz Alt, Journalist und Buchautor
„Das großartige Werk sei allen empfohlen, die sich wirklich für die Zukunft unseres Landes interessieren. Es zeigt auf eindrucksvolle Weise: Es wird nicht einfach, aber wir schaffen das.“ Prof. Dr. Harald Lesch, Physiker und Fernsehmoderator
In this paper, a new method for a minimum-error pose estimation of cylinder axes based on apparent contour line features from multiple views is presented. Novel model equations for both single and particularly multiple views are derived, and based upon these, an algorithm for least squares fitting the model to imaged cylinder contour line features is introduced. The good performance of the proposed algorithm is shown by solving an exemplary fitting problem.
The present paper deals with the experimental validation of tyre dynamics approaches as it is widely applied in tyre models for vehicle dynamics and handling. Firstly it gives a brief derivation of two modelling principles regarding the deflection velocity in the considered direction of the tyre’s deformation. This is than followed by a brief description of the performed measurement procedure. From the measurements, a set of model parameters of the considered tyre, depending on different manoeuvre speeds and frequencies, is identified, where no particular fitting parameters for the tyre dynamics are needed. Based on these model parameters, the related dynamic simulations are carried out. The comparisons show that the applied first-order model describes the behaviour quite well within a certain operation range, whereas the second-order approach cannot deliver better results in spite of the longer computational time. However, for investigations within an enlarged frequency range of the steer input and at high slip angles, a more detailed model is recommended.
Power-to-Gas
(2016)
This chapter provides an overview on the storage technology power-to-gas for the decarbonization of all energy sectors. Other than “negative emissions” with CCS or biomass, which have clear limits in potentials, costs and environmental benefits, storage and energy conversion technologies like power-to-gas and power-to-x enable the decarbonization by neutralizing the CO2 footprint of all energy services. Via the conversion of renewable electricity into chemical energy carriers like renewable hydrogen or renewable hydrocarbons, the existing fossil infrastructure with vast and sufficient storage and transport capacities can be used with carbon neutral renewable energy. After showing the demand for storage technologies, the technology components of power-to-gas are described, building the basis for the storage system power-to-gas itself that is described in detail, including efficiency, potential, CO2 emissions, and costs. In conclusion, a technical pathway of decarbonization including costs is described for the industrial nation of Germany and necessary policy frameworks are derived.
Dieses Lehrbuch stellt die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkrete Beispiele beinhalten die Eigendynamik eines Traktors mit Vorderachsfederung, das Hubschrauberrotorblatt sowie eine Pkw- Vorderachse. Die entsprechenden Matlab-Skripte und Lösungen zu den Übungsaufgaben können auf der Springer-Homepage beim Buch heruntergeladen werden. Neu aufgenommen wurden SparseMatrix Operationen sowie ein Beispiel zu einfach geschlossenen kinematischen Schleifen.
Exchange conditions at the forest floor are complex due to the heterogeneity of sources and sinks and the inhomogeneous radiation but are important for linking soil respiration to measurements in the trunk space or above canopy. Far more attention has therefore been paid to above and within canopy flows, but even studies that addressed forest floor exchange do not present measurements below 1 m or 2 m. We used a multilayer model that explicitly resolves the laminar layer, the buffer layer, and the turbulent layer to calculate fluxes from the measured profiles in the lowest meter above ground and to calculate effective surface concentrations from given fluxes. The calculated fluxes were compared to measured eddy covariance fluxes of sensible heat and O3 and to chamber derived soil fluxes of CO2 and 222Rn. Sensible heat fluxes agreed surprisingly well given the heterogeneity of radiative heating and the generally low fluxes (max. 25 W m−2). The chamber fluxes turned out to be not comparable as the chamber fluxes were too low, probably due to one of the well-known problems of enclosures such as pressure differences, disturbed gradients and exclusion of naturally occurring turbulence events and surface cooling. The O3 fluxes agreed well for high O3 values reaching down to the forest floor during full coupling of the canopy by coherent structures. During most of the time, the model overestimated the fluxes as chemical reactions were dominating within the profile. One new approach was to calculate the effective surface concentration from a given flux and compare this to measured surface concentrations. This allowed the identification of situations with a coupled and decoupled forest floor layer, which has important consequences for respiration measurements in the trunk space or above canopy and should be considered in upcoming studies.
Power-to-Gas
(2017)
This chapter provides an overview on the storage technology power-to-gas for the decarbonization of all energy sectors. Other than “negative emissions” with CCS or biomass, which have clear limits in potentials, costs and environmental benefits, storage and energy conversion technologies like power-to-gas and power-to-x enable the decarbonization by neutralizing the CO2 footprint of all energy services. Via the conversion of renewable electricity into chemical energy carriers like renewable hydrogen or renewable hydrocarbons, the existing fossil infrastructure with vast and sufficient storage and transport capacities can be used with carbon neutral renewable energy. After showing the demand for storage technologies, the technology components of power-to-gas are described, building the basis for the storage system power-to-gas itself that is described in detail, including efficiency, potential, CO2 emissions, and costs. In conclusion, a technical pathway of decarbonization including costs is described for the industrial nation of Germany and necessary policy frameworks are derived.