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Die Einbindung von Mini- und Mikro-BHKW in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) bietet vielfältige wirtschaftliche, Smart-Grids- und Klimaschutzpotentiale zur Unterstützung der "Wärmewende". Eine Einbindung solcher Anlagen ist bisher jedoch mit zumeist hohen Kosten verbunden, weshalb i.d.R. nur Anlagen in höheren Leistungsklassen (> 500 kWel) umgesetzt werden. Im Rahmen des Projekts mikroVKK wurde deshalb das Ziel verfolgt zu demonstriert und nachzuweisen, dass auch BHKW-Anlagen unter 100 kWel in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) wirtschaftlich einzubinden sind.
GridSystronic Energy (GSE) hat hierfür ein spezielles VKK-System (gs.system) entwickelt, welches im Rahmen des Projekts unter realen Bedingungen erprobt, weiterentwickelt und möglichst zur Marktreife gebracht wurde. Durch die Konfiguration des Systems - d.h. einfache Steuerboxen (gs.box) werden als Gateway für die Kommunikation vor Ort zur Anlagen- und Zähleranbindung verbaut, wohingegen die Berechnungen, Simulationen und Optimierung der Steuersignale auf dem zentralen gs.server erfolgt - lässt sich eine kostengünstige und skalierbare Lösung darstellen.
Zusammen mit zehn Stadtwerken als Praxispartner wurden unterschiedliche BHKW- Standorte identifiziert und auf deren technische Eignung und die Umsetzbarkeit neuer Geschäftsmodelle auf Basis einer intelligenten Steuerung analysiert. Für ausgewählte Objekte, wie z.B. Schulen, Wärmenetze, Mehrfamiliengebäude, wurde durch GSE eine Anbindung der für die Regelung notwendigen Geräte und Zähler realisiert. Regelwerke, wie z.B. "Lastprofil folgen", als Basis für neue Geschäftsmodelle wurden mit den Praxispartnern abgestimmt und entwickelt. Anhand der Erkenntnisse zu den Effekten der intelligenten Steuerung (z.B. Nutzung von möglichen Flexibilitäten, Stabilität des Systems, Verschiebung der Betriebszeiten, Änderung der Lieferquoten etc.) wurden neue Geschäftsmodelle detailliert analysiert und mit den Praxispartnern prototypisch umgesetzt. Die Evaluation zu den Smart-Grids-Potenzialen (Flexibilität, netzdienliche Einspeisung etc.) sowie die Potenziale zur Unterstützung des Klimaschutzes (CO2-Minderung) erfolgte anhand von gemessenen und simulierten Werten.
Während der Projektlaufzeit konnte die technische Anbindbarkeit von BHKW-Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis 100 kWel demonstriert werden. Die Vorarbeiten für die Erarbeitung einer standardisierten und kostengünstigen Anbindungslösung war jedoch sehr viel zeitintensiver als ursprünglich geplant, weshalb die Anlagen verspätet oder z.T. gar nicht angebunden werden konnten. Wegen der geringen Datenbasis konnten die grundsätzlichen wirtschaftlichen Potenziale einer VKK Steuerung deshalb nur auf theoretischer Basis nachgewiesen werden. Die Anbindungs- und Integrationskosten hängen stark von den örtlichen Gegebenheiten ab, weshalb es hierfür keine pauschale Aussage getroffen werden kann. Durch die gewonnenen Erfahrungen und Lernprozesse konnte jedoch im Laufe des Projektes bereits eine erhebliche Kostenreduktion erzielt werden. Auch bei Neuanlagen, bei denen die Anbindung bereits vorab eingeplant werden kann, können die Kosten der Anbindung stark reduziert werden. Die Smart-Grid-Potenziale und die Klimaschutzpotenziale eines VKK-Einsatzes wurden von der Hochschule Offenburg ebenfalls auf einer theoretischen Basis ermittelt. In einem nächsten Schritt wäre es deshalb notwendig zu analysieren, ob sich die ermittelten Effekte auch unter realen Bedingungen einstellen.
Membrane distillation (MD) is a thermal separation process which possesses a hydrophobic, microporous
membrane as vapor space. A high potential application for MD is the concentration of hypersaline brines, such as
e.g. reverse osmosis retentate or other saline effluents to be concentrated to a near saturation level with a Zero
Liquid Discharge process chain. In order to further commercialize MD for these target applications, adapted MD
module designs are required along with strategies for the mitigation of membrane wetting phenomena. This
work presents the experimental results of pilot operation with an adapted Air Gap Membrane Distillation
(AGMD) module for hypersaline brine concentration within a range of 0–240 g NaCl /kg solution. Key performance
indicators such as flux, GOR and thermal efficiency are analyzed. A new strategy for wetting mitigation
by active draining of the air gap channel by low pressure air blowing is tested and analyzed. Only small reductions
in flux and GOR of 1.2% and 4.1% respectively, are caused by air sparging into the air gap channel.
Wetting phenomena are significantly reduced by avoiding stagnant distillate in the air gap making the air blower
a seemingly worth- while additional system component.
Techno-economic comparison of membrane distillation and MVC in a zero liquid discharge application
(2018)
Membrane distillation (MD) is a thermally driven membrane process for the separation of vapour from a liquid stream through a hydrophobic, microporous membrane. However, a commercial breakthrough on a large scale has not been achieved so far. Specific developments on MD technology are required to adapt the technology for applications in which its properties can potentially outshine state of the art technologies such as standard evaporation. In order to drive these developments in a focused manner, firstly it must be shown that MD can be economically attractive in comparison to state of the art systems. Thus, this work presents a technological design and economic analysis for AGMD and v-AGMD for application in a zero liquid discharge (ZLD) process chain and compares it to the costs of mechanical vapour compression (MVC) for the same application. The results show that MD can potentially be ~40% more cost effective than MVC for a system capacity of 100 m3/day feed water, and up to ~75% more cost effective if the MD is driven with free waste heat.
Grundzüge der Strömungslehre
(2018)
Dieses ausgereifte Lehrbuch bringt in prägnant kurzer und mathematisch verständlicher Darstellung die strömungstechnischen Grundlagen. In der aktuellen Auflage wurde ein Abschnitt zu Dissipation und Viskosen Potentialströmungen ergänzt. Aufgaben mit Lösungen helfen den Lernstoff richtig anzuwenden und fördern das Verständnis.
Im Rahmen der Konstruktionsausbildung an der Hochschule Offenburg wird die Lehre im Fach Technische Dokumentation fortlaufend optimiert. In der vorliegenden Laborstudie wurde das visuelle Wahrnehmen von 34 Maschinenbaustudierenden (2w + 32m) im Alter von 19 bis 29 Jahren mithilfe der Eye-Tracking-Technik und einer Videokamera bei der Analyse einer Baugruppenzeichnung beobachtet.
We present a planar chromatographic separation method for the phytoestrogenic active compound equol, separated on RP-18 W (Merck, 1.14296) phase. It could be shown that an ethanolic cattle manure extract contains this phytoestrogenic active compound to a larger amount. As solvents for the mobile phase, hexane, ethyl acetate, and acetone (45:15:10, v/v); acetone and water (15:10, v/v); and n-hexane, CH2Cl2, ethyl acetate, methanol, and formic acid (40:40:20:5:1, v/v) have been used. After separation, a modified yeast estrogen screen (YES) test was applied, using the yeast strain Saccharomyces cerevisiae BJ3505 containing an estrogen receptor. Its activation by equol induces the reporter gene lacZ which encodes the enzyme β-galactosidase. The enzyme activity is measured directly on the TLC plate by using the substrate MUG (4-methylumbelliferyl-β-d-galactopyranoside) or the substrate X-β-Gal (5-bromo-4-chloro-3-indoxyl-β-d-galactopyranoside). β-Galactosidase cleaves MUG into a fluorescing compound. X-β- Gal is also hydrolyzed and then oxidized by oxygen forming the deep-blue dye 5,5′-dibromo-4,4′-dichloro-indigo. Both reactions in combination with a thin-layer chromatography (TLC) separation allow very specific detecting of equol in cattle manure, although that is a very challenging matrix. Preliminary results show that the average content of equol in liquid manure is roughly 60 μg g−1. The value for urine is 50 μg mL−1.
A Validated Quantification of Sudan Red Dyes in Spicery using TLC and a 16-bit Flatbed Scanner
(2018)
We present a video-densitometric quantification method for Sudan red dyes in spices and spice mixtures, separated by TLC. Application was done band-wise in small dots using a 5 μL glass pipette. For separation, the RP-18 plates (20 × 20 cm with fluorescent dye; Merck, Germany, 1.05559) were developed in a vertical developing chamber without vapor saturation from the starting point to a distance of 70 mm by using acetonitrile, methanol, and aqueous ammonia solution (25%; 8 + 1.8 + 0.2, v/v) as mobile phase. The quantification is based on direct measurements using an inexpensive 16-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue). Evaluation of only the green channel makes the measurements very specific. For linearization, an extended Kubelka-Munk expression for data transformation was used. The range of linearity covers more than two magnitudes and lies between 20 and 500 ng. The extraction from a 2 g sample with acetonitrile, evaporation, and reconstitution to 200 μL with methanol and the band-wise application (7 mm) of a 10 μL sample allows a statistically defined LOD of less than 500 ppb of Sudan red dyes. To perform the analysis, a separation chamber, RP-18 plates, 5 μL glass pipettes, and a 16-bit flatbed scanner for 105 € are needed; therefore, the separation method is inexpensive, fast, and reliable.
Freiwillige Fachtutorien erreichen aus unterschiedlichen Gründen nicht alle Studierenden. Allein der subjektive Eindruck, dass zu wenige Ressourcen seitens der Hochschule (Übungsräume, studentische Tutoren, lückenlose Stundenplanpassung) oder der Studierenden (Zeit, Motivation) zur Verfügung stünden, führt zu Absenzen bei freiwilligen Präsenztutorien. Um die empfundenen und realen Begrenzungen dieser Veranstaltungen zu verringern, wurden für den Studiengang Maschinenbau die Musterlösungen der Übungsaufgaben Physik und Mathematik in Form von Videoclips erstellt und über die Lernplattform Moodle für alle Studierende des Semesters bereitgestellt. Die Clips beziehen sich jeweils auf eine Teilaufgabe und besitzen die Länge eines typischen Youtube-Tutorials. In etwa 5 Minuten bieten sie dem Zuschauer einen Lösungsweg zu den jeweiligen Übungsaufgaben. Die Studierenden können die Clips alternativ oder ergänzend zur Präsenzveranstaltung nutzen. Bei der Erstellung der Clips wurde auf den Einsatz von Spezialeffekten wie Animationen etc. zugunsten einer effizienten Produktion verzichtet, so dass eine einzelne Lehrperson pro Stunde etwa 10 bis 20 Minuten Videoclips aufzeichnen kann. Die Auswertung der Zugriffszahlen auf die Clip-Dateien ermöglicht eine aufgabengenaue Ermittlung der aktiven Nutzer. Im Betrag wird eine vorläufige Auswertung der Teilnehmerzahl und der Korrelation zwischen Klausurergebnis und Nutzungsgrad präsentiert.