Band 63, Heft 7 - Special Issue: Wasser – Abwasser – Biogas / Ulrich Jumar

Zusammenfassung Kläranlagen zeichnen sich durch einen nicht unerheblichen Verbrauch an elektrischer Energie aus; andererseits lässt sich der Gehalt an organischen Stoffen des Abwassers für die dezentrale Erzeugung elektrischer Energie verwenden. Auf dem Gelände der Kläranlage Bottrop sollen technisch und wirtschaftlich sinnvolle Kombinationen erneuerbarer Energien prototypisch installiert und im Zusammenspiel untersucht werden. Durch Modellbildung und Simulation soll die Auslegung unterstützt und die Betriebsweise optimiert werden.

Rainfall–runoff models are used as an integral part of flood warning systems. Especially in small river catchment areas with a fast response to intense rain, an early enough triggering of warnings requires high quality weather forecasts as well as sufficiently accurate models. A conceptual rainfall–runoff model proposed by Lorent/Gevers serves as core routine of a pilot flash flood warning system for the Truse catchment in Thuringia (Germany). A moving horizon state estimator is used in order to enable this model for online application.

Zusammenfassung Im Rahmen der Modellierung verfahrenstechnischer Systeme beansprucht die Beschreibung von Automatisierung einen nicht zu vernachlässigenden Anteil der Arbeit. Die Nutzung und der Nutzen eines Industriestandards zur Beschreibung von Automatisierung in einer Simulationsumgebung wird am Beispiel eines prädiktiven Reglers für eine Biogasanlage vorgestellt.

Zusammenfassung Die integrierte Analyse von Wasser- und Energiesystemen kann einen Beitrag leisten, um wirksame Maßnahmen zur Ressourcenschonung und Infrastrukturauslastung zu identifizieren und Auswirkungen planerischer Entscheidungen zu quantifizieren. In Anlehnung an die mathematische Materialflussanalyse (MMFA) und auf Basis etablierter mathematischer Modellansätze werden die Möglichkeiten der MMFA und Prozessmodellierung in sektorübergreifenden integrierten Infrastrukturen am Beispiel des Wasser- und Energiesektors vorgestellt.

Uncertainty in meteorology, market volatility and balancing requirements for introducing renewable energy resources into the power grid, environmental obligations require robust management of non-intermittent energy sources such as hydropower. In this paper, a probalistic management system is shown and its performance is discussed in relation to the deterministic one. In the system, scenario trees enable to setup a multi-stage stochastic optimization approach as the mathematical formulation of the short-term system management. The Federal Columbia River Power System (FCRPS), managed by the Bonneville Power Administration, the US Army Corps of Engineers and the Bureau of Reclamation, serves as a large-scale test case for the application of the management system and proves that the stochastic approach is feasible and verify the operational applicability within a real-time environment.

Closed-loop control of the substrate feed as well as the application of online instrumentation are important to achieve optimal biogas plant operation. Therefore, this paper presents two novel approaches for online instrumentation and control to achieve optimal AD plant operation based on middle-infrared spectroscopy on the one hand and nonlinear model predictive control on the other hand. At present, research into both techniques is being performed separately, with the intention that in the future the spectroscopic measurements will be integrated into the control loop.

Zusammenfassung In diesem Beitrag wird eine neue Simulationsplattform für Abwassersysteme und insbesondere Kläranlagen vorgestellt, mit der neben der verfahrenstechnischen Funktion vor allem Betriebsführungskonzepte und Steuerungs- und Regelungsvarianten untersucht werden können. Besonderes Augenmerk bei der Entwicklung des Simulationssystems lag auf der Gestaltung der Bedienungsführung, um auch unerfahrenen Anwendern einen schnellen intuitiven Einstieg in die verfahrenstechnische und regelungstechnische Simulation dieser Anlagen zu ermöglichen. Neben der Fließbild-orientierten Erstellung des Modells der Verfahrenstechnik wird eine ständig wachsende Bibliothek von grafischen Funktionsblöcken entwickelt, um automatisierungstechnische Funktionen (u. a. Petri-Netze, Prädiktivregler) zu beschreiben.

Zusammenfassung Um Biogas bedarfsgerecht zu produzieren, ist eine optimale Regelung der Substratzufuhr auf Biogasanlagen notwendig. Für Co-Vergärungsanlagen ergibt sich ein multikriterielles, dynamisches Optimierungsproblem, welches in Echtzeit gelöst werden muss. In dieser Dissertation wird ein potenzieller Lösungskandidat entwickelt und in Simulationsstudien evaluiert.