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In previous studies of linear rotary systems with active magnetic bearings, parametric excitation was introduced as an open-loop control strategy. The parametric excitation was realized by a periodic, in-phase variation of the bearing stiffness. At the difference between two of the eigenfrequencies of the system, a stabilizing effect, called anti-resonance, was found numerically and validated in experiments. In this work, preliminary results of further exploration of the parametric excitation are shared. A Jeffcott rotor with two active magnetic bearings and a disk is investigated. Using Floquet theory, a deeper insight into the dynamic behavior of the system is obtained. Aiming at a further increase of stability, a phase difference between excitation terms is introduced.
Over the last years, polymers have gained great attention as substrate material, because of the possibility to produce low-cost sensors in a high-throughput manner or for rapid prototyping and the wide variety of polymeric materials available with different features (like transparency, flexibility, stretchability, etc.). For almost all biosensing applications, the interaction between biomolecules (for example, antibodies, proteins or enzymes) and the employed substrate surface is highly important. In order to realize an effective biomolecule immobilization on polymers, different surface activation techniques, including chemical and physical methods, exist. Among them, plasma treatment offers an easy, fast and effective activation of the surfaces by micro/nanotexturing and generating functional groups (including carboxylic acids, amines, esters, aldehydes or hydroxyl groups). Hence, here we present a systematic and comprehensive plasma activation study of various polymeric surfaces by optimizing different parameters, including power, time, substrate temperature and gas composition. Thereby, the highest immobilization efficiency along with a homogenous biomolecule distribution is achieved with a 5-min plasma treatment under a gas composition of 50% oxygen and nitrogen, at a power of 1000 W and a substrate temperature of 80 C. These results are also confirmed by different surface characterization methods, including SEM, XPS and contact angle measurements.
Power cables play an important role in power grids. Insulation faults in cables can have adverse effects on the operating behaviour. These effects can be assessed through an AC withstand test by using a very-low frequency high voltage generator. This generator produces a sinusoidal voltage waveform at 0.1Hz with high voltage levels up to 65kV peak. During the quality assessment, the power cable is repeatedly charged and discharged. The discharging process is done by a discharging circuit where the energy is dissipated thermally. But to reuse the dissipated energy a novel extension in form of an energy storage system is presented. This thesis, therefore, describes the design process of an energy storage system that allows the temporary storage of the discharge energy. The developed system is composed of a bidirectional DC/DC converter and an aluminium electrolytic capacitor as storage type. Based on the maximum VLF system ratings the energy storage unit is dimensioned and sized. The effective power flow control between the storage system and the available discharge energy is done by a synchronous buck-boost converter. This bidirectional converter works in continuous conduction mode over the complete charging phase. Together with a theoretical analysis of the underlying problem and the use of converter analysis methods the selected synchronous buck-boost converter is dimensioned and sized. In addition, a state space AC modeling of the converter with its electrical uncertainties is conducted. With the converters AC model, the controller is designed. A closed-loop input converter current control scheme based on a proportional-integral controller is implemented. The system assessment is done by a model-based hardware implementation in Matlab Simulink and Plecs Blockset. The system is rated to store discharge energies up to 4.3kJ in a short charging period of 2.5s. The maximum peak power during the charging phase is 2.7kW. The digital proportional-integral controller is implemented through an emulation process of the designed analog controller. Based on a C-code implementation of the digital controller the gap between the real hardware is reduced. During the design process theoretical calculations are made and reveal that designing a capacitor storage unit has a direct impact on the peak system currents and also impose also limitations on permissible DC voltage ranges on electrical components. The developed energy storage system and its power flow control strategy were investigated through simulation studies. The results show proper charging of the energy storage medium. In addition, also a statement of the final technical feasibility is made. In total, this work summarizes a detailed design process of the energy storage system. This proof of concept is intended to further advance the system integration.
Die Aktualität des Klimawandels fordert Maßnahmen in privaten und wirtschaftlichen Bereichen. Die Veränderungen des Klimas führen dazu, dass Regelungen und Gesetze für das Energiewesen der Unternehmen entwickelt werden. Die Gesetze verpflichten die Unternehmen für Energie- und Umweltaudits. Viele Unternehmen führen noch zusätzliche Maßnahmen für eine Verbesserung der Energieeffizienz und des Emissionsausstoßes ein. Die Maßnahmen werden immer relevanter.
Die Norm ISO 50001 unterstützt Unternehmen bei der Einführung und bei der Aufrechterhaltung eines Energiemanagementsystems. Das Energiemanagement hilft dabei, die energiebezogene Leistung zu verbessern und einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess umzusetzen. Eine weitere freiwillige Möglichkeit ist das Klimaneutralitätsbündnis 2025. Das Bündnis soll den Mitgliedern helfen, den Emissionsausstoß zu verbessern. Die Mitglieder werden über einen definierten Zeitraum von 12 Jahren begleitet, um die Geschäftsprozesse anschließend klimaneutral zu gestalten.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Anforderungen der Norm ISO 50001 und dem Klimaneutralitätsbündnis. Beides sind freiwillige Instrumente, welche Unternehmen verwenden können, um das eigene Energiewesen zu optimieren und etwas zum Klimaschutz beizutragen. Die Forschung dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenwirken der beiden Instrumente. Es wird untersucht, ob eine parallele Einführung und Bearbeitung in den Unternehmen möglich ist. Zusätzlich werden die Inhalte und die Anforderungen gegenübergestellt. Mögliche Überschneidungen werden zu Zwecken einer Erleichterung für die Unternehmen überprüft.
Im Zuge dieser Arbeit wird ein Energiemonitoring beim Logistikunternehmen Gebrüder Weiss GmbH eingeführt. Das Unternehmen mit Sitz in Lauterach (Vorarlberg) betreibt weltweit rund 165 Standorte. Die Niederlassung in Lauterach bildet den Versuchsstandort für das Energiemonitoring. Es werden geeignete Partnerunternehmen gesucht, welche ein Energiemonitoringsystem anbieten. Im Zuge der Partnersuche wird ein Pilotprojekt umgesetzt, welches dem Unternehmen erste Einblicke in die Materie bietet. Nach dem erfolgreichen Abschluss des Pilotprojektes folgt die Implementierung des Energiemonitorings. Die einzelnen Schritte und Herausforderungen des Projektes werden dargelegt und die abschließende Umsetzung wird beschrieben. Nach der Einführung in Lauterach folgt die weltweite Ausrollung des Energiemonitorings in allen Standorten.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von dezentralen Warmwasserbereitungssystemen, wobei der Fokus auf Energieeffizienz liegt. Als Vergleichs- und Referenzobjekt wird das Wohngebäude „KliNaWo“ mit 19 Wohneinheiten am Standort Feldkirch herangezogen, in welchem eine zentrale Warmwasserbereitung realisiert wurde. Als ersten Schritt werden die theoretischen Grundlagen hinsichtlich der zentralen und dezentralen Warmwasserbereitungs-systeme sowie der unterschiedlichen Wärmeerzeuger, Speichertechnologien und Verteilsysteme erarbeitet. Anschließend erfolgt eine Erläuterung der aktuellen Normensituation und den wichtigsten Fakten bezüglich Trinkwasserhygiene.
Des Weiteren wird das Referenzobjekt „KliNaWo“ sowie die verwendeten Messdaten zur Kalibrierung der Simulationsmodelle beschrieben. Im nachfolgenden Kapitel erfolgt eine detaillierte Darstellung der zu untersuchenden Systeme, wobei es sich um das Wohnungssatellitensystem sowohl mit kontinuierlicher Beladung als auch im Ladefensterbetrieb sowie um dezentrale Boiler-Wärmepumpen handelt. Anschließend wird die verwendete Simulationssoftware Polysun erläutert und erklärt wie die Systeme in der Software abgebildet und welche Ersatzmodelle angewendet werden.
Die Nutzenergie in Bezug auf das Warmwasser beträgt bei der zentralen Variante 20.584 kWh und ist bei allen dezentralen Systemen mit 20.142 kWh etwas geringer, da die Verteilverluste der Warmwasser-Einzelleitungen aufgrund des niedrigeren Temperaturniveaus geringer ausfallen. Da die rückgewinnbaren Wärmeverluste berücksichtigt werden, ergeben sich auch für den Heizwärmebedarf in Abhängigkeit der Variante unterschiedliche Werte im Bereich von 54.322 kWh bis 58.104 kWh. Als Vergleichsgröße wird der gesamte Stromverbrauch der Wärmepumpen inklusive der Förderpumpen herangezogen, welcher für die Deckung des Heizwärmebedarfs, der Verluste sowie des Energiebedarfs bezüglich Warmwasser notwendig ist.
Aus dem Vergleich der Varianten ergibt sich, dass der Stromverbrauch des zentralen Systems mit 14.109 kWh am geringsten ausfällt und das Wohnungssatellitensystem im Ladefensterbetrieb mit einem Strombedarf von 14.441 kWh nur wenig darüber liegt. Beim Wohnungssatellitensystem mit kontinuierlicher Beladung und bei den Boiler-Wärmepumpen-Systemen liegen die Stromverbräuche deutlich höher. Anhand der Simulationsergebnisse kann festgestellt werden, dass die dezentralen Anlagenkonfigurationen unter Berücksichtigung der ÖNROM B 2531 nicht effizienter sind als das zentrale System, wobei das Wohnungssatellitensystem im Ladefensterbetrieb in derselben Größenordnung wie das zentrale System liegt. Allerdings sind beim Wohnungssatellitensystem höhere Investitionskosten gegenüber der zentralen Variante zu erwarten, wodurch das System wirtschaftlich schlechter abschneidet.
The master thesis concentrates on two different cases to generate energy from MSW. In the first case, the MSW is incinerated in an incineration plant. This approach represents the present situation in the waste treatment in large parts of the UK.
In the second case, the OFMSW is separated in a treatment facility and used in a fermentation plant. The remaining waste is again used as a feedstock in an incineration plant. The difference in the net energy yield between these two cases is investigated in this thesis.
To calculate the difference in the energy yield of case 1 and case 2, a research of the existing literature about comparisons of incineration and fermentation plants and their results are reflected and data about the MSW in the UK is collected. With the input of the literature and the researched data, a model is built which compares the two different cases of waste treatment. The results of the comparisons are then examined by varying different parameters. This step is repeated by using different input parameters. Afterwards, the results are compared and analysed.
In the next part of the thesis, an economic analysis of the incineration and fermentation combined technology plant is made. In this analysis, the investment costs, the annual profits and the annual costs of an additional fermentation plant are discussed and calculated. The result of the analysis is displayed as an amortization time calculation. The results are then analysed by varying the parameters in a sensitivity analysis.
Finally, the research question is answered and a forecast for possible plant designs with an incineration and a fermentation plant in combination are discussed.