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In dieser Arbeit wird ein Luft-Clathrat Energiespeicher entworfen, der die Speicherung von elektrischer Energie bei einer Speicherdauer von etwa einem Tag ermöglichen soll. Als Speichermedium dient Luft. Die Luft wird zuerst komprimiert (Einspeichern der elektrischen Energie) und anschließend bei Temperaturen oberhalb des Wasser-Gefrierpunkts (mindestens 274 K, Drücke ab etwa 170 bar) zu Luft-Clathrat synthetisiert. Gespeichert wird das Luft-Clathrat in einem offenen Tank, der aufgrund des Selbstkonservierungseffekts bei moderaten Bedingungen von 1 bar und bei einer Temperatur von 271 K gehalten werden kann. Durch das Hinzufügen von Promotern zum Luft-Clathrat, lässt sich das Luft-Clathrat bei niedrigeren Drücken (< 50 bar) und bei leicht höheren Temperaturen (ca. 280 K) synthetisieren. Bei den Druck- und Flüssigluftspeichern handelt es sich um ähnliche Speicher, da bei diesen Luft ebenfalls als Speichermedium dient. Vorteile des Luft-Clathrat Energiespeichers gegenüber den Druck- und Flüssigluftspeichern liegen darin, dass dieser bei milderen Bedingungen (Druck, Temperatur) die Luft speichert und für die Speicherung der Luft keine Kaverne benötigt, wie es bei den Druckluftspeichern der Fall ist. In der folgenden Masterarbeit werden drei Systeme des Luft-Clathrat Energiespeichers thermodynamisch modelliert. Das isotherme und isentrope System dienen als ideale Systeme, während das reale System an die Wirklichkeit angenähert wird. Für das reale System wird bei reinem Luft-Clathrat ein Zykluswirkungsgrad von ca. 17 %, eine gravimetrische Energiedichte von ca. 22 Wh/kg und eine volumetrische Energiedichte von ca. 21 kWh/m3 erreicht. Mit Promotern konnte der Zykluswirkungsgrad auf ca. 47 % bei einer gravimetrischen Energiedichte von ca. 11 Wh/kg und einer volumetrischen Energiedichte von ca. 10 kWh/m3 erhöht werden.

Seit jeher versuchen Energieversorgungsunternehmen den Einsatz ihrer Kraftwerke zu optimieren. Grund für die Optimierung ist die Sicherstellung der Stromversorgung bzw. das wirtschaftliche Handeln eines Unternehmens. Bisher gibt es am Markt kaum intelligente Lösungen für sehr komplexe, hydraulisch zusammenhängende Kraftwerksgruppen. Obwohl die deterministische Optimierung der illwerke vkw sehr ausgereift ist, wird hier ein Schritt weitergegangen. Als Methode dient eine detaillierte Bewertung des Kraftwerkseinsatzes bei gleichzeitiger Reduzierung von Risiken. Es wird nach Strategien und Regeln gesucht, welche den Einsatz zusätzlich optimieren. Für das Ziel dieser Forschung stellt sich in der vorliegenden Masterarbeit folgende Frage: „Wie können Kraftwerkseinsatzstrategien mithilfe eines Trainingssimulators bewertet und verallgemeinert werden?“ Zur Beantwortung der Forschungsfrage wurden Simulationsfahrten von mehreren Dispatchern durchgeführt. Die Bewertungsmethodik basiert auf der Analyse der unterschiedlichen Strategien und gewichteten Kennzahlen. Zusätzlich wurde ein Fragebogen erstellt. Dieser beinhaltet Aspekte zu bereits bekannten Regeln im Dispatching, zur Gewichtung der Kennzahlen, zur Erfahrung der Dispatcher und zum Verhalten in verschiedenen Einsatzsituationen. Die Antworten der Dispatcher zeigen, dass bereits verschiedene Regeln im Kraftwerkseinsatz zur Anwendung kommen. Die Ergebnisse belegen, dass ein größeres rotierendes Regelband trotz geringfügiger Wirkungsgradeinbußen, optimal ist. Dadurch können spontane Regelenergieabrufe ohne Fehlarbeit beantwortet werden. Ebenso werden die Umstellungen und somit die Maschinenbelastung deutlich geringer gehalten. In allen Strategien der Dispatcher wurden die Endpegelstände so gewählt, dass min. 1,5 h mit Vollabrufen weitergefahren werden konnte. Außerdem zeigt die Arbeit, dass es nicht möglich ist, Pegelreserven während des Einsatzes zu bewerten.

In this work, we present a significant step toward in vivo ophthalmic optical coherence tomography and angiography on a photonic integrated chip. The diffraction gratings used in spectral-domain optical coherence tomography can be replaced by photonic integrated circuits comprising an arrayed waveguide grating. Two arrayed waveguide grating designs with 256 channels were tested, which enabled the first chip-based optical coherence tomography and angiography in vivo three-dimensional human retinal measurements. Design 1 supports a bandwidth of 22 nm, with which a sensitivity of up to 91 dB (830 µW) and an axial resolution of 10.7 µm was measured. Design 2 supports a bandwidth of 48 nm, with which a sensitivity of 90 dB (480 µW) and an axial resolution of 6.5 µm was measured. The silicon nitride-based integrated optical waveguides were fabricated with a fully CMOS-compatible process, which allows their monolithic co-integration on top of an optoelectronic silicon chip. As a benchmark for chip-based optical coherence tomography, tomograms generated by a commercially available clinical spectral-domain optical coherence tomography system were compared to those acquired with on-chip gratings. The similarities in the tomograms demonstrate the significant clinical potential for further integration of optical coherence tomography on a chip system.

We studied an impact of phased array on optical performance and size of SiN based AWG-spectrometers, which plays a significant role in integration on chip. AWG-spectrometer was designed for TM-polarization and 850 nm central wavelength.