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The number of electric vehicles will increase rapidly in the coming years. Studies suggest that most owners prefer to charge their electric vehicle at home, which will fuel the need for charging stations in residential complexes where vehicles can be charged overnight. Currently, there already are over 100 such residential complexes, with another 70 added every year in Vorarlberg alone. In most existing residential complexes, however, the grid connections are not sufficient to charge all vehicles at the same time with maximum power. In addition, it is also desirable for grid operators and electricity producers that the power demand be as smooth and predictable as possible. To achieve this, ways to manage flexible loads need to be found, which can operate within the technical constraints. Therefore, the most common scenarios how the load can be made grid-friendly with the help of optional battery storage and/or photovoltaics using optimization methods of linear and stochastic programming were examined. At the same time, the needs of the vehicle owners for charging comfort - namely to find their vehicles reliably charged at the time of their respective departure - were addressed by combining both objectives using suitable weights. The algorithms determined were verified in practice on an existing Vlotte prototype installation. For this purpose, the necessary programs were implemented in Python, so that the data obtained during the test operation, which lasted one month, could be subjected to a well-founded analysis. In addition, simulation studies helped to further reveal the influence of PV and BESS sizing on the achievable optimums and confirm that advanced optimization algorithms such as the ones discussed are a vital contribution in reducing the charging stations’ peak load while at the same time maintaining high satisfaction levels.

IEC 61499 ist ein Standard für die verteilte Automatisierung. Damit lassen sich Systeme designen, die eine Vielzahl von Knoten vernetzen können. Dadurch lassen sich komplexe Aufgaben in der Industrie leichter bewältigen. Um dies zu ermöglichen, müssen alle Systembestandteile miteinander kommunizieren können. Ein solches Kommunikationsnetzwerk kann dann schnell sehr komplex werden und damit schwer zu verwalten sein. Wenn es darum geht, an viele Teilnehmer Daten zu verteilen, hat sich das Publish-Subscribe Kommunikationsmuster bewährt. ZeroMQ ist eine Bibliothek, mit der über Sockets unter anderem solche Publish-Subscribe Kommunikationsnetzwerke realisiert werden können. Sie baut auf dem ZeroMQ Message Transport Protocol (ZMTP) auf. Dabei ist die Verwendung unwesentlich komplexer als mit Berkeley Sockets. 4DIAC/Forte bietet ein Framework um Applikationen nach IEC 61499 zu erstellen. In dieser Thesis wird 4DIAC/Forte und ZeroMQ vorgestellt. Es wird die Struktur einer Kopplungsschicht zwischen Forte und ZeroMQ präsentiert und implementiert. Anschließend werden Messungen von Latenz und Throughput durchgeführt, um die Performance zu evaluieren. In Forte sind traditionelle Sockets für die Kommunikation bereits implementiert. Sie unterstützen das Client-Server Muster und Publish-Subscribe mittels UDP Multicast. Mit diesen Lösungen werden die Messungen ebenfalls durchgeführt um einen Vergleich mit ZeroMQ aufzustellen. Es werden auch vorhandene Daten für DDS herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich ZeroMQ für die Kommunikation in Forte eignet und dabei hilft, die Komplexität zu reduzieren und die Handhabung zu vereinfachen.

Aufgrund des weltweit hohen Wasserverbrauches und des steigenden Rückganges des Grundwassers, wird die Aufbereitung von Abwasser in Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Neben großen industriellen Anlagen werden auch dezentrale und mobile Techniken benötigt, um in ländlichen Regionen oder der Schiffahrt Abwässer aufbereiten zu können. In der Schiffahrt treten vor allem ölverschmutzte Abwässer auf. Diese Masterarbeit befasst sich mit dem Betrieb eines Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozesses mit Öl-Wasser-Emulsionen. Es wird der Einffluss der Ölkonzentration auf die Prozessparameter sowie die Reinheit des Kondensates und die Effizienz des Prozesses untersucht. Dabei werden mit einem Versuchsstand an der Fachhochschule Vorarlberg Messungen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wird auf das Verhalten des Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozesses geschlossen. Als Öl-Wasser-Emulsion wird eine Mischung aus Paraffinöl und Wasser verwendet, wobei die Mischung auf Volumenprozent basiert. Die Öl-Wasser-Gemische werden in verschiedenen Versuchsreihen in einer Versuchsanlage an der Fachhochschule Vorarlberg betrieben, welche als Befeuchtungs- und Entfeuchtungsanlage konzipiert ist. Dabei wird die Betriebsweise (Batch und kontinuierlich), die Ölkonzentration in der Emulsion und die Prozessparameter wie z. B. Beheizungsleistung variiert. Batch-Versuche werden auf die Konzentration, den Füllstand, die Kondensatproduktion und die Temperaturen über die Zeit betrachtet. Im kontinuierlichen Betrieb wird bei stationärer Betriebsführung die Wärmeübertragung im Befeuchter, Ölrückstände im Kondensat, den Einfluss der Ölkonzentration auf den Dampfdruck der Emulsion, den Einfluss der Ölkonzentration auf die einzubringende Wärmeleistung und die Gained Output Ratio (GOR) der Anlage untersucht. Zudem wird über verschiedene Integrationsansätze die ausgetragene Kondensatmenge ermittelt und mit den gewogenen Werten verglichen. Die Messungen zeigen, dass sich der Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess für die Reinigung von Ölwassern eignet. Eine Aufkonzentrierung der Öl-Wasser-Emulsion ist bis zu ca. 95% möglich. Die steigende Ölkonzentration senkt den Wärmeübergang im Blasensäulenbefeuchter. Bei allen produzierten Kondensatmengen werden Ölrückstände festgestellt, wobei die Ölkonzentration im Kondensat unabhängig von der Ölkonzentration der Emulsion ist. Durch die schlechtere Wärmeübertragung mit steigender Ölkonzentration wird auch der Wärmeeinsatz erhöht. Die GOR wird ab einer Ölkonzentration von 50% in der Emulsion beeinflusst. Eine mathematische Berechnung der Kondensatmenge ist möglich. Dadurch kann auf die Wasserverluste in der Anlage geschlossen werden. Es ist möglich Öl-Wasser-Emulsionen im Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess aufzubereiten. Bei höheren Ölkonzentrationen der Emulsion können lokale Probleme mit Wärmestauungen auftreten. Somit ist eine gut geplante Prozessführung anhand der gezeigten Ergebnisse vorteilhaft. Die in dieser Arbeit ermittelten Ergebnisse sind für die weitere Forschung mit Öl-Wasser-Emulsionen im Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess hilfreich. Die Messungen zeigen, welche Einflüsse die Ölkonzentration auf den Anlagenbetrieb und die Eigenschaften der Emulsion haben. Die auftretenden Messschwierigkeiten können in weiterführenden Messungen gezielt vermieden oder adjustiert werden.

Industriebetriebe wie auch jene der Lebensmittelbranche sind zunehmend auf der Suche nach umweltfreundlichen Alternativen zur Wärmebereitstellung. Wo bislang Gas oder sogar Öl als Brennstoff verwendet wurde, gewinnen Wärmepumpen langsam an Akzeptanz. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie eine Hochtemperaturwärmepumpe am Beispiel eines Schokoladeherstellers effizient betrieben werden kann. Zur Beschreibung der Ausgangslage wird zunächst der Wirkungsgrad des gegebenen Kesselhauseses berechnet, um anschließend die nötigen Lastprofile festzulegen. Nach der thermischen Modellierung möglicher Wärmequellen und einer gegebenen Wärmepumpe werden vier Jahressimulationen mit der Programmiersprache Python durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen zum einen, mit welchen Wirkungsgraden und Verdichterleistungen zu rechnen ist und zum anderen wie sich diese auf die betrachteten Wärmequellen auswirken. Die abschließende Wirtschaftlichkeitsberechnung beinhaltet die Analyse monatlicher Betriebskosten unter Berücksichtigung der angekündigten CO2-Bepreisung, sowie die Amortisationsdauern der betrachteten Szenarien. Die Sensitivitätsanalyse der Amortisationsdauer zeigt außerdem, in welchem Verhältnis sich Strom- und Gaspreis entwickeln dürfen, damit eine Wärmepumpe dieser Art wirtschaftlich konkurrieren kann. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen darüber hinaus welche Reduktion der CO2-Emissionen bezogen auf die Prozesswärmebereistellung möglich ist.

Grid-scale electrical energy storage (EES) is a key component in cost-effective transition scenarios to renewable energy sources. The requirement of scalability favors EES approaches such as pumped-storage hydroelectricity (PSH) or compressed-air energy storage (CAES), which utilize the cheap and abundant storage materials water and air, respectively. To overcome the site restriction and low volumetric energy densities attributed to PSH and CAES, liquid-air energy storage (LAES) has been devised; however, it suffers from a rather small round-trip efficiency (RTE) and challenging storage conditions. Aiming to overcome these drawbacks, a novel system for EES is developed using solidified air (i.e., clathrate hydrate of air) as the storable phase of air. A reference plant for solidified-air energy storage (SAES) is conceptualized and modeled thermodynamically using the software CoolProp for water and air as well as empirical data and first-order approximations for the solidified air (SA). The reference plant exhibits a RTE of 52% and a volumetric storage density of 47 kWh per m3 of SA. While this energy density relates to only one half of that in LAES plants, the modeled RTE of SAES is comparable already. Since improved thermal management and the use of thermodynamic promoters can further increase the RTEs in SAES, the technical potential of SAES is in place already. Yet, for a successful implementation of the concept - in addition to economic aspects - questions regarding the stability of SA must be first clarified and challenges related to the processing of SA resolved.