Modelling and simulation of a photovoltaic fuel cell hybrid system

A stand-alone power system is an autonomous system that supplies electricity to the user load without being connected to the electric grid. This kind of decentralized system is frequently located in remote and inaccessible areas. It is essential for about one third of the world population which are living in developed or isolated regions and have no access to an electricity utility grid. The most people live in remote and rural areas, with low population density, lacking even the basic infrastructure. The utility grid extension to these locations is not a cost effective option and sometimes technically not feasible. The purpose of this thesis is the modelling and simulation of a stand-alone hybrid power system, referred to as “hydrogen Photovoltaic-Fuel Cell (PVFC) hybrid system”. It couples a photovoltaic generator (PV), an alkaline water electrolyser, a storage gas tank, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), and power conditioning units (PCU) to give different system topologies. The system is intended to be an environmentally friendly solution since it tries maximising the use of a renewable energy source. Electricity is produced by a PV generator to meet the requirements of a user load. Whenever there is enough solar radiation, the user load can be powered totally by the PV electricity. During periods of low solar radiation, auxiliary electricity is required. An alkaline high pressure water electrolyser is powered by the excess energy from the PV generator to produce hydrogen and oxygen at a pressure of maximum 30bar. Gases are stored without compression for short- (hourly or daily) and long- (seasonal) term. A proton exchange membrane (PEM) fuel cell is used to keep the system’s reliability at the same level as for the conventional system while decreasing the environmental impact of the whole system. The PEM fuel cell consumes gases which are produced by an electrolyser to meet the user load demand when the PV generator energy is deficient, so that it works as an auxiliary generator. Power conditioning units are appropriate for the conversion and dispatch the energy between the components of the system. No batteries are used in this system since they represent the weakest when used in PV systems due to their need for sophisticated control and their short lifetime. The model library, ISET Alternative Power Library (ISET-APL), is designed by the Institute of Solar Energy supply Technology (ISET) and used for the simulation of the hybrid system. The physical, analytical and/or empirical equations of each component are programmed and implemented separately in this library for the simulation software program Simplorer by C++ language. The model parameters are derived from manufacturer’s performance data sheets or measurements obtained from literature. The identification and validation of the major hydrogen PVFC hybrid system component models are evaluated according to the measured data of the components, from the manufacturer’s data sheet or from actual system operation. Then, the overall system is simulated, at intervals of one hour each, by using solar radiation as the primary energy input and hydrogen as energy storage for one year operation. A comparison between different topologies, such as DC or AC coupled systems, is carried out on the basis of energy point of view at two locations with different geographical latitudes, in Kassel/Germany (Europe) and in Cairo/Egypt (North Africa). The main conclusion in this work is that the simulation method of the system study under different conditions could successfully be used to give good visualization and comparison between those topologies for the overall performance of the system. The operational performance of the system is not only depending on component efficiency but also on system design and consumption behaviour. The worst case of this system is the low efficiency of the storage subsystem made of the electrolyser, the gas storage tank, and the fuel cell as it is around 25-34% at Cairo and 29-37% at Kassel. Therefore, the research for this system should be concentrated in the subsystem components development especially the fuel cell.

Entwicklung eines Bewertungssystems für die Aschuaiat-Gebiete mit Hilfe des Geographischen Informationssystems (GIS) am Beispiel des Stadtteils Manshiet Nasser in Kairo

Der Schwerpunkt dieser Arbeit handelt sich um die informelle Siedlungen in Kairo (die wir Asch- Gebiete nennen). Der Begriff "Aschuaiat" bezeichnet ganz speziell und treffend dieses Phänomen. Die Probleme der Aschuaiat haben seit den 70er Jahren auf ganz Ägypten und die Stadt Kairo sehr negative Auswirkungen, die im Laufe der Zeit zu massiven Problemen geworden sind. Die Entscheidungsträger versuchten für diese Schwierigkeiten Lösungen zu finden, aber die Ergebnisse waren nicht befriedigend. Dieses Phänomen sieht wie ein städtebauliches Problem aus, kann aber in Wirklichkeit nicht von den ökologischen und sozialen Verhältnisse einer Region getrennt werden. Die Aschuaiat entstehen normalerweise in städtebaulichen Zentren und in größeren Städten als Ergebnisse ihrer Anziehungskraft, da solche Städte ein gutes Angebot an Arbeitsplätzen, insbesondere im Bereich der Dienstleistungen, haben. Im Gegensatz dazu stehen die landwirtschaftlichen Gebiete: sie zeichnen sich insbesondere durch steigende Arbeitslosigkeit und Mangel an Dienstleistungen aus. Deshalb wandert ein Großteil der Bevölkerung vom Land in die Stadt ab, um hier auf die Suche nach einem Arbeitsplatz zu gehen und insgesamt bessere Lebensbedingungen vorzufinden. Die Zahl der Zuwanderer steigt stetig; die Städte können die Bedürfnisse der Bevölkerung an Angeboten für Wohnungen, Arbeitsplätzen und Dienstleistungen nicht erfüllen. Deswegen nimmt die Bevölkerung, ihre Probleme selbst in die Hand. Dies führt in den meisten Fällen zu einer klaren Form von Aschuaiat innerhalb und um die städtebaulichen Zentren herum. Die Anzahl der Aschuaiat, die sich rings um Kairo befinden, beträgt 76 Zonen mit einer Gesamtfläche von 23,10 km² und einer Einwohnerzahl von 2.098.469. Die Anzahl der illegalen Wohnungseinheiten beträgt 70 Prozent des Gesamtwertes legaler, staatlicher oder privater Wohneinheiten. Diese wurden im Zeitraum zwischen 1980 und 2000 erbaut. Jede Provinz in Ägypten hat Asch-Gebiete - mit Ausnahme der Provinzen Süd Sina und Neues Tal. Die meisten konzentrieren sich in den Provinzen El Dakahlia (121) und Dumiat (88). Die wenigsten Asch-Gebiete (jeweils nur eine Zone) gibt es in den Provinzen Rotes Meer und Nord Sina. In Ägypten wird die Einwohnerzahl der Aschuaiat auf 37 Prozent der Gesamtbevölkerung der städtebaulichen Gebiete geschätzt. Über die genaue Anzahl der Aschuaiat liegen jedoch keine zuverlässigen Informationen vor, die statistischen Daten der staatlichen Organisationen weisen unterschiedliche Resultate auf. Das Ministerium für lokale Entwicklung verkündete, dass die Zahl der Aschuaiat im Jahr 2000 ca. 916 und im Jahr 2003 ca. 1.228 Zonen betragen hat; das Informationszentrum zur Unterstützung von Sachentscheidungen registrierte jedoch für das Jahr 2000 eine Zahl von 1.034 Zonen; demgegenüber liegt die von CAPMAS registrierte Anzahl für 2000 bei 909 Zonen. Diese Unterschiede in der Erfassung der statistischen Daten kann darauf zurückgeführt werden, dass es in Ägypten keine einheitliche Definition für Aschuaiat gibt. Dieses Problem verstärkt den Bedarf an geeignetem Bewertungssystem für die Bewertung der Qualität solcher Gebiete in ganz Ägypten. Das vorgeschlagene Bewertungssystem basiert auf der Analyse und Bewertung der Hauptstrukturen, die die eigentliche Zusammensetzung einer Siedlung repräsentieren. Diese Strukturen spiegeln in der Regel die sozialen, städtebaulichen und infrastrukturellen Eigenschaften eines Gebietes wider. Konkret befasst sich diese Untersuchung mit den verschiedenen Strukturen, die die Lebens- und Siedlungsqualität in den Aschuaiat beeinflussen.

Die Privathochschulen in Ägypten und Deutschland im Vergleich

Die Privatisierung im Hochschulwesen ist eine neue internationale Tendenz, die in der Welt in den letzten 25 Jahren zu umfangreichen wissenschaftlichen Diskussionen zwischen den Experten dieses Gebietes geführt hat. Die private Hochschulbildung erstreckt sich über ein großes Feld der verschiedenen Studiengänge. Ihre Ziele und Aufgaben sowie ihre Bedeutung unterscheiden sich von Staat zu Staat. Ebenso ist die private Hochschulbildung unterschiedlich aufgebaut hinsichtlich ihrer Größe, Finanzierung usw. Die Errichtung einiger privater Hochschulen in Ägypten beeinflusste ebenfalls die wissenschaftliche Diskussion zwischen den Experten bis heute. Um die ägyptische Erfahrung in diesem Gebiet beurteilen zu können, wurde die deutsche Situation vergleichend betrachtet. Das Ziel der Dissertation ist die Beschreibung und Analyse des aktuellen Standes der Entwicklung des privaten Hochschulwesens in Ägypten und in Deutschland, um Ähnlichkeiten und Unterschiede herauszuarbeiten, Nachteile und Vorteile der Entwicklung in beiden Ländern zu bewerten sowie Vorschläge zur Verbesserung der Lage zu machen. Als Untersuchungsmethode wurde die Fallstudie benutzt, dabei wurden jeweils fünf repräsentative Hochschulen ausgewählt. Sie unterschieden sich in den Studienangeboten, der regionalen Lage, der Größe, der Hochschulart, der fachlichen Ausrichtung und dem Gründungsdatum. Das Thema wurde in zwei Teilen behandelt, in einem theoretischen und in einem praktischen Teil. Im theoretischen Teil werden die Geschichte des Hochschulwesens allgemein und seine Entwicklung, Ziele und Aufgaben sowie die gegenwärtige Situation behandelt. In diesem Kontext werden auch die Bedeutung der privaten Hochschulen, ihre Entstehung und Entwicklung, ihre Ziele und Aufgaben, ihre Finanzierung und ihre gesetzliche Lage untersucht; die ausgewählten privaten Hochschulen werden detailliert beschrieben. Der praktische Teil dieser Untersuchung erfolgte vorwiegend in Form von Befragungen an den ausgewählten privaten Hochschulen. Die wichtigsten behandelten Bereiche der Befragungen waren: - Beziehungen zwischen Staat und Hochschule, - Ziel und Aufgaben der Leistungsbewertung, - Finanzierung, - Auswahl der Studienbewerber, - Lehrkörper, - Lehrpläne und -programme. Ergebnisse: Die privaten Hochschulen in Ägypten konnten bis zum heutigen Tag ihre Ziele hinsichtlich der Lehre und der Forschung nicht erreichen. Aufgrund der häufigen Veränderungen bei den staatlichen Rahmenbedingungen wurde die angestrebte Flexibilität nicht erreicht. Zusätzlich leiden die neugegründeten privaten Hochschulen unter der mangelhaften Finanzierung, da sie sich vorwiegend aus Studiengebühren tragen. Deshalb leisten sie keinen Beitrag für die Gesamtfinanzierung des ägyptischen Hochschulsektors. Eine Ausnahme stellt die Französische Universität in Kairo dar. Die deutschen privaten Hochschulen haben ihre Ziele hinsichtlich der Lehre und der Forschung zu einem großen Anteil erreicht. Dies erfolgte vor allem durch eine größere Flexibilität, eine bessere finanzielle Ausstattung sowie zusätzliche unterschiedliche Quellen der Finanzierung. Der Beitrag einiger privater Hochschulen an der Gesamtfinanzierung des deutschen Hochschulwesens ist groß. Generell beruht die Qualität des privaten Hochschulwesens auf der Bildungsphilosophie sowie der allgemeinen Politik des Staates und darauf, wie weit den Anforderungen der Gesellschaft entsprochen wird und ob ein Beitrag zu Entwicklung des Hochschulwesens geleistet wird. Weiterhin ist deren Erfolg von einer ausreichenden Finanzierung abhängig.

A storage scheme for an automated archive

Presentation given at the Al-Azhar Engineering First Conference, AEC’89, Dec. 9-12 1989, Cairo, Egypt. The paper presented at AEC'89 suggests an infinite storage scheme divided into one volume which is online and an arbitrary number of off-line volumes arranged into a linear chain which hold records which haven't been accessed recently. The online volume holds the records in sorted order (e.g. as a B-tree) and contains shortest prefixes of keys of records already pushed offline. As new records enter, older ones are retired to the first volume which is going offline next. Statistical arguments are given for the rate at which an off-line volume needs to be fetched to reload a record which had been retired before. The rate depends on the distribution of access probabilities as a function of time. Applications are medical records, production records or other data which need to be kept for a long time for legal reasons.