Dieselmotor-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen im Kontext der Integration Erneuerbarer Energien in die Energieversorgung

In dieser Arbeit werden die sich abzeichnenden zukünftigen Möglichkeiten, Stärken und Schwächen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) untersucht. Dies geschieht vor dem Hintergrund des Klimawandels, der Integration steigender Anteile Erneuerbarer Energien in die Stromerzeugung und unter Berücksichtigung der sich damit ergebenden Herausforderungen, eine sichere und nachhaltige Stromversorgung zu gestalten. Der Fokus liegt auf der Dieselmotor-KWK und der Nutzung nachwachsender Kraftstoffe. Es wird davon ausgegangen, dass der Übergang zu einer reinen Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energiequellen in Deutschland unter erheblicher Einbindung des hohen Potentials der kostengünstigen, umweltfreundlichen, aber in der Leistung extrem fluktuierenden Windenergie erfolgen wird. Als dezentrales Integrationswerkzeug wurde die Kraft-Wärme-Kopplung mit Dieselmotoren untersucht. Sie entspricht aufgrund ihrer großen Flexibilität und ihrer hohen Wirkungsgrade mit vergleichsweise kleinen Leistungen sehr gut den Anforderungen der gleichzeitigen dezentralen Wärmenutzung. In der Dissertation werden die Randbedingungen der Dieselmotor-KWK untersucht und beschrieben. Darauf aufbauend werden unterschiedliche Modelle der Windintegration durch KWK erarbeitet und in diversen Variationen wird der Ausgleich der Stromerzeugung aus Windenergie durch KWK simuliert. Darüber hinaus werden dezentrale KWK-Anlagen hinsichtlich eines koordinierten gemeinsamen Betriebs und hinsichtlich der optimalen Auslegung für den Windenergieausgleich betrachtet. Es wird für den beschriebenen Kontext der Erneuerbaren Energien und der Kraft-Wärme-Kopplung das Thema „Umweltwirkungen“ diskutiert. Es wird dargelegt, dass die heute verwendeten Ansätze zur Bewertung der KWK zu einer Verzerrung der Ergebnisse führen. Demgegenüber wurde mit der so genannten Outputmethode eine Methode der Ökobilanzierung vorgestellt, die, im Gegensatz zu den anderen Methoden, keine verzerrenden Annahmen in die Wirkungsabschätzung aufnimmt und somit eine eindeutige und rein wissenschaftliche Auswertung bleibt. Hiermit ist die Grundlage für die Bewertung der unterschiedlichen Technologien und Szenarien sowie für die Einordnung der KWK in den Kontext der Energieerzeugung gegeben. Mit der Outputmethode wird u.a. rechnerisch bewiesen, dass die gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen tatsächlich die optimale Nutzung der regenerativen Kraftstoffe „Biogas“ und „Pflanzenöl“ im Hinblick auf Ressourceneinsatz, Treibhausgaseinsparung und Exergieerzeugung ist. Es wurde darüber hinaus die Frage untersucht woher die für die Stromerzeugung durch Dieselmotor-KWK-Anlagen notwendige Bioenergie genommen werden kann. Es ist erwiesen, dass die in Deutschland nutzbare landwirtschaftliche Fläche nur zur Deckung eines Teils der Stromerzeugung ausreichen würde. Einheimisches Biogas und nachhaltiges importiertes Pflanzenöl, das in hohem Maße auf degradierten Böden angebaut werden sollte, können die notwendige Brennstoffenergie liefern. Um im Ausland ausreichend Pflanzenöl herstellen zu können, wird eine landwirtschaftliche Fläche von 6 bis 12 Mio. ha benötigt. Das Ergebnis ist, dass ein voller Ausgleich von Windenergie-Restlast durch KWK mit Erneuerbaren Energieträgern sinnvoll und machbar ist! Dieses Wind-KWK-DSM-System sollte durch ein Stromnetz ergänzt sein, das Wasserkraftstrom für den Großteil der Regelenergieaufgaben nutzt, und das den großräumigen Ausgleich Erneuerbarer Energien in Europa und den Nachbarregionen ermöglicht.

Audio-Visual Information Processing across different age groups

People possess different sensory modalities to detect, interpret, and efficiently act upon various events in a complex and dynamic environment (Fetsch, DeAngelis, & Angelaki, 2013). Much empirical work has been done to understand the interplay of modalities (e.g. audio-visual interactions, see Calvert, Spence, & Stein, 2004). On the one hand, integration of multimodal input as a functional principle of the brain enables the versatile and coherent perception of the environment (Lewkowicz & Ghazanfar, 2009). On the other hand, sensory integration does not necessarily mean that input from modalities is always weighted equally (Ernst, 2008). Rather, when two or more modalities are stimulated concurrently, one often finds one modality dominating over another. Study 1 and 2 of the dissertation addressed the developmental trajectory of sensory dominance. In both studies, 6-year-olds, 9-year-olds, and adults were tested in order to examine sensory (audio-visual) dominance across different age groups. In Study 3, sensory dominance was put into an applied context by examining verbal and visual overshadowing effects among 4- to 6-year olds performing a face recognition task. The results of Study 1 and Study 2 support default auditory dominance in young children as proposed by Napolitano and Sloutsky (2004) that persists up to 6 years of age. For 9-year-olds, results on privileged modality processing were inconsistent. Whereas visual dominance was revealed in Study 1, privileged auditory processing was revealed in Study 2. Among adults, a visual dominance was observed in Study 1, which has also been demonstrated in preceding studies (see Spence, Parise, & Chen, 2012). No sensory dominance was revealed in Study 2 for adults. Potential explanations are discussed. Study 3 referred to verbal and visual overshadowing effects in 4- to 6-year-olds. The aim was to examine whether verbalization (i.e., verbally describing a previously seen face), or visualization (i.e., drawing the seen face) might affect later face recognition. No effect of visualization on recognition accuracy was revealed. As opposed to a verbal overshadowing effect, a verbal facilitation effect occurred. Moreover, verbal intelligence was a significant predictor for recognition accuracy in the verbalization group but not in the control group. This suggests that strengthening verbal intelligence in children can pay off in non-verbal domains as well, which might have educational implications.