Entwicklung und Anwendung einer Kraftwerks- und Speichereinsatzoptimierung für die Untersuchung von Energieversorgungsszenarien mit hohem Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland

In dieser Arbeit wurde ein gemischt-ganzzahliges lineares Einsatzoptimierungsmodell für Kraftwerke und Speicher aufgebaut und für die Untersuchung der Energieversorgung Deutschlands im Jahre 2050 gemäß den Leitstudie-Szenarien 2050 A und 2050 C ([Nitsch und Andere, 2012]) verwendet, in denen erneuerbare Energien einen Anteil von über 85 % an der Stromerzeugung haben und die Wind- und Solarenergie starke Schwankungen der durch steuerbare Kraftwerke und Speicher zu deckenden residualen Stromnachfrage (Residuallast) verursachen. In Szenario 2050 A sind 67 TWh Wasserstoff, die elektrolytisch aus erneuerbarem Strom zu erzeugen sind, für den Verkehr vorgesehen. In Szenario 2050 C ist kein Wasserstoff für den Verkehr vorgesehen und die effizientere Elektromobilität hat einen Anteil von 100% am Individualverkehr. Daher wird weniger erneuerbarer Strom zur Erreichung desselben erneuerbaren Anteils im Verkehrssektor benötigt. Da desweiteren Elektrofahrzeuge Lastmanagementpotentiale bieten, weisen die Residuallasten der Szenarien eine unterschiedliche zeitliche Charakteristik und Jahressumme auf. Der Schwerpunkt der Betrachtung lag auf der Ermittlung der Auslastung und Fahrweise des in den Szenarien unterstellten ’Kraftwerks’-parks bestehend aus Kraftwerken zur reinen Stromerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplungskraftwerken, die mit Wärmespeichern, elektrischen Heizstäben und Gas-Backupkesseln ausgestattet sind, Stromspeichern und Wärmepumpen, die durch Wärmespeicher zum Lastmanagment eingesetzt werden können. Der Fahrplan dieser Komponenten wurde auf minimale variable Gesamtkosten der Strom- und Wärmeerzeugung über einen Planungshorizont von jeweils vier Tagen hin optimiert. Das Optimierungsproblem wurde mit dem linearen Branch-and-Cut-Solver der software CPLEX gelöst. Mittels sogenannter rollierender Planung wurde durch Zusammensetzen der Planungsergebnisse für überlappende Planungsperioden der Kraftwerks- und Speichereinsatz für die kompletten Szenariojahre erhalten. Es wurde gezeigt, dass der KWK-Anteil an der Wärmelastdeckung gering ist. Dies wurde begründet durch die zeitliche Struktur der Stromresiduallast, die wärmeseitige Dimensionierung der Anlagen und die Tatsache, dass nur eine kurzfristige Speicherung von Wärme vorgesehen war. Die wärmeseitige Dimensionierung der KWK stellte eine Begrenzung des Deckungsanteils dar, da im Winter bei hoher Stromresiduallast nur wenig freie Leistung zur Beladung der Speicher zur Verfügung stand. In den Berechnungen für das Szenario 2050 A und C lag der mittlere Deckungsanteil der KWK an der Wärmenachfrage von ca. 100 TWh_th bei 40 bzw. 60 %, obwohl die Auslegung der KWK einen theoretischen Anteil von über 97 % an der Wärmelastdeckung erlaubt hätte, gäbe es die Beschränkungen durch die Stromseite nicht. Desweiteren wurde die CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher und des Lastmanagements mit Wärmepumpen untersucht. In Szenario 2050 A ergab sich keine signifikante CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher, in Szenario 2050 C hingegen ergab sich eine geringe aber signifikante CO2-Einsparung in Höhe von 1,6 % der Gesamtemissionen der Stromerzeugung und KWK-gebundenen Wärmeversorgung. Das Lastmanagement mit Wärmepumpen vermied Emissionen von 110 Tausend Tonnen CO2 (0,4 % der Gesamtemissionen) in Szenario A und 213 Tausend Tonnen in Szenario C (0,8 % der Gesamtemissionen). Es wurden darüber hinaus Betrachtungen zur Konkurrenz zwischen solarthermischer Nahwärme und KWK bei Einspeisung in dieselben Wärmenetze vorgenommen. Eine weitere Einschränkung der KWK-Erzeugung durch den Einspeisevorrang der Solarthermie wurde festgestellt. Ferner wurde eine untere Grenze von 6,5 bzw. 8,8 TWh_th für die in den Szenarien mindestens benötigte Wasserstoff-Speicherkapazität ermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das technisch-ökonomische Potential von Langzeitwärmespeichern für eine bessere Integration von KWK ins System zu ermitteln bzw. generell nach geeigneteren Wärmesektorszenarien zu suchen, da deutlich wurde, dass für die öffentliche Wärmeversorgung die KWK in Kombination mit Kurzzeitwärmespeicherung, Gaskesseln und elektrischen Heizern keine sehr effektive CO2 -Reduktion in den Szenarien erreicht. Es sollte dabei z.B. untersucht werden, ob ein multivalentes System aus KWK, Wärmespeichern und Wärmepumpen eine ökonomisch darstellbare Alternative sein könnte und im Anschluss eine Betrachtung der optimalen Anteile von KWK, Wärmepumpen und Solarthermie im Wärmemarkt vorgenommen werden.

Efficient Characterisation and Optimal Control of Open Quantum Systems - Mathematical Foundations and Physical Applications

Since no physical system can ever be completely isolated from its environment, the study of open quantum systems is pivotal to reliably and accurately control complex quantum systems. In practice, reliability of the control field needs to be confirmed via certification of the target evolution while accuracy requires the derivation of high-fidelity control schemes in the presence of decoherence. In the first part of this thesis an algebraic framework is presented that allows to determine the minimal requirements on the unique characterisation of arbitrary unitary gates in open quantum systems, independent on the particular physical implementation of the employed quantum device. To this end, a set of theorems is devised that can be used to assess whether a given set of input states on a quantum channel is sufficient to judge whether a desired unitary gate is realised. This allows to determine the minimal input for such a task, which proves to be, quite remarkably, independent of system size. These results allow to elucidate the fundamental limits regarding certification and tomography of open quantum systems. The combination of these insights with state-of-the-art Monte Carlo process certification techniques permits a significant improvement of the scaling when certifying arbitrary unitary gates. This improvement is not only restricted to quantum information devices where the basic information carrier is the qubit but it also extends to systems where the fundamental informational entities can be of arbitary dimensionality, the so-called qudits. The second part of this thesis concerns the impact of these findings from the point of view of Optimal Control Theory (OCT). OCT for quantum systems utilises concepts from engineering such as feedback and optimisation to engineer constructive and destructive interferences in order to steer a physical process in a desired direction. It turns out that the aforementioned mathematical findings allow to deduce novel optimisation functionals that significantly reduce not only the required memory for numerical control algorithms but also the total CPU time required to obtain a certain fidelity for the optimised process. The thesis concludes by discussing two problems of fundamental interest in quantum information processing from the point of view of optimal control - the preparation of pure states and the implementation of unitary gates in open quantum systems. For both cases specific physical examples are considered: for the former the vibrational cooling of molecules via optical pumping and for the latter a superconducting phase qudit implementation. In particular, it is illustrated how features of the environment can be exploited to reach the desired targets.

Optimierung von Betriebsstrategien für elektrifizierte Antriebskonzepte

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine gemeinsame Optimierung der Hybrid-Betriebsstrategie und des Verhaltens des Verbrennungsmotors vorgestellt. Die Übernahme von den im Steuergerät verwendeten Funktionsmodulen in die Simulationsumgebung für Fahrzeuglängsdynamik stellt eine effiziente Applikationsmöglichkeit der Originalparametrierung dar. Gleichzeitig ist es notwendig, das Verhalten des Verbrennungsmotors derart nachzubilden, dass das stationäre und das dynamische Verhalten, inklusive aller relevanten Einflussmöglichkeiten, wiedergegeben werden kann. Das entwickelte Werkzeug zur Übertragung der in Ascet definierten Steurgerätefunktionen in die Simulink-Simulationsumgebung ermöglicht nicht nur die Simulation der relevanten Funktionsmodule, sondern es erfüllt auch weitere wichtige Eigenschaften. Eine erhöhte Flexibilität bezüglich der Daten- und Funktionsstandänderungen, sowie die Parametrierbarkeit der Funktionsmodule sind Verbesserungen die an dieser Stelle zu nennen sind. Bei der Modellierung des stationären Systemverhaltens des Verbrennungsmotors erfolgt der Einsatz von künstlichen neuronalen Netzen. Die Auswahl der optimalen Neuronenanzahl erfolgt durch die Betrachtung des SSE für die Trainings- und die Verifikationsdaten. Falls notwendig, wird zur Sicherstellung der angestrebten Modellqualität, das Interpolationsverhalten durch Hinzunahme von Gauß-Prozess-Modellen verbessert. Mit den Gauß-Prozess-Modellen werden hierbei zusätzliche Stützpunkte erzeugt und mit einer verminderten Priorität in die Modellierung eingebunden. Für die Modellierung des dynamischen Systemverhaltens werden lineare Übertragungsfunktionen verwendet. Bei der Minimierung der Abweichung zwischen dem Modellausgang und den Messergebnissen wird zusätzlich zum SSE das 2σ-Intervall der relativen Fehlerverteilung betrachtet. Die Implementierung der Steuergerätefunktionsmodule und der erstellten Steller-Sensor-Streckenmodelle in der Simulationsumgebung für Fahrzeuglängsdynamik führt zum Anstieg der Simulationszeit und einer Vergrößerung des Parameterraums. Das aus Regelungstechnik bekannte Verfahren der Gütevektoroptimierung trägt entscheidend zu einer systematischen Betrachtung und Optimierung der Zielgrößen bei. Das Ergebnis des Verfahrens ist durch das Optimum der Paretofront der einzelnen Entwurfsspezifikationen gekennzeichnet. Die steigenden Simulationszeiten benachteiligen Minimumsuchverfahren, die eine Vielzahl an Iterationen benötigen. Um die Verwendung einer Zufallsvariablen, die maßgeblich zur Steigerung der Iterationanzahl beiträgt, zu vermeiden und gleichzeitig eine Globalisierung der Suche im Parameterraum zu ermöglichen wird die entwickelte Methode DelaunaySearch eingesetzt. Im Gegensatz zu den bekannten Algorithmen, wie die Partikelschwarmoptimierung oder die evolutionären Algorithmen, setzt die neu entwickelte Methode bei der Suche nach dem Minimum einer Kostenfunktion auf eine systematische Analyse der durchgeführten Simulationsergebnisse. Mit Hilfe der bei der Analyse gewonnenen Informationen werden Bereiche mit den bestmöglichen Voraussetzungen für ein Minimum identifiziert. Somit verzichtet das iterative Verfahren bei der Bestimmung des nächsten Iterationsschrittes auf die Verwendung einer Zufallsvariable. Als Ergebnis der Berechnungen steht ein gut gewählter Startwert für eine lokale Optimierung zur Verfügung. Aufbauend auf der Simulation der Fahrzeuglängsdynamik, der Steuergerätefunktionen und der Steller-Sensor-Streckenmodelle in einer Simulationsumgebung wird die Hybrid-Betriebsstrategie gemeinsam mit der Steuerung des Verbrennungsmotors optimiert. Mit der Entwicklung und Implementierung einer neuen Funktion wird weiterhin die Verbindung zwischen der Betriebsstrategie und der Motorsteuerung erweitert. Die vorgestellten Werkzeuge ermöglichten hierbei nicht nur einen Test der neuen Funktionalitäten, sondern auch eine Abschätzung der Verbesserungspotentiale beim Verbrauch und Abgasemissionen. Insgesamt konnte eine effiziente Testumgebung für eine gemeinsame Optimierung der Betriebsstrategie und des Verbrennungsmotorverhaltens eines Hybridfahrzeugs realisiert werden.

BioJADE: A Design and Simulation Tool for Synthetic Biological Systems

The next generations of both biological engineering and computer engineering demand that control be exerted at the molecular level. Creating, characterizing and controlling synthetic biological systems may provide us with the ability to build cells that are capable of a plethora of activities, from computation to synthesizing nanostructures. To develop these systems, we must have a set of tools not only for synthesizing systems, but also designing and simulating them. The BioJADE project provides a comprehensive, extensible design and simulation platform for synthetic biology. BioJADE is a graphical design tool built in Java, utilizing a database back end, and supports a range of simulations using an XML communication protocol. BioJADE currently supports a library of over 100 parts with which it can compile designs into actual DNA, and then generate synthesis instructions to build the physical parts. The BioJADE project contributes several tools to Synthetic Biology. BioJADE in itself is a powerful tool for synthetic biology designers. Additionally, we developed and now make use of a centralized BioBricks repository, which enables the sharing of BioBrick components between researchers, and vastly reduces the barriers to entry for aspiring Synthetic Biologists.

Transition between metadata models: approach based on the use open source software

This article shows the work developed for adapting metadata conform to the official Colombian metadata standard NTC 4611 to the international standard ISO 19115. CatMDedit, an open source metadata editor, is used in this task. CatMDedit is able of import variants of CSDGM such as NTC 4611 and export to the stable version of ISO 19139 (the XML implementation model of ISO 19115)

COMP3016 Web Technology - Strand 3 "History" Lecture 2

Lecture 1: Contributions of Pre WWW Research: Open Hypermedia Systems Contains Powerpoint Lecture slides and Hypertext Research Papers: Industrial Strength Hypermedia: Requirements for a Large Engineering Enterprise (Malcolm et al. 1991); Towards An Integrated Information Environment With Open Hypermedia Systems (Davis et al. 1992); Unifying Strategies for Web Augmentation (Bouvin 1999); Hyper-G (Adapted from Lowe and Hall); OHP:A Draft Proposal for a Standard Open Hypermedia Protocol (Davis et al. 1996); XML Linking (DeRose 99)

Stylesheets: CSS and XSL

Lecture slides and exercises for using stylesheets on HTML or XML.

TU Graz: Course: 707.000 Web Science and Web Technology: Lecture 8: Web Technologies 1

This class focuses on a selected subset of web technologies that are of interest to the topics of this course. Readings: Chapter 5 "Representational State Transfer (REST)", in "Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architecture", Roy Fielding, Dissertation, University of California Irvine, 2000 Optional: Chapter "Representational State Transfer (REST)" in "Pro PHP XML and Web Services", R. Richards 633--672, 2006

Integración de repositorios digitales en salud, desafíos y alternativas de interoperabilidad

Este artículo presenta una descripción de los repositorios digitales y su caracterización dentro del contexto de las ciencias de la salud. Se analiza la forma en como viene siendo almacenada, clasificada, accedida y compartida la información médica representada principalmente en ayudas diagnosticas (como imágenes médicas, resonancias, electrocardiogramas, etc.) así como casos, reportes, diagnósticos entre otros. Aprovechando modelos de interoperabilidad propuestos entre sistemas de información médica (basados en estándares como DICOM, HL7, CDA), se analiza como pueden coexistir e integrarse a mecanismos más tradicionales dentro de repositorios digitales científicos o de otros tipos tanto de colecciones como en el ámbito temático. Retos de interoperabilidad en protocolos, metadatos, formatos digitales de objetos, servicios son las principales demandas de estos repositorios y federaciones. La heterogeneidad es un factor común y un desafío de cara a la interoperabilidad de repositorios, aplicaciones clínicas, metadatos, servicios y hasta dispositivos. A menudo, los servicios expuestos por una entidad, son limitados a ciertas funcionalidades o a ser accedidos por una población determinada de usuarios finales, sea por que su caracterización así lo exige dentro del establecimiento de sus requerimientos o lógica de negocio; como también porque las condiciones (arquitecturas diferentes, sistemas operativos, lenguajes de programación, tecnologías de redes y protocolos de interconexión, elementos hardware, productos software) del o de los dominios organizacionales en los que se encuentran impiden la integración y/o agregación de los diferentes recursos que se desean compartir con objetivos de colaboración. El enfoque de derechos de autor, varia considerablemente respecto a los enfoques tradicionales de repositorios institucionales y la eventual promoción de contenidos en acceso abierto en repositorios de salud representan otro gran reto. Se hace necesario lograr una gran abstracción de todos esos recursos para poder hablar de interoperabilidad, en este caso de repositorios de objetos médicos en donde la abstracción esta asociada a diferentes tecnologías subyacentes de almacenamiento, diferentes condiciones de interconexión de red, diferentes protocolos de comunicación, múltiples idiomas y vocabularios controlados por diferentes comunidades en salud que conllevan a una definición de modelos sintácticos y semánticos de metadatos que representen adecuadamente estos objetos. La implementación de redes de repositorios de objetos médicos, pueden plantear dos acercamientos diferentes: (1) mediante un mecanismo de integración débilmente acoplada, representada por modelos de metadatos y protocolos de interoperabilidad agregados en un punto central, a través del cual se ofrecen los servicios a sus usuarios (tecnologías como OAI-PMH, Dublin Core, HTTP, XML entre algunas otras son los pilares de estos modelos de integración) y (2) mediante un mecanismo de integración fuertemente acoplada, para cuyo caso se plantea una arquitectura de integración basada en Computación en Malla. Como tecnología emergente de computación distribuida, aborda mecanismos que permitan verificar el grado de eficiencia de la interoperabilidad que puede ofrecer a través de un middleware que sirva de enlace entre los usuarios, las aplicaciones y los recursos, para lograr esa gran abstracción . Así mismo se resalta en el contexto colombiano la ausencia de estrategias basadas en estándares para el acceso compartido a dicha información médica, por lo que es de gran interés la exploración de diferentes mecanismos o alternativas propuestas de integración de repositorios médicos con objetivos de propender por un trabajo colaborativo entre instituciones del sector de la salud, y tener una herramienta más que contribuya a la toma de decisiones por parte del personal médico especializado así como el apoyo a la educación en áreas de la salud.

COMP6218 Web Architecture - Web Content Formats

Plain Text - ASCII, Unicode, UTF-8 Content Formats - XML-based formats (RSS, MathML, SVG, Office) + PDF Text based data formats: CSV, JSON

Academic Integrity Guidelines - Quiz and References

A multiple-choice quiz to test a student's understanding of academic integrity and plagiarism. A range of quiz formats including Blackboard, IMS-QTI, plain text and Respondus is available for users to download.

Nuevas características del lenguaje OPScript para la creación de aplicaciones educativas.

Resumen tomado del autor. Este trabajo ha sido parcialmente financiado por la Universidad del País Vasco (UPV00141.226-T-15945/2004), el CICYT (TIC2002-03141) y la Diputación Foral de Gipuzkoa en un programa de la Unión Europea

Inventory control exercises

Exercises and solutions in LaTex

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