Metsäenergian käytön kasvun liiketoimintamahdollisuudet Kaakkois-Suomessa

Kaakkois-Suomessa (Kymenlaakson ja Etelä-Karjalan maakunnat) metsäenergian käytön kasvaessa on tullut tarve tarkastella käytön kasvua eri käyttäjien näkökulmasta sekä arvioida kasvaneen käytön luomia liiketoimintamahdollisuuksia alueen toimijoille. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää metsäenergian nykyinen käyttö ja käytön kasvumahdollisuudet alueella. Metsäenergian käytön kasvumahdollisuuksia voidaan arvioida nykyisen energian tuotantorakenteen sekä energian tarpeen perusteella. Näiden tietojen pohjalta voidaan arvioida metsäenergian riittävyyttä, käytön laajentamista ja laajentamisen yhteydessä syntyviä liiketoimintamahdollisuuksia alueen metsäenergian hankinnassa mukana oleville toimijoille ja energian tuotannon pk-yrittäjille (mm. energiayrittäjät ja -osuuskunnat). Hankkeen toteutuksen yhteydessä valmistellaan laajempaa hankekokonaisuutta uusiutuvien paikallisten energiamahdollisuuksien hyödyntämiseksi ja liiketoiminnan kehittämiseksi alueella. Tutkimusten tavoitteena on luoda hyvinvointia ja liiketoimintamahdollisuuksia alueelle. Etelä-Karjalan ja Kymenlaakson maakuntien osalta tutkimus sisälsi seuraavat osatehtävät: metsäenergian nykyisen käytön selvittäminen käyttökohteittain ja polttoainelajeittain (hakkuutähteet, kannot, pienpuu), metsäenergian potentiaalisten käyttökohteiden selvittäminen, metsäenergian kuntakohtaisen saatavuuden selvittäminen polttoainelajeittain, metsäenergian käytön suhde saatavuuteen, metsäenergian ympärille liittyvien liiketoimintamahdollisuuksien tunnistaminen ja kartoittaminen sekä tulosten raportointi. Tutkimuksen tuloksina saatiin Etelä-Karjalan ja Kymenlaakson maakuntien kuntakohtaiset taseet metsäenergian kysynnän ja tarjonnan määristä sekä alaan liittyvistä työllisyys- ja liiketoimintamahdollisuuksista. Tutkimuksen toteutuksessa on tehty tiiviisti yhteistyötä Kaakkois-Suomen metsäkeskuksen kanssa. Tutkimuksen seurantaryhmänä toimi Kaakkois-Suomen metsäenergianeuvottelukunta. Tutkimuksessa on luotu toimintamalli alueellisen ja paikallisen metsäenergian käytön ja saatavuuden tarkastelua varten. Toimintamallilla voidaan esittää paikalliset mahdollisuudet metsäenergian hyödyntämiseksi ja liiketoimintamahdollisuuksien arvioimiseksi.

Biopolttoaineiden ongelmat

Biopolttoaineilla on tärkeä rooli tulevaisuuden energiahuollossa. Biopolttoaineiden käyttöä pyritäänkin lisäämään monin keinoin. Ensimmäisen sukupolven biopolttoaineet ovat jo olleet aikansa markkinoilla ja toisen sukupolven polttoaineet ovat saapumassa markkinoille. Tässä työssä tutkitaan eri biopolttoaine vaihtoehtoja ensimmäisestä toiseen sukupolveen sekä tutkitaan niiden käytön ongelmia. Biopolttoaineiden käyttö on lisääntynyt huomattavasti viime vuosien aikoina, jonka myötä on tullut esiin monia ongelmia. Ongelmia aiheuttavat niin ilmastolliset, taloudelliset, teknologiset kuin valtapoliittiset asiat.

Analysis of heart rate control to assess thermal sensitivity responses in Brazilian toads

In anurans, changes in ambient temperature influence body temperature and, therefore, energy consumption. These changes ultimately affect energy supply and, consequently, heart rate (HR). Typically, anurans living in different thermal environments have different thermal sensitivities, and these cannot be distinguished by changes in HR. We hypothesized that Rhinella jimi (a toad from a xeric environment that lives in a wide range of temperatures) would have a lower thermal sensitivity regarding cardiac control than R. icterica (originally from a tropical forest environment with a more restricted range of ambient temperatures). Thermal sensitivity was assessed by comparing animals housed at 15° and 25°C. Cardiac control was estimated by heart rate variability (HRV) and heart rate complexity (HRC). Differences in HRV between the two temperatures were not significant (P=0.214 for R. icterica and P=0.328 for R. jimi), whereas HRC differences were. All specimens but one R. jimi had a lower HRC at 15°C (all P<0.01). These results indicate that R. jimi has a lower thermal sensitivity and that cardiac control is not completely dependent on the thermal environment because HRC was not consistently different between temperatures in all R. jimi specimens. This result indicates a lack of evolutive trade-offs among temperatures given that heart rate control at 25°C is potentially not a constraint to heart rate control at 15°C.

Fat gain with physical detraining is correlated with increased glucose transport and oxidation in periepididymal white adipose tissue in rats

As it is a common observation that obesity tends to occur after discontinuation of exercise, we investigated how white adipocytes isolated from the periepididymal fat of animals with interrupted physical training transport and oxidize glucose, and whether these adaptations support the weight regain seen after 4 weeks of physical detraining. Male Wistar rats (45 days old, weighing 200 g) were divided into two groups (n=10): group D (detrained), trained for 8 weeks and detrained for 4 weeks; and group S (sedentary). The physical exercise was carried out on a treadmill for 60 min/day, 5 days/week for 8 weeks, at 50-60% of the maximum running capacity. After the training protocol, adipocytes isolated from the periepididymal adipose tissue were submitted to glucose uptake and oxidation tests. Adipocytes from detrained animals increased their glucose uptake capacity by 18.5% compared with those from sedentary animals (P<0.05). The same cells also showed a greater glucose oxidation capacity in response to insulin stimulation (34.55%) compared with those from the S group (P<0.05). We hypothesize that, owing to the more intense glucose entrance into adipose cells from detrained rats, more substrate became available for triacylglycerol synthesis. Furthermore, this increased glucose oxidation rate allowed an increase in energy supply for triacylglycerol synthesis. Thus, physical detraining might play a role as a possible obesogenic factor for increasing glucose uptake and oxidation by adipocytes.

Sélection des substrats lors de l’exercice prolongé avec ingestion de glucides : études par traçage au 13C

Les principaux substrats oxydés à l’exercice, soit les glucides, les lipides et les pro- téines ne contribuent pas tous au même niveau à la fourniture d’énergie lors de l’effort prolongé. De plus, le glucose peut provenir de différentes sources endogènes (muscle, foie) et exogènes. Plusieurs facteurs peuvent influencer leur contribution respective incluant : la masse musculaire impliquée et l’entraînement préalable, le sexe, l’état nutritionnel et les conditions environnementales. L’utilisation d’isotopes stables, tels que le carbone 13 (13C), combinée à la calorimétrie indirecte respiratoire corrigée pour l’excrétion d’urée dans l’urine et la sueur, permet de différencier les substrats endogènes et exogènes et d’évaluer la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie. Ces méthodes d’investigation permettant d’apprécier la sélection des substrats lors de l’exercice prolongé avec ingestion de glucose ont permis d’effectuer les comparaisons qui ont fait l’objet des trois études de cette thèse. Dans la première étude, la sélection des substrats au cours d’un effort prolongé effectué avec les membres inférieurs ou les membres supérieurs a été comparée avec et sans ingestion de glucose. Une différence modeste fut observée entre la sélection des substrats selon le mode d’exercice avec l’ingestion d’eau, celle-ci favorisant légèrement l’oxydation des glucides lors de l’effort avec les membres supérieurs. La quantité de glucose exogène oxydée était plus faible lors de l’exercice avec les membres supérieurs qu’avec les membres supérieurs, mais sa contribution plus importante, conséquence d’une dépense énergétique plus faible. Dans la deuxième étude, on a comparé la sélection des substrats chez des sujets mas- culins et féminins et les effets d’une alimentation enrichie en glucides ou de l’ingestion de glucose, au cours d’un exercice prolongé d’une durée de deux heures. On reconnaît généralement que, pour une même puissance relative, les femmes utilisent moins de glucides et davantage de lipides que les hommes. Les effets séparés d’une alimentation riche en glucides ou de l’ingestion de glucose pendant l’exercice sur la sélection des substrats furent pourtant similaires chez les deux sexes. L’effet combiné des deux procédures de supplémentation est toutefois plus important chez la femme que chez l’homme, soutenant l’hypothèse qu’un léger déficit en glucides soit présent chez les femmes. Dans la troisième étude, l’oxydation des substrats et particulièrement celle d’amidon exogène au cours d’une marche prolongée à une faible puissance de travail a été décrite. Les individus qui pratiquent des activités physiques prolongées à des intensités faibles (< 40 %VO2max) sont encouragés à ingérer des glucides et de l’eau pendant l’effort, mais la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie est relativement peu connue. Nous avons montré que, contrairement aux observations précédemment effectuées à jeun sans ingestion de glucides pendant l’effort, les glucides (incluant de source exogène) peuvent fournir une très grande partie de l’énergie lorsqu’ils sont ingérés à des intervalles réguliers au cours de l’exercice prolongé. Dans l’ensemble, les résultats des études expérimentales présentées dans cette thèse montrent que les glucides ingérés peuvent fournir une grande proportion de l’énergie pendant l’exercice prolongé. Toutefois, le mode d’exercice, le sexe et la puissance de travail mènent à des variations qui sont en grande partie liées à une dépense énergétique variable selon les conditions et les groupes d’individus ayant des caractéristiques différentes.

Elf ERAP en Irak, de 1968 à 1977

Dès sa création en 1966, l’ERAP s’est fixé pour but d’accroître la production du pétrole « franc », en diversifiant ses sources d’approvisionnement. Un tel objectif prend une tournure cruciale dès lors que les rapports tendus entre le groupe français et les autorités algériennes semblent menacer ses acquis dans le Sahara. Toutefois, se tailler une place sur le marché mondial semble à cette époque une tâche ardue, voire improbable, puisque les espaces les plus pétrolifères sont déjà occupés par les grandes sociétés, dites Majors. Néanmoins, la société d’État française réussit à s’implanter dans plusieurs pays producteurs, dont l’Irak en 1968, jusqu’alors considéré comme la chasse gardée de la Compagnie française des pétroles (CFP). Aussi, l’expérience irakienne, suite à l’insuccès en Algérie, incite Elf ERAP à se concentrer dans les pays pétroliers de l’Afrique subsaharienne et en Mer du Nord. Le 3 février 1968, Elf ERAP signe un accord avec la compagnie d’État pétrolière, INOC, pour se charger de la prospection et de l’exploitation d’une partie du territoire confisqué par l’État irakien à la puissante Iraq Petroleum Company (IPC). En contrepartie de ses apports financiers et techniques, Elf ERAP sera rémunérée par un approvisionnement garanti en pétrole irakien : il s’agit d’un nouveau genre de partenariat, dit « contrat d’agence ». Ce dernier succède au système classique des concessions et vaut à la société d’État un franc succès dans son projet de pénétration au Moyen Orient. Très vite, les prospections donnent lieu à la découverte de gisements. La production démarre en 1976 et s’élève à 5 millions de tonnes en 1977. Dès lors, Elf ERAP, devenue la SNEA, peut envisager avec optimisme son avenir énergétique, puisque sa sécurité d’approvisionnement est, en partie, assurée par le marché irakien. Mais, contre toute attente, le groupe d’État français se retire de l’affaire en mai 1977, laissant place à l’INOC, qui prend en charge le projet deux ans avant la date prévue par le contrat initial de 1968. Ce sujet de recherche consiste à éclaircir le rôle d’opérateur joué par l’ERAP en Irak, entre 1968 et 1977. Pour tenter d’expliquer le départ prématuré d’Elf Irak, il nous faut identifier les facteurs endogènes et exogènes qui ont pu motiver une telle décision. Autrement dit, la société d’État aurait-elle subi les revers de ses propres choix énergétiques ou un tel dénouement serait-il imputable à la politique pétrolière irakienne? Quelles sont les implications de la conjoncture pétrolière internationale dans le cas d’un tel retrait? Aidée des archives historiques d’Elf et de TOTAL, nous sommes arrivée à la conclusion que la compression du marché pétrolier, entre distributeurs et producteurs, au cours des années 1970, a considérablement nui à la rentabilité des contrats intermédiaires du type agence.

Développement de nouveaux matériaux organométalliques pour des applications dans le domaine de la conversion d’énergie solaire

Dans un contexte où l’approvisionnement énergétique mondial du 21e siècle est un enjeu majeur, le développement de sources d’énergie renouvelables suscite l’attention croissante de la communauté scientifique et industrielle. L’énergie solaire est définitivement l’une des meilleures alternatives aux combustibles fossiles en tant que source d’énergie du monde de demain. Ce mémoire traite donc du développement de nouveaux matériaux organométalliques pour des applications de photorécoltage d’énergie en photovoltaïque et en production d’hydrogène. Le premier chapitre présente la synthèse assistée par microondes de quatre nouveaux complexes de Co(II), Ni(II), Cu(II) et Zn(II) basés sur le ligand tétra-p-méthoxyphényl-azadipyrrométhène (ADPM) avec des rendements variant de 89% à quantitatif. Ces complexes sont mis en relation avec d’autres complexes homoleptiques connus portant le tétraphényl-ADPM comme ligand ainsi qu’avec leurs chélates de BF2+ pour une meilleure compréhension des tendances engendrées par la substitution de l’agent coordonnant et/ou des substituants p-méthoxy. Pour ce faire, le comportement électrochimique et photophysique est présenté. De façon générale, la présence des quatre groupements p-méthoxy semble rendre les dérivés de cet ADPM plus susceptibles à la dégradation électrochimique en conditions d’oxydation et induire un déplacement bathochromique des propriétés optiques d’absorption et d’émission. Les structures rayons X du ligand tétra-p-méthoxyphényl-ADPM et de son complexe homoleptique de Co(II) sont aussi discutées. Cette étude a été effectuée dans l’espoir de fournir des informations utiles sur la stabilité des ADPM aux chercheurs du domaine photovoltaïque en quête de nouveaux chromophores dans le proche infrarouge (NIR). Le deuxième chapitre présente quant à lui les propriétés de senseur envers les anions F-, OAc- et H2PO4- de deux nouveaux complexes neutres de Re(I) de type mono- et dinucléaire basés sur une phénanthroline substituée en position 5 contenant un récepteur thio-urée. Ces composés ont été obtenus dans des rendements de 81% et 60%, respectivement. L’effet de la formation de ponts hydrogène lors de l’ajout d’anions versus la déprotonation du récepteur a été évalué par des titrations UV/Vis et RMN 1H et semble indiquer que la formation de la base conjuguée du récepteur est favorisée pour ce type de système. De plus, la structure rayons X d’un des précurseurs est présentée et permet une discussion sur la chiralité des complexes mono- et dinucléaire obtenus. L’obtention d’un complexe bimétallique par autoassemblage ouvre la voie à la préparation d’antennes moléculaires pour des systèmes de photosynthèse artificielle.

The adoption of advanced feed-in tariffs in Ontario : a case of institutional layering

En mai 2009, l’Ontario a adopté la Loi sur l’énergie verte et devint ainsi la première juridiction en Amérique du Nord à promouvoir l’énergie renouvelable par le biais de tarifs de rachat garantis. En novembre 2010, dans son Plan énergétique à long terme, la province s’est engagée à déployer 10,700 MW en capacité de production d’énergie renouvelable non-hydroélectrique par 2018. Il s’agit de la cible de déploiement la plus élevée dans ce secteur au Canada. Les infrastructures de production et de distribution d’électricité comprennent des coûts d’installation élevés, une faible rotation des investissements et de longs cycles de vie, facteurs qui servent habituellement à ancrer les politiques énergétiques dans une dynamique de dépendance au sentier. Depuis le début des années 2000, cependant, l’Ontario a commencé à diverger de sa traditionnelle dépendance aux grandes centrales hydroélectriques, aux centrales à charbon et aux centrales nucléaires par une série de petits changements graduels qui feront grimper la part d’énergie renouvelable dans le mix énergétique provincial à 15% par 2018. Le but de ce mémoire est d’élucider le mécanisme de causalité qui a sous-tendu l’évolution graduelle de l’Ontario vers la promotion de l’énergie renouvelable par le biais de tarifs de rachat garantis et d’une cible de déploiement élevée. Ce mémoire applique la théorie du changement institutionnel graduel de Mahoney et Thelen au cas du développement de politiques d’énergie renouvelable en Ontario afin de mieux comprendre les causes, les modes et les effets du changement institutionnel. Nous découvrons que le contexte canadien de la politique énergétique favorise la sédimentation institutionnelle, c’est-à-dire un mode changement caractérisé par de petits gains favorisant l’énergie renouvelable. Ces gains s’accumulent pourtant en transformation politique importante. En Ontario, la mise sur pied d’une vaste coalition pour l’énergie renouvelable fut à l’origine du changement. Les premiers revendicateurs de politiques favorisant l’énergie renouvelable – les environnementalistes et les premières entreprises d’approvisionnement et de service en technologies d’énergie renouvelable – ont dû mettre sur pied un vaste réseau d’appui, représentant la quasi-totalité de la société ontarienne, pour faire avancer leur cause. Ce réseau a fait pression sur le gouvernement provincial et, en tant que front commun, a revendiqué l’énergie renouvelable non seulement comme solution aux changements climatiques, mais aussi comme solution à maints autres défis pressants de santé publique et de développement économique. La convergence favorable d’un nombre de facteurs contextuels a certes contribué à la réussite du réseau ontarien pour l’énergie renouvelable. Cependant, le fait que ce réseau ait trouvé des alliés au sein de l’exécutif du gouvernement provincial s’est révélé d’importance cruciale quant à l’obtention de politiques favorisant l’énergie renouvelable. Au Canada, les gouvernements provinciaux détiennent l’ultime droit de veto sur la politique énergétique. Ce n’est qu’en trouvant des alliés aux plus hauts échelons du gouvernement que le réseau ontarien pour l’énergie renouvelable a pu réussir.

Analyse géographique des investissements internationaux de la China National Petroleum Corporation

Ce mémoire propose une analyse de l’expansion internationale de la China National Petroleum Corporation (CNPC) et des impacts de cette expansion sur la sécurité énergétique de la Chine. Dans le cadre de cette recherche, l’approvisionnement énergétique d’un pays est jugé sécuritaire lorsqu’une quantité suffisante de ressources nécessaires pour combler sa demande en énergie sont présentes, disponibles et accessibles et que son approvisionnement en services énergétiques demeure fiable et abordable. La recherche comporte quatre volets. Le premier volet porte sur les étapes de la restructuration de l’industrie pétrolière chinoise depuis 1949. Celle-ci est analysée au travers des changements dans les modes de gestion des compagnies pétrolières nationales et dans leurs relations avec le gouvernement chinois. Le deuxième volet traite de la diversification et des nouvelles spécialisations de CNPC. Ces aspects sont étudiés dans le cadre d’une analyse du pourcentage de ses actifs dans chaque segment industriel (aval, intermédiaire et amont) obtenus grâce à ses rapports annuels. Le troisième volet aborde la répartition géographique des activités de la compagnie que l’on étudie à l’aide d’une analyse approfondie de près de 150 investissements, acquisitions et contrats réalisés à l’étranger entre 1992 et 2014. Le quatrième volet aborde les impacts des investissements à l’étranger de la compagnie sur la sécurité énergétique de la Chine. Ces impacts sont mesurés par l’entremise d’une analyse des flux pétroliers internationaux vers la Chine que l’on compare à la production de CNPC par pays. Ce mémoire permet de déterminer que l’expansion internationale de CNPC sert d’abord et avant tout les intérêts économiques de la compagnie. Ce sont surtout ses investissements dans la construction d’infrastructures de transport (oléoducs, gazoducs ainsi que les usines et terminaux de liquéfaction de gaz naturel liquéfié) qui apportent des bénéfices directs à la sécurité énergétique de la Chine. La contribution des investissements dans les autres secteurs est beaucoup moins systématique et dépend largement de la période au cours de laquelle ils ont été effectués.

Entwicklung der Windenergietechnik in Deutschland und der Einfluss staatlicher Förderpolitik - Technikentwicklung in den 90er Jahren zwischen Markt und Forschungsförderung

Seit gut zehn Jahren erlebt die Windenergienutzung in Deutschland einen in der Mitte der 80er Jahre nicht für möglich gehaltenen Aufschwung. Anlagenanzahl und installierte Leistung haben in diesem Zeitraum mit durchschnittlichen jährlichen Wachstumsraten von mehr als 30 Prozent zugenommen, die mittlere installierte Leistung pro neu errichteter Anlage stieg dabei um das Zehnfache und die technische Verfügbarkeit der Anlagen liegt mittlerweile bei über 98 Prozent. Mit größer werdenden Anlagen zeigt sich weiterhin ein klarer Trend zu Blattwinkel verstellbaren Konzepten, mit zunehmend drehzahlvariabler Betriebsweise. Vor dem von Vielen für die kommenden drei bis sechs Jahre prognostizierten Einstieg in die großtechnische Offshore- Windenergienutzung mit den damit verbundenen immensen technologischen und strukturellen Herausforderungen erscheint es sinnvoll, einen kritischen Blick zurückzuwerfen auf die 90er Jahre mit den ihnen zugrunde liegenden förderpolitischen Rahmenbedingungen. Dabei soll die Frage beantwortet werden, welchen konkreten Einfluss die staatlichen Forschungs- und Förderprogramme, besonders das "250 MW Wind"-Programm, auf die Entwicklung der Windenergienutzung hatten, das heißt, unter welchen Bedingungen sich bestimmte Techniklinien durchsetzten, wie der Einfluss eines geschützten Marktes durch gesetzlich garantierte Einspeisetarife auf diese Entwicklung zu bewerten ist und schließlich, welche Fehlentwicklungen möglicher Weise eingetreten sind. Dazu wird mit Hilfe von Lernkurven gezeigt, welche Kostenreduktionen insgesamt erzielt wurden, wie hoch die dazu notwendigen staatlichen Finanzmittel waren und welche Schlussfolgerungen daraus für die Zukunft abgeleitet werden können. Die Arbeit soll insgesamt dazu beitragen, die erreichten technischen Entwicklungsschritte vor dem Hintergrund der förderpolitischen Gegebenheiten besser zu verstehen, Chancen für gezielte Änderungen in der Förderpraxis zu ergreifen und Hinweise auf die Ausgestaltung von zukünftigen Forschungsprogrammen und Entwicklungsschwerpunkten im Bereich der Windenergie zu geben, um weitere Kostensenkungspotenziale auszuschöpfen. Dabei wird sich die zukünftige Schwerpunktsetzung in der programmatischen Ausrichtung der Forschung stärker auf die drei wichtigsten Anwendungsfelder für Windenergieanlagen konzentrieren müssen, die großtechnische Offshore- Anwendung, die netzgebundene, dezentrale Energieversorgung sowie auf Windenergieanlagen zur ländlichen Elektrifizierung in autonomen Versorgungssystemen für Schwellen- und Entwicklungsländer.

Rechenmodelle und Informationssysteme zur Integration großer Windleistungen in die elektrische Energieversorgung

In dieser Arbeit werden verschiedene Computermodelle, Rechenverfahren und Methoden zur Unterstützung bei der Integration großer Windleistungen in die elektrische Energieversorgung entwickelt. Das Rechenmodell zur Simulation der zeitgleich eingespeisten Windenergie erzeugt Summenganglinien von beliebig zusammengestellten Gruppen von Windenergieanlagen, basierend auf gemessenen Wind- und Leistungsdaten der nahen Vergangenheit. Dieses Modell liefert wichtige Basisdaten für die Analyse der Windenergieeinspeisung auch für zukünftige Szenarien. Für die Untersuchung der Auswirkungen von Windenergieeinspeisungen großräumiger Anlagenverbünde im Gigawattbereich werden verschiedene statistische Analysen und anschauliche Darstellungen erarbeitet. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell zur Berechnung der aktuell eingespeisten Windenergie aus online gemessenen Leistungsdaten repräsentativer Windparks liefert wertvolle Informationen für die Leistungs- und Frequenzregelung der Netzbetreiber. Die zugehörigen Verfahren zur Ermittlung der repräsentativen Standorte und zur Überprüfung der Repräsentativität bilden die Grundlage für eine genaue Abbildung der Windenergieeinspeisung für größere Versorgungsgebiete, basierend auf nur wenigen Leistungsmessungen an Windparks. Ein weiteres wertvolles Werkzeug für die optimale Einbindung der Windenergie in die elektrische Energieversorgung bilden die Prognosemodelle, die die kurz- bis mittelfristig zu erwartende Windenergieeinspeisung ermitteln. In dieser Arbeit werden, aufbauend auf vorangegangenen Forschungsarbeiten, zwei, auf Künstlich Neuronalen Netzen basierende Modelle vorgestellt, die den zeitlichen Verlauf der zu erwarten Windenergie für Netzregionen und Regelzonen mit Hilfe von gemessenen Leistungsdaten oder prognostizierten meteorologischen Parametern zur Verfügung stellen. Die softwaretechnische Zusammenfassung des Modells zur Berechnung der aktuell eingespeisten Windenergie und der Modelle für die Kurzzeit- und Folgetagsprognose bietet eine attraktive Komplettlösung für die Einbindung der Windenergie in die Leitwarten der Netzbetreiber. Die dabei entwickelten Schnittstellen und die modulare Struktur des Programms ermöglichen eine einfache und schnelle Implementierung in beliebige Systemumgebungen. Basierend auf der Leistungsfähigkeit der Online- und Prognosemodelle werden Betriebsführungsstrategien für zu Clustern im Gigawattbereich zusammengefasste Windparks behandelt, die eine nach ökologischen und betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten sowie nach Aspekten der Versorgungssicherheit optimale Einbindung der geplanten Offshore-Windparks ermöglichen sollen.

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.

Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien

Sowohl die Ressourcenproblematik als auch die drohenden Ausmaße der Klimaänderung lassen einen Umstieg auf andere Energiequellen langfristig unausweichlich erscheinen und mittelfristig als dringend geboten. Unabhängig von der Frage, auf welchem Niveau sich der Energiebedarf stabilisieren lässt, bleibt dabei zu klären, welche Möglichkeiten sich aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in Zukunft zur Deckung unseres Energiebedarfs anbieten. Eine aussichtsreiche Option besteht in der Nutzung regenerativer Energien in ihrer ganzen Vielfalt. Die Arbeit "Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien" konzentriert sich mit der Stromversorgung auf einen Teilaspekt der Energieversorgung, der zunehmend an Wichtigkeit gewinnt und als ein Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung interpretiert werden kann. Die Stromversorgung ist heute weltweit für etwa die Hälfte des anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich. In dieser Arbeit wurden anhand verschiedener Szenarien Möglichkeiten einer weitgehend CO2–neutralen Stromversorgung für Europa und seine nähere Umgebung untersucht, wobei das Szenariogebiet etwa 1,1 Mrd. Einwohner und einen Stromverbrauch von knapp 4000 TWh/a umfasst. Dabei wurde untersucht, wie die Stromversorgung aufgebaut sein sollte, damit sie möglichst kostengünstig verwirklicht werden kann. Diese Frage wurde beispielsweise für Szenarien untersucht, in denen ausschließlich heute marktverfügbare Techniken berücksichtigt wurden. Auch der Einfluss der Nutzung einiger neuer Technologien, die bisher noch in Entwicklung sind, auf die optimale Gestaltung der Stromversorgung, wurde anhand einiger Beispiele untersucht. Die Konzeption der zukünftigen Stromversorgung sollte dabei nach Möglichkeit objektiven Kriterien gehorchen, die auch die Vergleichbarkeit verschiedener Versorgungsansätze gewährleisten. Dafür wurde ein Optimierungsansatz gewählt, mit dessen Hilfe sowohl bei der Konfiguration als auch beim rechnerischen Betrieb des Stromversorgungssystems weitgehend auf subjektive Entscheidungsprozesse verzichtet werden kann. Die Optimierung hatte zum Ziel, für die definierte möglichst realitätsnahe Versorgungsaufgabe den idealen Kraftwerks- und Leitungspark zu bestimmen, der eine kostenoptimale Stromversorgung gewährleistet. Als Erzeugungsoptionen werden dabei u.a. die Nutzung Regenerativer Energien durch Wasserkraftwerke, Windenergiekonverter, Fallwindkraftwerke, Biomassekraftwerke sowie solare und geothermische Kraftwerke berücksichtigt. Abhängig von den gewählten Randbedingungen ergaben sich dabei unterschiedliche Szenarien. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien eine breite Basis als Entscheidungsgrundlage für zukünftige politische Weichenstellungen zu schaffen. Die Szenarien zeigen Optionen für eine zukünftige Gestaltung der Stromversorgung auf, machen Auswirkungen verschiedener – auch politischer – Rahmenbedingungen deutlich und stellen so die geforderte Entscheidungsgrundlage bereit. Als Grundlage für die Erstellung der Szenarien mussten die verschiedenen Potentiale erneuerbarer Energien in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung ermittelt werden, mit denen es erstmals möglich war, die Fragen einer großräumigen regenerativen Stromversorgung ohne ungesicherte Annahmen anhand einer verlässlichen Datengrundlage anzugehen. Auch die Charakteristika der verschiedensten Energiewandlungs- und Transportsysteme mussten studiert werden und sind wie deren Kosten und die verschiedenen Potentiale in der vorliegenden Arbeit ausführlich diskutiert. Als Ausgangsszenario und Bezugspunkt dient ein konservatives Grundszenario. Hierbei handelt es sich um ein Szenario für eine Stromversorgung unter ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien, die wiederum ausschließlich auf heute bereits entwickelte Technologien zurückgreift und dabei für alle Komponenten die heutigen Kosten zugrundelegt. Dieses Grundszenario ist dementsprechend auch als eine Art konservative Worst-Case-Abschätzung für unsere Zukunftsoptionen bei der regenerativen Stromversorgung zu verstehen. Als Ergebnis der Optimierung basiert die Stromversorgung beim Grundszenario zum größten Teil auf der Stromproduktion aus Windkraft. Biomasse und schon heute bestehende Wasserkraft übernehmen den überwiegenden Teil der Backup-Aufgaben innerhalb des – mit leistungsstarker HGÜ (Hochspannungs–Gleichstrom–Übertragung) verknüpften – Stromversorgungsgebiets. Die Stromgestehungskosten liegen mit 4,65 €ct / kWh sehr nahe am heute Üblichen. Sie liegen niedriger als die heutigen Preisen an der Strombörse. In allen Szenarien – außer relativ teuren, restriktiv ”dezentralen” unter Ausschluss großräumig länderübergreifenden Stromtransports – spielt der Stromtransport eine wichtige Rolle. Er wird genutzt, um Ausgleichseffekte bei der dargebotsabhängigen Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen zu realisieren, gute kostengünstige Potentiale nutzbar zu machen und um die Speicherwasserkraft sowie die dezentral genutzte Biomasse mit ihrer Speicherfähigkeit für großräumige Backup-Aufgaben zu erschließen. Damit erweist sich der Stromtransport als einer der Schlüssel zu einer kostengünstigen Stromversorgung. Dies wiederum kann als Handlungsempfehlung bei politischen Weichenstellungen interpretiert werden, die demnach gezielt auf internationale Kooperation im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien setzen und insbesondere den großräumigen Stromtransport mit einbeziehen sollten. Die Szenarien stellen detaillierte und verlässliche Grundlagen für wichtige politische und technologische Zukunftsentscheidungen zur Verfügung. Sie zeigen, dass bei internationaler Kooperation selbst bei konservativen Annahmen eine rein regenerative Stromversorgung möglich ist, die wirtschaftlich ohne Probleme zu realisieren wäre und verweisen den Handlungsbedarf in den Bereich der Politik. Eine wesentliche Aufgabe der Politik läge darin, die internationale Kooperation zu organisieren und Instrumente für eine Umgestaltung der Stromversorgung zu entwickeln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass nicht nur ein sinnvoller Weg zu einer CO2–neutralen Stromversorgung beschritten würde, sondern sich darüber hinaus ausgezeichnete Entwicklungsperspektiven für die ärmeren Nachbarstaaten der EU und Europas eröffnen.

Causes of legume rotation induced yield increases in cereals grown on West African soils

This study was conducted to investigate soil biological and chemical factors that give rise to cereal yield enhancing effects of legume rotations on sandy, nutrient poor West African soils. The aim was not only to gain more information on the role of legume residues and microorganisms in the soil nutrient cycle. But the study aimed at evaluating if differences in substrate qualities (e.g. root residues) cause changes in the microbial community structure due to specific and highly complex microbe-root-soil interactions. Site and system specific reactions of microorganisms towards rewetting, simulating the onset of rainy season, were observed. Higher respiration rates, higher amounts of microbial biomass carbon (Cmic) and nitrogen (Nmic) as well as higher ergosterol, muramic acid, glucosamine and adenylate concentrations were measured in CL soils of Koukombo and in both soils from Fada. The immediate increase in ATP concentrations after rewetting was likely caused by rehydration of microbial cells where N was not immobilized and, thus, available for plants facilitating their rapid development. Legume root residues led only to slightly better plant performances compared to the control, while the application of cereal roots reduced seedling growth. In contrast to sorghum seedlings, the microbial community did not react to the mineral treatment. Thus the energy supply in form of organic amendments increased microbial indices compared to mineral P application and the control. The results of basal respiration rates, Cmic and Corg levels indicate that the microbial community in the soil from Koukombo is less efficient in substrate use compared to microorganisms in the soil from Fada. However, the continuous carbon input by legume root residues might have contributed to these differences in soil fertility. With the 33P isotopic exchange method a low buffering capacity was detected in both soils irrespective of treatments. Calculated E values (E1min to E1min-1d and E1d-3m) indicated a slowly release of P due to root turnover while applied mineral P is taken up by plants or fixed to the soil. Due to the fact that sorghum growth reacted mainly to the application of mineral P and the microorganisms solely to the organic inputs, the combination of both amendments seems to be the best approach to a sustainable increase of crop production on many nutrient-poor, sandy West African soils. In a pot experiment, were CC and CL soils from Fada and Koukombo were adjusted to the same level of P and N concentrations, crop growth was significantly higher on CL soils, compared to the respective treatments on CC soils. Mycorrhizal infection of roots was increased and the number of nematodes, predominantly free living nematodes, was almost halfed on rotation soils. In conclusion, increased nutrient availability (especially P and N) through the introduction of legumes is not the only reason for the observed yield increasing effects. Soil biological factors seem to also play an important role. In a root chamber experiment the pH gradient along the root-soil-interface was measured at three times using an antimony microelectrode. For Fada soils, pH values were higher on CL than CC soils while the opposite was true for the Koukombo soils. Site-specific differences between Fada and Koukombo soils in N content and microbial community structures might have created varying crop performances leading to the contrasting pH findings. However, the mechanisms involved in this highly complex microbe-root-soil interaction remain unclear.

Análisis del abastecimiento energético como factor de complementariedad de las relaciones bilaterales entre Brasil y Bolivia durante el periodo 2006-2009

Análisis del abastecimiento energético como factor de complementariedad de las relaciones bilaterales entre Brasil y Bolivia durante el periodo 2006-2009. Teniendo en cuenta la nacionalización de hidrocarburos en Bolivia en el 2006 y las repercusiones que trajo consigo dicha nacionalización para Brasil, afectando los lazos bilaterales entre ambos países dado el abastecimiento de gas natural hacia la zona sudeste de Brasil.