Energienetze optimieren – Strom-, Gas- und Wärmenetze simulieren, steuern und regeln

Mathematische Modellierung und Optimierung moderner Energienetze

Der Übergang zu regenerativ erzeugtem Strom und Gas hat erhebliche Auswirkung auf die Betriebsführung von Strom-, Gas- und Wärmenetzen. Eine stark schwankende Einspeisung in mittlere und untere Netzebenen erfordert zunehmend interagierende, modellbasierte Konzepte für eine optimale Regelung unter Unsicherheiten.

Fernwärmenetze dienen im Wesentlichen der Versorgung mit Wärme und Warmwasser. Betreiber von Fernheizkraftwerken (FHKW) erwirtschaften jedoch einen wesentlichen Teil ihres Erlöses auch durch den Verkauf von Strom, der im Rahmen der Kraft-Wärme-Kopplung parallel zur Wärmeerzeugung anfällt. Die Einbeziehung und dynamische Regelung des Fernwärmenetzes als großen Energiespeicher kann dabei helfen, die Volatilität am Strommarkt besser auszugleichen und so die Gewinne des Unternehmens zu steigern.

Unsere Kompetenzen

Die Optimierung der Betriebsabläufe des FHKWs setzt voraus, dass alle seine Komponenten so präzise wie möglich mathematisch abgebildet werden. Für das Fernwärmenetz bedeutet dies, dass nicht nur statische Zustände, sondern dessen gesamte zeitliche Dynamik berücksichtigt werden müssen. Nur so kann das Netz als integraler Bestandteil des FHKWs optimal betrieben werden.

Unabhängig von der Energieart (Strom, Erdgas, Fernwärme) treten bei Modellierung, Simulation, Optimierung und Steuerung immer wieder ähnliche mathematische Fragestellungen auf. Unsere Kompetenzen im Schwerpunkt Energienetze umfassen das gesamte Spektrum:

  • mathematische Modellierung
  • Algorithmenentwicklung
  • Optimierung und Steuerung bzw. Regelung
  • Softwareimplementierung

Aufgrund der Größe und Komplexität der mathematischen Modelle ist es notwendig Verfahren der Modellreduktion zu entwickeln und anzuwenden, um die Simulation zu beschleunigen und damit eine modellbasierte Regelung überhaupt zu ermöglichen. Diese Modellreduktion muss so ausgelegt sein, dass die wesentlichen physikalischen Prozesse erhalten bleiben und nicht verfälscht oder unterdrückt werden.

Beispielprojekte

 

Projekt »ENERDIG«

KI für ein optimiertes Energiemanagement

Digitalisierung und KI sollen den Energieverbrauch in Produktion und Gebäuden reduzieren und Prozesse effizienter steuern.

 

Projekt »AMMONPAKTOR«

Ammoniak als »grünen Wasserstoffspeicher«

Wir erforschen gemeinsam mit dem Fraunhofer IMM die Möglichkeiten Ammoniak als »grünen Wasserstoffspeicher« einzusetzen. 

 

Projekt »DingFESt«

Digitaler Zwilling überwacht und steuert Fernwärmenetze

WIr entwickeln einen Digitalen Zwilling zur Steuerung dezentralisierter Fernwärmenetze.

 

Projektes »H2-D«

Wasserstoffelektrolyse durch Simulation besser verstehen

Wir fokussieren uns auf die Formauslegung von Bipolarplatten.

 

Projekt »DYNEFF«

Effizienz von Fernwärmekraftwerken

Ziel ist es, die Effizienz der Betriebsabläufe von Fernwärme-Heizkraftwerken durch Simulationen nachhaltig zu verbessern.

 

Projekt »MathEnergy«

Regelkonzepte für Energienetze der Zukunft

Netzübergreifende, modellbasierte Überwachung und Regelung von Energienetzen.

BMBF-Projekt »ElAN«

Effiziente lokale Abwärmenutzung in Niedertemperaturnetzen

Wir entwickeln eine MPC-Regelung, die volatile, dezentrale Erzeuger anhand aktueller Bedarfsprognosen effizient steuert.

BMBF-Projekt »EiFer«

Energieeffizienz durch intelligente Fernwärmenetze

Wir entwickeln mathematische Methoden zur Modellreduktion für eine effiziente Betriebsoptimierung von Fernwärmenetzen.