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«

Digitalisierung und Künstliche Intelligenz sollen den Energieverbrauch in Produktion und Gebäuden reduzieren, ihn an die fluktuierende Erzeugung anpassen und Energieumwandlungsprozesse effizienter steuern.

 

Ammoniak als »grünen Wasserstoffspeicher«

Im Projekt »AMMONPAKTOR« erforschen wir gemeinsam mit dem Fraunhofer IMM die Möglichkeiten Ammoniak als »grünen Wasserstoffspeicher« einzusetzen. 

 

Digitaler Zwilling überwacht und steuert Fernwärmenetze

Im Projekt »DingFESt« entwickeln wir einen Digitalen Zwilling zur Steuerung dezentralisierter Fernwärmenetze.

 

Wasserstoffelektrolyse durch Simulation besser verstehen

Im Rahmen des Projektes »H2-D« fokussieren wir uns auf die Formauslegung von Bipolarplatten.

 

Effizienz von Fernwärmekraftwerken

Ziel des Forschungsprojekts »DYNEFF« ist es, die Effizienz der Betriebsabläufe von Fernwärme-Heizkraftwerken durch Simulationen nachhaltig zu verbessern.

 

MathEnergy

Regelkonzepte für Energienetze der Zukunft: Netzübergreifende, modellbasierte Überwachung und Regelung.

 

Gaspipeline-Netzwerke

Die nachfolgend geschilderten Arbeiten stellen Beiträge zum EU-Projekt »e_GASGRID« dar.