nt 03 | 2020: Innovative Demonstrationsgebäude
Komplexitätsreduktion bei Planung, Simulation, Optimierung und Steuerung von Fernwärmesystemen
Die Europäische Union hat sich in Bezug auf die Verringerung der Treibhausgasemissionen um 80-95 Prozent bis 2050 im Vergleich zu den Werten von 1990 ehrgeizige Ziele gesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, muss ein besonderes Augenmerk auf die langfristige Planung und Nachhaltigkeit unserer Wärme- und Kälteversorgung gelegt werden, da laut Zahlen von Eurostat aus dem Jahr 2019 51 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs in Europa für Heiz- und Kühlzwecke verwendet werden. Heizen und Kühlen ist mit 52 Prozent des österreichischen Endenergiebedarfs auch für Österreich der Bereich mit dem größten Energieverbrauch, wobei 2019 ca. 13 Prozent des gesamten österreichischen Energiebedarfs durch Fernwärme bereitgestellt wurden.
Bei der Integration verschiedener erneuerbarer Energieträger in die flexiblen Fernwärmenetze ist einerseits Speicherung essentiell. Andererseits steigt jedoch durch dieses Potenzial der Fernwärme, als Energiedrehscheibe für verschiedene erneuerbare Energieträger zu fungieren aufgrund der Anzahl der technischen Komponenten und potenziellen Wechselwirkungen die Komplexität dieser Systeme enorm. Um dieser Komplexität gerecht zu werden, sind die Anforderungen an Modellierung und Simulation gestiegen, nicht nur in der Planungs- und Entwurfsphase, sondern auch in der Betriebsphase, z. B. bei der vorausschauenden Überwachung dieser Systeme sowie bei der modellprädiktiven Steuerung oder der Merit-Order-Optimierung.
Für die modellprädiktive Steuerung werden z. B. Wetterprognosen für die Regelung der Systeme herangezogen. Unter Merit-Order-Optimierung versteht man die Einsatzreihenfolge von Kraftwerken aufgrund der Grenzkosten der Energieerzeugung.
Obwohl bei der numerischen Modellierung physikalischer Prozesse große Fortschritte erzielt wurden und große Verlässlichkeit gegenüber den Resultaten erzielt werden kann, sind die Modelle nach wie vor rechenintensiv. Diese Problematik motiviert einerseits die Analyse, welches Werkzeug und welches Paradigma für die ((voll-)dynamische) Simulation von (großen) Fernwärme- und Fernkühlsystemen geeignet ist. Andererseits sind Ansätze notwendig, um die Rechenzeit ohne großen Informationsverlust zu verringern. Hier gibt es mehrere vielversprechende Methoden für reduzierte Modelle, die effektiv auf die Simulationen eines Netzes angewendet werden. Das Dissertationsprojekt ComRed zielt darauf ab, große, flexible Fernwärme- und Fernkältesysteme in ihrer Komplexität zu reduzieren und effizient zu modellieren und zu simulieren. Bei den untersuchten Methoden handelt es sich um topologische Vereinfachung der Netzstruktur, Aggregationsmethoden, Reduzierung der Modellordnung durch mathematische Verfahren sowie datengetriebene Modelle. Die für die Untersuchungen im Rahmen von Ko-Simulationen verwendeten Simulationsumgebungen sind Dymola, IDA-ICE und TRNSYS.
Auftraggeber: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mit Mitteln der Nationalstiftung Forschung/Technologie/Entwicklung und des Österreich-Fonds
Ansprechpersonen: Basak Falay, MSc., Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!