Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Energienetze
Der Übergang zu regenerativ erzeugtem Strom und Gas hat massive Auswirkung auf die Betriebsführung von Strom-, Gas- und Wärmenetzen. Eine stark schwankende Einspeisung in mittlere und untere Netzebenen erfordert zunehmend kommunikative, modellbasierte Konzepte für eine optimale Regelung unter Unsicherheiten.
So dienen Fernwärmenetze im Wesentlichen der Versorgung mit Wärme und Warmwasser. Die Betreiber von Fernheizkraftwerken (FHKW) erwirtschaften einen Gutteil ihres Erlöses aber auch durch den Verkauf von Strom, der durch Kraft-Wärme-Kopplung parallel zur Wärmeerzeugung anfällt. Die Einbeziehung und dynamische Regelung des Fernwärmenetzes als großen Energiespeicher kann dabei helfen, der Volatilität am Strommarkt besser zu folgen und damit die Gewinne des Unternehmens zu steigern.
Die Optimierung der Betriebsabläufe des FHKWs setzt aber voraus, dass alle seine Komponenten so genau wie möglich mathematisch abgebildet werden. Für das Fernwärmenetz bedeutet dies, dass man nicht nur statische Zustände, sondern seine gesamte zeitliche Dynamik berücksichtigen muss. Nur so kann das Netz als eine Komponente des FHKWs optimal betrieben werden.
Unabhängig von der Energieart (Strom, Erdgas, Fernwärme) gibt es mathematische Probleme bei der Modellierung, Simulation, Optimierung bzw. Steuerung, die immer wiederkehren.
Unsere Kompetenzen im Bereich Energienetze umfassen das gesamte Spektrum:
- mathematische Modellierung
- Algorithmenentwicklung
- Optimierung und Steuerung bzw. Regelung
- Softwareimplementierung
Aufgrund der Größe und Komplexität der mathematischen Modelle müssen Verfahren der Modellreduktion entwickelt und angewendet werden, um die Simulation zu beschleunigen und so überhaupt eine modellbasierte Regelung zu ermöglichen. Diese Modellreduktion muss so ausgelegt sein, dass die wesentlichen Prozesse nicht unterdrückt werden.