2023-10-01  –  2026-09-30

358.338,39 EUR

Hochschule Niederrhein University of Applied Sciences - SWK E² - Institut für Energietechnik und Energiemanagement, Krefeld, Nordrhein-Westfalen

03EI1066A

Querschnittsaufgaben - Systemanalyse [EA3310]

01257646/1  –  BiLiOpt

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB4)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESI1)

Energie

Die rechnergestützte Optimierung von Energiesystemen ist ein entscheidender Baustein für die Energiewende und das Erreichen von Klimaschutzzielen. Dabei werden die realen Systeme in mathematische Modelle übertragen und nach Vorgabe eines Ziels, z.B. der Minimierung von Emissionen oder Kosten, durch Algorithmen im Rechner gelöst. In der Planungspraxis werden fast ausschließlich vereinfachte, lineare Modelle verwendet, was in vielen Fällen auch eine ausreichend genaue Beschreibung der Realität darstellt (meist MILP). Bei einer Reihe von aktuellen Problemstellungen, wie der Optimierung von Prozessen und Systemen mit schwankenden Temperaturniveaus (z.B. Wärmepumpen oder Dampfsysteme in Kraftwerken), trifft das aber nicht mehr zu. Alternativ können nichtlineare Modelle mit angepassten Optimierungsmethoden (MINLP) verwendet werden, dabei steigt aber der Aufwand erheblich und ist eigentlich nur im Forschungskontext leistbar. Bilineare Methoden stellen einen Mittelweg dar. Der Einsatz dieser Methoden in der Energiesystemtechnik wird in diesem Projekt anhand praktischer Anwendungsfälle untersucht. Dazu werden im Teilvorhaben des SWK E² die drei methodischen Ansätze bezüglich Ergebnisqualität, Modellierungs- und Rechenaufwand gegenübergestellt. Eine Herausforderung ist dabei die Überführung der nichtlinearen in bilineare Formulierungen. Diese kann einerseits manuell erfolgen. Hierzu werden im Projekt für verschiedene Problemklassen methodische Vorgehensweisen im Sinne eines Leitfadens erarbeitet. Andererseits kann das Aufstellen der Gleichungen durch Algorithmen unterstützt werden. Hier erstellt der Projektpartner GFaI auf Basis der gemeinsamen Ideen einen Softwareprototypen. Dieser Prototyp wird außerdem verbesserte Lösungsalgorithmen für bilinear modellierte Energiesysteme enthalten, die in die Potenzialbewertung durch das SWK E² einfließen werden. Ziel ist es, die Methodik für die breite Anwendung außerhalb des Wissenschaftsbetriebs zugänglich zu machen.