Verbesserung der Abbildungsgüte aggregierter Modelle zur Simulation und Optimierung komplexer Fernwärmenetze

Die in der Energieversorgung eingesetzten modellbasierten Werkzeuge zur Simulation und Optimierung sind häufig derart komplex, dass eine Lösbarkeit nicht möglich ist. Eine vereinfachte, aber exakte Abbildung wird daher in Zukunft eine große Rolle spielen. In dieser Arbeit wird ein Verfahren entwickelt, welches eine hohe Abbildungsgüte des aggregierten Fernwärmenetzmodells bei instationärem Betrieb und starker Strukturvereinfachung sicherstellt. Der Einsatz einer multikriteriellen Zielfunktion ermöglicht für einen definierten Einsatzbereich eine besonders hohe Abbildungsgenauigkeit. Derart optimierte Netzmodelle erlauben bei starker Vereinfachung im Vergleich zu bisher eingesetzten Verfahren deutlich höhere Abbildungsgenauigkeiten. Als Anwendungsbereiche sind sowohl umfangreiche Simulationen als bisher nicht lösbare Optimierungsprobleme zu nennen. Fraunhofer UMSICHT entwickelt angewandte und industrienahe Verfahrenstechnik. Als Vorreiter für technische Neuerungen in den Bereichen Umwelt-, Werkstoff-, Prozess- und Energietechnik will Fraunhofer UMSICHT nachhaltiges Wirtschaften, umweltschonende Technologien und innovatives Verhalten voranbringen, um die Lebensqualität der Menschen zu verbessern und die Innovationsfähigkeit der heimischen Wirtschaft zu fördern.

During the past decade the application of model based tools for simulation and optimization has become common in the field of energy supply. Due to additional degrees of freedom it is quite likely, that corresponding models will get more and more complex. The calculation of short term planning horizons as well as the general solvability of these models might be impossible in many cases. Therefore, in the future, a simplified but still sufficient accurate mapping of these systems will be very important. In order to describe complex district heating networks with several energy producers and recognizing the possibility of heat storage within the pipeline system, this explanation provides the essential structural components and planning tasks required for an optimal system operation. The inspection of up to date modelling, optimization and aggregation concepts, regarding also the corresponding need for development completes the definition of this elaboration's context. In a next step a method will be developed, which for the first time enables a high simplification of the district heating network model for not steady state operation. This strategy guarantees also a high correlation between the original and the aggregated network model. Differing from currently known aggregation methods for quasi-steady state systems, in this publication also the variables of each network element and each time step of the optimization horizon are taken into account when calculating the optimally aggregated district heating network model. When determining the optimal aggregated model of the district heating system, a multicritical objective function enables to adjust the model towards a defined scope of application. For this purpose the objective function contains appropriate weighting factors. The results of this publication indicate, that network models optimized by the described method provide a significant higher accuracy comparing to existing aggregation methods. The fields of application can be the calculation of complex scenario based simulations and optimization problems which are up to know unsolvable.