Entwicklung einer integrierten Methode zur Planung und Simulation wärmenetzbasierter, urbaner Energiesysteme im Kontext von Energiewende und Sektorenkopplung

In dieser Masterarbeit wurde die Möglichkeit erkundet, basierend auf Open-Source-Tools, eine Softwaretoolbox für die technische Wärmenetzplanung zu entwickeln. Dazu wurde aufgezeigt, wie Tools gesammelt, katalogisiert und mittels Schnittstellen in Kombination verwendet werden können. Gesammelt wurden die Tools über eine systematische Literaturrecherche. Insgesamt wurden 282 Tools für die urbane Energiesystemplanung gefunden, von denen 101 Tools als relevant für die Wärmenetzplanung eingestuft wurden. Basierend auf dem Wärmenetzplanungsprozess - bestehend aus Vorstudie, Systementwurf und Betriebsplanung - konnten die Tools systematisch katalogisiert und dokumentiert werden. Unter Berücksichtigung des gesamten Wärmenetzplanungsprozesses wurde der City Energy Analyst (CEA) als das Tool mit der größten praktischen Anwendbarkeit identifiziert. Zur Abdeckung des technischen Planungsprozesses wurde eine Methodik zur sinnvollen Verschaltung des CEA mit weiteren ausgewählten Open-Source-Tools erarbeitet. Die neben dem CEA wichtigsten der eingesetzten Tools waren die Geodatentools QGIS und GeoPandas, das Optimierungsframework oemof, der Python-basierten LastproĄlgenerator demandlib, die auf Modelica beruhenden Simulationsbibliotheken AixLib und TransiEnt, sowie das in Python implementierte Package pype-flow, welches zur hydraulischen Analyse von Rohrnetzen eingesetzt werden kann. Die Toolbox wurde anhand von Fallstudien entwickelt, um reale Planungssituationen abbilden zu können. Fokus der Fallstudienbearbeitung war es, geeignete Tools und benötigte Schnittstellen identifiziert sowie die Schnittstellenimplementierung zu konzipieren. Einige Schnittstellen konnten darauf aufbauend durch die Programmierung des Python-Packages CEA-io (City Energy Analyst - Input Output) prototypisch validiert werden, um auf diese Weise die grundsätzliche Anwendbarkeit des Toolboxkonzepts und seiner Entwicklungsmethodik zu demonstrieren. Insgesamt impliziert die aufgezeigte Toolvielfalt ein großes Potenzial, Toolentwickler*innen und Forscher*innen über existierende Frameworks aufzuklären. Eine bessere Informationslage über existierende Tools kann Doppelentwicklungen verhindern, das Kollaborationspotenzial erhöhen und folglich die Innovationskraft im Bereich der digitalen Wärmenetzplanung steigern. Vor allem jedoch profitieren Planer*innen von mehr Standardisierung und können durch die Verwendung einer integrierten Toolbox Wärmenetze zielgerichtet und barrierefrei planen.