Wärmefluss-Optimierung zur Sektorenkopplung in Fernwärmenetzen mittels MPC unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebes

Description: Das Vorhaben WOpS - Wärmefluss-Optimierung zur Sektorkopplung hat das Ziel, eine Modell- und Optimierungs-Bibliothek zur optimierungsbasierten Betriebsführung dezentraler Einspeisepunkte in Fernwärmenetzen unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebs der Anlagentechnik zu entwickeln. Diese wird möglichst robust und generisch verfasst, um eine größtmögliche und einfach umzusetzende Übertragbarkeit zu ermöglichen. Ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal der Bibliothek ist die Abbildung der thermohydraulischen zeit- und ortsabhängigen Charakteristika von Wärmeflüssen, die eine optimale Verteilung der Wärme im Wärmenetz ermöglicht. Ziel ist eine gemeinsame Vermarktung der dezentralen Anlagen mit den Koppelprodukten Wärme und der an der Börse gehandelten elektrischen Energie. Für die im Betrieb zu lösenden gemischt-ganzzahligen Optimierungsprobleme wird ein neuer, quelloffener numerischer Löser entwickelt. Zur Erprobung der Verfahren wird eine direkte, praxisnahe Umsetzung in Demonstratoren unter Berücksichtigung der Anforderungen aus dem Netzbetrieb (z.B. 'Redispatch 2.0') sowie einer autonomen Teilnahme der Einheiten am Strommarkt realisiert und die Strom-Wärme-optimierten Fahrpläne in den Demonstratoren umgesetzt. In der Betrachtung werden primär Bestands-Wärmenetze angegangen, die in ihrer Transformation durch die Inbetriebnahmen neuer dezentraler Einspeisepunkte mit unterschiedlichen Anforderungen (z.B. neuartige Wärmequellen in Verbindung mit Großwärmepumpen) unter Berücksichtigung eines strommarkt- wie auch netzorientierten Betriebes der Anlagentechnik neue Herausforderungen an die Versorgungs- und Betriebssicherheit, Energieeffizienz und hohe Lebensdauer der Anlagentechnik stellen. Das Ergebnis ist ein für den Markt verfügbares Modul mit einer Komponentenbibliothek für eine IoT-Plattform und stellt damit einen wesentlichen Baustein für die Transformation von klassischen Unternehmen der Energieversorgung hin zu Energiedienstleistern dar.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Fernwärme ? Elektrizität ? Strommarkt ? Redispatch ? Energieeffizienz ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Albert-Ludwigs-Universität, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Professur für Systemtheorie, Regelungstechnik und Optimierung (Mitwirkung)
• Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Projektverantwortung)
• HBG Ingenieurplanung und Dienstleistungen GmbH (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2022-11-01 - 2026-10-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Heat flow optimization for sector coupling in district heating networks by means of MPC under consideration of an electricity market-oriented operation
  Description: The WOpS - Heat Flow Optimization for Sector Coupling project aims to develop a model and optimization library for the optimization-based operation of decentralized feed-in points in district heating networks, taking into account electricity market-oriented operation of the plant technology. The library will be written as robustly and generically as possible in order to enable the greatest possible transferability that is easy to implement. A key unique selling point of the library is the mapping of the thermohydraulic time- and location-dependent characteristics of heat flows, which enables an optimal distribution of heat in the heating network. The goal is a joint marketing of the decentralized plants with the co-products heat and the electrical energy traded on the exchange. A new, open-source numerical solver is being developed for the mixed-integer optimization problems to be solved in operation. To test the methods, a direct, practical implementation in demonstrators is realized, taking into account the requirements from grid operation (e.g. 'Redispatch 2.0') as well as an autonomous participation of the units in the electricity market, and the power-heat optimized schedules are implemented in the demonstrators. In the analysis, primarily existing heat grids are addressed, which in their transformation by the commissioning of new decentralized feed-in points with different requirements (e.g. new types of heat sources in combination with large heat pumps) pose new challenges to the supply and operational reliability, energy efficiency and long service life of the plant technology, taking into account an electricity market as well as grid-oriented operation of the plant technology. The result is a module available for the market with a component library for an IoT platform and thus represents an essential building block for the transformation of classic energy supply companies into energy service providers. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1120720

Status

Aktiv

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