Allgemeine Informationen
Bestandwärmenetze stehen im Zuge der Wärmewende vor einer Transformation von Hoch-zu Niedertemperaturwärmenetzen mit hohen Anteilen dezentraler Erneuerbarer Energien. Infolge der durch die Transformation ausgelösten Umstrukturierung sowohl der Erzeuger- als auch der Verbraucherseite werden sich zwangsläufig auch operativen Parameter und Betriebsstrategien der Wärmenetze ändern müssen. Um kritische hydraulische Netzzustände zu vermeiden und gleichwohl einen effizienten Betrieb mit einer hohen Versorgungssicherheit gewährleisten zu können, sind dedizierte Untersuchungen zur Wärmenetzhydraulik und den resultierenden ökonomischen Betriebsparametern anzufertigen.
dhnTransLib stellt hierzu ein umfassendes Portfolio an hydraulischen Simulations- und techno-ökonomischen Optimierungsmodellen zur Verfügung.
Anwendung
TransSim:
TransSim ist eine auf der Modellierungssprache Modelica basierende Bibliothek zur objektorientierten Modellierung der Erzeugung, Verteilung und des Verbrauchs von Wärme in Wärmenetzsystemen. Methodische Grundlage der Simulation sind eindimensionale Energie- und Massenbilanzen, mit denen der Stoff- und Wärmetransport innerhalb der Wärmetrassen physikalisch abgebildet wird. Für den Aufbau von Wärmenetzmodellen sind einerseits topologische Daten des Wärmenetzes (Trassenlänge und –durchmesser) sowie andererseits Lastverläufe der Nachfrage für Raumwärme und Trinkwarmwasser erforderlich. Die nachgelagerte techno-ökonomische Analyse der Simulationsresultate erfolgt in Python in Kombination mit Excel und ermöglicht somit sowohl eine zeitliche als auch räumliche Untersuchung der Effekte einer Transformation auf die thermo-hydraulischen Transportprozesse von Wärmenetzen.1
TransOpt:
Mithilfe von TransOPT ist eine Identifikation von kostenoptimalen Wärmenetztopologien, die sowohl die räumliche Ausdehnung des Netzes als auch die erforderlichen Trassendurchmesser betreffen, unter Einhaltung sowohl technischer als auch ökonomischer Restriktionen möglich. Durch die Abwägung der durch die Erschließung von Kunden resultierenden Kosten (Investition in Trassen und den damit verbundenen Betriebskosten) mit den hierdurch erzielbaren Erlösen aus den Wärmeverkaufen ermittelt das Modell die kostenminimale Wärmenetzkonfiguration. Diese Fragestellung führt zu einem Problem der Ganzzahlig linearen Optimierung (MILP — Mixed Integer Linear Programming), bei dem eine Zielfunktion über eine Menge linearer Gleichungen sowie Ungleichungen eingeschränkt wird. Die Parametrierung von Szenarien erfolgt in einem einfach strukturierten Excel-Arbeitsblatt, bei dem mögliche Trassenrouten mittels georeferenzierter Koordinaten angegeben und techno-ökonomische Kennzahlen und Parameter definiert werden. Der Aufbau des Optimierungsmodells und die numerische Lösung des Problems findet anschließend vollautomatisiert mittels der Programmiersprache Python in Kombination mit einer Vielzahl unterschiedlicher Solver (CBC, GLPK, CPLEX, etc.) statt.2
1 Wendel, F.; Blesl, M.; Mönch, M. & Huther, H. Transformationspfade und deren Einfluss auf die technische Nutzungsdauer erdverlegter Wärmeleitungen, EuroHeat & Power, 2019, 48, 32-38
2 Wendel, F.; Blesl, M.; Brodecki, L. & Hufendiek, K. Expansion or decommission? – Transformation of existing district heating networks by reducing temperature levels in a cost-optimum network design, Applied Energy, 2022, 310, 118494
Ihr Ansprechpartner
Markus Blesl
apl. Prof. Dr.Abteilungsleiter
Georg Hurst
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter