Energy-Experts

Forschungszeitraum  | 01.11.2017 bis 31.10.2019

Förderung  |   ZIM  |  Kooperationsprojekt  |  Förderkennzeichen: ZF4035405BZ7

Ausgangslage  | Energiesysteme werden im Zuge der der Energiewende immer komplexer. Die optimale Konfiguration und Auslegung der Anlagentechnik oder auch die optimale Einbindung in bestehende Energieversorgungssysteme ist mit derzeitigen Softwarelösungen nur schwer zu planen. Grund sind die beliebig vielen Kombinationen aus möglichen Anlagen für unterschiedliche Energieangebote und –bedarfe, was zu einem hohen Freiheitsgrad für den Planer führt. Die Planung von Energieversorgungssystemen beinhaltet die Optimierung der Strukturplanung (welche Anlagenkomponenten sind sinnvoll einsetzbar? Sind z.B. Speicher nötig?) und die Optimierung der Dimensionierung (welche Anlagenleistungen der zuvor ausgewählten Anlagenkomponenten sollen eingebaut werden?). Dieses Optimierungsproblem erfordert eine Abschätzung der ökonomischen und/oder ökologischen Kennzahlen des Gesamtsystems, was durch die hohe Anzahl an Freiheitsgraden bzw. möglichen Kombinationen eine hoch komplexe Aufgabe darstellt.

Genau an dieser Stelle setzt das hier beantragte Projekt EnergyExpert an: In diesem Projekt soll ein Expertensystem entwickelt werden, um die vielfältigen Methoden zur praxistauglichen Optimierung von Energieversorgungssystemen unter Berücksichtigung der Kennzahlen anwendbar zu machen. Durch die Methoden soll es dem Endnutzer ermöglicht werden, optimale Energieversorgungssysteme für seine spezifischen Anforderungen zu generieren – und das weitgehend automatisiert und in vertretbarer Zeit. Die hierzu notwendige Optimierung bzw. die zu implementierenden Methoden basieren auf den Methoden der Versuchsplanung sowie Verfahren zur Zeitreihenkompression.

Wissenschaftlich- technische Arbeitsziele und Ergebnisse

Primäres Ziel des Projektes EnergyExpert ist, die Optimierungsdauer zu senken, ohne die Qualität des Ergebnisses (z.B. die resultierenden Kapitalkosten und die CO2-Emissionen) zu beeinflussen. 

Die Aufgaben und Methoden werden gemeinschaftlich von den Projektpartnern ZIES an der Hochschule Düsseldorf, dem Softwareunternehmen Hottgenroth und dem Institut NOWUM-Energy an der Fachhochschule Aachen bearbeitet.

Das Ergebnis des Projekts ist ein Expertensystem, das praxistauglich ist und Anwendung in Ingenieurbüros findet. Mit Praxistauglichkeit ist in diesem Kontext gemeint, dass sowohl weder zusätzliche Fachkenntnisse für die Anwendung erforderlich sein sollen, als auch der Zeitbedarf in einem sinnvollen Verhältnis zum Nutzen steht. Vor diesem Hintergrund wird das Expertensystem in vier unterschiedlich komplexen Funktionalitätsstufen entwickelt:

1.      Stufe: Einfache Optimierung hinsichtlich einer Zielgröße

2.      Stufe: Mehrkriterielle Optimierung, inklusive kategorieller Größen

3.      Stufe: Robuste Optimierung unter Einbindung variabler Randbedingungen

4.      Stufe: A priori Modellbildung durch Entwicklung typischer Randbedingungen