FAST-OPTIMUM

Förderzeitraum: 1. Dezember 2015 bis 30. Juni 2017

Ausgangslage  | Erneuerbare Energiesysteme werden zunehmend auch zur industriellen

Energieversorgung interessant. Deren Einbindung in bestehende Energieversorgungssysteme ist derzeit nur schwer zu planen, da diese zwar nur aus einer überschaubaren Zahl von Anlagen, aber beliebigen Kombinationen dieser Anlagen für unterschiedliche Energieangebote und –bedarfe bestehen.

Die FH Aachen und die HS Düsseldorf forschen und arbeiten in diesem Bereich, beide übernehmen Analyse und Optimierungsaufgaben und entwickeln neue Methoden zur Optimierung erneuerbarer Energieversorgungssysteme für industrielle Kunden und Planungsbüros. Neben der Strukturplanung (welche Anlagentypen sind sinnvoll einsetzbar? / sind Speicher nötig?) und der Dimensionierung (welche Anlagenleistungen der zuvor ausgewählten Anlagentypen soll eingebaut werden?) sind vor allem die Betriebsoptimierung (wann soll welche Anlage mit welcher Leistung betrieben werden, um die minimalen Kosten zu erreichen?) und die daraus resultierende Wirtschaftlichkeitsabschätzung des Gesamtsystems hoch komplexe Aufgaben.

Die Fragen, welche Investitionen zusätzlich notwendig sind bzw. wie der Produktionsprozess umgestellt werden müsste und welche Unsicherheiten in der Energieversorgung entstehen, können nur noch mittels Simulation bzw. Optimierung umfassend beantwortet werden.  In der Simulation wird derzeit mit Zeitreihen (quasistationären Simulationszeitpunkte) von Energiebedarf und Energieangebot (z.B. von erneuerbaren oder Abwärme-Quellen) gearbeitet, die ein Jahr umfassen und meist in Stundenwerten aufgelöst sind. Zukünftig soll die Simulation durch eine Optimierung ersetzt werden, hierfür sind jedoch schnellere Rechenzeiten nötig.

Genau an dieser Stelle setzt das hier beantragte Projekt FAST-Optimum an: es sollen verschiedenen Methoden zur Vereinfachung des Optimierungsproblems entwickelt, implementiert und getestet werden, so dass die Optimierungsdauer entscheidend reduziert werden.

Wissenschaftlich- technische Arbeitsziele und Ergebnisse

Primäres Ziel des Projektes FAST-Optimum ist, die Optimierungsdauer zu senken, ohne die Qualität des Ergebnisses (z.B. die resultierenden Kapitalkosten und die CO2-Emissionen) zu beeinflussen. Die Lösungsdauer soll von mehreren Wochen auf Stunden reduziert werden.

Die Kompressionsverfahren werden dabei von beiden Hochschulen an realen Unternehmensbeispielen angewendet und ihre Tauglichkeit bewertet.

Als Ergebnis stehen nach dem Projekt Methoden zur Verfügung, die es ermöglichen, die bisher nur für Simulationen nutzbaren Daten so aufzubereiten, dass sie für die Optimierung eines Energieversorgungssystems geeignet sind. Durch den Einsatz dieser Methoden können die Einbindung von erneuerbaren Erzeugern in die industrielle Energieversorgung besser finanziell analysiert, sowie die bestehenden Unsicherheiten genau aufgezeigt und bewertet werden. Dies beschleunigt die Integration von erneuerbaren Energiequellen in die industrielle Versorgung und leistet einen wichtigen Beitrag zu den Emissions- und Energieimport- Senkungszielen der deutschen Industrie.