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sOptimo: Strukturoptimierung der Energieversorgung von Industrieparks

EnEff:Wärme - Forschung für energieeffiziente Wärme- und Kältenetze

Der Chemiepark Knapsack (Werkteil Knapsack). Ein typisches Anwendungsbeispiel zur Strukturoptimierung komplexer Energieversorgungssysteme.

© Dirk Holst, DH Studio

Steckbrief

Werkzeugtyp Bilanzierung/Optimierung
Laufzeit Juni 2010 - Mai 2013
Kürzel sOptimo
Schwerpunkte

Projektbeschreibung

Einleitung

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine Methodik zur Strukturoptimierung zu entwickeln, die es einem Planer von Energieversorgungssystemen ermöglicht, ein für den jeweiligen Anwendungsfall möglichst optimales Energieversorgungskonzept zu entwickeln. Zur Realisierung der Methodik soll rechnergestützt eine Großzahl möglicher Energieversorgungsvarianten vorgeschlagen und anschließend nach wirtschaftlichen, ökologischen und weiteren Kriterien bewertet werden. Somit soll der Planer in die Lage versetzt werden, vorurteilsfrei die am besten geeignete Lösung für den jeweiligen Anwendungsfall zu finden. Die Optimierung soll durch Anwendung mathematischer Methoden automatisiert werden.

Projekt

Die zu entwickelnde Methodik soll in Softwareprototypen implementiert und von den beteiligten Industriepartnern getestet werden. Durch den Einsatz einer solchen Optimierungsmethode sollen nicht nur bereits bedachte Varianten einer vergleichenden Bewertung unterzogen werden, sondern auch gänzlich neue Varianten entwickelt und in der Bewertung Berücksichtigung finden. Die Methodik bietet dabei nicht ausschließlich eine Entscheidungsunterstützung im Planungsprozess neuer Produktionsstandorte, sondern sie unterstützt den Planer insbesondere auch bei der Umstrukturierung und Erweiterung bestehender Standorte. Der Fokus liegt auf der Aufdeckung von Energieeffizienzpotenzialen komplexer Industriestandorte, wie z.B. Industrieparks. Dabei stehen die verschiedenen Energieformen wie Strom, Wärme und Kälte im Mittelpunkt der Betrachtungen. Weitere Effizienzpotentiale, zum Beispiel bei der Abfallverwertung oder der Druckluftversorgung, stellen mögliche Erweiterungen dar. Es ist hervorzuheben, dass zwar gerade die Energiesysteme von Industrieparks aufgrund ihrer erheblichen Vielfältigkeit, Komplexität und Energieintegrationspotenziale wesentliche Energieeffizienzpotenziale besitzen, die durch eine günstige Verschaltung der Energieversorgungsanlagen der ansässigen Unternehmen ausgeschöpft werden können. Dennoch sollen auch einzelne Unternehmen an separierten Produktionsstandorten von der Anwendung des Werkzeugs profitieren.

Zu Beginn der Projektlaufzeit wird das Problem im Rahmen einer Anforderungserhebung anhand konkreter Fragestellungen und den Erfahrungen aus anderen Projekten genauer spezifiziert. Es werden Testbeispiele aus dem Arbeitsalltag der beteiligten Wirtschaftspartner ausgewählt, die im weiteren Projektverlauf mit der zu entwickelnden Software untersucht werden. Um die Tauglichkeit der Methodik für die Optimierung von Industrieparks zu bewerten, werden für einen oder mehrere Industriestandorte zur Projektlaufzeit praxisrelevante Fragestellungen ermittelt, die mit der Software bearbeitet werden kann. Ebenfalls in einer sehr frühen Phase des Projekts werden Software-Schnittstellen definiert, um es allen Projektpartnern zu ermöglichen, die eigenen Arbeitspakete möglichst unabhängig voneinander zu entwickeln, ohne die anschließende Integration in ein Werkzeug zu erschweren. Dieses Arbeitspaket umfasst ferner die Festlegung einer Schnittstelle für den automatisierten Datenimport aus typischen Datenerfassungssystemen. Ferner wird die Entwicklung eines geeigneten mehrkriteriellen Optimierungsalgorithmus angestrebt. Zur Anwendung dieses Optimierungssystems müssen mathematische Modelle von Energiewandlungstechnologien entwickelt werden Sowohl die Modellierung als auch die Optimierung sollen in der Detailtiefe skalierbar gestaltet werden, um die Rechenzeit unter Vorgabe von Bedarfsprofilen zu minimieren. Das entwickelte Werkzeug wird an den im Rahmen der Anforderungserhebung gewählten Praxisbeispielen evaluiert. Die Beispiele werden von den beteiligten Wirtschaftsunternehmen so ausgewählt, dass projektbegleitend konkrete Fragestellungen aus dem Arbeitsalltag der Unternehmen untersucht werden.

Publikationen zum Projekt
  • Voll, P.; Lampe, M.; Wrobel, G.; Bardow, A.. Superstructure-free Synthesis and Optimization of Distributed Energy Supply Systems; in A. Bojic, M.; Lior, N.; Petrovic, J.; Stefanovic, G. & Stevanovic, V. (Eds.), 24th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation, and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS 2011), 2011, pp. 1396-1407
  • Voll, P.; Lampe, M.; Wrobel, G.; Bardow, A. Superstructure-free synthesis and optimization of distributed industrial energy supply systems Energy, 2012, in press
  • Voll, P.; Klaffke, C.; Hennen, M.; Kirschbaum, S.; Bardow, A. Synthesis and Optimization of Distributed Energy Supply Systems using Automated Superstructure and Model Generation, 11th International Symposium on Process Systems Engineering (PSE 2012), 2012, accepted for presentation
  • Voll, P.; Klaffke, C.; Hennen, M.; Bardow, A. Automated Superstructure Generation and Optimization of Distributed Energy Supply Systems, 25th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation, and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS 2012), accepted for presentation
  • Zu diesem Projekt gibt es das BINE-Projektinfo 12/2014 "Energie sparen in Gewerbe- und Industrieparks"