WOpS - Wärmefluss-Optimierung zur Sektorenkopplung

Das Projekt »Wärmefluss-Optimierung zur Sektorenkopplung«, kurz: »WOpS«, hat das Ziel eine modulbasierte Regelung für Wärmenetze zu entwickeln, die anschließend in realen Bestandsanlagen demonstriert werden soll. Ziel ist zudem, dass diese Regelung einfach auf andere Wärmenetze adaptierbar ist. Mit dem entwickelten Anwendungsframework sollen unterschiedlich charakterisierte und dezentral angeordnete Wärmequellen mit Hilfe eines modellprädiktiven Ansatzes, optimal unter Berücksichtigung der hydraulischen Rahmenbedingungen sowie angepasst an die Anforderungen aus dem Strom- und Wärmemarkt, genutzt werden. 

Die modulbasierte Reglung soll so entwickelt werden, dass der Betrieb der unterschiedlichen Wärmeerzeuger möglichst effizient stattfindet. D.h. die benötigte Wärme soll möglichst kostengünstig und unter einer weiterhin hohen Verfügbarkeit für die Kunden bereitgestellt werden. Technische Barrieren, die sich hier insbesondere bei der Netzregelung einstellen, sollen reduziert werden, damit die fernwärmetechnischen Systeme ohne Komplikationen funktionieren.

Dafür müssen dynamische An- und Abfahrvorgänge der einzelnen Anlagen, sowie die Kopplung von Wärme- und Stromerzeugung, sowie die Eigenstromnutzung (z.B. bei Blockheizkraftwerken oder Wärmepumpen) berücksichtigt werden. Dies erfordert intelligente und ganzheitliche Steuerungs- und Optimierungsalgorithmen, die Bedarfs- und Wetterprognosen berücksichtigen. Zudem müssen die Restriktionen, die sich aus der thermohydraulischen Netzdynamik, den Erzeugerbeschränkungen und den Speicherkapazitäten im Netz ergeben, mit einbezogen werden.

Da zukünftig das Netz verdichtet, weiter ausgebaut und transformiert werden soll und zusätzliche Wärmeerzeuger erforderlich sein werden, ergeben sich dezentrale geprägte Anordnungen der Erzeuger im Netz. Diese Anordnungen führen dazu, dass der Massenstrom bzw. die Verweildauer und damit der Temperaturtransport, welcher aus Effekten der Netzhydraulik resultiert, in der modelltechnischen Betrachtung nicht vernachlässigt werden darf.

Je größer und vielfältiger die Netze werden, desto größer wird die Herausforderung für die mathematische Formulierung des Modells sowie dessen robuste Lösung im Rahmen der Optimierung. Deshalb sollen im Projekt auch mathematische Lösungsstrategien für eine nicht-lineare Optimierung entwickelt werden. Zudem soll eine Demonstration in mehreren realen Wärmenetzen stattfinden. Im Zuge der Implementierung in Bestandsnetzen wird dezidiert eine robuste Einbindung der entwickelten Regelung in den Netzbetrieb umgesetzt, sodass die Wärmeversorgung für die Kunden auch bei Störfällen oder Messfehlern sichergestellt ist. Die finale Evaluation findet in der angeschlossenen Phase der messtechnischen Analysen statt. 

Mit dem Projekt sollen damit die technischen Barrieren für eine Realisierung komplexer Regelungsstrategien von dezentral strukturierten fernwärmetechnischen Systemen reduziert werden.