SimKI-Mop - Simulations-Tools und KI-Methoden zur Multi-Einspeiseroptimierung in Fernwärmenetzen

Kurzbeschreibung des Projekts

Die übergeordneten Projektziele bestehen darin, den Einsatz regenerativer Energien in der Fernwärme zu erhöhen und den Betrieb der Fernwärmenetze effizienter zu gestalten. In enger Kooperation mit drei Fernwärmenetz-Betreibern werden dafür vier Teilziele verfolgt:

• Entwicklung einer Systematik zur effizienten Erstellung und Pflege von datengetriebenen und thermohydraulischen Simulationsmodellen. Durch deren Integration wird eine optimale Analyse und Optimierung von Fernwärmenetzen durch die Nutzung historischer Daten, physikalischer Modellierung und Echtzeitdaten ermöglicht.
• Entwicklung von Methoden und Tools zur Auswahl und Platzierung neuer Sensoren. Die Sensoren sind einerseits so zu platzieren, dass der Netzzustand gut überwacht werden kann (und darauf basierend der Betrieb optimiert werden kann). Andererseits ist die Anzahl der Sensoren und die Lokalisierung der Sensoren hinsichtlich der Hardware- und Installationskosten zu berücksichtigen.
• Untersuchung möglicher Optimierungspotenziale im Fernwärmenetzbetrieb durch die Analyse der bisherigen Kraftwerksfahrweise von Netzbetreibern (insbesondere Auffinden eines optimalen Kompromisses zwischen Vorlauftemperatur und Volumenstrom). 
• Entwicklung von Methoden und Tools zur dynamischen Einsatzplanung bei dezentralen Kraftwerken und Berücksichtigung der dynamischen Gestehungskosten. Hierbei werden die Auswirkungen der Energiewende auf die Betriebsweisen von Fernwärmenetzen analysiert, um die zunehmende Dynamik und Volatilität im Netzbetrieb berücksichtigen zu können.

Das Projekt ist zusammen mit den Forschungsprojekten SAM-FW (FKZ 03EN3078A-I) und EnEff-Netzregelung (FKZ 03EN3076A-D) Teil des thematischen Verbunds »FW-Netzoptimierung«, der vom Projektträger PTJ initiiert wurde. Im Rahmen dieses Verbunds findet eine interne Vernetzung statt und es werden öffentlicher Workshops organisiert, um die Zielstellungen und erste Ergebnisse mit Stakeholdern zu diskutieren. Der erste öffentliche Workshop ist in Q2/2024 geplant.

 

Projektpartner

• Fraunhofer IOSB, Karlsruhe (Koordinator): Inhaltlich beschäftigt sich das Fraunhofer IOSB mit der synergetischen Verbindung von deterministischen und datengetriebenen Simulationsansätzen. Es werden Schnittstellen entwickelt und Infrastruktur bereitgestellt, um die umfangreichen Datenerzeugungsaufgaben für das Training der ML-Modelle zu realisieren. Das Fraunhofer IOSB führt alle notwendigen Informationen zu den Demonstratoren und Testmodellen in einem integrierten Modellansatz zusammen und unterstützt somit die Entwicklung von generischen Optimierungsmethoden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt bei der Verbreitung der Forschungsergebnisse.

• 3S Consult GmbH, Garbsen: Die 3S Consult GmbH bietet Ingenieurberatung und Software aus einer Hand und ist seit mehr als 35 Jahren ein verlässlicher Partner für Betreiber und Planer von Fernwärmeversorgungssystemen. Das Aufgabenfeld in SimKI-Mop beinhaltet als Basis für die weiteren Entwicklungen die Erstellung und den Betrieb detaillierter, thermo-hydraulischer Simulationsmodelle für die Fernwärmenetze der assoziierten Partner. Weitere Schwerpunkte liegen in der optimalen Allokation von Sensoren und der Entwicklung mathematischer Modelle für den optimierten Betrieb von FW-Netzen mit mehreren Einspeisern. Außerdem werden die deterministischen Simulationsmodelle als Trainingsplattform für die KI-basierten Verfahren des Projektpartners KT-Elektronik eingesetzt.

• KT-Eletronik GmbH, Berlin: KT-Elektronik GmbH bietet mit der selbst entwickelten Plattform SAM District Energy eine Echtzeit-Schnittstelle für den Zugriff auf Daten aus Fernwärmeübergabestationen in Tausenden von Liegenschaften. Auf Grundlage dieser Datenbasis sollen in SimKI-Mop datengetriebene Abbilder der Fernwärmenetze aller teilnehmenden Partner erstellt werden. Diese leichtgewichtigen Modelle ermöglichen eine dynamische Berechnung der Wärmeverteilung und Betriebsoptimierung bei komplexen Erzeugerkonstellationen, welche durch den Übergang zu dezentralisierten Fernwärmenetzen auf Basis erneuerbarer Energien in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen werden.

 

Assoziierte Partner

• Fernheizwerk Neukölln AG, Berlin
• Stadtwerke Bad Salzuflen GmbH, Bad Salzulflen
• HALLAG Kommunal AG, Hall in Tirol