DySONiC - Dynamische Betriebssimulation und Optimierung von Fernwärmenetzen

Zur Erreichung der Klimaziele ist eine klimaneutrale Wärmeversorgung von entscheidender Bedeutung. Insbesondere Fernwärmenetze bieten die Möglichkeit, die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zu reduzieren und eine effiziente und nachhaltige Wärmeversorgung mit erneuerbaren Energien zu gewährleisten. Damit die Transformation der Wärmenetze hin zu einer treibhausgasneutralen Zukunft gelingt, müssen diese nicht nur sorgfältig geplant und ausgelegt werden, sondern auch im laufenden Betrieb effizient und zuverlässig arbeiten.

Hier setzt DySONiC an. Primäres Ziel des neuen Softwaretools ist es, das optimale Verhalten Ihres Fernwärmenetzes auch im Betrieb sicherzustellen. Herkömmliche Softwaretools beschränken sich in der Regel auf die optimierte Planung und Auslegung des Fernwärmenetzes und gehen von einem idealisierten Netzverhalten aus. Dabei werden häufig mehr Informationen verwendet, als im Betrieb tatsächlich verfügbar sind. DySONiC ist ein Werkzeug zur dynamischen Simulation und Optimierung von Fernwärmenetzen und ermöglicht die virtuelle Validierung von Regelungs- und Energiemanagementstrategien. Maßnahmen zur Nutzung intelligenter Steuerungs- und Regelungstechnik sind nach BEW förderfähig.

Dynamische Simulation

Die Simulation der thermohydraulischen Dynamik von Wärmenetzen ermöglicht eine detaillierte Analyse des Netzes und gibt Hinweise auf Optimierungspotentiale. So kann beispielsweise die Auslegungsoptimierung im virtuellen Betrieb validiert werden, was eine realitätsnahe Überprüfung der Planungsannahmen ermöglicht. Darüber hinaus kann das Regelungsverhalten des Fernwärmenetzes untersucht und neue Regelungs- sowie Energiemanagementstrategien entwickelt und getestet werden. Ein weiterer Vorteil der dynamischen Simulation ist die Möglichkeit, verschiedene Softwarelösungen für die Betriebsführung miteinander zu vergleichen, indem sie anhand von Referenznetzen bewertet werden. Schließlich kann auch ein maßgeschneiderter digitaler Zwilling eines Fernwärmenetzes erstellt werden, um spezifische Fragestellungen individuell zu untersuchen.

DySONIC - Beispielhafte Vorlauftemperaturverteilung
© Fraunhofer IEG
Beispielhafte Vorlauftemperaturverteilung

Kombinierte Betriebssimulation und Optimierung

DySONiC verbindet prädiktives Energiemanagement mit dynamischer Simulation und integriert aktuelle Forschungsergebnisse zur modellprädiktiven Regelung gekoppelter Strom- und Wärmenetze.

Das prädiktive Energiemanagement dient dazu, optimale Sollwerte für den Betrieb des Fernwärmenetzes über die nächsten 24 Stunden in 15-Minuten-Schritten abzuleiten. In der dynamischen Simulation wird eine Regelungsstrategie zur Einhaltung der optimalen Sollwerte verfolgt. Diese kann beispielsweise durch eine modellprädiktive Regelung umgesetzt werden.

DySONiC verbindet prädiktives Energiemanagement mit dynamischer Simulation
© Fraunhofer IEG
DySONiC verbindet prädiktives Energiemanagement mit dynamischer Simulation

Einbindung in der Fraunhofer IEG-Tool-Landschaft

Über die Schnittstelle zu Ode, dem ODH-Datenmodell, können Wärmenetze eingebunden und für die Simulation aufbereitet werden. Über Ode stehen DySONiC vielfältige Möglichkeiten zum Datenaustausch mit anderen Tools, wie Heatopia, Pandapipes und dem ODH-Framework zur Verfügung. 

 

Technische Details

  • Vollständige Implementierung in Julia, einer modernen Programmiersprache für numerisches und wissenschaftliches Rechnen
  • Simulation basierend auf SciMLs umfangreicher Softwarebibliothek zur Lösung von Differentialgleichungen
  • Verwendung bewährter Optimierer wie HiGHS und IPOPT zur Lösung linearer und nichtlinearer Probleme
DySONiC - ODE - ODH-Datenmodell
© Fraunhofer IEG
ODE - Das ODH-Datenmodell