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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Industrielle Energiesysteme

Industrielle Energiesysteme

Industriestandorte verfügen oft über komplexe Energiesysteme, die Sektoren wie Wärme, Strom und chemische Energieträger verknüpfen. Die Transformation von einem verbrauchergesteuerten zu einem erzeugergesteuerten Energiesystem bietet sowohl Chancen als auch Herausforderungen: Durch intelligente Einbindung und Interaktion können industrielle Energiesysteme aktiv zu einem sicheren und stabilen Energiesystem beitragen und gleichzeitig ihre Energiekosten senken. Diese möglichen Vorteile stehen im Konflikt mit hohen Anforderungen an die Versorgungssicherheit in der Industrie, um die Qualität von Produktionsprozessen sicherzustellen. Ziel des IEK-10 ist es, Modelle und Methoden bereitzustellen, um industrielle Energiesysteme in diesem Spannungsfeld optimal auszulegen und zu betreiben.

Gebäude und Quartiere

Gebäude und Quartiere

Innerhalb der EU verursachen Gebäude etwa 40% des gesamten Energieverbrauchs. Damit spielen Gebäude und Quartiere im Wandel des Energiesystems eine zentrale Rolle. Während im Neubau und verschiedenen Pilotprojekten deutliche Einsparungen erzielt werden, bleiben im Gebäudebestand bisher große Einsparungspotentiale ungenutzt. Dabei bieten unter anderem die zunehmenden Möglichkeiten der Digitalisierung, die dezentrale Erzeugung und Eigennutzung von Strom, die Kopplung verschiedener Energieformen sowie die dynamische Regelung, Lastverschiebung und lokale Speicherung von Energie große Potentiale. Die Modellierung und Optimierung von Gebäuden und Quartieren am IEK-10 unterstützt diesen Wandel hin zu erhöhter Effizienz, mehr Flexibilität und stärkerer Einbindung erneuerbarer Energien.

Optimierungsverfahren

Optimierungsverfahren

Um Energiesysteme möglichst effizient, kostengünstig und robust auszulegen, setzt das IEK-10 numerische Optimierungsverfahren ein und entwickelt diese aktiv weiter. Mathematische Modelle komplexer Energiesysteme umfassen typischerweise eine sehr hohe Zahl von Gleichungen und Variablen (Freiheitsgrade). Darüber hinaus erschweren Nichtlinearitäten, eine hohe Systemdynamik und das Vorhandensein diskreter Variablen die Optimierung solcher Systeme. Das IEK-10 entwickelt daher maßgeschneiderte Algorithmen und nutzt das Potenzial von Hochleistungsrechnern um eine hohe Skalierbarkeit der entwickelten Modelle und Verfahren zu gewährleisten. Um unter der Vielzahl lokaler Optima die beste Lösung (das globale Optimum) sicher identifizieren zu können, verwenden und entwickeln wir deterministische globale Optimierungsverfahren. Besondere Expertise hat das IEK-10 zudem auf den Gebieten Bilevel-Optimierung und Mehrziel-Optimierung.


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