Matheon Projekt B20 – Optimierung von Gastransport

Ansprechpartner: Thorsten Koch, ZIB Institutionen: Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin Humboldt-Universität zu Berlin Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik Projektleiter: Martin Grötschel, ZIB René Henrion, WIAS Thorsten Koch, ZIB Werner Römisch, HU Berlin Mitglieder: Timo Berthold, ZIB Stefan Heinz, ZIB Stefan Vigerske, HU Berlin Assoziiert: Tobias Achterberg Armin Fügenschuh, ZIB Ambros Gleixner, ZIB Kati Wolter, ZIB Laufzeit: 05/2009–05/2010 Finanzierung: DFG Forschungszentrum Matheon "Mathematik für Schlüsseltechnologien: Modellierung, Simulation und Optimierung von realen Prozessen"

Projekt Beschreibung

Natürliches Gas ist eine der wichtigsten Energiequellen in Deutschland und Europa. Politische Regulierungen haben in den letzten Jahren zu einer strikten Trennung von Gashandel und Gastransport geführt, wodurch dem Gastransport und der Gasverteilung zentrale Rollen in der Energiepolitik zufallen. Diese neu enstandenen politischen Bedingungen beeinflussen die technischen Prozesse des Gastransports in einer Weise, dass sie die Komplexität der Planung und des Betriebs von Gasnetzwerken noch verschärfen.

Im mathematischen Sinne stellt die Kombination diskreter Entscheidungen über die Konfiguration eines Gastransportnetzwerks (a), der nichtlinearen Gleichungen zur Beschreibung der Physik des Gases (b), der neu auferlegten Deregularsierungsregeln (c) und der Unsicherheiten in Nachfrage und Angebot (d) ein großes und sehr komplexes stochastisches gemischt-ganzzahliges nichtlineares Constraint-Optimierungsproblem dar. Zur Lösung dieser Art von Problemen sind zur Zeit keine geeigneten Algorithmen oder geeignete Software verfügbar. Andererseits wurden mit Hinsicht auf jeden einzelnen Aspekt, d.h. gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung, globale nichtlineare Optimierung, Constraint Programmierung und stochastische Optimierung, in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte erzielt. Das Ziel dieses Projekts ist es, diese leistungsfähigen Techniken in ein allgemeines Framework zur Lösung von Optimierungsproblemen, die im Gastransport und in anderen Anwendungen auftreten, zu integrieren.

(a) Netzwerkkonfiguration	(b) Physik des Gases	(c) Gesetzliche Vorgaben	(d) Unsichere Nachfrage
Gemischt-Ganzzahlige Optimierung	Nichtlineare Optimierung	Constraint Programmierung	Stochastische Optimierung

Poster

• Poster (12/2009) [pdf]
• Poster (12/2009) [ps.gz]

Veröffentlichungen

• Michael Bussieck und Stefan Vigerske. MINLP Solver Software eingereicht.
• Winfried Neun und Thomas Sturm und Stefan Vigerske. Supporting Global Numerical Optimization of Rational Functions by Generic Symbolic Convexity Tests ZIB-Report 10-01.
• Timo Berthold und Ambros Gleixner. Undercover - a primal heuristic for MINLP based on sub-MIPs generated by set covering ZIB-Report 09-40.
• Andreas Bley, Ambros Gleixner, Thorsten Koch, und Stefan Vigerske. Comparing MIQCP solvers to a specialised algorithm for mine production scheduling ZIB-Report 09-32 und Matheon Preprint 671.
• Timo Berthold, Stefan Heinz und Stefan Vigerske. Extending a CIP framework to solve MIQCPs. ZIB-Report 09-23 und Matheon Preprint 596.
• Timo Berthold, Stefan Heinz und Marc E. Pfetsch. Nonlinear pseudo-Boolean optimization: relaxation or propagation? Proc. of SAT 2009, pp. 441–446, 2009. Ehemals ZIB-Report 09-11.
• Tobias Achterberg und Timo Berthold. Hybrid Branching. Proc. of CPAIOR 2009, pp. 309–311, 2009. Ehemals Matheon Preprint 597.
• Tobias Achterberg. SCIP: Solving Constraint Integer Programs. Mathematical Programming Computation Nr. 1(1), pp. 1–41, 2009.
• Tobias Achterberg, Timo Berthold, Stefan Heinz, Thorsten Koch und Kati Wolter. Constraint Integer Programming: Techniques and Applications. ZIB-Report 08-43, eingereicht, 2008.

Partner

• Matheon Projekt B15: Große ("Large-scale") ganzzahlige lineare Optimierungsprobleme.
• Matheon Projekt C7: Anpassung und Anwendung der entwickelten Software zur Optimierung der Elektrizitätsproduktion in liberalisierten Märkten.


• Forschungsnetzwerk NOPT: Austausch von Modellen und Software für die Optimierung von Gastransport.
• TU Braunschweig, Marc Pfetsch: Second order cone Bedingungen und Unzulässigkeitsanalyse.
• TU Darmstadt, Forschungsgruppe Optimierung: Entwicklung einer NLP Infrastruktur in SCIP und eines Interfaces zum NLP-Löser DONLP.
• HU Berlin, Forschungsgruppe A. Griewank: Expertise in NLP und AD.


• Siemens AG, Corporate Technology, Software & Engineering
  
• ILOG, an IBM company : Lösungsmethoden für allgemeine ganzzahlige Programmierung
• GAMS Development: Entwicklung eines GAMS Interfaces zu einer erweiterten SCIP Version.