Die Energiewirtschaft steht im Zuge der EU-weiten Liberalisierung der Energiemärkte sowie der angestrebten Umstellung auf erneuerbare Energien vor großen Herausforderungen. Für diese Anpassungen sind hohe Investitionen notwendig, die möglichst kosteneffektiv erfolgen sollen. Gleichzeitig werden die Planungs- und Steuerungsprozesse aufgrund neuer gesetzlicher Rahmenbedingungen komplizierter und aufwändiger. Etablierte Verfahren und Vorgehensweisen stoßen hier an ihre Grenzen. Unser Ziel ist deshalb die Entwicklung neuartiger mathematischer Modelle und Methoden, mit denen diese Komplexitäten beherrscht werden können.

Optimierungsprobleme aus der Energiewirtschaft sind wegen der zugrundeliegenden technischen und physikalischen Prozesse oft nichtlinear und nichtkonvex, wobei viele Steuerungen diskret erfolgen. Mathematisch führt dies zu gemischt-ganzzahligen, nichtkonvexen Optimierungsproblemen, die in den praktisch relevanten Größenordnungen kaum gelöst werden können. Hinzu kommt, dass in der Regel die unsichere Angebots- und Nachfragesituation berücksichtigt werden muss, sodass typische Modelle auch stochastische Elemente enthalten. Außerdem hat das mögliche Verhalten weiterer Marktteilnehmer oft einen großen Einfluss, sodass auch spieltheoretische Aspekte auftreten.

Aufgrund der mathematischen Schwierigkeiten sind effektive Verfahren nur möglich, wenn sie auf die speziellen Probleme zugeschnitten sind. Zusammen mit Partnern aus der Gas-Industrie, der Bundesnetzagentur sowie weiterer Forschungseinrichtungen arbeiten wir daher an konkreten Fragen zur Kapazitäts- und Ausbauplanung von Gastransportnetzen.