Multi-Energie-Systeme
Die Energiewende in Deutschland, aber auch der anvisierte globale Übergang von einer von fossilen Brennstoffen geprägten Energieversorgung hin zu einer CO2-neutralen Energieversorgung stellt Energiesystem-Planer und Energienetzbetreiber vor ständig wachsende und dabei völlig neuartige Herausforderungen. Es sind immer mehr zum Teil kleinteilige, dezentrale Energieerzeuger - diese aus zum Teil neuartigen und besonders in der Übergangsphase auch in ihrem Anteil wechselnden Erzeugungsquellen - in die Transportnetze zu integrieren. Die Kopplung der Energiesektoren Elektrizität, Wärme und Verkehr steigt und mit ihr die Anforderungen an die Flexibilität der Transportnetze. Andererseits ist die Versorgungssicherheit und somit die Erfüllung aller Transportanforderungen gleich welcher Quelle zu jedem Zeitpunkt sicherzustellen, während für den volkswirtschaftlichen Erfolg der Energiewende Investitionskosten in den Ausbau der kritischen Infrastruktur ebenso wie die Betriebskosten zu minimieren sind.
Das Ziel dieser Arbeitsgruppe ist die Entwicklung neuartiger mathematischer Modelle und Lösungsmethoden, die diese zunehmende Komplexität der stärker verbundenen Energienetze meistern können. Die Modellierung der Kopplung von Strom und Gas über Power-to-Gas und Gas-to-Power Technologien zur Optimierung eines verbundenen Systems zur Ausnutzung gegenseitiger Flexibilitäten ist eine der Kernfragen.
Die zugrundeliegenden technischen und physikalischen Prozesse sind häufig nicht-linear und nicht-konvex, einige der Entscheidungen diskret. Ein adäquates mathematisches Modell führt deshalb auf große gemischt ganzzahlige nicht-konvexe Probleme. Eine weitere Herausforderung besteht in der Vorbereitung konsistenter Daten aus einer Vielzahl öffentlicher und nicht-öffentlicher Quellen zur Beschreibung des Problems.
Aufgrund dieser inhärenten mathematischen Schwierigkeiten müssen die mathematischen Lösungsmethoden speziell auf das jeweilige Problem zugeschnitten werden. Die Kernkompetenzen der Arbeitsgruppe reichen vom Aufbau komplexer Datenmodelle über Szenarienbildung zur Kopplung verschiedener Energiesparten zur langfristigen Kapazitätsplanung. An diesen Themen arbeiten wir eng mit Partnern aus der Industrie und verschiedenen anderen Forschungsinstituten zusammen.