Optimierung von Wärmeversorgungsystemen für Wohnquartiere unter Berücksichtigung fluktuierender erneuerbarer Energie

Der Wärmesektor ist im Gegensatz zum Stromsektor durch hohe Heterogenität geprägt und bietet aus heutiger Sicht ein hohes Optimierungspotenzial. Dies führt zwangsläufig auf eine hohe Komplexität hinsichtlich realisierbarer Konzepte und der Anzahl an bedarfsgerechten Betriebsstrategien. Im Falle der Planung einer Wärmeversorgungsstruktur basiert eine übliche Vorgehensweise auf Erfahrungen des verantwortlichen Entwicklungs- und Planungspersonals, die eventuell durch persönliche Vorlieben geprägt sind. Im Gegensatz dazu kann eine effektive und neutrale Bewertung von Versorgungsstrukturen, die von vielfältigen kombinatorischen Möglichkeiten geprägt sind, durch geeignete Optimierungsmethoden erfolgen.

Im Rahmen des Promotionsvorhabens liegt der Fokus im Bereich der Optimierung von Systemen zu Wärmebereitstellung, -verteilung und Nutzung unter Berücksichtigung erneuerbarer elektrischer Energie. Schwerpunktmäßig wird der Bereich der Dimensionierung und der Auswahl von Technologien adressiert. Es wird ein Technologieportfolio zugrunde gelegt, in dem unterschiedliche Wärmeerzeuger bzw. -wandler und -speicher enthalten sind. Die Wahl, Dimensionierung und Betriebsstrategie ist dabei hauptsächlich von den zur Verfügung stehenden Primärenergieträgern und den individuellen Randbedingungen der Wohngebäude und Nutzer abhängig. Hier sind z. B. Temperaturniveaus, Baujahre und zur Verfügung stehende Investitionsmittel zu berücksichtigen. Des Weiteren nehmen Technologien die nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip (KWK) arbeiten eine Sonderrolle ein. Im konkreten Promotionsvorhaben werden KWK-Systeme mit niedriger Marktdurchdringung und vergleichsweise hohen Investitionskosten betrachtet wie z. B. Brennstoffzellensysteme. Zusammengefasst ergibt sich somit ein kombinatorisches Problem, was mit jeder weiteren Komponente exponentiell steigt und somit eine händische Implementierung und einzelne Bewertung von Konfigurationen zunehmend schwerer bzw. unmöglich macht.