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Mathematische Programmierung zur Dimensionierung einer industriellen Wärmeübergabestation unter Berücksichtigung von Geschäftsmodellen

Aufgabenstellung

Neben der Stromwende muss in Deutschland auch die Wärmewende gedacht und angegangen werden, um die Klimaziele noch erreichen zu können. Zur Versorgung von Wohnquartieren kommt hierbei zukünftig Fernwärmenetzen eine entscheidende Bedeutung zu. Gleichsam fallen in industriellen Prozessen erhebliche Abwärmemengen auf verschiedenen Temperaturniveaus an, die heutzutage größtenteils ungenutzt an die Umgebung abgegeben oder mit zusätzlichem Energieaufwand rückgekühlt werden müssen. Um einen industriellen Betrieb ökologisch und ökonomisch sinnvoll an ein Wärmenetz anzuschließen, müssen technische Möglichkeiten zur flexiblen Anbindung dieser Fabrik dargestellt werden. Am Beispiel der ETA-Fabrik mit drei verschiedenen thermischen Netzen entsteht eine hohe kombinatorische Vielfalt aus Abwärmemengen auf verschiedenen Temperaturniveaus.

Schwerpunkte

In dieser Arbeit soll anhand der Lastkurven der thermischen Industrienetze sowie des Fernwärmenetzes ein mathematisches Optimierungsmodell aufgebaut werden, dass bei der Dimensionierung einer Wärmeübergabestation (Wärmepumpe, Wärmeübertrager, Pumpen, Ventile, Rohre) unterstützt. Eine Ergänzung um witere Energiewandler und –speicher ist denkbar. Weiterhin sind für die Fabrik Geschäftsmodelle zu analysieren und parametrieren.
Das Arbeitspaket umfasst die Punkte

  • Literaturrecherche zum Stand der Forschung zu Fernwärmenetzen, Wärmeübergabestationen im industriellen Kontextsowie möglichen Geschäftsmodellen,
  • Analyse von thermischen Netzen in Fabriken im speziellen Kontext der Abwärmenutzung
  • Aufbau eines mathematischen Modells zur Dimensionierung der Übergabestation (Wärmepumpen, Wärmeübertrager, Pumpen, Ventile und evtl. Speicher),
  • Integration von Geschäftsmodellen,
  • Aufbau einer ökonomischen und ökologischen Validierungsmethodik und
  • Validierung der Ergebnisse anhand von Netzdaten und Erprobung verschiedener Szenarien.

Stichworte: Industrielle Abwärme, Energieeffizienz und-flexibilität, Mathematische Programmierung, Dimensionierung, Geschäftsmodelle

Notwendige Vorkenntnisse

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