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sOptimo – mit Mathe Energie sparen

Der industrielle Sektor verbraucht rund 30 Prozent der Endenergie in Deutschland. Im Industrieland NRW sind es mit 42 Prozent sogar noch mehr – und damit rund 250 Milliarden Kilowattstunden. Ein großes Einsparpotenzial liegt hier in der intelligenten Verknüpfung von energieerzeugenden und verbrauchenden Einheiten. Das Forschungsprojekt sOptimo hat eine Software entwickelt, die solche komplexen Energieverbundsysteme optimiert. Damit können unter anderem neue Industrieparks optimal geplant und vorhandene Energiesysteme optimiert werden.

Gas, Strom, Kälte, Abwärme, Energiespeicher – moderne Energieverbundsysteme, wie sie beispielsweise in Industrieparks vorkommen, werden immer vielseitiger und komplexer. Wer hier energiesparend und wirtschaftlich planen will, muss den Durchblick behalten. Doch das ist aufgrund der immer höheren Komplexität nicht mehr intuitiv möglich.

Fortschrittsmotor Klimaschutz:

  • Optimierung von komplexen Energieverbundsystemen
  • Berücksichtigung von Wärme, Kälte, el. Strom und Speichern möglich
  • Demonstrationsversuch: 34 % Energie-Einsparpotenzial
  • Optimierung, Neu- und Umbau von Energiesystemen
  • Interdisziplinärer Ansatz

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Foto: InfraServ


Die vom Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) der RWTH Aachen gemeinsam mit Partnern aus der Praxis entwickelte Software TOP-Energy unterstützt dabei und deckt mit Hilfe des sOptimo-Algorithmus große Einsparpotenziale auf. In einem Demonstrationsversuch an einem Pharmastandort konnten Einsparpotenziale von 34 Prozent (53 Millionen Kilowattstunden pro Jahr) im Primärenergieverbrauch identifiziert werden, was rund 11.000 t CO2 pro Jahr entspricht.

Der Anwender bestimmt die Vorgaben

Ziel des Forschungsprojektes sOptimo und des Folgeprojektes sOptimo+ ist es, das komplexe Optimierungsproblem von Energiesystemen mit Hilfe mathematischer Algorithmen zu lösen. Die Randbedingungen werden dabei vom Bediener vorgegeben. Dem Anwender bleibt so überlassen, ob er ein „möglichst kostengünstiges“ oder „möglichst energieeffizientes“ Versorgungskonzept auswählt. „Die Software berücksichtigt anhand der Vorgaben alle möglichen denkbaren Lösungen“ erläutert Prof. André Bardow, Lehrstuhlinhaber am LTT. „Dabei kommen häufig Lösungsvorschläge heraus, die intuitiv nicht hätten ermittelt werden können.“ So können nicht nur neue Systeme bestens geplant, sondern auch bereits im Betrieb befindliche Systeme weiter optimiert werden.

Anwendung bringt bares Geld

Der in sOptimo entwickelte Algorithmus wurde als Zusatzmodul in die Software TOP-Energy integriert, die von der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik (GFaI) vertrieben wird. Die Energie AG Oberösterreich Wärme GmbH setzt die Software für die tägliche Betriebsoptimierung ihres Fernheizkraftwerks ein. Es fließen Faktoren wie der Strom- und Gaspreis, Teillastverhalten der Anlagen, elektrischer Eigenverbrauch oder auch der Ladezustand des Speichers ein. „Das mathematische Optimierungsproblem enthält damit mehr als 5.000 Variablen und 8.000 Gleichungen“, sagt Dr. Stefan Kirschbaum von der GFaI. „Das zeigt, wie komplex das System ist.“ Doch die Anwendung bringt bares Geld: innerhalb von weniger als sechs Monaten hatte sich die Software für das Fernwärmewerk amortisiert.

Aufbauend auf den Ergebnissen von sOptimo soll in sOptimo+ die Methodik nun erweitert und das Tool zur Anwendungsreife für den Einsatz in Planungsbüros, Industrieparks und Stadtwerken gebracht werden.


Foto: RWTH Aachen LTT

„Die rigorose Optimierung  der Energieversorgung industrieller Prozesse ist reif für die Praxis. sOptimo+ vollzieht den Brückenschlag von der Forschung zur breiten praktischen Anwendung und reduziert so Ressourcenverbrauch und CO2-Emissionen in der Industrie."

Prof. Dr.-Ing. André Bardow, Leiter des Lehrstuhls für Technische Thermodynamik (LTT) der RWTH Aachen




Partner und Förderer


Partner:
  • RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik
  • Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V.
  • INEOS Köln GmbH
  • BFT Planung GmbH
Förderer:
  • Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BmWi)