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Energietechnik und UmweltschutzMathematische Optimierungsmethoden

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Einsatz mathematischer Optimierungsmethoden beim Entwurf und Betrieb energietechnischer Anlagen

Die Entwurfs- und Betriebsoptimierung von Energieumwandlungsanlagen erfolgt mit dem Ziel, sie hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, des thermodynamischen Wirkungsgrades und der Umweltauswirkungen zu verbessern. Sowohl der Entwurf neuer Energieumwandlungsanlagen als auch der Betrieb bereits bestehender Anlagen werden im Rahmen dieses Forschungsschwerpunkts untersucht.

Bei der Optimierung eines Anlagenentwurfs können die Verschaltung von Bauteilen und viele wichtige Prozessvariablen variiert werden. Damit ergeben sich in der Regel mathematisch hochkomplexe Probleme (z. B. GGNLP / MINLP).

Die Optimierung des stationären Betriebs bestehender Anlagen lässt nur die Änderung einer wesentlich geringeren Anzahl an Prozessvariablen in engeren Grenzen zu. Die Verschaltung der Bauteile ist dabei bereits festgelegt. Im Vergleich zur Entwurfsoptimierung ist bei Betriebsoptimierungsproblemen häufig eine schnelle Lösung gefragt. Die technischen und thermodynamischen Zusammenhänge werden deswegen oft vereinfacht dargestellt.

Im Rahmen unserer Forschung kommen zur Lösung der genannten Problemstellungen, neben gängigen Simulationsprogrammen, folgende Methoden zum Einsatz:

  • Mathematische Programmierung
  • Stochastische Verfahren (Evolutionäre Algorithmen, Simulated Annealing)
  • Künstliche Neuronale Netze (Selbstorganisierende Merkmalskarten)
  • Heuristische Verfahren

Projekte:

  • Online-Betriebsoptimierung von Energieumwandlungsanlagen mit Hilfe vereinfachter Kennlinien
  • Optimierung des Entwurfs und des stationären Betriebs von Kraftwerken mit mehreren Arbeitspunkten
  • Neuronale Netze zur Betriebsbewertung von Kraftwerken
  • Diagnose von Fehlfunktionen beim Kraftwerksbetrieb
  • Kraftwerkseinsatzoptimierung und Wärmespeicher in Fernwärmenetzen
  • Zeitlich hochaufgelöste, vorausplanende Optimierung von Entwurf und Betrieb solarthermischer Kraftwerke mit Energiespeichern


Ansprechpartner: Wissenschaftliche Mitarbeiter
Andreas Christidis
Max Schmidt

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