Masterarbeit Tobias Beckhölter

 

Entwicklung eines Prototyps zur modellbasierten prädiktiven Regelung von Fernwärmenetzen

Vorlauftemperatur Urheberrecht: EBC Vorlauftemperatur für MPC und Referenz

Im Zuge einer nachhaltigen Energieversorgung von Gebäuden werden immer häufiger größere Liegenschaften oder ganze Stadtquartiere betrachtet, die über ein Fernwärmenetz verfügen. Um zukünftigen Anforderungen immer größerer Effizienz gerecht zu werden, bedarf es neuer Regelungsalgorithmen, die unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten und Pumpleistung einen idealen Betrieb von Wärmenetzen gewährleisten.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Prototyps, welcher auf dem Ansatz der modellbasierten prädiktiven Regelung (MPC) beruht. Auf der Grundlage von bestehenden und zum Teil erweiterten Gebäude- und Netzmodellen entsteht ein dynamisches Simulationsmodell in der Programmiersprache Modelica, welches die Open-Source Modelica-Bibliothek AixLib verwendet. Eine Optimierung der Betriebsparameter des Netzes durch einen genetischen Algorithmus bestimmt die Regelgrößen für eine maximale Effizienz des Versorgungssystems hinsichtlich des Primärenergiebedarfs und der Kosten. So entsteht eine modellgestützte Prädiktivregelung, welche anhand eines Use-Case, basierend auf Daten eines kleinen Nahwärmenetzes in Ergolding in Bayern, getestet wird. Unter der Verwendung der pythonbasierten Plattform JModelica wurde zudem die Eignung der verwendeten Modelle zur numerischen Optimierung untersucht.