Reliable and robust optimal design of sustainable energy systems

• Zuverlässige und robuste optimale Auslegung von nachhaltigen Energiesystemen

Hollermann, Dinah Elena; Bardow, André (Thesis advisor); Hagenmeyer, Veith (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Wissenschaftsverlag Mainz GmbH (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur technischen Thermodynamik 26
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (XX, 187 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Die Auslegung von Energiesystemen ist eine komplexe Aufgabe, da viele Faktoren den Entscheidungsprozess beeinflussen. Mathematische Optimierung ist ein hervorragender Ansatz, um diese komplexe Aufgabe zu lösen und ein optimales Energiesystem zu identifizieren. Die Optimierung von Energiesystemen ist jedoch intrinsisch unsicher, da sowohl die Verfügbarkeit der Energieversorgungsanlagen als auch Optimierungsparameter, wie beispielsweise Energiebedarfe, unsicher sind. Die Vernachlässigung von Unsicherheiten kann zu einem Defizit in der Energieversorgung führen, das zu unerwartet hohen Kosten und Umweltschäden führen kann. Aus diesem Grund präsentiert diese Dissertation Methoden, die Unsicherheiten bereits während der Optimierung berücksichtigen. Neben Unsicherheiten ist Nachhaltigkeit ein wichtiges Thema in der Energiesystemoptimierung. Nachhaltigkeit umfasst dabei die Aspekte Ökonomie, Ökologie und Soziales. Die Anwendung von multikriterieller Optimierung ist daher hervorragend geeignet, um die Aspekte der Nachhaltigkeit zu berücksichtigen. Multikriterielle Optimierung führt jedoch in der Regel zu einer Vielzahl von Designvarianten, von denen jedoch ein einziges Design ausgewählt werden muss. Die vorliegende Arbeit stellt eine Methode zur Auswahl des besten zuverlässigen und robusten Designs von nachhaltigen Energiesystemen vor. Die Methode berücksichtigt sowohl Unsicherheiten in der Verfügbarkeit der Energieversorgungsanlagen als auch in den Eingangsparametern der Optimierung. Daher ist das resultierende System sowohl zuverlässig als auch robust und stellt somit eine ausreichende Energieversorgung sicher. Aspekte der Nachhaltigkeit werden durch die Anwendung multikriterieller Optimierung berücksichtigt. Zur Entscheidungsunterstützung wählt die Methode automatisch ein einziges Design aus. Das ausgewählte Design ist äußerst flexibel, sodass sich der Betrieb bezüglich der betrachteten Kriterien anpassen lässt. Die vorgestellte Methode wird auf eine reale Fallstudie angewandt, in der das Design eines dezentralen Energieversorgungssystems bezüglich der jährlichen Gesamtkosten sowie der Treibhausgas-Emissionen optimiert wird. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Zuverlässigkeit als auch Robustheit schon mit geringen Mehrkosten erzielt werden können. Die Methode wählt ein Design mit höherer Flexibilität im Betrieb aus als vergleichbare Designs bieten, die durch die alleinige Anwendung von multikriterieller Optimierung gefunden werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgestellte Methode ein praxistauglicher Ansatz ist, um ein höchst flexibles nachhaltiges Systemdesign auszuwählen, das gleichzeitig zuverlässig und robust ist.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Institut für Thermodynamik [412110]