Temperaturregelung in Fernwärme- und Kältenetzen der 5. Generation

Um eine energieeffiziente und emissionsfreie Wärme- und Kälteversorgung in urbanen Regionen zu realisieren, sind Fernwärme- und Kältenetze der 5. Generation (5GDHC) eine vielversprechende Technologie. In 5GDHC-Netzen ist die Regelung der Netztemperatur entscheidend, da sie die Effizienz der angeschlossenen Wärmepumpen und Kältemaschinen, die Wärmeverluste (oder -gewinne) des Netzes sowie die Integration von Abwärme oder freier Kühlung beeinflusst. Aufgrund der Vielzahl gegenläufiger Effekte ist die optimale Regelung der Netztemperaturen eine anspruchsvolle Aufgabe. In diesem Beitrag wird ein gemischt-ganzzahliges lineares Programm (MILP) zur kurzfristigen Optimierung der Netzwerktemperatur in 5GDHC-Systemen vorgeschlagen. Das Modell umfasst eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, Kompressionskältemaschine und Wärmespeicher in einer zentralen Erzeugungseinheit sowie Wärmepumpen, Kältemaschinen, Elektrokessel und Wärmespeicher in den angeschlossenen Gebäuden. Darüber hinaus berücksichtigt das Modell die thermische Trägheit der Wassermasse im Netz, die als zusätzlicher thermischer Speicher fungiert. Das Optimierungsmodell ist echtzeitfähig und für den Einsatz in einer modellprädiktiven Regelung ausgelegt. In einer Fallstudie führt der Optimierungsansatz in zwei von drei untersuchten Monaten zu Kosteneinsparungen (von 10 % bzw. 60 %) gegenüber einer Referenzbetriebsstrategie (Free Floating Network Temperature).