MathEnergy: Mathematische Schlüsseltechniken für Energienetze im Wandel

Im Verbundprojekt MathEnergy wollen Wissenschaftler aus vier Universitäten, zwei Fraunhofer-Instituten, der Energiewirtschaft und dem Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg eine Softwarebibliothek erstellen, die das komplette gekoppelte Gas- und Stromnetz Deutschlands in allen Ebenen abzubilden vermag. Die Software soll in der Lage sein, langfristige Entscheidungen zu unterstützen, um Versorgung und Rohstoffzufuhr zu sichern, Netzstabilität zu gewähren oder den Netzausbau lokal voranzutreiben.

Deutschland hat sich ein ehrgeiziges Ziel für das Einsparen von Kohlendioxid gesetzt: Bis 2050 sollen die CO2-Emissionen um 80 bis 95% im Vergleich zu 1990 reduziert werden. Um zukünftig eine nachhaltige und CO2-neutrale Energieversorgung gewährleisten zu können, muss der gesamte Energiekreislauf in Strom-, Gas- und Wärmenetzen betrachtet werden.

Um sowohl die Erfordernisse seitens der Energieträger und der Energiespeicherung als auch die Anforderungen der Netzauslastung und des Netzausbaus ganzheitlich betrachten zu können, wurde das Verbundprojekt MathEnergy, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), ins Leben gerufen. Es vereint Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus vier Universitäten, zwei Fraunhofer-Instituten und einem Max-Planck-Institut sowie Partner und Netzbetreiber aus der Energiewirtschaft.

Ziel von MathEnergy ist es, eine Software bzw. Softwarebibliothek zu erstellen, die es prinzipiell ermöglicht, das komplette gekoppelte Gas- und Stromnetz Deutschlands in allen Ebenen abzubilden. In Zukunft soll mit dieser Software die Steuerung des Gesamtnetzes signifikant verbessert werden können. Die Software soll in der Lage sein, langfristige Entscheidungen zu unterstützen, um Versorgung und Rohstoffzufuhr zu sichern, Netzstabilität zu gewähren oder den Netzausbau lokal voranzutreiben. Es gilt, mit schnellen Simulationen für unterschiedliche Szenarien im täglichen operativen Geschäft unverzügliche und sachliche Entscheidungen treffen zu können.

Dafür müssen mathematische Methoden entwickelt werden, um Gas- und Stromflüsse in großen, komplexen Netzwerken zu berechnen und schließlich simulieren zu können. Die Herausforderung besteht darin, umfassende, hierarchisch aufgebaute Systeme und starke Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Netzen zu erfassen und abzubilden. Aus einem komplexen Modell muss schließlich ein einfacheres, per Algorithmus schnell berechenbares erzeugt werden können.

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