Mit Simulation und Digitalem Zwilling
Wärmenetze zukunftssicher planen und betreiben
Digitale Modelle, KI-Prognosen und Echtzeitdaten sorgen für maximale Effizienz und Versorgungssicherheit
Egal, ob bei Neubau oder im Bestand: Mit Simulation und Digitalem Zwilling der Wärmenetz-Infrastruktur lassen sich von der Konzeptions- und Planungsphase über den Betrieb bis zur Optimierung der Wärmeversorgung fundierte Entscheidungen treffen, Erneuerbare Energien integrieren ohne an Versorgungssicherheit einzubüßen und unnötige Kosten vermeiden. So lässt sich auch in Zukunft eine effiziente und sichere Nahwärme- und Fernwärme-Versorgung darstellen.
Eine SIMULATION des Wärmenetzes ermöglicht weitreichende Einblicke in bestehende und geplante Netze. Durch eine möglichst realitätsnahe Modellierung lassen sich frühzeitig Versorgungsengpässe und schneller Kapazitäten für Netzerweiterungen erkennen. Bei der Integration Erneuerbarer Energien (EE) können deren schwankende Verfügbarkeiten besser berücksichtig werden.
Ein DIGITALER ZWILLING des Wärmenetzes nutzt die Vorteile einer Simulation, geht jedoch noch einen Schritt weiter: Mit ihm wird das Wissen aus der Planungsphase, etwa zu Hydraulik, Topologie und Betriebsstrategien, auch für den laufenden Betrieb nutzbar. Hinzu kommt eine nahtlose Anbindung an KI-basierte Wärmebedarfsprognosen und algorithmischen Optimierungsverfahren.
1. Stufe
Simulation des Wärmenetzes
Für eine Simulation wird das Wärmenetz mit allen technischen Details abgebildet, also Erzeugern, Pumpen, Leitungen, Speichern, Wärmeabnehmern ... . So können für jeden Punkt im Netz Druck- und Temperaturdaten berechnet werden. Kalibriert mit Messdaten lassen sich zudem in einer bestehenden Netzmodellierung kleine und größere Unschärfen korrigieren.
Basierend auf realen Wärmebedarfsdaten oder KI-basierten Prognosen (abhängig von Gebäudetypologie und -bestand des Versorgungsgebiets) werden dann relevante Szenarien (Winter-, Sommer-, Last-, Havarie-, Ausfall- etc.) betrachtet oder ein ganzes Jahr repräsentativ simuliert.
Vorteile der Simulation
für Konzeption & Planung sowie den späteren Netzbetrieb
- Dekarbonisierung des Wärmenetzes: Die Modelle unterstützen bei der Integration verschiedener EE-Erzeugervarianten, helfen deren schwankende Verfügbarkeiten zu berücksichtigen und diese optimal in die Wärmeversorgung einzubinden.
- Resilienz des Wärmenetzes: Mit einer Simulation können frühzeitig mögliche Engstellen, Netzverluste und Störungen wie thermische Stagnation erkannt sowie Ausfallszenarien durchgespielt werden.
- Ausbau des Wärmenetzes: Es lassen sich mithilfe der Modelle verschiedene Ausbaustufen berücksichtigen und so Empfehlungen für Betrieb und Übergangszenarien beim Zusammenschluss mehrerer Wärmenetze zu einem Wärmeverbundnetz erarbeiten.
- Kosteneffizienz des Wärmenetzes: Die Simulation erlaubt es, Investitionsentscheidungen, wie etwa die Leitungsdimensionierung oder Speichergröße, datenbasiert zu optimieren und damit Kosten zu senken.
W wie Wärmeplanung,
Wärmenetz und Wärmeverbund.
Oder wie wirkungsvoll, wirtschaftlich, waghalsig?
Was mit fossilen Energien schon kompliziert war, wird zukünftig deutlich komplexer. Mehr Erzeuger, mehr Speicher, mehr Energiezentralen, mehr Leitungen, mehr Abnehmer, mehr Verantwortung... Kurz: Aus kompliziert wird komplex.
Trotzdem haben Wärmenetze und -verbunde viele Vorteile. Nicht nur im Hinblick auf die Dekarbonisierung und Versorgungssicherheit. Hat man das Ziel Klimatneutraliät bis 2045 fest im Blick, ermöglichen Wärmnetze einen planbaren und stufenweisen Ausbau mit stemmbarer Kostenplanung.
* Knotenscharfe Simulations-ergebnisse für Druck und Temperatur
* Auslegung der Netzpumpen über alle relevanten Betriebspunkte
* Identifizierung von Engstellen, thermischer Stagnation & Netzverlusten
* Berücksichtigung von Ausbaustufen
* Vorschläge zum Speichermanagement
* Druckhaltekonzept
* Havarie-/Ausfallkonzept
* Platzierung zusätzlicher Druckaufnehmer im Netz
* Empfehlung für Betrieb und Übergangszenarien bei Zusammenschluss mehrerer Wärmenetze
* Emittlung der Reservekapazitäten
2. Stufe
Digitaler Zwilling des Wärmenetzes
Der Betrieb eines komplexen Wärmeverbundnetzes mit verschiedenen Energiezentralen und Erzeugern (Solarthermie, BHKW, Wärmepumpe, Geothermie ...) ist mit klassischen Ansätzen kaum effizient steuerbar. Schwankende Verfügbarkeiten, volatile Energiekosten, die Gewährleistung der Versorgungssicherheit unter immer komplexeren Bedingungen und die gesetzlich vorgeschriebene CO₂-Reduktion in der Nah- und Fernwärme erfordern neue, digitale Optimierungs- und Prognoselösungen.
Der Digitale Zwilling wird deshalb zusätzlich mit Echtzeitdaten gefüttert und verbessert so permanent die Abbildung des realen Nah- und Fernwärmenetzes. Der bidirektionale Austausch zwischen Simulation und Netzregelung, der ständige Abgleich von Modell und Messdaten lässt Abweichungen frühzeitig erkennen und ermöglicht eine Regelung des gesamten Wärmenetzes in Echzeit. Zusätzlich ist der Digitale Zwilling nahtlos an KI-basierte Wärmbedarfsprognosen und eine wirtschaftliche Anlagenoptimierung angebunden.
Vorteile des Digitalen Zwillings
für den Netzbetrieb und späteren Netzausbau
Systemvernetzung
Wissen aus der Planung bleibt im Betrieb nutzbar, der Anlagenbetrieb kann dynamisch optimiert werden. Das erleichtert die Integration volatiler Erzeuger und nachträgliche Erweiterungen des Wärmenetzes.
Frühwarnsystem
Durch schnell sichtbare Abweichungen zwischen Modell und Messdaten können Leckagen, Effizienzverluste oder Regelungsprobleme frühzeitig erkannt und behoben werden.
Kundenschnittstelle
Der Digitale Zwilling ermöglicht auch neue attraktive Services für Endkunden - wie beispielweise die transparente Visualisierung der Wärmequelle, CO₂-Bilanz und Versorgungseffizienz.
Live-Optimierung
Strompreisgeführte Erzeuger werden optimiert eingeplant - natürlich immer unter Berücksichtigung von Speicherfüllstand und Restriktionen des Wärmenetzes.
Bei unserem Digitalen Zwilling entsteht kein Bruch mehr zwischen Wärmenetz, Simulation und Optimierung.
Stattdessen findet innerhalb eines Closed Loop ein kontinuierlicher, bidirektionaler Datenaustausch statt.
Gemeinsam machen wir Ihre Wärmeversorgung
fit für die Zukunft
Das haben wir schon mehrfach bewiesen: Dabei begleiten wir von Anfang an und lassen Sie selbst im Betrieb nicht allein. Von der Beratung und Planungsphase mit Simulation bis hin zur Überwachung und Steuerung in Echtzeit, inklusive einer automatisierten Optimierung auf jeder Ebene mit leistungsstarken Ergebnissen.
Beratung
• Bestands- und Potentialanalysen
• Optimierungspotentiale
• Förderprogramme
• Simulation & Digitaler Zwilling
Planung
• Ausführungsplanung nach HOAI
• Hybride Energiezentralen
• Wärmenetz & Wärmeverbundnetz
• E-MSR Auslegung
Konzeption
• Machbarkeitsstudien (BEW)
• Transformationspläne (BEW)
• Energiekonzepte
• Wärmepreiskalkulation
Umsetzung
• E-MSR Technik
• SCADA Systeme
• Wärmeverbundnetzregelung
• KI-Optimierung & Closed-Loop-Prinzip
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HEATEXPO 2023
Lassen Sie uns doch dort persönlich ins Gespräch kommen.
Sie finden uns, zusammen mit unserem Partner Danfoss, auf unserem Stand 4.E38 vom 21. - 23. November in Dortmund.
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Wie können wir unterstützen?
Lassen Sie es uns in einem Gespräch herausfinden. Gemeinsam klären wir, in welchem Umfang wir mit unseren Regelungs- und Optimierungslösungen Ihre Wärmenetze und Wärmeverbundnetze zukunftssicher gestalten.
Vertrauen Sie unserer Expertise: Wärme von der Erzeugung bis zur Optimierung intelligent zu regeln, ist nichts, was wir erst seit Kurzem machen. In unserer Steuerungs-, Regelungs- und Optimierungstechnik stecken Lösungen mit jahrzehntelanger Erfahrung für die Energiewirtschaft.
Wir verstehen nicht nur Energie, wir sind voller Energie.
