En-Eff_Netzregelung

Intelligenter Regler

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines intelligenten Reglers, welcher die Vorlauftemperatur der Netzeinspeisung unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten und Alterungseffekten optimiert. Der Regler wird an einem digitalen Zwilling des Münchner Fernwärmenetzes ausgelegt und bewertet. Hierfür werden verschiedene Ansätze zur Regelung wie z.B. neuronale Netze auf Basis von Reinforcement Learning getestet und verglichen.

Digitaler Zwilling

Zu Grunde liegt dem Regler ein digitaler Zwilling, welcher in Echtzeit basierend auf einem thermo-hydraulischen Modell die Netzzustände (Temperatur, Druck, und Massenstrom) simuliert. Während der hydraulisch und thermisch stationäre Modellansatz numerisch-analytisch ist, werden für die dynamisch thermischen Berechnungen zeitlich diskretisierte Differenzialgleichungen verwendet.

Zusätzlich ist die Wärmeverlustberechnung integraler Bestandteil des thermo-hydraulischen Modells um die Temperaturveränderung im Netz zu simulieren.

Daten

Die Entwicklung des digitalen Zwillings benötigt eine große Menge an Daten. Diese dienen zum einen zur Simulation des Betriebs und Abbildung der Netztopologie und zum anderen zur Auslegung und Bewertung des intelligenten Reglers. Hierfür werden Messdaten aus bis zu 5 Betriebsjahren einbezogen. Bisher liegt der Wärmebedarf der Kunden nur als Jahreswert vor, deswegen werden aus historisch aufgezeichneten Betriebsdaten die zeitlichen Verläufe geschätzt.

Wechselwirkungen

Die vom Regler vorgegebene Vorlauftemperatur des Einspeisers breitet sich abhängig von Netztopologie und Massenstrom zeitverzögert im Netz aus. Dies kann einige Stunden dauern. Beim Kunden angekommen sorgt die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und fest geregelter Rücklauftemperatur für eine variable Massenstromabnahme aus dem Vorlauf. Letztlich hängen damit die Massenströme im Netz, von den in der Vergangenheiteingespeisten Vorlauftemperaturen ab.

Alterungsmodell

In München wird vorwiegend das Kunststoffmantelrohr(KMR), welches für Temperaturen von 120 °C ausgelegt ist und aus einer Stahlleitung, Polyurethanschaum-Isolierung und einem Polyethylenmantelbestehen, verbaut. Der Eingriff des Reglers beeinflusst insbesondere Alterungsvorgänge, welche vom Niveau und der Änderung der Vorlauftemperatur bestimmt werden. Nach aktuellem Stand betrifft das die Alterung des Stahls aufgrund von thermischen Wechselbelastungen und des Schaums aufgrund der hohen Betriebstemperaturen. Der Einfluss auf andere Alterungsvorgänge wird vernachlässigt.