Robuste Planung der leitungsgebundenen Wärmeversorgung von Städten und Quartieren

Die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung ist eine zentrale Herausforderung der Energiewende. Leitungsgebundene Wärmeversorgungssysteme wie Nah- und Fernwärmenetze bieten ein großes Potenzial zur Integration erneuerbarer Energien und zur Reduktion von Treibhausgasemissionen. Die zunehmende Einbindung von Umweltwärme, industrieller Abwärme, Wärmepumpen und Speichertechnologien stellt jedoch hohe Anforderungen an die Planung und den Betrieb dieser Systeme. Insbesondere schwankende Energiepreise, die variable Verfügbarkeit erneuerbarer Wärmequellen sowie Unsicherheiten hinsichtlich der zukünftigen Wärmenachfrage erschweren langfristige Investitionsentscheidungen und die wirtschaftliche Gestaltung der Wärmeversorgung.

Ziel des Forschungsvorhabens iHeatPlan ist es daher, ein intelligentes Entscheidungsunterstützungssystem zur ganzheitlichen, robusten und zukunftssicheren Planung von Wärmenetzen in Städten und Quartieren zu entwickeln. Im Mittelpunkt steht die integrierte Optimierung des Wärmenetzausbaus, des Erzeugerportfolios sowie des Anlagenbetriebs unter Berücksichtigung technischer, ökologischer und ökonomischer Rahmenbedingungen. Durch die gemeinsame Betrachtung von Investitions- und Betriebskosten sowie relevanten Unsicherheiten sollen wirtschaftliche und resiliente Transformationsstrategien für eine klimaneutrale Wärmeversorgung identifiziert werden.

Hierzu werden mathematische Optimierungsverfahren, physikalische Simulationsmodelle und KI-basierte Ansätze kombiniert. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf den Wechselwirkungen zwischen langfristigen Investitionsentscheidungen und dem operativen Anlagenbetrieb. Die entwickelten Methoden sollen eine integrierte Analyse und Optimierung realer Wärmenetze ermöglichen und werden in einem digitalen Entscheidungsunterstützungssystem zusammengeführt.

Das Entscheidungsunterstützungssystem wird schließlich anhand zweier realer Wärmenetze evaluiert und hinsichtlich der praktischen Anwendbarkeit untersucht. Zur Übertragung der Forschungsergebnisse auf weitere Städte und Quartiere werden eine Blaupause für den praktischen Einsatz sowie ein Demonstrator als Pilotanwendung entwickelt.