Clean Circles – Eisen als Energieträger einer klimaneutralen Kreislaufwirtschaft
Im Projekt Clean Circles wird fächerübergreifend erforscht, wie Eisen zusammen mit seinen Oxiden in einem Kreislauf als kohlenstofffreier chemischer Energieträger genutzt werden kann, um Wind- und Sonnenergie zu speichern und so einen Beitrag zur Energiewende zu leisten.
Gemischt-ganzzahlige nichtlineare Optimierungsverfahren für die Optimierung des Gesamtsystems Clean Circles unter Unsicherheit
Ziel des Teilprojekts ist die effiziente Optimierung eines zu entwickelnden Gesamtmodells des Clean Circles Systems hinsichtlich einer oder mehrerer Zielgrößen. Hierbei liegt der Fokus auf der Optimierung der technischen Komponenten des Systems, welche durch gekoppelte Stoff-, Energie- und Kostenströme modelliert werden. Da die Systemkomponenten im Allgemeinen durch nichtlineare algebraische oder differential-algebraische Gleichungen beschrieben sind und bei der Konfiguration des Gesamtsystems diskrete Entscheidungen zu treffen sind (Kombination verschiedener Technologien, Auswahl von Szenarien etc.), handelt es sich um gemischtganzzahlige nichtlineare Optimierungsprobleme. Sowohl bei der Modellierung des Eisenzyklus als auch bei der Einbeziehung von Marktaspekten müssen Unsicherheiten berücksichtigt werden. Dies erfordert die Entwicklung von Techniken zur robusten nichtlinearen Optimierung. Die Lösungstechniken zur effizienten Optimierung des Gesamtsystems unter Unsicherheit sollen in einem algorithmischen Löser vereint werden.
Kontakt: Elisa Corbean, Stefan Ulbrich
Robuste Optimierung und Bewertung der Energie- und Logistiknetzwerke in Clean Circles
Der Vorteil eines Eisen/Eisenstaubkreislaufs zur CO2-freien Energiespeicherung ist die relativ einfache Lagerung und der kostengünstige Transport im Vergleich zu anderen chemischen Energiespeichern wie beispielsweise Wasserstoff. Dies ermöglicht eine räumliche Trennung von Ein- und Ausspeicherung und die Berücksichtigung internationaler Standorte mit großem Potential für erneuerbare Energiegewinnung zur klimaneutralen Energieversorgung Deutschlands. Um das resultierende Kreislaufkonzept unter verschiedenen Gesichtspunkten bewerten zu können, ist die Entwicklung und Optimierung eines Stoffkreislaufes mit angekoppeltem Energieerzeugungs- und -verbrauchsmodell notwendig. Hierbei tritt durch Abhängigkeiten zwischen Logistik- und Energiekomponenten die Notwendigkeit auf, Löser für die auftretenden nichtlinearen gemischt-ganzzahligen Probleme weiterzuentwickeln, um robuste Entscheidungen zur Technologie-, Standort- und Komponentenauswahl im Energie- und Logistiknetzwerk treffen zu können. Unsicherheiten ökonomischer, prozessspezifischer und politischer Natur sowie multiple (gegenläufige) Bewertungskriterien werden für die Bewertung des Gesamtkonzepts ebenfalls berücksichtigt.
Kontakt: Erik Jansen, Marc Pfetsch