DEkoS – Design und Optimierung komplexer Systeme

Wie kann Energie zuverlässiger, bezahlbarer und umweltfreundlicher bereit gestellt werden? Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) widmet sich genau dieser Frage in dem Forschungsprojekt: DEkoS – Design und Einsatzoptimierung komplexer Systeme.

Zwei DLR-Institute, das Institut für CO₂-arme Industrieprozesse und das Institut für Solarforschung, arbeiten in diesem Projekt gemeinsam an zukunftsweisenden Lösungen für die industrielle Energieversorgung.

Grüne Industrieprozesse

Ein zentraler Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Entwicklung von digitalen Technologien, die industrielle Prozesse klimafreundlicher machen. Das DLR-Institut für CO₂-arme Industrieprozesse forscht an Hochtemperatur-Wärmepumpen, die industrielle Prozesswärme mithilfe erneuerbarer Energien bereitstellen können. Bei dem DLR-Institut für Solarforschung steht die Nutzung von hybriden Solarkraftwerken im Fokus, die dank einer Kombination aus Solarenergie und anderen Energieträgern Strom auch dann liefern können, wenn die Sonne nicht scheint – eine wichtige Voraussetzung für eine grundlastfähige und stabile Energieversorgung.

Moderne Energietechnik ist jedoch äußerst komplex. Die Anlagen bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten wie Energieerzeugern, Speichern, Wandlern und Verbrauchern, die in unterschiedlichen Kombinationen miteinander vernetzt werden. Diese sogenannten hybriden Systeme müssen sorgfältig geplant und betrieben werden, um Kosten und Emissionen zu minimieren.

Komplexität meistern

Bei der Planung solcher Systeme gilt es, zwei eng miteinander verknüpfte Fragen zu beantworten:

1. Designoptimierung: Welche Komponenten sind erforderlich, und wie ist deren bestmögliche Dimensionierung?

2. Einsatzoptimierung: Wie kann der Anlagenbetrieb anhand der ausgewählten Komponenten bestmöglich gesteuert werden?

Diese beiden Fragestellungen beeinflussen sich gegenseitig: Das ideale Anlagendesign hat stets Einfluss auf die optimale Betriebsweise des Systems, wodurch die ganzheitliche Optimierung besonders komplex wird.

Ein Werkzeug für die Zukunft

Im Projekt DEkoS entwickeln die DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daher ein flexibel einsetzbares Software-Tool, das die Design- und Betriebsoptimierung solcher Energieswandlungssysteme erleichtert.
Mit DEkoS soll:

• ein Software-Tool entwickelt werden, das sowohl die Planung als auch den Betrieb von Energiewandlungssystemen gleichzeitig optimieren kann.
• Modellierungstechnik, um die unterschiedlichen energietechnischen Komponenten realitätsnah abzubilden, weiter entwickelt werden.
• ein Optimierungsalgorithmus, der die komplexen Abhängigkeiten zwischen Design und Betrieb berücksichtigt, erstellt werden.
• nachgewiesen werden, dass das entwickelte Werkzeug flexibel und zuverlässig funktioniert – sowohl in institutseigenen Forschungsprojekten als auch in Zusammenarbeit mit externen Partnern.

Warum DEkoS wichtig ist