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Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE)

Arbeitsgruppe Netzwerke

Arbeitsgruppe-Netzwerke_Energie4.0_Chart.png (DE)
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Modellbildung und Simulation von Infrastrukturnetzwerken. Schwerpunkte dabei bilden insbesondere Wasser-, Gas-, Strom- und Wärmenetze auf unterschiedlichen Skalen, die von einem Haushalt bis zu überregionalen Verbundnetzen reichen können. Mit Hilfe von auf mathematischer Simulation basierten Computerexperimenten können aktuelle Fragestellungen zur Energieeffizienz und Versorgungssicherheit und somit Beiträge zur Energiewende geliefert werden.

Aktuelle Forschungsthemen

Arbeitsgruppe-Netzwerke_Wasserstoff_Chart.png (DE)
  • Numerische Methoden zur Netzwerksimulation
  • Netzintegration wetterabhängiger Energieerzeuger: Simulation des Systemverhaltens von PV-Diesel-Hybrid-Systemen und PV-Wasserstoff-Systemen
  • Energie- und Wärmekreisläufe Power-to-Gas-to-X
  • Wasserstoff oder Methan, das ist hier die Frage!
  • Sektorkopplung
  • Energie 4.0: Digitalisierung und Energiewende

Methoden, Kompetenzen und Anwendungen

Arbeitsgruppe_Netzwerke_Systemdesign_Workflow.png (DE)

Die Arbeitsgruppe entwickelt seit 2013 eine eigene Modellkette zur Berechnung des Systemverhaltens von Energienetzen unter variabler wetterbedingten Rahmenbedingungen. Dabei liegt der Fokus auf Effekten variabler solarer Energieerzeugugung. Insbesondere wurde ein atmosphärisches Strahlungstransfermodell (libradtran) mit einem PV-Leistungsmodell gekoppelt, das wiederum Input für die Modellierung von Strom- und Wasserstoffnetzen liefert. Es existiert eine Lizenz für INSEL (Integrated Simulation Environment Language, der Firma Doppelintegral GmbH), die es erlaubt Witterungseinflüsse auf kleinere elektrische und thermische Netze mit regenerativen Energieerzeugung zu simulieren.

Arbeitsgruppe-Netzwerke_BigData_Chart_2.png (DE)

In enger Kooperation mit dem Fraunhofer SCAI beschäftigt sich die Arbeitsgruppe weiterhin mit aktuellen Fragestellungen zu Energienetzen und trägt zur Weiterentwicklung des multiphysikalischen Netzsimulators MYNTS des SCAI bei. Mit Hilfe von MYNTS werden Aufgabenstellungen aus den Bereichen Gasnetze, Wärme-/Kältenetze (Wasser), Stromnetze und Sektorkopplung bearbeitet. Das Know-How zur Analyse dieser Netze erstreckt sich von Big-Data-Architekturen, Netzrekonstruktionen bis hin zu Approximationsverfahren.

Arbeitsgruppe_Netzwerke_Diagramm.png (DE)

Die mathematische Modellbildung von Netzkomponenten erfolgt mit Hilfe von partiellen und gewöhnlichen Differentialgleichungen sowie nichtlinearen algebraischen Gleichungen. Diese können durch geeignete Diskretisierungen der Ortsableitungen zu einen großen sog. Differential-Algebraischen Gleichungssystem (DAEs) zusammen gefasst werden. In der Arbeitsgruppe werden effiziente numerische Methoden zur Lösung solcher DAEs entwickelt und in eigener Simulationssoftware zum Einsatz gebracht. Ein Beispiel ist der in MATLAB implementierte Multiphysical Energy System Simulator MEgy. Zusätzlich wird für die Simulationssoftware auch die moderne Programmiersprache Julia eingesetzt.

Ausgewählte Publikationen

2023 | 2022 | 2021 | 2020 | 2018 | 2017 | 2012

2023

Gerd Steinebach: Construction of Rosenbrock–Wanner method Rodas5P and numerical benchmarks within the Julia Differential Equations package.
PDF Download (CC BY 4.0) doi:10.1007/s10543-023-00967-x urn:nbn:de:hbz:1044-opus-67772 BibTeX | RIS

2022

Jan Kleinert, Gerd Steinebach, Dirk Reith, Philipp Spelten, Martin Kliemank, Sandro Elsweijer, Philipp Rosauer, Martin Schenk, Florian Roßbach, Victor Lüddemann, Lea Krühler, Jasmin Breuer: Modellbildung-und-Simulation: Online Lehrbuch.
doi:10.5281/zenodo.7343027 BibTeX | RIS

2021

Gerd Steinebach, David Michael Dreistadt: Water and Hydrogen Flow in Networks: Modelling and Numerical Solution by ROW Methods.
doi:10.1007/978-3-030-76810-2_2 BibTeX | RIS

2020

Gerd Steinebach: Improvement of Rosenbrock-Wanner Method RODASP: Enhanced Coefficient Set and MATLAB Implementation.
doi:10.1007/978-3-030-53905-4_6 BibTeX | RIS

Gerd Steinebach, Oliver Kolb: Hydraulic modeling and energy view.
doi:10.4171/207-1/4 URL BibTeX | RIS

Gerd Steinebach, David Dreistadt, Patrick Hausmann, Tim Jax: Setup of simulation model and calibration.
doi:10.4171/207-1/7 URL BibTeX | RIS

Tim Jax: Network aggregation.
doi:10.4171/207-1/6 URL BibTeX | RIS

Patrick Hausmann: Demand forecast.
doi:10.4171/207-1/3 URL BibTeX | RIS

2018

Tanja Clees, Igor Nikitin, Lialia Nikitina: Making Network Solvers Globally Convergent.
doi:10.1007/978-3-319-69832-8_9 BibTeX | RIS

Tanja Clees, Igor Nikitin, Lialia Nikitina, Lukasz Segiet: Modeling of Gas Compressors and Hierarchical Reduction for Globally Convergent Stationary Network Solvers.
URL BibTeX | RIS

Anton Baldin, Kläre Cassirer, Tanja Clees, Bernhard Klaassen, Igor Nikitin, Lialia Nikitina, Inna Torgovitskaia: Universal Translation Algorithm for Formulation of Transport Network Problems.
doi:10.5220/0006831903150322 BibTeX | RIS

2017

Gerd Steinebach: From River Rhine Alarm Model to Water Supply Network Simulation by the Method of Lines.
doi:10.1007/978-3-319-23413-7_109 BibTeX | RIS

Tim Jax, Gerd Steinebach: Generalized ROW-type methods for solving semi-explicit DAEs of index-1.
doi:10.1016/j.cam.2016.08.024 BibTeX | RIS

2012

Gerd Steinebach, Rüdiger Weiner: Peer methods for the one-dimensional shallow-water equations with CWENO space discretization.
doi:10.1016/j.apnum.2012.06.009 BibTeX | RIS

Gerd Steinebach, Roland Rosen, Annelie Sohr: Modeling and Numerical Simulation of Pipe Flow Problems in Water Supply Systems.
doi:10.1007/978-3-0348-0436-3_1 BibTeX | RIS

Ausgewählte Publikationen

2023 | 2022 | 2021 | 2020 | 2018 | 2017 | 2012

2023

Gerd Steinebach: Construction of Rosenbrock–Wanner method Rodas5P and numerical benchmarks within the Julia Differential Equations package.
PDF Download (CC BY 4.0) doi:10.1007/s10543-023-00967-x urn:nbn:de:hbz:1044-opus-67772 BibTeX | RIS

2022

Jan Kleinert, Gerd Steinebach, Dirk Reith, Philipp Spelten, Martin Kliemank, Sandro Elsweijer, Philipp Rosauer, Martin Schenk, Florian Roßbach, Victor Lüddemann, Lea Krühler, Jasmin Breuer: Modellbildung-und-Simulation: Online Lehrbuch.
doi:10.5281/zenodo.7343027 BibTeX | RIS

2021

Gerd Steinebach, David Michael Dreistadt: Water and Hydrogen Flow in Networks: Modelling and Numerical Solution by ROW Methods.
doi:10.1007/978-3-030-76810-2_2 BibTeX | RIS

2020

Gerd Steinebach: Improvement of Rosenbrock-Wanner Method RODASP: Enhanced Coefficient Set and MATLAB Implementation.
doi:10.1007/978-3-030-53905-4_6 BibTeX | RIS

Gerd Steinebach, Oliver Kolb: Hydraulic modeling and energy view.
doi:10.4171/207-1/4 URL BibTeX | RIS

Gerd Steinebach, David Dreistadt, Patrick Hausmann, Tim Jax: Setup of simulation model and calibration.
doi:10.4171/207-1/7 URL BibTeX | RIS

Tim Jax: Network aggregation.
doi:10.4171/207-1/6 URL BibTeX | RIS

Patrick Hausmann: Demand forecast.
doi:10.4171/207-1/3 URL BibTeX | RIS

2018

Tanja Clees, Igor Nikitin, Lialia Nikitina: Making Network Solvers Globally Convergent.
doi:10.1007/978-3-319-69832-8_9 BibTeX | RIS

Tanja Clees, Igor Nikitin, Lialia Nikitina, Lukasz Segiet: Modeling of Gas Compressors and Hierarchical Reduction for Globally Convergent Stationary Network Solvers.
URL BibTeX | RIS

Anton Baldin, Kläre Cassirer, Tanja Clees, Bernhard Klaassen, Igor Nikitin, Lialia Nikitina, Inna Torgovitskaia: Universal Translation Algorithm for Formulation of Transport Network Problems.
doi:10.5220/0006831903150322 BibTeX | RIS

2017

Gerd Steinebach: From River Rhine Alarm Model to Water Supply Network Simulation by the Method of Lines.
doi:10.1007/978-3-319-23413-7_109 BibTeX | RIS

Tim Jax, Gerd Steinebach: Generalized ROW-type methods for solving semi-explicit DAEs of index-1.
doi:10.1016/j.cam.2016.08.024 BibTeX | RIS

2012

Gerd Steinebach, Rüdiger Weiner: Peer methods for the one-dimensional shallow-water equations with CWENO space discretization.
doi:10.1016/j.apnum.2012.06.009 BibTeX | RIS

Gerd Steinebach, Roland Rosen, Annelie Sohr: Modeling and Numerical Simulation of Pipe Flow Problems in Water Supply Systems.
doi:10.1007/978-3-0348-0436-3_1 BibTeX | RIS

Kontakt

Steinebach-Gerd FBEMT 20150701 StA Foto S.Flessing.jpg (DE)

Gerd Steinebach

Mathematik

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Sankt Augustin

Raum

B 251

Adresse

Grantham-Allee 20

53757 Sankt Augustin

Portraet Tanja Clees EMT 20180201 Foto E. Tritschler (DE)

Tanja Clees

Ingenieurwissenschaften, insbesondere Ingenieurinformatik, Modellbildung und Simulation, Forschungsprofessur, Mitglied des TREE-Direktoriums

Forschungsfelder

Standort

Sankt Augustin

Raum

B 245

Adresse

Grantham-Allee 20

53757 Sankt Augustin

Fraunhofer SCAI

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Sankt Augustin

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Schloss Birlinghoven

53757 Sankt Augustin

Stefanie Meilinger Portrait Nov 23 IZNE

Stefanie Meilinger

Professorin für Nachhaltige Technologien, insb. Energieeffizienz und Erneuerbare Energien, Direktorin des Internationalen Zentrums für Nachhaltige Entwicklung (IZNE) und Mitglied des Instituts für Technik, Ressourcen- und Energieeffizienz (TREE), Mitglied des Promotionskollegs NRW , Studiengangleiterin Nachhaltige Ingenieurwissenschaft (NI) , Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation (IWK)

Forschungsfelder

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Sankt Augustin

Raum

F 321

Adresse

Grantham-Allee 20

53757 Sankt Augustin