Institute of Technology, Resource and Energy-efficient Engineering (TREE)
Arbeitsgruppe Netzwerke
Aktuelle Forschungsthemen
- 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
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.
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.
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.
Kooperationspartner
Ausgewählte Publikationen
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
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
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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
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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
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2020
Gerd Steinebach:
Improvement of Rosenbrock-Wanner Method RODASP: Enhanced Coefficient Set and MATLAB Implementation.
doi:10.1007/978-3-030-53905-4_6
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Gerd Steinebach, Oliver Kolb:
Hydraulic modeling and energy view.
doi:10.4171/207-1/4 URL
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Gerd Steinebach, David Dreistadt, Patrick Hausmann, Tim Jax:
Setup of simulation model and calibration.
doi:10.4171/207-1/7 URL
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Tim Jax:
Network aggregation.
doi:10.4171/207-1/6 URL
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Patrick Hausmann:
Demand forecast.
doi:10.4171/207-1/3 URL
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2018
Tanja Clees, Igor Nikitin, Lialia Nikitina:
Making Network Solvers Globally Convergent.
doi:10.1007/978-3-319-69832-8_9
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Tanja Clees, Igor Nikitin, Lialia Nikitina, Lukasz Segiet:
Modeling of Gas Compressors and Hierarchical Reduction for Globally Convergent Stationary Network Solvers.
URL
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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
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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
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Tim Jax, Gerd Steinebach:
Generalized ROW-type methods for solving semi-explicit DAEs of index-1.
doi:10.1016/j.cam.2016.08.024
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Peer methods for the one-dimensional shallow-water equations with CWENO space discretization.
doi:10.1016/j.apnum.2012.06.009
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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
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Kontakt
Location
Sankt Augustin
Room
B 251
Address
Grantham-Allee 20
53757 Sankt Augustin
Telephone
+49 2241 865 330
Tanja Clees
Engineering, particularly Informatics for Engineers, Modeling and Simulation, TREE - Member of Executive Board, Research Professorship
Research fields
Location
Sankt Augustin
Room
B 245
Address
Grantham-Allee 20
53757 Sankt Augustin
Telephone
+49 (2241) 865-9854Fraunhofer SCAI
Location
Sankt Augustin
Address
Schloss Birlinghoven
53757 Sankt Augustin
Telephone
+49 (2241) 14-4074
Stefanie Meilinger
Professor for Sustainable Technologies, esp. Energy Efficiency and Renewable Energies, Director of the International Centre for Sustainable Development (IZNE), Department Engineering and Communication (IWK)
Research fields
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Sankt Augustin
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G 037
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Grantham-Allee 20
53757 Sankt Augustin
Telephone
+49 2241 865 718