Methoden des modellgestützten Energiesystementwurfs

Der optimale Entwurf und Betrieb von Energiesystemen hat eine lange Historie in der Forschung am LTT. In der Lehre war für die neuesten Methoden zur rechnergestützten Auslegung von Energiesystemen jedoch kein Platz in den bisherigen Veranstaltungen wie z.B. Energiesystemtechnik. Daher bieten wir seit dem Sommersemester 2023 eine neue Veranstaltung zum Design von Energiesystemen an. Hier lernen die Studierenden einerseits die Theorie zur Modellierung und der mathematischen Optimierungsmethoden von Energiesystemen. Vor allem setzen sie die neuen Kenntnisse in der praktischen Bearbeitung von kleinen Fallstudien zu sektorgekoppelten Energiesystemen an.

In der englischsprachigen Veranstaltung wird in den Vorlesungen zunächst die Theorie zur Grundlagen der (nicht-)linearen (gemischt-ganzzahligen) mathematischen Optimierung vermittelt. Im Anschluss werden für Energiesystem relevante Themen wie Scheduling, multi-kriterielle Optimierung und Komplexitätsreduktion, Spieltheorie, Unsicherheiten sowie dynamische Optimierung vorgestellt. Wer könnte das besser vermitteln als diejenigen, die sich täglich in ihrer Forschung damit beschäftigen? Daher werden die Vorlesungen jeweils von den wissenschaftlichen Mitarbeitenden gehalten, die sich mit den einzelnen Vorlesungsthemen detailliert in ihrer Forschung auseinander setzen. Kombiniert mit einer überschaubaren Teilnehmendenzahl von ca. 30 Studierenden sowie einer Fallstudien-Bearbeitung in kleinen Projektteams ergibt sich insgesamt ein intensiver Austausch - ein für die RWTH eher unübliches Lehrformat, das von den Studierenden sehr geschätzt wird.

Die Studierenden erarbeiten Lösungen zum optimalen Scheduling von Power-to-Gas Systemen, zu robusten Designs oder zu "tipping points" im Design von industriellen Energiesystemen oder zum nachhaltigen Betrieb der Wasserstoff-Produktion für H2-Tankstellen. Dazu werden die Optimierungsprobleme in der Sprache "Python" modelliert und optimiert, wobei in der Regel das am LTT entwickelte Framework SecMOD verwendet wird.