Vorhabenbeschreibung für ein Verbundprojekt zur Ausschreibung des BMBF auf dem Gebiet ”Mathematik für Innovationen“ als Beitrag zur Methodenentwicklung im Umgang mit Herausforderungen in Digitalisierung und Nachhaltigkeit
Verbundkoordinator
Prof. Dr. Stefan Volkwein
Universität Konstanz
Fachbereich Mathematik und Statistik
Arbeitsgruppe Numerische Optimierung
78457 Konstanz
Verbundpartner
- Prof. Dr. Nicole Marheineke
Universität Trier
FB IV – Mathematik
Lehrstuhl Modellierung und Numerik
54286 Trier - Dr. Jan Mohring
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM)
Abteilung Transportvorgänge
67663 Kaiserslautern - Dr. Benjamin Unger
Universität Stuttgart
Stuttgart Center for Simulation Science
Unabhängiger Nachwuchsgruppenleiter für Dynamische Systeme
70569 Stuttgart - Prof. Dr. Stefan Volkwein
Universität Konstanz
Fachbereich Mathematik und Statistik
Arbeitsgruppe Numerische Optimierung
78457 Konstanz
Wirtschaftlicher Partner
Rechenzentrum für Versorgungsnetze Wehr GmbH
Dr.-Ing. Piet Hensel, Dr.-Ing. Dirk König
Wiesenstraße 21
40549 Düsseldorf
Kurzbeschreibung
In dem vorliegenden Projekt ElAN soll eine effiziente lokale Abwärmenutzung in Niedertemperatur- Wärmenetzen berechnet werden. Dezentrale Abwärme-Einspeisungen vor Ort (z. B. aus Supermärkten, Rechenzentren oder Gießereien) sollen im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft dazu führen, klimaneutralere Kommunen und Regionen zu ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine modellprädikative Regelung entworfen, die auf digitalem (d.h., auf rechnerischem) Wege unter Verwendung von mathematischen Modellen zu einer Lösungsstrategie kommt, die auf reale Wärmenetze anwendbar ist. Für diesen Lösungsansatz ist es notwendig, neue algorithmische Strategien zu entwickeln, da es sich um eine hochdimensionale Netzoptimierung handelt, bei der geschaltete differential-algebraische Systeme und Beschränkungen für Zustandsgrößen als Nebenbedingungen auftreten. Es werden dazu neue Methoden der Modellreduktion mit effizienten und angepassten Optimierungsverfahren in innovativer Weise kombiniert.
Meetings
- 31. Januar 2023: Virtuelles Projektmeeting
- 14. Februar 2023: Vortrag von Frau Sarah Hauschild zum Thema:
"Numerical Methods for a port-Hamiltonian Model of the Compressible Euler Equations (Teil 1)" - 21. Februar 2023: Vortrag von Frau Sarah Hauschild zum Thema:
"Numerical Methods for a port-Hamiltonian Model of the Compressible Euler Equations (Teil 2)" - 22. März 2023: Vortrag von Herrn Matthias Eimer zum Thema:
"Modeling and Efficient Simulation of District heating Networks" - 25. bis 26. April 2023: Kick-Off Meeting an der Universität Konstanz
- 13. Dezember 2023: Vortrag von Herrn Dr. Benjamin Unger zum Thema "Towards Port-Hamiltonian Systems with Time-Delays"
- 20. bis 21. Februar 2024: Projekttreffen in Stuttgart
- Vortrag von M. Kartmann, J. Rohleff und S.Volkwein zum Projektstand
Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen
- Dr. Matthias Eimer, ITWM Kaiserslautern
- Johanna Heidrich, ITWM Kaiserslautern
- Michael Kartmann, Universität Konstanz
- Dr. Mattia Manucci, Universität Stuttgart
- Andrés Felipe Ortegón Villacorte, Universität Trier
- Jan Rohleff, Universität Konstanz
Publikationen
- Finite-Dimensional RHC Control of Linear Time-Varying Parabolic PDEs: Stability Analysis and Model-Order Reduction
- B. Azmi, J. Rohleff und S. Volkwein
Eingereicht, 2024 - Optimal control of port-Hamiltonian systems with minimal energy supply: a penalty method approach
H. Kühnert
Masterarbeit, Universität Konstanz, 2023 - Optimal control of dynamic district heating networks
C. Jäkle, L. Reichle und S. Volkwein
Eingereicht, 2023 - Model Reduction on Manifolds: A differential geometric framework.
P. Buchfink, S. Glas, B. Haasdonk und B. Unger
Eingereicht, 2023 - Towards a modeling class for port-Hamiltonian systems with time-delay.
T. Breiten, D. Hinsen, und B. Unger
ArXiv e-print 2211.10687, 2022.
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