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UDE: Neuer Sonderforschungsbereich/Transregio Gaslieferung ohne Umwege

23.10.2014 - (idw) Universität Duisburg-Essen

Hier sind viele Gleichungen im Spiel: Wenn Mathematiker das deutschlandweite Gasnetz simulieren und optimieren, ist umfassendes Fachwissen gefragt. Wie sich die Versorgung verbessern lässt, will die Deutsche Forschungsgemeinschaft ermitteln. An dem neuen Vorhaben mit dem Titel Mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung am Beispiel von Gasnetzwerken sind Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) beteiligt. Es ist ein Transregio-Sonderforschungsbereich, der sich auf mehrere Standorte verteilt; Sprecherhochschule ist die Universität Erlangen-Nürnberg. Ob die Energiewende gelingt, hängt stark von einer zuverlässigen, sicheren, effizienten und finanzierbaren Energieversorgung ab. Gleichzeitig geht es um eine saubere, umweltfreundliche Erzeugung. Hier ist Gas als Energieträger bedeutsam, denn es ist ausreichend vorhanden, schnell verfügbar und speicherbar.

Es geht nicht nur um technische und physikalische Grundregeln des Gasflusses. Mit der Liberalisierung der Energiemärkte liegen Handel und Transport in den Händen unterschiedlicher Unternehmen. Sie tauschen nur begrenzt Informationen aus, müssen aber zusammen marktregulatorische Bedingungen einhalten. Dazu gehört der diskriminierungsfreie Zugang zum Netz: Jeder Kunde kann zunächst Kapazitäten bestellen, um dann Gasmengen zu festen Zeiten an bestimmten Orten in das Netz ein- oder auszuspeisen, erklärt UDE-Mathematiker Prof. Dr. Rüdiger Schultz. Dabei seien kurzfristige Umbuchungen möglich. Der Transporteur prüft, was technisch-physikalisch möglich ist, d.h. ob im Netz noch genügend Platz ist. Ein komplexes Problem, das schnell gelöst werden muss.

Mit der mathematischen Modellierung, Simulation und Optimierung wollen die Wissenschaftler Antworten finden, um hier einen neuen Qualitätsstandard anzubieten. Herausfordernd sei unter anderem, dass man mit unvollständigen Informationen arbeite, sagt Schultz: Der Bedarf ist sehr unterschiedlich, wobei das Netz nicht beliebig starken Schwankungen nachkommen kann. Den Druckabfall durch Reibung des Gases an der Rohrwand kompensieren Verdichter, deren optimale Steuerung wir ebenfalls berücksichtigen müssen. So wird die Frage der technischen Durchleitbarkeit mathematisch äußerst anspruchsvoll.

Soll heute Gas transportiert werden, so erarbeiten hochqualifizierte Ingenieure und Mathematiker durch Simulationsverfahren einen Lösungsvorschlag. Das kann mehrere Stunden bis Tage dauern. Wenn wir dafür Gleichungen und Algorithmen entwickeln, kann man künftig Transportzusagen nach wenigen Minuten treffen. Das spart enorme Kosten.

Hunderttausende Variablen spielen mit dazu reicht es nicht, nur schnelle Rechner zu haben. Es bedarf der Entwicklung von mathematischen Methoden, die in wissenschaftliches Neuland führen, so Schultz, der sich nun in weit verzweigte Pläne mit Einspeisestellen, Hauptleitungen und Abnehmern vertieft. Innerhalb der Mathematik sind die Teilbereiche der Numerik, Analysis und der Optimierung gefragt, und damit die Expertise an der UDE.

Die DFG fördert den Transregio (TRR 154) für dreimal vier Jahre im ersten Zeitraum insgesamt mit 4,7 Millionen Euro. Beteiligt sind neben den Universitäten Erlangen-Nürnberg und Duisburg-Essen die TU Darmstadt, die HU sowie die TU Berlin, das Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB), und das Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS).

Weitere Informationen:
Prof. Dr. rer. nat. Rüdiger Schultz, Tel. 0201/183-6880, ruediger.schultz@uni-due.de
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