Im Hinblick auf die entstehenden Probleme der heutigen Energieversorgung werden die Forderungen nach alternativen Versorgungsmöglichkeiten zunehmend stärker. Probleme resultieren zum einen aus stets knapper werdenden Ressourcen - diese werden in absehbarer Zeit erschöpft sein - und zum anderen aus der Freisetzung von CO2-Gasen, die zur Klimaveränderung beitragen. CO2-Gase entstehen durch die Nutzung von fossilen Energieträgern.
Infolgedessen wird für viele Bereiche des täglichen Lebens nach alternativen Lösungen der Energieversorgung geschaut, die vor allem ressourcenschonender und klimaverträglicher als die bisherigen Methoden sind. Ein wichtiges Kriterium hierbei ist, dass die Alternativen preiswert und zuverlässig bleiben.
Insbesondere in den Privathaushalten macht sich die Abhängigkeit von den Energieversorgern durch steigende Energiepreise bemerkbar. Eine denkbare Lösung ist das Konzept des Bioenergiedorfes, das zugleich eine umweltschonende Energieversorgung darstellt.
Bei der zentralen Stromerzeugung in einem Bioenergiedorf entsteht hingegen Wärme. Diese wird über Rohrleitungen in Form von heißem Wasser zu den einzelnen Häusern geleitet um dort wiederum zur Warmwasseraufbereitung und zum Heizen genutzt zu werden. Die Optimierung eines dafür benötigten Rohrleitungsnetzes ist Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit. Hierbei wird das Leitungsnetz anhand der Graphentheorie unter 3.1.1 veranschaulicht. Die Hausanschlüsse und Rohrabschnitte erhalten aufgrund ihrer individuellen Eigenschaften, wie beispielsweise Lage und Entfernung, monetäre Gewichtungsfaktoren. Mit Hilfe ausgewählter Berechnungsverfahren sollen die rentablen Anschlüsse und Netzabschnitte herausgefiltert werden, um so den Kapitalwert des Gesamtkonzeptes zu maximieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein geeignetes Verfahren zur Berechnung eines Netzwerkes zu minimalen Kosten zu finden. Demzufolge wird im 3. Abschnitt auf mögliche Optimierungsverfahren eingegangen. Einleitend werden das Branch-and-Bound-Verfahren, der Kruskal-Algorithmus, Prim-Algorithmus und das Steiner-Baum-Verfahren anhand des Dreyfus-Wagner-Algorithmus allgemein konzeptuell skizziert und anschließend auf die spezielle Problemstellung angewendet. Abschließend erfolgen eine Zusammen-fassung der gewonnenen Erkenntnisse und ein Ausblick auf weitere Aspekte der betrachteten Thematik.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung.
- Bioenergiedorf - konzeptueller Hintergrund
- Energiegewinnung in einem Bioenergiedorf.
- Begriffsabgrenzung Nahwärme.....
- Beispiel aus der Forschung: Projekte des IZNE ..
- Methodische Grundlagen
- Das Nahwärmenetz in der Graphentheorie.
- Die Struktur von Graphen.......
- Netwerkflussproblem am Beispiel des Bioenergiedorfes
- Netzwerkoptimierung durch Branch-and-Bound...\n
- Ausgewählte Verfahren zur Lösung durch den Minimal-spannenden-Baum
- Der Algorithmus von Kruskal
- Der Algorithmus von Prim.......
- Der Dreyfus-Wagner-Algorithmus zur Lösung durch Steinerbaum.
- Das Nahwärmenetz in der Graphentheorie.
- Zusammenfassung und Ausblick.
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit untersucht die Optimierung eines Rohrleitungsnetzes für die Wärmeversorgung in einem Bioenergiedorf. Dabei wird die Graphentheorie als methodisches Werkzeug eingesetzt, um die Struktur des Netzes zu modellieren und die Kosten für den Bau und Betrieb des Netzes zu minimieren.
- Optimierung von Rohrleitungsnetzen für Bioenergiedörfer.
- Anwendung der Graphentheorie zur Modellierung von Energieversorgungsnetzen.
- Kostenminimierung bei der Planung und Realisierung von Bioenergiedörfern.
- Analyse und Vergleich verschiedener Optimierungsverfahren.
- Entwicklung eines praktikablen Ansatzes für die Planung von nachhaltigen Energieversorgungslösungen.
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die aktuellen Herausforderungen in der Energieversorgung, die zu einer verstärkten Nachfrage nach alternativen Lösungen führen. Es stellt das Bioenergiedorf als ein Konzept für eine umweltschonende Energieversorgung vor und erläutert die Bedeutung der Optimierung des Rohrleitungsnetzes für die Wärmeversorgung.
- Kapitel 2: Bioenergiedorf - konzeptueller Hintergrund. Dieses Kapitel beschreibt die Funktionsweise eines Bioenergiedorfes, die verschiedenen Arten der Energiegewinnung und die Vorteile von Nahwärmenetzen. Es beleuchtet außerdem die Rolle von Forschungsprojekten im Bereich der nachhaltigen Energieversorgung.
- Kapitel 3: Methodische Grundlagen. Dieses Kapitel stellt die wichtigsten Konzepte der Graphentheorie vor, die für die Modellierung und Optimierung von Netzen relevant sind. Es beleuchtet die Anwendung dieser Konzepte auf das Problem der Rohrleitungsnetzplanung für Bioenergiedörfer.
Schlüsselwörter
Bioenergiedorf, Nahwärme, Graphentheorie, Netzwerkoptimierung, Minimal-spannender-Baum, Kruskal-Algorithmus, Prim-Algorithmus, Steiner-Baum-Verfahren, Dreyfus-Wagner-Algorithmus, Energieversorgung, Nachhaltigkeit.
- Citation du texte
- B.Sc. Alice von Berg (Auteur), 2009, Graphentheorie für Nahwärmenetze, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/145607
