Decision support for the synthesis of energy systems by analysis of the near-optimal solution space

Der Entwurf von Energiesystemen ist eine komplexe Aufgabe mit unüberschaubar vielen Entschiedungsoptionen. Um Entscheidungsträger bei dieser Aufgabe zu unterstützen, wird oft mathematische Optimierung eingesetzt. Bevor der Entscheidungsträger jedoch eine begründete Entscheidung treffen kann, müssen mehrere Entwurfsalternativen mit ihren Vor- und Nachteilen bekannt sein. Daher sollte mathematische Optimierung eingesetzt werden, um mehrere gute Lösungen zu erzeugen, beispielweise durch eine Untersuchung des nahoptimalen Lösungsraums. In dieser Arbeit wird ein Entscheidungsunterstützungssystem basierend auf einer Analyse des nahoptimalen Lösungsraums vorgestellt. Der nahoptimale Lösungsraum kann in den Zielruam und den Entwurfsraum unterteilt werden. Der nahoptimale Zielraum wird durch eine mehrkriterielle Optimierungsmethode aufgespannt, die effizient diejenigen Lösungen bestimmt, die am besten die Zielkonflikte aufdecken. Um den Entwurfsraumaufzuspannen und alle möglichen nahoptimalen Entwurfsentscheidungen zu identifizieren, wird eine neue Methode vorgestellt. In der Methode werden agregierte Entwurfsvariablen minimiert und maximiert. Das Entscheidungsunterstützungssystem ermöglicht eine ganzheitliche Analyse des nahoptimalen Lösungsraums, indem alle Lösungen des nahoptimalen Ziel- und Entwurfsraums kombiniert werden. Alle erzeugten Lösungen werden systematisch analysiert, um nahoptimale Optionen im Emwurfsraum und im Zielraum offenzulegen. Darüber hinaus werden Abhängigkeiten zwischen Entscheidungen im Ziel- und Entwurfsraum bestimmt. Basierend auf den Ergebnissen der Analyse kann der Entscheidungsträger Präferenzen ableiten und in einer interaktiven Rückkopplungsschleife in das Optimierungsproblem integrieren, um die finale Entwurfsentscheidung zu unterstützen. Das Entscheidungsunterstützungssystem wird auf zwei Fallstudien angewendet. Die erste Fallstudie umfasst den Entwurf des Energieversorgungssystem eines industriellen Standorts. in der zweiten Fallstudie wird eine städtisches Wärmeversorgungssystems saniert, wobei auch die Isolierung von Häusern betrachtet wird. Für beide Fallstudien werden nahoptimale Entwurfsoptionen mit den jeweiligen Kosten, Emissionen und Wechselwirkungen identifiziert. Durch diese Informationen ist es möglich, eine gut informierte Entscheidung für einen Entwurf eines Energiesystems zu treffen.