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Hensel, Piet: Optimierung des Ausbaus von Nah- und Fernwärmenetzen unter Berücksichtigung eines bestehenden Gasnetzes. 2013
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1 Einführung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Ziele der Arbeit
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Der Wärmemarkt
2.1 Struktur des Wärmemarktes
2.2 Entwicklung des Wärmebedarfs
2.3 Zeitlicher Verlauf des Wärmebedarfs
2.4 Energiepreise
3 Gas- und Wärmeversorgung
3.1 Zentrale Wärmeerzeugung
3.1.1 Konventionell
3.1.2 Kraft-Wärme-Kopplung
3.1.3 Betriebsweise von KWK-Anlagen
3.2 Energietransport
3.2.1 Wärmenetze
3.2.2 Gasversorgungsnetze
3.2.3 Erneuerung von Rohrnetzen
3.3 Dezentrale Wärmeerzeugung und Haustechnik
3.3.1 Erdgaskessel
3.3.2 Ölkessel
3.3.3 Holzpellet-Heizungen
3.3.4 Wärmepumpen
3.3.5 Mikro- und Mini-KWK
3.3.6 Fernwärme
3.4 Berechnung der \co -Emissionen
4 Planungs- und Optimierungsaufgabe
4.1 Planungsebenen
4.2 Planungsaufgabe
4.2.1 Ermittlung des Absatzpotentials
4.2.2 Trassierung
4.2.3 Technische Auslegung von Fernwärmenetzen
4.2.4 Wirtschaftlichkeitsbewertung
4.3 Optimierungsaufgabe
4.3.1 Optimierungsziel
4.3.2 Nebenbedingungen
4.3.3 Konkurrenz zwischen Gas- und Fernwärme
5 Theoretische Grundlagen
5.1 Notation und Symbolik
5.2 Formale Beschreibung der Optimierungsaufgabe
5.3 Steiner-Graph-Probleme
5.3.1 Das Steiner-Baum-Problem
5.3.2 Das Steiner-Baum-Problem in gerichteten Graphen
5.3.3 Das Knoten-Gewichtete Steiner-Baum Problem
5.3.4 Das allgemeine Steiner-Problem in Graphen
5.3.5 Das Mehrperiodige Steiner-Graph Problem
5.4 Das Kapazitätsbeschränkte Netzwerkentwurfsproblem
5.5 Lösungsverfahren
5.5.1 Mathematische Optimierung
5.5.2 Approximationsalgorithmen
5.5.3 Heuristiken
6 Stand der Technik
6.1 Steiner-Graph Probleme
6.1.1 Approximationsalgorithmen
6.1.2 Heuristiken
6.1.3 Mathematische Optimierung
6.1.4 Preprocessing
6.2 Das Kapazitätsbeschränkte Netzwerkerweiterungsproblem
6.3 Praktische Optimierungsansätze im Fernwärmeausbau
6.4 Handlungsbedarf
7 Optimierungsmodell
7.1 Modellübersicht
7.2 Modellkomponenten
7.2.1 Fernwärmetrassen
7.2.2 Heizkraftwerke
7.2.3 Gasleitungen
7.2.4 Modellierung als Netzwerk
7.3 Symbole und Definitionen
7.3.1 Mengen und Indizes
7.3.2 Entscheidungsvariablen
7.3.3 Parameter
7.3.4 Definitionen
7.4 Modellformulierungen
7.4.1 Vereinfachtes Modell
7.4.2 Vollständiges Modell
8 Numerische Ergebnisse
8.1 Implementierung
8.1.1 Flussformulierung
8.1.2 \bcsubtour
8.1.3 \bcconnect
8.1.4 Preprocessing
8.2 Modellinstanzen
8.2.1 Benchmark Bibliotheken
8.2.2 Generierte Fernwärmenetze
8.2.3 Reale Netze
8.3 Strukturelle Eigenschaften der Modellinstanzen
8.4 Berechnungsergebnisse
8.4.1 Annahmen
8.4.2 Benchmark Bibliotheken
8.4.3 Generierte Fernwärmenetze
8.4.4 Reale Netze
8.5 Verbesserungsansätze
8.5.1 Mehrperiodigkeit
8.5.2 Zyklengenerierung \bcsubtour
8.5.3 Cut-Generierung \bcconnect
8.6 Bewertung
9 Fallstudie
9.1 Ausgangssituation und Aufgabenstellung
9.2 Datengrundlagen
9.3 Untersuchungsgebiet
9.4 Rahmenbedingungen
9.4.1 Kosten- und Erlösdaten
9.4.2 Anschlussgrad
9.4.3 Budget und Ausbauperioden
9.5 Szenarien
9.6 Wirtschaftlichkeitsbewertung
9.7 Optimierung des Netzausbaus
9.7.1 Netzmodell
9.7.2 Erneuerungsbedarf Gas
9.7.3 Optimierungsergebnis
9.8 \co -Bewertung
9.9 Bewertung der Ergebnisse
10 Zusammenfassung und Ausblick
Literaturverzeichnis
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