Aktuelle Forschungsprojekte
Sie finden hier aktuelle Projekte, die die Forschungsarbeit des Instituts repräsentieren.
LoCA - Loop Circle Arc Theory
Kurzbeschreibung (Deutsch)
Die gewachsenen Systeme der Strom-, Gas- und Wärmeversorgung haben sich über 100
Jahre entwickelt. Sie waren konzipiert um Energie von großen, zentralen Kraftwerken an
verteilte Verbraucher zu übertragen. Um auch zukünftig eine steigende Anzahl von fluktuierend
einspeisenden und auf erneuerbaren Energieträger basierenden Anlagen in die bestehenden
Energiesysteme integrieren zu können, müssen die Energiesysteme nicht nur verstärkt,
sondern grundsätzlich transformiert werden. Es besteht die Gefahr, dass ein stetiges
Anpassen des Energiesystems nur ein symptomatisches Behandlen von Schwachstellen zur
Folge hat. Um die notwendige weitreichende Transformation umzusetzen, muss zuvor ein
Ziel gesetzt werden. Die neue Loop-Circle-Arc-Theorie (LoCA) bietet eine Methode, um zukünftige
Energiesystem zu entwerfen und zu bewerten. Diese können dann als Transformationsziel
dienen.
Die LoCA-Theorie kombiniert zellularen Aufbau, fraktale Organisation und schließt die Bewertung
aller Energieträger ein. Durch den gewählten zellularen Aufbau werden aus energetischen
Bilanzkreisen selbstorganisierende und selbstoptimierende Energiezellen gebildet,
die alle identisch strukturiert sind. Die hierdurch entstehende fraktale Organisation beschreibt
die Selbstähnlichkeit zwischen dem Ganzen und seinen einzelnen Teilen. Durch
eine gemeinsame Betrachtung und Bewirtschaftung aller Energieträger ergänzen diese sich
gegenseitig und nutzen Synergieeffekte.
Zentrales Element der LoCa-Theory ist die Energiezelle, im folgende einfach nur als Zelle
bezeichnet. Dies besteht aus dem Verbindungseinheit (Port), einer Quelle (Source), einem
Speicher (Storage), einem Konverter (Converter) und einem Verbraucher (Sink). Die Zelle
selbst besitzt eine „Intelligenz“ die Methoden zur Selbstastorganisation bereitstellt und den
Betrieb innerhalb der Zelle managet.
Im Mittelpunkt des Projektes steht die Entwicklung der dazugehörigen Theorie. Um die Ergebnisse
zu überprüfen, wird die Theorie in ein mathematisches Modell übersetzt und in
einer Simulationsumgebung implementiert. Die vorgesehenen Untersuchungen beginnen
mit kleinen übersichtlich strukturierten Energiesystemen um die Implantierung zu überprüfen.
Am Ende sollen große und komplexe Energiesysteme berechnet werden, um die Leistungsfähigkeit
der Methode zu demonstrieren. Die gesammelten Erfahrungen fließen zurück
und verfeinern die Theorie.
Die LoCA-Theorie bietet eine Methode, um Konzepte für Energiesysteme zu entwickeln und
zu bewerten, sowie ein Werkzeug um mit Simulation unterschiedliche Konfigurationen zu
untersuchen.
Jahre entwickelt. Sie waren konzipiert um Energie von großen, zentralen Kraftwerken an
verteilte Verbraucher zu übertragen. Um auch zukünftig eine steigende Anzahl von fluktuierend
einspeisenden und auf erneuerbaren Energieträger basierenden Anlagen in die bestehenden
Energiesysteme integrieren zu können, müssen die Energiesysteme nicht nur verstärkt,
sondern grundsätzlich transformiert werden. Es besteht die Gefahr, dass ein stetiges
Anpassen des Energiesystems nur ein symptomatisches Behandlen von Schwachstellen zur
Folge hat. Um die notwendige weitreichende Transformation umzusetzen, muss zuvor ein
Ziel gesetzt werden. Die neue Loop-Circle-Arc-Theorie (LoCA) bietet eine Methode, um zukünftige
Energiesystem zu entwerfen und zu bewerten. Diese können dann als Transformationsziel
dienen.
Die LoCA-Theorie kombiniert zellularen Aufbau, fraktale Organisation und schließt die Bewertung
aller Energieträger ein. Durch den gewählten zellularen Aufbau werden aus energetischen
Bilanzkreisen selbstorganisierende und selbstoptimierende Energiezellen gebildet,
die alle identisch strukturiert sind. Die hierdurch entstehende fraktale Organisation beschreibt
die Selbstähnlichkeit zwischen dem Ganzen und seinen einzelnen Teilen. Durch
eine gemeinsame Betrachtung und Bewirtschaftung aller Energieträger ergänzen diese sich
gegenseitig und nutzen Synergieeffekte.
Zentrales Element der LoCa-Theory ist die Energiezelle, im folgende einfach nur als Zelle
bezeichnet. Dies besteht aus dem Verbindungseinheit (Port), einer Quelle (Source), einem
Speicher (Storage), einem Konverter (Converter) und einem Verbraucher (Sink). Die Zelle
selbst besitzt eine „Intelligenz“ die Methoden zur Selbstastorganisation bereitstellt und den
Betrieb innerhalb der Zelle managet.
Im Mittelpunkt des Projektes steht die Entwicklung der dazugehörigen Theorie. Um die Ergebnisse
zu überprüfen, wird die Theorie in ein mathematisches Modell übersetzt und in
einer Simulationsumgebung implementiert. Die vorgesehenen Untersuchungen beginnen
mit kleinen übersichtlich strukturierten Energiesystemen um die Implantierung zu überprüfen.
Am Ende sollen große und komplexe Energiesysteme berechnet werden, um die Leistungsfähigkeit
der Methode zu demonstrieren. Die gesammelten Erfahrungen fließen zurück
und verfeinern die Theorie.
Die LoCA-Theorie bietet eine Methode, um Konzepte für Energiesysteme zu entwickeln und
zu bewerten, sowie ein Werkzeug um mit Simulation unterschiedliche Konfigurationen zu
untersuchen.
Kurzbeschreibung (Englisch)
The present use of renewable energy sources (RES) will increase strongly in the future. The
actual systems of electricity, gas and heat supply have grown over the last 100 years and it
was designed to transmit the energy from large, central power plants to distributed consumers.
To handle a large number of fluctuating feed-in by RES it must not only be reinforced
but transformed fundamentally. A constantly recurring adjustment is only a symptomatic
patching of vulnerabilities. To ensure a proper transformation, a referring target must
be set. The new Loop-Circle-Arc-theory (LoCA) finally offers a method to design and evaluate
this transformation target.
The LoCA-theory combines cellular design, fractal organization and joint energy carriers. The
cellular design understands energetic balance groups as self-organizing and self-optimizing
energy cells. The fractal organization describes the self-similarity between the whole and its
individual parts. Energy carriers are not further considered and traded separately, but they
rather complement each other. The joint of electricity, gas and heat increases synergy effects.
The central element in the LoCA-theory, which is used again and again, is the energy cell,
which is called Cell from this point onwards. Each Cell has exactly one Port, one Source, one
Storage, one Converter and one Sink. The Cell provides algorithms for self-management and
operation optimization
The focus of the project is the formulation of this theory and the development of a suitable
tool, as basis to design and evaluate concepts of future energy system. Within the project
the theory is translated into a mathematical model, which is the basic for a first exemplary
implantation of the LoCaLoCA-theory in a software tool. The following simulation starts with
small clearly arranged energy systems to test and review the implementation. At the end,
bigger and complex energy systems will be simulated to demonstrate the ability of this
method. The knowledge gained feed back and refine the theory.
The final LoCA theory offers a method to develop and evaluate innovative energy systems
and a tool for simulating different configurations.
actual systems of electricity, gas and heat supply have grown over the last 100 years and it
was designed to transmit the energy from large, central power plants to distributed consumers.
To handle a large number of fluctuating feed-in by RES it must not only be reinforced
but transformed fundamentally. A constantly recurring adjustment is only a symptomatic
patching of vulnerabilities. To ensure a proper transformation, a referring target must
be set. The new Loop-Circle-Arc-theory (LoCA) finally offers a method to design and evaluate
this transformation target.
The LoCA-theory combines cellular design, fractal organization and joint energy carriers. The
cellular design understands energetic balance groups as self-organizing and self-optimizing
energy cells. The fractal organization describes the self-similarity between the whole and its
individual parts. Energy carriers are not further considered and traded separately, but they
rather complement each other. The joint of electricity, gas and heat increases synergy effects.
The central element in the LoCA-theory, which is used again and again, is the energy cell,
which is called Cell from this point onwards. Each Cell has exactly one Port, one Source, one
Storage, one Converter and one Sink. The Cell provides algorithms for self-management and
operation optimization
The focus of the project is the formulation of this theory and the development of a suitable
tool, as basis to design and evaluate concepts of future energy system. Within the project
the theory is translated into a mathematical model, which is the basic for a first exemplary
implantation of the LoCaLoCA-theory in a software tool. The following simulation starts with
small clearly arranged energy systems to test and review the implementation. At the end,
bigger and complex energy systems will be simulated to demonstrate the ability of this
method. The knowledge gained feed back and refine the theory.
The final LoCA theory offers a method to develop and evaluate innovative energy systems
and a tool for simulating different configurations.
Zeitraum
01.08.2017 - 31.07.2020
Art der Finanzierung
Drittmittel
Projektleiter
- Herr Prof. Dr.-Ing. Peter Schegner
Projektmitarbeiter
- Herr Dr. Ing. Fabian Ossevorth
Finanzierungseinrichtungen
- DFG- Deutsche Forschungsgemeinschaft
Kooperationspartnerschaft
keine
Website zum Projekt
Zugeordnete Profillinie
Energie, Mobilität und Umwelt
Relevant für den Umweltschutz
Ja
Relevant für Multimedia
Nein
Relevant für den Technologietransfer
Nein
Schlagwörter
Loop Circle Arc Theory
Berichtsjahr
2020