01/2024 - 12/2026
Im Projekt BeStWärmKI übernimmt heatbeat die zentrale Rolle, das reale Wärmenetz mittels eines hochauflösenden digitalen Zwillings präzise abzubilden und sowohl dynamische als auch echtzeitfähige Simulationen für die KI‑basierte Betriebsoptimierung bereitzustellen.
Das Forschungsprojekt BeStWärmKI entwickelt innovative Methoden zur Daten- und KI gestützten Betriebssteuerung von Wärmenetzen. Ziel ist es, Planungs- und Betriebsprozesse durch eine Kombination aus physikalischer Simulation, Prognoseverfahren und mathematischer Optimierung grundlegend zu verbessern. Die angestrebte Lösung soll einen vorausschauenden, effizienten und robusten Netzbetrieb ermöglichen und damit einen wesentlichen Beitrag zur Transformation der Wärmeinfrastruktur leisten.
Die Wärmewende erfordert eine grundlegende Weiterentwicklung bestehender Netze – von statischen Planungsansätzen hin zu dynamischen, echtzeitfähigen Steuermechanismen. Wärmenetze stehen dabei vor der Herausforderung, Lastschwankungen, Temperaturanforderungen und erneuerbare Einspeiser intelligent miteinander zu verknüpfen.
BeStWärmKI adressiert genau diesen Bedarf: Durch die enge Verzahnung von Prognose, Simulation und Optimierung entsteht ein digitaler Gesamtprozess, der sowohl strategische Entscheidungen als auch den späteren Echtzeitbetrieb unterstützt. Der Pilotbetrieb im Wärmenetz der Stadtwerke Wunsiedel bildet den realen Anwendungsrahmen, in dem die entwickelten Methoden getestet und weiter verfeinert werden.
heatbeat übernimmt im Projekt die zentrale Aufgabe, das reale Wärmenetz detailliert und physikalisch korrekt im heatbeat Digital Twin abzubilden. Der digitale Zwilling umfasst sämtliche relevanten Netzkomponenten – von Erzeugern und Übergabestationen über die hydraulische Struktur bis hin zu Gebäudelasten. Durch die Integration jährlicher Verbrauchsdaten wird die Modellierung kontinuierlich aktualisiert und bildet das reale Netzverhalten mit hoher Genauigkeit ab.
Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Bereitstellung zweier komplementärer Simulationsansätze:
Hochdetaillierte dynamische Modelle (basierend auf Modelica/Dymola), die besonders für komplexe und zeitvariable Betriebszustände geeignet sind,
eine schnelle thermo-hydraulische Simulation, die speziell für die Anforderungen des geplanten Echtzeitbetriebs entwickelt wurde und rasche Szenarienvergleiche ermöglicht.
Diese Kombination aus Präzision und Rechenperformance ist essenziell, um die Ergebnisse der mathematischen Optimierungsmodelle abzusichern, zu validieren und iterativ zu verbessern. Ein besonderes Augenmerk liegt zudem auf der Vorlauftemperaturoptimierung, die heatbeat simulativ begleitet und als robuste Fallback Strategie im Pilotbetrieb dienen wird.
Darüber hinaus entwickelt heatbeat gemeinsam mit den Projektpartnern eine API-basierte Infrastruktur, die den standardisierten Austausch von Prognosedaten, Simulationsparametern und Optimierungsergebnissen ermöglicht. Durch diese technische Verzahnung wird ein durchgängiger, KI gestützter Steuerungsprozess realisierbar – von der Datenerfassung bis zum finalen Steuersignal ins reale Netz.
Neben der operativen Projektarbeit dient BeStWärmKI auch der Weiterentwicklung der Modellierungs- und Simulationsmethoden von heatbeat. Dazu gehören effizientere numerische Ansätze, verbesserte Variantenvergleiche sowie eine vereinfachte Ableitung betriebsrelevanter Kennzahlen.
Die im Projekt geschaffenen Modelle und Prozesse bilden ein robustes Fundament für zukünftige Anwendungen: Sie lassen sich auf weitere Wärmenetze übertragen, unterstützen digitale Transformationsprozesse und ermöglichen langfristig einen skalierbaren, KI-gestützten Netzbetrieb.
