Modeling multimodal energy systems

Abstract: Information and communication technology (ICT) and the technology of coupling points including power-to-gas (PtG), power-to-heat (PtH) and combined heat and power (CHP) reshape future energy systems fundamentally. To study the resulting multimodal smart energy system, a proposed method is to separate the behavior of the component layer from the control layer. The component layer includes pipelines, power-lines, generators, loads, coupling points and generally all components through which energy flows. In the work at hand, a model is presented to analyze the operational behavior of the component layer. The modeling problem is formulated as state and phase transition functions, which present the external commands and internal dynamics of system. Phase transition functions are approximated by ordinary differential equations, which are solved with integral methods. State transition functions are nonlinear algebraic functions, which are solved numerically and iteratively with a modified Newton–Raphson method. In a proof-of-concept case study, a scenario shows the expected multi-sector effects based on evaluated models.
Fortschritte im Bereich der Information- und Kommunikationstechnologien (IKT) sowie Technologien zur Sektorkopplung wie Power-to-Gas (PtG), Power-to-Heat (PtH) und Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) beeinflussen die Entwicklung zukünftiger Energiesysteme wesentlich. Eine vorgeschlagene Methode zur simulativen Untersuchung der resultierenden multimodalen und intelligenten Energiesysteme ist es, das Verhalten der physikalischen Komponentenebene vom Verhalten der Steuerungsebene zu trennen. Die Komponentenebene umfasst Rohrleitungsnetze, Stromleitungsnetzte, Energieerzeuger, Lasten, Kopplungspunkte und generell alle Komponenten, durch die Energie fließt. In der hier vorgestellten Arbeit wird das gewählte Modell des Betriebsverhaltens der Komponentenebene dargestellt. Die Modellierung ist auf der Basis zweier Übertragungsfunktionen formuliert, die das Verhalten des Systems in Bezug auf externe Einflüsse und interne Dynamiken repräsentieren: 1) State Transition Function und 2) Phase Transition Function. Phase Transition Functions werden mit gewöhnlichen Differentialgleichungen modelliert. State Transition Functions werden mit nichtlinearen algebraischen Gleichungen modelliert, die numerisch und iterativ nach einem modifizierten Newton-Raphson-Verfahren berechnet werden. In einer Machbarkeitsstudie werden mithilfe eines vereinfachten Szenarios multimodale Effekte demonstriert und so die prinzipielle Eignung der Modellierung aufgezeigt.

Object Details

• Alternative title: Modellierung multimodaler Energiesysteme
• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch

References and Relationships

• Bibliographic citation: Modeling multimodal energy systems ; volume:67 ; number:11 ; year:2019 ; pages:893-903 ; extent:11 ; Automatisierungstechnik ; 67, Heft 11 (2019), 893-903 (gesamt 11)

Contributors, Places and Time

• Creator: Shahbakhsh, Arash ; Nieße, Astrid

Further information

• DOI: 10.1515/auto-2019-0063
• URN: urn:nbn:de:101:1-2023050214140964835087
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:54 AM CEST