Graphentheorie für Nahwärmenetze

Studienarbeit aus dem Jahr 2009 im Fachbereich BWL - Beschaffung, Produktion, Logistik, Note: 1,3, Georg-August-Universität Göttingen, Sprache: Deutsch, Abstract: Im Hinblick auf die entstehenden Probleme der heutigen Energieversorgung werden die Forderungen nach alternativen Versorgungsmöglichkeiten zunehmend stärker. Probleme resultieren zum einen aus stets knapper werdenden Ressourcen - diese werden in absehbarer Zeit erschöpft sein - und zum anderen aus der Freisetzung von CO2-Gasen, die zur Klimaveränderung beitragen. CO2-Gase entstehen durch die Nutzung von fossilen Energieträgern.
Infolgedessen wird für viele Bereiche des täglichen Lebens nach alternativen Lösungen der Energieversorgung geschaut, die vor allem ressourcenschonender und klimaverträglicher als die bisherigen Methoden sind. Ein wichtiges Kriterium hierbei ist, dass die Alternativen preiswert und zuverlässig bleiben.
Insbesondere in den Privathaushalten macht sich die Abhängigkeit von den Energieversorgern durch steigende Energiepreise bemerkbar. Eine denkbare Lösung ist das Konzept des Bioenergiedorfes, das zugleich eine umweltschonende Energieversorgung darstellt.
Bei der zentralen Stromerzeugung in einem Bioenergiedorf entsteht hingegen Wärme. Diese wird über Rohrleitungen in Form von heißem Wasser zu den einzelnen Häusern geleitet um dort wiederum zur Warmwasseraufbereitung und zum Heizen genutzt zu werden. Die Optimierung eines dafür benötigten Rohrleitungsnetzes ist Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit. Hierbei wird das Leitungsnetz anhand der Graphentheorie unter 3.1.1 veranschaulicht. Die Hausanschlüsse und Rohrabschnitte erhalten aufgrund ihrer individuellen Eigenschaften, wie beispielsweise Lage und Entfernung, monetäre Gewichtungsfaktoren. Mit Hilfe ausgewählter Berechnungsverfahren sollen die rentablen Anschlüsse und Netzabschnitte herausgefiltert werden, um so den Kapitalwert des Gesamtkonzeptes zu maximieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein geeignetes Verfahren zur Berechnung eines Netzwerkes zu minimalen Kosten zu finden. Demzufolge wird im 3. Abschnitt auf mögliche Optimierungsverfahren eingegangen. Einleitend werden das Branch-and-Bound-Verfahren, der Kruskal-Algorithmus, Prim-Algorithmus und das Steiner-Baum-Verfahren anhand des Dreyfus-Wagner-Algorithmus allgemein konzeptuell skizziert und anschließend auf die spezielle Problemstellung angewendet. Abschließend erfolgen eine Zusammen-fassung der gewonnenen Erkenntnisse und ein Ausblick auf weitere Aspekte der betrachteten Thematik.