Zwischen Nachfrage und Netzwerkfluss in Versorgungssystemen: Optimieren, beobachten, rekonstruieren
von Dr. Thomas Schillinger (Gewinner des GOR Young Researchers Awards 2026)
Ob Gas, Wärme oder Wasser: In vielen Versorgungsnetzen muss ein Betreiber Energie oder Güter über ein Transportnetz zu verschiedenen Verbrauchern verteilen. Was der Betreiber allerdings nicht weiß, ist, wie groß der tatsächliche Bedarf an den einzelnen Endpunkten ist. Als Anhaltspunkt kann er aber an ausgewählten Stellen die Flüsse im Netzwerk messen. Was lässt sich aus diesen beobachteten Flüssen über die unbekannte Nachfrage lernen?
Unsere Arbeit untersucht diese Fragestellung aus einer inversen Perspektive. Während bei einer klassischen Optimierung der Bedarf bekannt ist und eine optimale Einspeisung gesucht wird, gehen wir noch einen Schritt weiter: Nach Bestimmung eines optimalen Netzwerkeinflusses soll aus den beobachteten Netzwerkflüssen auf den Bedarf geschlossen werden, der diese Flüsse verursacht hat.
Dazu wird die Nachfrage als Mischung verschiedener typischer Profile beschrieben, beispielsweise mit konstantem Verbrauch, Morgen- und Nachmittagsspitzen oder einem charakteristischen Wochenendverlauf. Die Gewichte dieser Profile werden aus historischen Netzwerkdaten rekonstruiert. Dabei wird berücksichtigt, dass die beobachteten Flüsse selbst das Ergebnis einer optimalen Steuerungsentscheidung sind.
Die numerischen Untersuchungen zeigen, dass die Nachfrage unter günstigen Bedingungen sehr genau rekonstruiert werden kann. Gleichzeitig zeigen sie die Grenzen des Ansatzes: Wird die mögliche Einspeisung zu stark beschränkt, können unterschiedliche Nachfragen zu nahezu identischen Flüssen führen. Auch zeitlich eingeschränkte Beobachtungen können entscheidende Informationen über bestimmte Nachfrageprofile verlieren. Ein besseres Verständnis der Nachfrage kann langfristig dazu beitragen, Versorgungsnetze effizienter zu planen und zu steuern. Je genauer Angebot und Nachfrage aufeinander abgestimmt werden können, desto gezielter lassen sich begrenzte Ressourcen einsetzen.
Autor
Dr. Thomas Schillinger, Ph. D.
Chair of Scientific Computing
University of Mannheim
School of Business Informatics and Mathematics
