Nepomucenum
Städtisches Ganztagsgymnasium
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MINT: Mats Volmer bei der Modellierungswoche 2016

Hier der Bericht von Mats:

Ich habe vom 16. bis zum 21. Oktober an einer „Modellierungswoche“ des Zentrums für Mathematik in Fuldatal teilgenommen. Diese wurde in Zusammenarbeit mit der TU Darmstadt für knapp 40 SchülerInnen aus ganz Deutschland organisiert. In dieser Woche ging es darum, reale Phänomene mathematisch zu modellieren und aus den Modellen Prognosen abzuleiten. Dazu konnten wir Teilnehmer zwischen verschiedenen Projekten wählen, wobei ich selbst mich in meinem Erstwunsch-Projekt „Energieausfallsicherheit“ wiederfand. Dieses Thema stellte sich dann tatsächlich als sehr interessant heraus, zumal die Dynamik innerhalb unser Projektgruppe super war.

Unsere Aufgabe war es, zu erforschen, unter welchen Bedingungen eine Gemeinde sich autark mit Energie versorgen kann, ohne dabei einen Blackout (Stromausfall) zu erleiden. Dabei sollten wir darauf achten, dass sich diese Gemeinde möglichst ausschließlich aus regenerativen Energiequellen versorgt. Eine ausgiebige Fahndung nach historischen Daten bestätigte die Vermutung, dass regenerative Energiequellen typischerweise einen stark fluktuierenden Ertrag liefern. Um trotzdem an allen Tagen eine Stromversorgung garantieren zu können, muss man logischerweise auch an Tagen, an denen die Sonne nicht so lange scheint bzw. der Wind nicht weht, genug Strom für die Gemeinde produzieren können, und somit die Kraftwerke für diese schlimmstmöglichen Fälle auslegen. Dies führt dann allerdings zu einer massiven Energieüberproduktion an guten Tagen, und dieser Energieüberschuss will logischerweise sinnvoll verwendet werden. Es gibt für dieses Problem aber z.B. die Lösung, überschüssige Energie in einem Pumpwasserkraftwerk zu speichern.

Um das Zusammenspiel aus Verbrauch, Erzeugung und Speicherung von Energie optimal darzustellen, haben wir mithilfe der Entwicklungsumgebung IntelliJ eine Simulation programmiert. Als Modell für unsere Simulation haben wir uns die Gemeinde Waldeck-Frankenberg angeschaut. Diese hat mit dem Edersee, der direkt an ein Wasserkraftwerk angeschlossen ist, sowie weiteren Wasserspeicherbecken optimale Voraussetzungen, um Energie zu speichern. Mithilfe unserer Simulation konnten wir einige relevante Parameter (u.a. Solarpanele in m², Anzahl der Windkraftwerke, s. unsere Ergebnispräsentation) daraufhin optimieren, dass möglichst wenig nutzlose Überschüsse erzeugt werden. Allerdings konnten selbst bei optimaler Parametrisierung mithilfe der bereits vorhandenen Speichereinrichtungen nur 55% des hypothetisch produzierten Stroms genutzt werden. Dieser Wert erhöhte sich auf 80% bei einer Verfünffachung der Speichereinrichtungen. Die (einigermaßen verallgemeinerbare) Konsequenz ist also, dass eine Gemeinde, die energieautark werden möchte, vor allem in den massiven Ausbau von Speicheranlagen investieren müsste und gar nicht so sehr in Solarpaneele oder Windräder.

Da die Gruppenarbeit den Großteil der Zeit der Modellierungswoche einnahm, blieb nicht mehr viel Zeit für das Rahmenprogramm. Trotzdem machten etwa der Slackline-Contest und das verregnete Geocaching Spaß. Weiterhin war die Beherbergung wirklich sehr gelungen, und insgesamt kann ich sagen, dass es sich gelohnt hat, für diese Woche nach Hessen zu fahren, auch weil ich sehr viele interessante Leute kennengelernt habe. So konnte man auch mal abends um zehn eine halbe Stunde lang mit einem Mathematik-Professor über spannende, etwas „andere“ Mathe-Probleme diskutieren.