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Wärmerückgewinnung in regionalen Energiesystemen mit zeitlichen Bedarfsschwankungen

  • Helmuth-M. Groscurth
Part of the Umwelt und Ökonomie book series (UMWELT, volume 3)

Zusammenfassung

In der Systemanalyse wird unter dem Begriff System in seiner allgemeinsten Form die Zusammenfassung mehrerer Elemente und ihrer Beziehungen untereinander verstanden [65]. Eine mathematische Darstellung des Systems mit Hilfe von Variablen und deren Relationen in Form von Gleichungen und Ungleichungen wird als Modell bezeichnet. Ein Energiesystem umfaßt die Gesamtheit der Energiebedarfsträger und Energieanbieter sowie deren Zusammenspiel. Es ist eingebettet in die Umwelt, die ihm einerseits Umweltparameter wie die Außentemperatur und zeitliche Abläufe (Tages-, Jahres- und Wochenzeit) aufprägt und die andererseits Abwärme und Schadstoffemissionen aufnimmt.

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Literatur

  1. 1.
    Vgl. dazu die Beschreibung der für die Entwicklung eines Modells der Wärmerückgewinnung notwendigen Kompromisse in Kap. 1.3.2.Google Scholar
  2. 2.
    Für Wärmepumpen, die Umgebungswärme nutzen, wäre eine Berechnung mittels des Carnot-Wirkungsgrades im Prinzip möglich. Wärmepumpen sollen aus programm-technischen Gründen bei ECCO monovalent, d.h. ohne Zusatzheizung, eingesetzt werden. Deshalb muß das Erdreich und nicht die Umgebungsluft als Wärmereservoir verwendet werden. Dort sind die Temperaturschwankungen wesentlicher geringer, weshalb die Verwendung eines mittleren, im praktischen Einsatz gemessenen Wirkungsgrades gerechtfertigt ist (vgl. Tab. D.4).Google Scholar
  3. 3.
    Zur Frage einer Berücksichtigung der Kernenergie vgl. Kap. 2.1.6.Google Scholar
  4. 4.
    Zur Vereinfachung der Schreibweise wird der Randwert verwendet. Bei dem Wert in der Zeitreihe handelt es sich jedoch entweder um den Mittelwert des Bedarfs im Intervall [(£ — l)t,£t] oder um einen Wert, der zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb des Intervalls gemessen wurde. Beide können den Randwert in allen Gleichungen ersetzen, ohne daß sich dadurch an dem beschriebenen Verfahren etwas ändert.Google Scholar
  5. 5.
    Bei der in Kap. 3.2 durchgeführten statischen Abschätzung der nationalen Kosten der Wärmerückgewinnung mit LEO können dagegen Energie- und Kostenoptimierung auf die gleiche Weise durchgeführt werden, weil dort prinzipiell nur ein Zeitraum als Ganzes betrachtet wird.Google Scholar
  6. 6.
    Die Bedarfsgrößen werden als ‘Variablen’ und nicht als Konstanten bezeichnet, weil sie während der stochastischen Optimierung in jedem Zeitintervall andere Werte annehmen. Die technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ändern sich hingegen nicht und werden daher durch ‘Konstanten’ repräsentiert. Die Bedarfsvariablen dürfen aber nicht mit den Optimierungsvariablen verwechselt werden.Google Scholar
  7. 7.
    Genauer: die Anlage, in der der Prozeß a abläuft.Google Scholar
  8. 8.
    Genauer: die mit der Technik g betriebene Anlage.Google Scholar
  9. 9.
    Die aufzuwendenden Primärenergiemenge ergibt sich durch Multiplikation des Primärenergieeinsatzes mit der Länge t des Zeitintervalls t*. Google Scholar
  10. 10.
    Die erforderliche Menge elektrischer Energie ergibt sich durch Multiplikation des Bedarfs mit der Intervallänge t. Google Scholar
  11. 11.
    Fernheizwerke in diesem Sinne sind auch Heizwerke, die einen Stadtteil, dessen Raumwärmebedarf zu einem einzigen Prozeß aggregiert wurde, mit Wärme versorgen (vgl. Def. d. lokalen Techniken).Google Scholar
  12. 12.
    Vgl. Anmerkung zum Begriff der ‘Anlage’ im Rahmen der Definition des Begriffs ‘Technik’ in Kap. 2.1.1.Google Scholar
  13. 13.
    Ein Alkanolamin besteht aus einer NH2-Gruppe mit organischem Rest.Google Scholar
  14. 14.
    Die Substitutionsmöglichkeiten werden in der Modellstadt, die im weiteren mit ECCO untersucht wird, durch die getroffene Auswahl der Versorgungspfade eingeschränkt (s.u.).Google Scholar
  15. 15.
    Vgl. dazu Kap. 4.2.Google Scholar
  16. 16.
    Aus programm-technischen Gründen ist es notwendig, die Kapazität auf den Nutzenergiebedarf und nicht auf die von der Technik / unmittelbar abgegebene Energie zu beziehen.Google Scholar
  17. 17.
    Vgl. dazu z.B. Ref. 87, Kap. 6: Artificial Intelligence Methodologies.Google Scholar
  18. 18.
    Vgl. die Definitionen von Nutzenergiebedarf, Primärenergieeinsatz und CO2-Emissionen.Google Scholar
  19. 19.
    Vgl. Def. im Anhang C.2Google Scholar
  20. 20.
    Vgl. Anhang C.2 zur VektoroptimierungGoogle Scholar
  21. 21.
    Allen Angaben zu Energiebedarf, CO2-Emissionen und Kosten werden auf die Länge der betrachteten Intervalle, also 1 Stunde, bezogen. Die Jahreswerte ergeben sich durch Multiplikation mit 8760 h/a.Google Scholar
  22. 22.
    Vgl. Beispiel zur Kostenberechnung im Anhang D.6.Google Scholar
  23. 23.
    Das Verfahren wird auch für die reinen Kraftwerke angewendet, die ebenfalls außerhalb der Modellstadt installiert werden müssen (s.u.).Google Scholar
  24. 24.
    Tatsächlich wird die Verbrennung unter Luftüberschuß durchgeführt, so daß die hohen Temperaturen gar nicht erst entstehen. Der Exergieverlust ist jedoch derselbe.Google Scholar
  25. 25.
    Dies wird in ECCO mit Hilfe des Wirkungsgrades £/a in Tab. D.12 berücksichtigt. Für die direkte Gasfeuerung hat er den Wert 1, bei Einsatz der Gasturbine dagegen nur noch 0.68.Google Scholar
  26. 26.
    Mittlere Qualität: 4.5 < q < 7.5 bzw. 4.5 < q’ < 7.5.Google Scholar
  27. 27.
    Die Abgase werden bis zum technisch zulassigen Grenzwert von 110°C abgekühlt.Google Scholar
  28. 28.
    Vgl. Tab. D.7 und die Bemerkung zum Großheizkraftwerk in Kap. 2.2.1.Google Scholar
  29. 29.
    Die Induktionsöfen können aufgrund ihrer Beschaffenheit nur mit elektrischer Energie betrieben werden.Google Scholar
  30. 30.
    Der Index $ zur Kennzeichnung zeitlicher Mittelwerte wird zur Vereinfachung der Schreibweise im folgenden weggelassen. Die Bedarfswerte sind in Tab. E.l zusammen mit den Ergebnissen verzeichnet.Google Scholar
  31. 31.
    Da die Mittelwerte der Optimierungsvariablen ohnehin erst nach Abschluß der Optimierung angegeben werden können, wird auf eine besondere Kennzeichnung derjenigen Werte, die diese Variablen im Minimum der Zielfunktion annehmen, verzichtet.Google Scholar
  32. 32.
    Der Energiebedarf hängt von der Außentemperatur, nicht aber von der Szenarien-Gruppe ab. Bei der Bildung der Bedarfsmittelwerte können daher alle Szenarien mit gleichem Mittelwert der Außentemperaturverteilung einbezogen werden. Der Berechnung liegen in diesem Fall 6000 Intervalle zugrunde, der rel. Fehler der Mittelwerte beträgt daher nur 1.3%. — Sämtliche Zahlenwerte werden auf 3 signifikante Stellen gerundet. Da alle Berechnungen stets vor der Rundung erfolgen, kann es vorkommen, daß die dargestellten Ergebnisse in der letzten Stelle von dem vom Leser erwarteten Resultat abweichen.Google Scholar
  33. 33.
    In Klammern: Werte für KV1.Google Scholar
  34. 34.
    Unter den Kosten wird eine Geldmenge pro Zeiteinheit (hier: 1 Stunde) verstanden, wenn nichts anderes angegeben ist (vgl. Kap. 2.1.7).Google Scholar
  35. 35.
    Vgl. dazu auch Tab. E.1.Google Scholar
  36. 36.
    Um für die im weiteren vorgenommenen Aufschlüsselung der Kosten nach beweglichen und festen Kosten nicht noch zwei weitere Indizes definieren zu müssen, werden die prozentualen Veränderungen der Kosten in diesem Abschnitt zum Teil aus den Absolutenwerten berechnet und enthalten daher noch den statistischen Fehler.Google Scholar
  37. 37.
    Die Prognos-Studie wurde vor der Besetzung Kuwaits durch den Irak erstellt. Zum Zeitpunkt der Fertigstellung dieser Arbeit (Oktober 90) hatte sich der Olpreis als Folge der Golfkrise vorübergehend von 20 auf 40 Dollar pro Barrel verdoppelt.Google Scholar
  38. 39.
    Der angegebene Mittelwert des Bedarfs wurde auf der Grundlage von 4000 Zeitintervallen gewonnen, alle anderen Ergebnisse basieren weiterhin auf 1000 Intervallen.Google Scholar
  39. 39.
    An dieser Stelle kann der Unterschied der Indizes, A/jy, nicht zur Angabe des relativen Rückgangs des Primärenergieeinsatzes verwendet werden, weil die Szenarien RHOAN und RH4AN eine unterschiedlichen Nutzenergiebedarf aufweisen.Google Scholar
  40. 45.
    Differenz zwischen den Punkten RHOAN und SH4BN in Abb. 2.11a.Google Scholar
  41. 46.
    Bei CO2-Optimierung mit den Pfaden der Ideal-Szenarien-Gruppe wird die Kraft-Wärme-Kopplung nicht eingesetzt (vgl. Kap. 2.3.1).Google Scholar
  42. 47.
    Der überproportionale Rückgang der CO2-Emissionen ist darauf zurückzuführen, daß elektrische Energie überwiegend in Heizkraftwerken unter Einsatz von Erdgas statt in kohle-befeuerten Kraftwerken erzeugt wird. Bei der Verbrennung von Kohle wird je Enthalpieeinheit deutlich mehr CO2 emittiert als bei der Verbrennung von Gas (vgl. Tab. D.9).Google Scholar
  43. 48.
    Vgl. dazu den Ausblick in Kap. 4.3.Google Scholar
  44. 49.
    Die Quelle dieser Information ist mir bekannt. Wegen schwebender Patent-Anmeldungen sind jedoch noch keine Veröffentlichungen erfolgt.Google Scholar

Copyright information

© Physica-Verlag Heidelberg 1991

Authors and Affiliations

  • Helmuth-M. Groscurth
    • 1
  1. 1.Physikalisches InstitutUniversität WürzburgWürzburgDeutschland

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