AIT_Powerpoint Vorlage - AIT Austrian Institute of Technology

Methoden zur Gestaltung
nachhaltiger Wärmenetze
AIT Werkzeuge und Services
Wien, 15.11.2016
Markus Köfinger
AIT Austrian Institute of Technology
Markus Köfinger | Engineer | Energy Department | Sustainable Thermal Energy Systems
Inhalt

Herausforderungen von Wärmenetzen

AIT Werkzeuge und Services
 Planung und Design nachhaltiger Fernwärmenetze
 Erhöhung der Flexibilität von Wärmenetzen

Referenzprojekte

Zusammenfassung und Ausblick
15.11.2016
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Herausforderungen von Wärmenetzen





unsichere Preisentwicklung fossiler
Energieträger
enge Verknüpfung mit dem Strommarkt
sinkender spezifischer Wärmebedarf
geringe Effizienz vieler Kundenanlagen
alternative Wärmequellen




heute
oftmals kleinskalig bzw. dezentral
niedriges Temperaturniveau
zeitlich nicht (einfach) kontrollierbar
Rahmenbedingungen sowie Geschäftsmodelle
derzeit nicht geeignet
morgen
Strategic Research Agenda, zur Entwicklung eines intelligenten Energiesystems in und aus
Österreich, Schriftenreihe 4/2016 Herausgeber: bmvit
Schmidt R., Tichler R., Amann C., Schindler I.: F&E-Fahrplan Fernwärme und Fernkälte:,
Innovationen aus Österreich, Wien, Oktober 2015
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AIT Werkzeuge und Services
Planung und Design nachhaltiger Fernwärmenetze
d e t
/ (°C)
By-Pass Ventil
80
8
70
7
60
6
50
5
K
 Potentialbewertung industrielle Abwärme, Umwelt- und
Solarwärme, Integration Wärmepumpen und Speicher 65 C
 Entwicklung von Entscheidungsgrundlagen für
nachhaltige Versorgungskonzepte
 Identifikation von Optimierungspotentialen
T

40
4
30
3
COPreal
20
Stützpunkte
-30

Verdampfer WP
Kondensator-WP
-20
-10
0
TV / (°C)
10
20
Erhöhung der Flexibilität von Wärmenetze
 Reduktion der Temperaturen und Integration verteilter
Niedertemperaturquellen
 Analyse innovativer Betriebsstrategien und
Regelungsalgorithmen
 Koppelung von thermischen und elektrischen Netzen
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4
30
2
Planung und Design nachhaltiger Fernwärmenetze
 Iststandsanalyse verfügbarer Wärmeerzeuger und potentieller alternativer
(Ab-)Wärmequellen, der Netz- und Gebäudeinfrastruktur
 Analyse energiepolitischer, demografischer und energiewirtschaftlicher
Rahmenbedingungen
 Szenarienentwicklung und –analyse, d. h. konzeptionelle Entwicklung und
Optimierung der Erzeuger-, Netz- und Verbraucherstruktur
 Erarbeitung eines strategischen Gesamtkonzeptes
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5
Planung und Design nachhaltiger Fernwärmenetze
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Varianten-Auslegung

Die vorgegebene Jahresdauerlinie wird
mit möglichst niedrigen Kosten gedeckt

Variantenoptimierung mit Hilfe eines
evolutionären Algorithmus in MATLAB
Variante a)
Variante b)

Möglichkeit der Parametervariation





Betrachtete Technologien/Erzeugungs-Mix
Preisszenarien
Wärmebedarfsszenarien
Gesetzliche Rahmenbedingungen
…
Variante c)
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Varianten-Einsatzoptimierung

Einsatzoptimierung einer Variante bei
gegebener Wärmelast und Energiepreisen
auf Stundenbasis mittels MATLAB-Solver

Basierend auf linearen Gleichungen für
Betriebscharakteristik wird der maximale
Gewinn ermittelt (Mixed integer linear
programming model)

Betrachtete Variablen





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Wärmeerzeugung
Brutto- und Netto-Stromerzeugung
Brennstoffbedarf
Energiepreise
…
8
Dynamische Simulation von Wärmenetzen

Kopplung mit dynamischer Netzsimulation






(flexible) Betriebsstrategien
Massenströme
Temperaturverteilung
Netzhydraulik
…
Vorteile:
 instationäre und dynamische Effekte
 Co-Simulation Schnittstelle, z.B. zu
• externen Gebäudemodellen (TRNSYS/
ENERGY+ …)
• externen Reglern
• Stromnetz Simulationstools (z.B. Power Factory)
 GIS Interface
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Beispiel: Reduktion der Rücklauftemperaturen aufgrund
von thermischen Sanierungen
Methode:
Identifikation von
Optimierungspotentialen
im Einzelgebäude
Ergebnis: lokale
Reduktion der
Rücklauftemperaturen
<
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
Erhöhtes Potential zur
Integration von WP
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
<
Datenerfassung und
Analyse, Netzmodellierung
und Validierung
Szenarienerstellung (z.B.
ortsabhängige
Sanierungsraten) und
Netzsimulation
Basciotti, D. et al.: Methodology for the Assessment of
Temperature Reduction Potentials in District Heating Networks by
Demand Side Measures and Cascading Solutions, CLIMA 2016,
12th Rehva world Congress, Aalborg, Dänemark, Mai 2016,
Unterschiedliche RLT bei
jeder Erzeugungsanlage
(Beispiel: Sanierungsszenario in
Klagenfurt, mittlere RLT Reduktion
für eine Woche im Winter)
Erhöhung der Flexibilität von Wärmenetzen
Kurzzeitflexibilisierung:
 Reduktion der Lastspitzen
 Minimierung von fossilen
Energieträgern
 Anpassung an Stunden/
Tagesspitzen
Abdeckung der
Mittellast z.B. durch
Biomasseanlagen
Leistung

Abdeckung der
Spitzenlast z.B. durch
Öl- oder Gaskessel
Abdeckung der
Grundlast z.B. durch
industrielle Abwärme
0

2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Tageszeit
Langzeitflexibilisierung:
 saisonale Speicherung von
überschüssiger Wärme,
insbesondere Solarthermie,
 auch für industrielle Abwärme
und Müllverbrennung
(Bandlast bzw. „must-run“
Konditionen) relevant
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Referenzprojekte
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Zusammenfassung und Ausblick

Derzeitige bzw. zukünftige Herausforderungen erfordern Methoden die eine
ganzheitliche Analyse des thermischen Energiesystems ermöglichen

Der etablierte mehrstufige Prozessablauf ermöglicht transparente
Ergebnisse und bestmögliche Abstimmung zwischen Partnern und Kunden

Tools wurden / werden in unterschiedlichen Projekten angewendet, unter
anderem in:
 Wärmeversorgungsstrategie Chemnitz
 FutureDHSystem Linz
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Siehe nachfolgende Präsentationen
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