ISBN 9783843921800

978-3-8439-2180-0, Reihe Thermodynamik

Fang Yang
Energetische Analyse dezentraler Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung für verschiedene netzseitige Anforderungen

163 Seiten, Dissertation Universität Kassel (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Einsparpotentiale für Primärenergie durch flexible, gekoppelte Bereitstellung von elektrischer und thermischer Energie werden vor dem Hintergrund der notwendigen Reduktion von Treibhausgase bis zum Jahr 2050 analysiert. Ökonomisch optimierte Betriebe von Kraft-Wärme-Kopplungs- (KWK) und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs- (KWKK) Anlagen werden dazu anhand geeigneter Simulationsmodelle und Berechnungsansätze in dieser Arbeit quantifiziert.

Ausgangspunkt der Modellierung bildet eine Bedarfsanalyse für elektrische und thermische Energie (Wärme und „Kälte“) von Wohn- und Nichtwohngebäuden. Die modellierten und gemessenen Verbrauchsdaten dienen als Grundlage für weiterführende Untersuchungen an Versuchs- und virtuellen Gesamtanlagen hinsichtlich von Möglichkeiten zu deren Optimierung.

Im experimentellen Teil der Dissertation wird eine KWKK-Anlage sehr geringer Leistung aufgebaut, mit der zum einem die Komponenten des Systems und zum anderen das Gesamtsystem hinsichtlich des Leistungsbereichs und der Betriebscharakteristik in Abhängigkeit der (elektrisch) netzorientierten und wärmegeführten Betriebsweisen untersucht werden.

Die energetische Effizienz verschiedener Anlagenvarianten wird in einem weiteren Schritt unter Berücksichtigung der Betriebsparameter der Gesamtanlage in einer geeigneten Simulationsumgebung (TRNSYS) betrachtet. Dazu wird ein eigenes BHKW-Modell erarbeitet. Anhand der Gesamtjahressimulation wird herausgearbeitet, dass besonders für kleine dezentrale KWK-Anlagen thermische Speicher für die Steigerung der Effizienz solcher Anlagen notwendig sind und ein Spitzenlastkessel den Gesamtnutzungsgrad verbessert.

Auf Basis der Jahressimulation werden die technisch-ökonomischen und ökologischen Auswirkungen der Einbindung von KWK- und KWKK-Anlagen in bestehende Energieversorgungskonzepte für unterschiedliche Betriebsweisen dargestellt. Der Vergleich des netzorientierten und des wärmegeführten Betriebs zeigt, wie ein ökologisch sinnvoller netzorientierter Betrieb der KWK- bzw. KWKK-Anlage ausgelegt werden sollte. Die realen Einsparungen sind jedoch von einer Vielzahl von Nebenbedingungen abhängig, wie der Wirkungsgrad der Kältemaschine und das reale Netzverhalten, das hier sehr idealisiert betrachtet wird.