Projekt "DELFIN"
DELFIN (Decentralized Feed-In)
Prognose der Auswirkungen dezentraler Einbindung von Wärme aus erneuerbaren Energien und anderen Wärmeerzeugern in Fernwärmenetze
| Projektleiter: | Dr.-Ing. Karin Rühling |
|---|---|
| Partner: | AGFW, Solites (BMWi, FKZ: 03ET1358A und C) |
| Finanzierung: | BMWi, FKZ: 03ET1358B |
| Laufzeit: | 01/2016 - 06/2019 |
Download Schlussbericht: https://www.agfw.de/delfin/
Kurzbeschreibung
Thematik
Das wesentliche Ziel des Projekts war die Schaffung von Werkzeugen, welche im Hinblick auf die Nutzung dezentraler, volatiler Netzeinspeisung von z.B. Solarthermie, Wärme aus BHKW, Power-to-heat u.a., die Veränderung der Thermohydraulik der Fernwärmenetze, deren Wirkungen auf verschiedene Systemkomponenten sowie Effekte durch unterschiedliche Speicherkonzeptionen realitätsnah darstellen. Die damit hauptsächlich zu beantwortenden Fragestellungen sind:
- Wie wirkt sich dezentral eingebundene Wärme auf das Netz technisch aus?
- Wie beeinflusst dezentral eingebundene Wärme die zentrale Erzeugung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten?
Durchführung
Die Beantwortung obiger Fragestellungen soll hauptsächlich durch umfangreiche Simulationsrechnungen mit TRNSYS-TUD, sowie mit daran gekoppelten weiteren Modellen (z.B. aus Dymola) in der Co-Simulation, erfolgen. Anhand unterschiedlicher Simulationsszenarien wurden thermohydraulische Veränderungen gegenüber einem Referenzfall abgebildet sowie Schlussfolgerungen unter anderem hinsichtlich der Änderung der Volllasttemperaturwechsel der Rohrleitungen sowie Einsatzkenndaten der Systemkomponenten abgeleitet.
Die hierfür zunächst zu entwickelnden Verbraucher- sowie Erzeugermodelle, welche zum Einen die tatsächliche Volatilität an den Hausanschluss- und Netzeinspeisestationen abbilden, in ihrer Komplexität aber auch zur Verwendung in detaillierten, großen Netzstrukturen geeignet sein müssen, stellen die Grundlage dieser Simulationsrechnungen dar.
Unter besonderer Berücksichtigung steht außerdem die gezielte Nutzung von zentralen Wärmespeichern, welche als wichtige Netzkomponenten ein temporäres Über- bzw. Unterangebot von Wärme ausgleichen können.
Ergebnisse
Die Ergebnisse des Verbundvorhabens sind im koordinierten Schlussbericht 12/2019 dargestellt und werden ab Mitte 2020 der Fachöffentlichkeit zur Verfügung stehen. Darin enthalten sind die Rahmenbedingungen sowie die umfangreichen Ergebnisse der Simulationsstudien der TU Dresden zu zwei strukturell unterschiedlichen Bestandsnetzen mit verschiedenen dezentralen Ausbaugraden. Basis sind die Resultate der Ganzjahressimulationen von 60 verschiedenen Varianten.
Bei der dezentralen Wärmeeinbindung konnten dabei u.a. folgende thermohydraulische Effekte im Netz gegenüber dem Referenzfall ohne dezentrale Erzeuger identifiziert und quantifiziert werden:
- Strömungsrichtungsumkehr
- wandernde Versorgungsgrenzen (Übergangsbereich aus nominaler Strömungsrichtung und Strömungsrichtungsumkehr)
- zusätzliche Druck- und Temperaturänderungen
- Wirkungen auf die Lage des Druck-Schlechtpunktes
- Ladezustände des zentralen Speichers
Um in Ergänzung zum Schlussbericht der Fachwelt einen vertieften Einblick in die Ergebnisse der quasidynamischen Netzsimulationen zu geben, werden nachfolgend für ausgewählte Varianten der Simulationen Videos mit den Jahresverläufen einzelner Parameter zur Verfügung gestellt.
- Kurzübersicht Kodierung Varianten sowie Netze G und B
- NETZG_POT_SF-D_ST-100
Massestrom, Strömungsgeschwindigkeit, Vorlauftemperatur - NETZB_POT_SF-D_ST-Ges
Massestrom, Strömungsgeschwindigkeit, Vorlauftemperatur - NETZB_POT_SF-D_ST-GF
Massestrom, Strömungsgeschwindigkeit, Vorlauftemperatur - NETZB_POT_SF-D_BHKW-580
Massestrom, Strömungsgeschwindigkeit, Vorlauftemperatur
FreePlan-Tool
Die Bereitstellung von Lastgängen typischer Abnehmer war eine wichtige Vorarbeit für die Simulationsstudien. Über das Projekt hinaus soll zudem Fernwärmebetreibern und anderen Anwendern die Möglichkeit zur Nutzung der Lastgänge gegeben werden. Seitens der TU Dresden wurde daher eine regressionsbasierte Abnehmermodellierung für die Generierung von Wärmelasten sowie Rücklauftemperaturen entwickelt. Das Modell basiert auf Monitoringdaten verschiedener Gebäudetypen und ist beliebig erweiterbar. Somit wurde ein flexibles Tool geschaffen, dass für einen kategorisierten Gebäudetyp und einen Außentemperaturverlauf die Wärmelast im Viertel- oder Stundenintervall prognostiziert. Die zusätzliche Berücksichtigung von Werktagmuster und Heizperiode gewährleistet eine höhere Modellgüte bei der Wärmelastberechnung. Somit kann auch ohne Kenntnis des realen Abnehmerverhaltens im Netz allein auf Basis der Anschlussleistung bzw. der Jahreswärmemenge durch eine Vielzahl von Abnehmermodellen eine realistische Netzlast abgebildet werden. Eine Besonderheit ist die zeitgleiche Berechnung der Rücklauftemperatur durch Vorgabe der Vorlauftemperatur des jeweiligen Abnehmers. Somit kann insbesondere bei der Integration in eine dynamische Netzsimulation eine realistischere Abbildung der Rücklauftemperatur erfolgen. Die Anwendung dieses Modellierungsverfahrens konnte erfolgreich bei der Simulation der Netze G und B getestet werden.
Das hieraus entwickelte, Excel-basierte Tool – FreePlan – kann unter nachfolgendem Link kostenfrei bezogen werden.
Download (Link mit Direktdownload einer ZIP-Datei aus Tool und Beschreibung)
Publikationen
Effects on decentralized feed-in into district heating networks –a simulation study (Vortrag zur 5th International Solar District Heating Conference)
