(nunl UNIVERSITÄT BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG DER V=/ DRESDEN DEZENTRALE EINSPEISUNG IN NAH- UND FERNWÄRMESYSTEME UNTER SOLARTHERMIE ^=Y TECHNISCHE

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DEZENTRAL Gefördert ^=Y TECHNISCHE (nunl UNIVERSITÄT V=/ DRESDEN Fakultät Maschinenwesen, Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung Dr.Ing. Karin Rühling, Dr.Ing. Stefan Gnüchtel, Prof.

1 DEZENTRAL Gefördert ^=Y TECHNISCHE (nunl UNIVERSITÄT V=/ DRESDEN Fakultät Maschinenwesen, Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung Dr.Ing. Karin Rühling, Dr.Ing. Stefan Gnüchtel, Prof. Dr.Ing. Clemens Felsmann Martin Heymann, Toni Rosemann DEZENTRALE EINSPEISUNG IN NAH UND FERNWÄRMESYSTEME UNTER BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG DER SOLARTHERMIE durch: 11. November 2015 Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Adresse Fakultät Maschinenwesen Institut für Energietechnik TU Dresden Dresden Telefon: 0351/ Fax: 0351/ Forschungsvorhaben gefördert durch das Bundesminsiterium für Wirtschaft und Energie BMWi aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages FKZ: 03ET1039B

2 INHALTSVERZEICHNIS Symbolverzeichnis v Danksagung ix Verantwortliche Autoren und Bearbeiter x I Grundlagen und wesentliche Ergebnisse 1 11 Motivation und Einordnung 2 12 Ausgangspunkt 4 13 Bearbeitungsstruktur Gesamtes Verbundvorhaben 7 I 3.2 Teilprojekt der TU Dresden 8 14 Generelle Randbedingungen und Bilanzgrenzen 10 I 5 Wesentliche Ergebnisse des TUDForschungsprojektes 12 II Modellierung von Fernwärmeabnehmern 15 II 1 Allgemeines Lastgangerstellung 18 II 2.1 Anwendung des Typtagverfahrens 18 II2.2 Lastgangbibliothek Allgemeines Messobjekte 3rd Generation Netz Messobjekte 4th Generation Netz Netzrücklauftemperaturen von Fernwärmeabnehmern Gebäudekatalog 32 II 5 Zusammenfassung 35 III HANEST 36 III l Allgemeines 37 III l.l Motivation 37 llll.2 Randbedingungen 38 i

3 TU Dresden, DEZENTRAL, 03ET1039B Inhaltsverzeichnis Bilanzräume Relevante Kenngrößen 43 II 11.5 Betriebszustände 44 II 12 Funktionsmuster Schaltung Anforderungen Schaltungsvarianten Realisierte Schaltung Steuerungs und Regelungskonzept Regelkreise und Steuersignale der Betriebszustände Zustandsautomat 57 II 13 Versuchsstand mit Emulation und HardwareintheLoop Prinzip Emulation und HardwareintheLoop Hydraulisches Modul Abnehmer Schaltung Regelung und Steuerung Abnehmerdatenreihe für die Emulation 62 II Steckbrief Hydraulisches Modul So.larthermie Schaltung Regelung und Steuerung Steckbrief Fernwärmenetz 70 II 14 Versuche 71 III 4.1 Übersicht HANEST in Emulationsumgebung Versuchsbezeichnung 72 Ii Auswahl Typtagkategorie für Versuchstag Verwendete Datenreihen und weitere Randbedingungen Verwendeter Zustandsautomat Versuche UWH Analyse des Betriebsverhaltens der HANEST Analyse des Betriebsverhaltens von HAST und NEST Energetischer und Exergetischer Vergleich 81 II 15 Voruntersuchung Simulationsmodell 86 III 6 Zusammenfassung/Ausblick 89 IV Netzsimulation 90 IV 1 Allgemeines 91 IV 1.1 Untersuchte Fernwärmenetze 91 IV1.2 Simulationssoftware 94 IV1.3 Modellierung des Fernwärmenetzes 95 IV1.4 Modellierung der dezentralen Einspeiser 96 IV1.5 Effekte dezentraler Einspeisung auf das Fernwärmenetz 99 ii

4 3rd 2nd TU Dresden, DEZENTRAL, 03ET1039B Inhaltsverzeichnis IV1.6 Wetterdatensatz für Netzsimulation 101 IV1.7 Bilanzraum, Statistische Auswertung, Ergebnisdarstellung 102 IV1.7.1 Energiebilanzen, Statistische Auswertung 102 IV1.7.2 Zeit 104 IV1.7.3 Grafische Darstellung 105 IV1.8 Wechselbeanspruchung des Rohleitungssystems 105 IV1.8.1 Allgemeines 105 IV1.8.2 Einflüsse 105 IV1.8.3 Vorgehen 106 IV1.8.4 Exponent 109 IV2 Sekundämetz Generation 110 IV2.1 Allgemeines 110 IV2.2 Modellierung des 3rd Generation Netzes 110 IV2.3 Modellierung der Fernwärmeabnehmer 111 IV2.4 Modellierung der dezentralen Einspeiser 112 IV2.5 Variantenrechnung 112 IV2.6 Simulationsergebnisse 114 IV2.6.1 Solare Erträge, Strömungsrichtungsumkehr, Stagnation 114 IV2.6.2 Strömungsverhältnisse bei dezentraler Einspeisung 117 IV Einfluss auf die Volllastwechsel der Fernwärmeverrohrung IV2.7 Fazit 129 IV3 Bestandsprimärnetz Generation 130 IV3.1 Modellierung des Fernwärmenetzes 130 IV3.2 Modellierung der Fernwärmeabnehmer 131 IV3.3 Modellierung des dezentralen Einspeisers 132 IV3.4 Durchgeführte Simulationen 132 IV3.5 Simulationsergebnisse 133 IV 3.6 Fazit 136 IV 4 Zusammenfassung/Ausblick 137 Literaturverzeichnis 141 V Anhang 142 VA Anhang Modellierung von Fernwärmeabnehmern 143 V A.l Lastgangbibliothek 143 V A. 1.1 Messobjekte 143 VA. 1.2 Referenzlastprofile 144 VA.1.3 Heizkennlinien 148 VA.2 Modellierung Rücklauftempertur von Fernwärmeabnehmern 150 VA.3 Gebäudekatalog 150 VB Anhang HANEST 154 VB.l Funktionsmuster 154 VB.1.1 Ausschreibungsunterlagen 154 VB Funktionsbeschreibung 154

5 2nd Hydraulische TU Dresden, DEZENTRAL, 03ET1039B Inhaltsverzeichnis VB.l.1.2 Stückliste 171 VB.1.2 Kurzbericht HANESTSchaltungen 176 VB.1.3 vollständiges R&l Schema Funktionsmuster 206 VB.2 Versuche im ZET 207 VB.2.1 Berechnung der Grenzstrahlung der Versuche 207 VB.2.2 Versuch UWH0510_HANEST 207 VB.3 Voruntersuchung Simulationsmodell 209 VC Anhang Netzsimulation 239 VC.l Sekundärnetz 3rd Generation 239 VC.1.1 Notwendige Iterationen der gekoppelten Simulation des Netzes und des Einspeisers 239 VC.1.2 Ergebnisse 242 VC.2 Bestandsprimärnetz Generation 251 VC.2.1 Ergebnisse 251 iv

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