Inselbetrieb mit Strom- und Brennstoffspeicher

Transkript

1 Inselbetrieb mit Strom- und Brennstoffspeicher 1. Einleitung 2. energypro im Inselbetrieb 3. Definition von Stromspeichern 4. Definition eines Brennstoffspeichers

2 1. EINLEITUNG Dieses energypro Tutorial beschreibt die Modellierung von Energiesystemen im Inselbetrieb unter Verwendung von sowohl Stromspeichern als auch Brennstoffspeichern in der Softwareversion energypro 4.1. Alle Berechnungen dieses Tutorials werden ausschließlich mit dem DESIGN Modul durchgeführt. Die Kurzanleitung richtet sich an Nutzer, die schon ein Basisverständnis von energypro haben. Folgende Inhalte sollen vermittelt werden: Modellierung von Energiesystemen im Inselbetrieb in energypro Modellierung von Stromspeichern und Brennstoffspeichern in energypro Gestaltung einer Betriebsstrategie für den technischen Inselbetrieb (keine wirtschaftliche Betrachtung) Diese Anleitung basiert auf dem englischen Beispielprojekt 2 MW wind turbine.epp im energypro Standardordner: C:\energyPRO data\english\project examples. Im Laufe des Tutorials wird ein einfaches Beispiel eines technisch optimierten Inselsystems erstellt. Ein komplexeres Beispiel eines Inselsystems kann im Projektbeispiel Island operation with electricity, heat and fuel storage.epp im energypro Standardordner energypro data\english\project examples eingesehen werden. Weitere Informationen und Beschreibungen zu den einzelnen Elementen des Tutorials können dem Handbuch, verfügbar unter entnommen werden. 2. ENERGYPRO IM INSELBETRIEB Vor dem Start des Tutorials öffnen Sie bitte das Beispielprojekt 2 MW wind turbine.epp im energypro Standardordner: C:\energyPRO data\english\project examples. Das System in diesem Projekt besteht aus einer 2 MW Windenergieanlage, einer Stromvermarktung und einem Strombedarf von MWh/Jahr, wie unten dargestellt.

3 Die Stromvermarktung wird innerhalb des Beispielprojektes nicht benötigt. Da es sich um ein Inselsystem handelt kann die im Projekt vorhandene Stromvermarktung gelöscht werden. Um einen Datenverlust zu vermeiden speichern Sie die Projektdatei unter einem anderen Namen. Das Projekt befindet sich jetzt noch nicht im Inselbetriebsmodus. Im ersten Schritt muss also der Inselbetriebsmodus eingeschaltet werden. Diese Option kann unter der Betriebsstrategie gewählt werden. In der oberen rechten Ecke des Eingabefensters Betriebsstrategie können Sie die Option Inselbetrieb aktivieren. Hierfür betätigen Sie das Auswahlkästchen im rot markierten Bereich. Beachte: Die Option Inselbetrieb ist nur sichtbar, wenn ein Strombedarf innerhalb des Projektes definiert wurde. Wenn die Option Inselbetrieb ausgewählt wurde, sind die zwei folgenden Optionen wählbar. Die Option Keine Verbindung zum Strommarkt kann zur Modellierung von Inselsystemen ohne die Möglichkeit des Imports oder Exports von Strom aus dem Inselbetrieb verwendet werden. Die zweite Option Austausch von Strom über den Strommarkt verlangt ermöglicht sowohl Stromexport als auch Stromimport aus dem Inselsystem. In diesem Tutorial wird die erste Option verwendet, da diese am besten zur Darstellung echter Inselsysteme geeignet ist und so die technische Optimierung (hier ohne Betrachtung der Wirtschaftlichkeit) gut darstellen kann.

4 3. DEFINITION VON STROMSPEICHERN Nachdem das Projekt nun in den Inselbetriebsmodus gesetzt wurde, muss zur technischen Optimierung des Betriebs ein Stromspeicher integriert werden. So kann die Stromproduktion der Windenergieanlage in den Stunden, in denen die Produktion den Bedarf übersteigt, im Speicher zwischengespeichert werden. Um einen Stromspeicher zu definieren klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Speicher und wählen Stromspeicher hinzufügen aus. Hier können Sie nun zwischen Pumpspeicherkraftwerk, Batterie und E-Kfz wählen. Wählen Sie für dieses Projekt ein Pumpspeicherkraftwerk aus. Nun haben Sie ein Pumpspeicherkraftwerk zu dem Projekt hinzugefügt. Wenn Sie sich im graphischen Benutzermodus befinden, werden Sie sehen, dass der Speicher in der oberen linken Ecke platziert wurde. Um die Symbole neu zu ordnen, können Sie das Symbol entweder per Drop & Drag bewegen oder per automatischer Anordnung (siehe unten) sortieren. Standardmäßig haben neue Pumpspeicherkraftwerke eine Kapazität von 0 MWh. Um dies zu ändern, öffnen Sie das Pumpspeicherkraftwerke per Doppelklick und geben Sie die jeweiligen Werte zur Definition des Pumpspeicherkraftwerks ein.

5 Zur Definition des Pumpspeicherkraftwerks gibt es drei Kategorien der Eingabe. Es können Eingaben zur Speicherfähigkeit, zum Wasserzulauf und zur Pumpstation gemacht werden. Die Speicherkapazität wird durch die Höhendifferenz zwischen den beiden Reservoirs, dem Volumen des oberen Reservoirs und einen Ausnutzungsgrad berechnet. Die Pumpleistung definiert mit welcher Leistung das Reservoir gefüllt werden kann und die Produktionsleistung definiert die Leistung bei Einspeisung. Zusätzlich kann ein Wasserzulauf beschrieben werden. In diesem Tutorial verwenden Sie die Werte wie oben gezeigt. Der Stromspeicher kann nun den Überschussstrom der Windenergieanlagen speichern. Allerdings wird bei Betrachtung der Berichte Erzeugung, grafisch und Energieerzeugung, jährlich deutlich, dass die Windenergieanlage alleine den definierten Strombedarf nicht decken kann.

6 4. DEFINITION EINES BRENNSTOFFSPEICHERS Wie zuvor bereits beschrieben reicht die Stromproduktion der Windenergieanlage nicht aus, um den Strombedarf zu decken, daher muss dem Energiesystem eine weitere, Strom produzierende, Anlage hinzugefügt werden. Diese Anlage soll eine BHKW-Anlage sein, die mit Biogas betrieben wird, welches in einem Brennstoffspeicher zwischengespeichert werden kann. Im ersten Schritt muss also ein Brennstoff, in diesem Fall Biogas, definiert werden. In der Grafik unten sehen Sie die Vorgehensweise zum Definieren eines neuen Brennstoffs. Nennen Sie den Brennstoff Biogas und öffnen Sie das Eingabefenster. Um einen Brennstoffspeicher hinzuzufügen, markieren Sie das Feld Verfügbarkeit und Speicher. Nun haben Sie die Möglichkeit einen Speicher, wie in der Grafik unten, zu definieren. Übernehmen Sie die Werte für Einheit, Heizwert und Nutzbarer Brennstoffspeicher für Ihren Speicher aus der Darstellung oben.

7 In diesem Beispiel wird angenommen, dass die Biogasproduktion limitiert ist, also muss die produzierte Menge Biogas definiert werden. Dies kann durch die Angabe monatlicher Mengen oder durch den Verweis auf eine Zeitreihe geschehen. In diesem Tutorial soll eine Zeitreihe verwendet werden. Dazu klicken Sie nun auf Zeitreihe. Das sich öffnende Fenster sollte ähnlich dem Folgendem aussehen. Durch die Verwendung von Zeitreihen kann die Verfügbarkeit des Biogases minutengenau spezifiziert werden. Zur Vereinfachung des Tutorials wird im vorliegenden Beispiel angenommen, dass über das Jahr hinweg stets eine Biogasleistung von 2,1 MW zur Verfügung steht. Um dies zu modellieren, geben Sie einfach, wie oben gezeigt, für den ersten Zeitpunkt des Projektreitraums 2,1 MW ein. energypro berücksichtigt in einer Zeitreihe solange einen Wert bis dieser sich ändert. Im Beispielprojekt gibt es im gesamten Projektzeitraum keinen neuen Wert und so steht zu jedem Zeitpunkt während der Projektlaufzeit 2,1 MW Biogas zur Verfügung. Bestätigen Sie Ihre Eingaben mit OK. Im nächsten Schritt wird über einen Rechtsklick auf Energieanlagen ein BHKW hinzugefügt.

8 Dieses BHKW soll nicht als Klassisches BHKW eingerichtet werden, da im Projekt kein Wärmebedarf definiert wurde. Lassen Sie dafür die Wärmeproduktion einfach auf null und füllen Sie nur die Leistungsdaten für die Brennstoffaufnahme und die elektrische Leistung. Geben Sie für das Biogas BHKW die unten gezeigten Werte ein. Nun wurden alle benötigten Komponenten in das Projekt eingefügt, um den definierten Strombedarf zu decken. Im nächsten Schritt wird die entsprechende Betriebsstrategie für dieses Inselsystem definiert. 5. BETRIEBSSTRATEGIE FÜR TECHNISCHEN INSELBETRIEB Im vorliegenden energypro Projekt soll das Pumpspeicherkraftwerk ausschließlich durch die Windenergieanlage genutzt werden, während das Biogas BHKW den Strombedarf decken soll,

9 sobald dieser nicht ausreichend durch die Windenergieproduktion gedeckt werden kann. Um die Produktion des Biogas BHKW in den Stromspeicher zu verhindern, öffnen Sie die Betriebsstrategie. Die Definition, welche Anlagen den Speicher befüllen dürfen, geschieht über die Prioritätenvergabe. Um dem Biogas BHKW die Produktion in den Speicher zu verbieten, muss dieses eine Prioritätsnummer von größer 1 haben, da alle Produktionsanlagen mit der Prioritätsnummer 1 oder kleiner die Erlaubnis haben, die erzeugte Energie im Speicher zwischen zu speichern. Geben Sie also dem Biogas BHKW die Prioritätsnummer 2. Standardmäßig ist es Anlagen nicht erlaubt, im Teillastbetrieb zu laufen. In diesem Projektbeispiel kann es aber durchaus sinnvoll sein, das Biogas BHKW in Teillast zu betreiben, um die fluktuierende Produktion der Windenergieanlage auszugleichen. Außerdem muss der Windenergieanlage erlaubt werden, in Teillast zu laufen, da die Überschussenergie nicht in das Netz eingespeist werden kann. Um den Teillastbetrieb zu erlauben, klicken Sie auf den Reiter Energieanlagen, setup und markieren die Option Teillastbetrieb erlaubt für die beiden Energieanlagen (siehe unten). Schließen Sie das Fenster Betriebsstrategie durch OK. Nun wurden alle relevanten Eingaben für dieses Inselsystem getätigt. Die energypro Berechnung kann nun gestartet werden und die entsprechenden Ergebnisse werden angezeigt. Wir empfehlen noch die Optimierungsmethode von der Standardberechnung auf monatlicher Basis zu einer jährlichen Optimierung zu ändern. energypro sorgt dafür, dass der Brennstoffspeicher und der Stromspeicher zum Ende einer jeden Optimierungsperiode gefüllt sind. Da die entsprechenden Speicher über das Jahr hinweg jeweils unterschiedliche Auslastung erfahren, ist es hier sinnvoll, den Optimierungszeitraum auf ein Jahr festzulegen.

10 Der Optimierungszeitraum kann unter Projektbeschreibung eingestellt werden. Öffnen Sie diese wie unten gezeigt. In dem sich öffnenden Fenster markieren Sie die Option erweitert. Dadurch haben Sie erweiterte Einstellungsmöglichkeiten im Fenster Projektbeschreibung, wie die nächste Grafik zeigt.

11 Im unteren Teil des Fensters kann nun der Zeitraum der Optimierungsperiode eingestellt werden. Wählen Sie hier Jahr aus und bestätigen Sie mit OK. Das energypro Projekt wird nun auf Jahresbasis optimiert. Beachte: Die Berechnung mit der Optimierung über ein ganzes Jahr dauert üblicherweise länger als die monatliche Optimierung. Die jährliche Optimierung wird nicht für Wirtschaftlichkeitsberechnungen empfohlen. Um zu untersuchen, wie energypro die beiden Speicher und das Biogas BHKW über den Planungszeitraum verwendet, klicken Sie einfach auf den Bericht Erzeugung, grafisch, wie unten gezeigt. Wie der Grafik oben zu entnehmen ist, wird zuerst die Windenergieanlage und das Pumpspeicherkraftwerk genutzt, um den Strombedarf zu decken, erst dann springt das Biogas BHKW ein, um den Restbedarf zu versorgen. Das Gesamtergebnis für den berechneten Projektzeitraum kann über den Bericht Energieerzeugung, jährlich dargestellt werden. Dieser Bericht gibt einen Überblick über alle Energieflüsse des Projektes.

12 Kontakt Für weitere Informationen stehen wir gerne zur Verfügung. EMD Deutschland GbR Breitscheidstraße Kassel Tel: +49 (0) Fax: +49 (0) emd-de@emd.dk /