TY - THES

T1 - Gesamtheitliche Modellierung von leitungsgebundenen Energiesystemen mit exergetischer Bewertung

AU - Scheiber, Gerhild

N1 - nicht gesperrt

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Mit dem am 1.1.2015 in Kraft getretenen Energieeffizienzgesetz hat sich Österreich nicht nur zum Ziel gesetzt den Endenergieverbauch zu senken, sondern auch Treibhausgase einzusparen und den Anteil von erneuerbaren Energiequellen am Energiemix zu erhöhen. Diese vermehrte Integration von Erneuerbaren stellt die derzeitigen Energiesysteme vor neue Herausforderungen. Die Bereitstellung von volatilen regenerativen Energien, wie Wind- und Solarenergie, unterliegt starken zeitlichen Schwankungen. Daraus können große Unterschiede zwischen momentanen Energieangebot und –bedarf entstehen, welche die Einführung von Ausgleichstechnologien, wie Zwischenspeichern oder Lastverschiebungen, erfordern. Da die Speicherkapazität des elektrischen Netzes, in welches Erneuerbare vorwiegend einspeisen, begrenzt ist bietet sich eine Verknüpfung von Netzen verschiedener Energieträger an um die Speicherkapazität des Gesamtsystems zu erhöhen. Für eine bessere Integration und eine effiziente Nutzung der zur Verfügung stehenden Energie sind auch deren Exergieniveaus wichtig. Exergie ist jener Anteil der Energie, der sich in jede Energieform umwandeln lässt. Exergie ist also ein Qualitätsmerkmal, das verwendet wird, um unterschiedliche Energieträger vergleichen zu können. Dies ist wichtig, zumal die Energienachfrage auch auf verschiedenen Qualitätsniveaus anfällt und mit einer exergiegerechten Verwendung Energie eingespart werden kann. Ziel der Masterarbeit ist es, bestehende optimierungsfähige Modelle für hybride Netze um eine exergetische Bewertung zu erweitern, um weiterführend exergetische Optima zu bestimmen. Die Integration nicht regelbarer erneuerbarer Einspeiser und hierbei der exergiegerechte Umgang mit den auftretenden Überschüssen ist ein wesentlicher Teil der Arbeit. Zu Beginn erfolgt die Erhebung und Validierung von vorhandenen Modellierungs- und Optimierungslösungen, mit frei verfügbaren Quellcode, der sich an die notwendigen Anforderungen anpassen lässt. Die Optimierungsmodelle bestehen aus Verbrauchern, erneuerbaren und konventionellen Einspeisern, Speichern und Umwandlungstechnologien, welche die entsprechenden Energienetze miteinander verknüpfen. Nach der Auswahl eines passenden Softwaretools, erfolgt die Bildung von unterschiedlichen Versorgungsszenarien und die Analyse der Funktionsweise der exergetischen Optimierung. Abschließend werden auf Grundlage von realen Einspeise- und Verbrauchsdaten für die Stadt Leoben Unterschiede im Versorgungssystem bei aktueller Photovoltaik-Einspeisung mit jener bei Ausschöpfung des vollen Photovoltaik-Potentials verglichen.

AB - Mit dem am 1.1.2015 in Kraft getretenen Energieeffizienzgesetz hat sich Österreich nicht nur zum Ziel gesetzt den Endenergieverbauch zu senken, sondern auch Treibhausgase einzusparen und den Anteil von erneuerbaren Energiequellen am Energiemix zu erhöhen. Diese vermehrte Integration von Erneuerbaren stellt die derzeitigen Energiesysteme vor neue Herausforderungen. Die Bereitstellung von volatilen regenerativen Energien, wie Wind- und Solarenergie, unterliegt starken zeitlichen Schwankungen. Daraus können große Unterschiede zwischen momentanen Energieangebot und –bedarf entstehen, welche die Einführung von Ausgleichstechnologien, wie Zwischenspeichern oder Lastverschiebungen, erfordern. Da die Speicherkapazität des elektrischen Netzes, in welches Erneuerbare vorwiegend einspeisen, begrenzt ist bietet sich eine Verknüpfung von Netzen verschiedener Energieträger an um die Speicherkapazität des Gesamtsystems zu erhöhen. Für eine bessere Integration und eine effiziente Nutzung der zur Verfügung stehenden Energie sind auch deren Exergieniveaus wichtig. Exergie ist jener Anteil der Energie, der sich in jede Energieform umwandeln lässt. Exergie ist also ein Qualitätsmerkmal, das verwendet wird, um unterschiedliche Energieträger vergleichen zu können. Dies ist wichtig, zumal die Energienachfrage auch auf verschiedenen Qualitätsniveaus anfällt und mit einer exergiegerechten Verwendung Energie eingespart werden kann. Ziel der Masterarbeit ist es, bestehende optimierungsfähige Modelle für hybride Netze um eine exergetische Bewertung zu erweitern, um weiterführend exergetische Optima zu bestimmen. Die Integration nicht regelbarer erneuerbarer Einspeiser und hierbei der exergiegerechte Umgang mit den auftretenden Überschüssen ist ein wesentlicher Teil der Arbeit. Zu Beginn erfolgt die Erhebung und Validierung von vorhandenen Modellierungs- und Optimierungslösungen, mit frei verfügbaren Quellcode, der sich an die notwendigen Anforderungen anpassen lässt. Die Optimierungsmodelle bestehen aus Verbrauchern, erneuerbaren und konventionellen Einspeisern, Speichern und Umwandlungstechnologien, welche die entsprechenden Energienetze miteinander verknüpfen. Nach der Auswahl eines passenden Softwaretools, erfolgt die Bildung von unterschiedlichen Versorgungsszenarien und die Analyse der Funktionsweise der exergetischen Optimierung. Abschließend werden auf Grundlage von realen Einspeise- und Verbrauchsdaten für die Stadt Leoben Unterschiede im Versorgungssystem bei aktueller Photovoltaik-Einspeisung mit jener bei Ausschöpfung des vollen Photovoltaik-Potentials verglichen.

KW - Energiesystemmodellierung

KW - Exergie

KW - Hybridnetz

KW - energy modeling frameworks

KW - exergy

KW - multi-energy systems

M3 - Masterarbeit

ER -