Exergy Efficient Municipal Multi Energy Systems

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Die Eindämmung der globalen Erwärmung ist eine der größten Herausforderungen für die Gesellschaft im 21. Jahrhundert. Die daraus entstehenden globalen Initiativen zur Dekarbo-nisierung des Energiesystems führten zu einer großen technologischen Innovation und der Einbindung von erneuerbaren Energien in das Energiesystem. Dies sowie die Steigerung der Energieeffizienz werden in der Literatur als vielversprechendste Optionen für ein nachhalti-ges Energiesystem genannt. Beides bedeutet für derzeitige Energiesysteme, als auch für deren zukünftige Planung und Betrieb, große Herausforderungen. Die Energiesystemmodel-lierung kann den erforderlichen Umwandlungsprozess unterstützen, indem sie Einblicke in die komplexen Beziehungen möglicher zukünftiger Energiesysteme mit hohem EE-Anteil gewährt. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Modellierung von exergieeffizienten Multi-Energie-Systemen (MES). In MES werden die unterschiedlichen Energieträger und -sektoren durch geeignete Kopplungstechnologien miteinander verknüpft. Durch diese gesamtheitliche Betrachtung können sektorübergreifende Synergien bei den Effizienzmaßnahmen und der Einbindung der erneuerbaren Energien genutzt werden. In MES ist Exergie ein gutes Bewer-tungskriterium für die Ressourceneffizienz, weil sie neben dem ersten auch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik berücksichtigt. In einem ersten Schritt wird eine umfassende Literaturstudie zum der Stand der Forschung sowie den Grundlagen zur exergetischen Optimierung von MES durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen werden die Anforderungen an ein Modell festgelegt. Die Methodik des ku-mulativen Exergieverbrauchs (CExC) deckt diese am besten ab. Der CExC berücksichtigt alle exergtischen Aufwendungen von der Primärressource bis zum fertigen Produkt oder Service. Das bedeutet, dass sowohl die exergetischen Aufwendungen für den Energieimport als auch die Aufwendungen für die Installation der Infrastruktur berücksichtigt werden. Das bestehende CExC-Konzept wurde angepasst, um eine Methodik zur Exergieoptimierung von kommunalen MES zu schaffen. Sie wird auf drei verschiedene Fallstudien angewendet. Zur Modellierung wird das Open-Source-Modellierungsframework oemof verwendet. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass es wichtig ist, Design und Betrieb des Energiesystems ge-meinsam zu optimieren, da ein exergieeffizienter Betrieb nur möglich ist, wenn das Design dies zulässt. Daneben ist die Modellierung der Randbedingungen von besonderer Bedeutung. In offenen Systemen, wie es kommunale MES sind, können falsch gewählte Randbedingun-gen zu verzerrten Ergebnissen führen. Wird die räumliche Auflösung modelliert, können un-terschiedlichen Netzabdeckungen sowie beschränkten Leitungstransferkapazitäten berück-sichtigt werden. Je nach Modellierungsart der Lastflussgleichungen können sich die Ergeb-nisse und Rechenzeiten signifikant unterscheiden.

Details

Titel in ÜbersetzungExergy Efficient Municipal Multi Energy Systems
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020