Modellierung und Simulation von sensiblen Kurzzeitwärmespeichern zur Reduktion von Spitzenlasten

Die zeitliche Trennung der Produktion von Strom und Wärme mit KWK-Anlagen, in Verbindung mit dem unstetigen Verbrauch der Energie über den Tages- und Jahresverlauf stellt allgemein eine grundlegende Problematik dar. Somit ist der Einsatz von geeigneten Speichertechnologien im Kontext nachhaltiger Energieerzeugungs- und Verbraucherketten ein grundlegender Schlüsselfaktor geworden. Die vorliegende Arbeit soll durch die Untersuchung ausgewählter Kurzzeit- Speichersysteme in Fernwärmenetzen zur Reduktion von Spitzenlasten, einen Beitrag in diesem Bereich der wissenschaftlichen Auseinandersetzung liefern. Ziel der Untersuchung ist eine Gegenüberstellung der Auswirkungen verschiedener Speicherszenarien auf das Betriebsverhalten eines Fernwärmenetzes. Aktuelle Ergebnisse des gegenwärtigen Stands der Technik sollen in diesem Kontext genauso berücksichtigt werden, wie durch Simulation gewonnene Daten. In Zusammenarbeit mit dem Betreiber eines kleineren Fernwärmenetzes wird das Verhalten des Fernwärmnetzes bei der Implementierung ausgewählter Kurzzeitspeichersysteme simuliert und untersucht. Es kann davon ausgegangen werden, dass sowohl die Implementierung eines zentralen als auch eines dezentralen Speichersystems zur Reduktion der auftretenden Lastspitzen in einem Fernwärmenetz führt. Durch eine geeignete Betriebsführung kann neben einer Reduktion der Spitzenlasten in Hinblick auf die Erzeugeranlagen ein optimiertes Verhalten erreicht werden. Eine, über den Tagesverlauf gleichmäßige Erzeugung führt aufgrund geringerer Belastungen zu einer erhöhten Lebensdauer der Systemkomponenten. Im Sinne einer nachhaltigen Wärmeversorgung können die erhobenen und evaluierten Daten, die Wahl eines geeigneten Speichersystems in zukünftigen oder bereits bestehenden Fernwärmenetzen beeinflussen. The temporary decoupling of production of electricity and heat with combined heat and power cycle in combination with an unsteady consumption is a fundamental difficulty in energy distribution. Thus the use of suitable heat storage systems became a key factor in a sustainable energy supply chain. The presented work, examines due to a literature research chosen short term heat storage systems in district heating networks for the purpose of reduction of peak loads. Aim of the thesis is a comparison of the effects from a storage system on the operational characteristic and the peak load reduction of the district heating network. Therefore a small scale district heating network is modeled in cooperation with its operator, and simulated with different storage systems implemented. It could be assumed that both chosen systems, centralized and decentralized heat storage leads to a reduction of the peak loads. Beside peak load reduction, a suitable operational strategy in respect to an optimized production reduces the stress on the components of the system due to lower variation of the load. This extends the durability of the production facility. For the purpose of a sustainable heat supply, the gained and evaluated data could influence the choice of a heat storage system, both for existing and prospective heating networks.