| dc.date.accessioned | 2022-08-11T14:29:52Z | |
| dc.date.available | 2022-08-11T14:29:52Z | |
| dc.date.issued | 2022-07 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202208106605 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/14047 | |
| dc.description.sponsorship | Erstellt im Rahmen des F&E-Projekts „EffGas“ - Primärenergetische Optimierung bestehender Gas-Druckregelanlagen und Maßnahmenentwicklung für den deutschen Anlagenbestand, Laufzeit: 10/2017 bis 12/2022. Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. | ger |
| dc.language.iso | ger | ger |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | Gas-Druckregelanlagen | ger |
| dc.subject | Gasversorgung | ger |
| dc.subject | Effizienzsteigerung | ger |
| dc.subject | Integration Erneuerbare Energien | ger |
| dc.subject.ddc | 620 | |
| dc.subject.ddc | 333 | |
| dc.title | Effiziente Erdgasbereitstellung mit erneuerbaren Energien | ger |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Gas-Druckregel- und Messanlagen (GDRMA) nehmen für den Erdgastransport eine wichtige Rolle als Übergabestellen zwischen den Netzabschnitten ein. Bei der Druckreduktion kommt es infolge des Joule-Thomson-Effektes zu einer Abkühlung, wodurch die Anlagentechnik vereisen und die Gasversorgung gefährdet sein kann. Um diesen gestörten Betrieb zu vermeiden, wird das Erdgas im Vorfeld der Entspannung erwärmt. Dabei fällt der damit einhergehende Wärmebedarf auf einem für erneuerbare Energieanwendungen hervorragendem Temperaturniveau und ganzjährig an. Ziel ist es diesen Wärmebedarf auf ein Minimum zu begrenzen und möglichst umfangreich mit erneuerbaren Energiequellen zu decken. Mit diesem Ziel werden zuerst die Grundlagen der GDRMA und die zur Gewährleistung des versorgungssicheren Betriebs vorhandenen Restriktionen erläutert. Damit einher-
gehende Betriebscharakteristiken werden bei den GDRMA der untersuchten Netzbetreiber hinsichtlich der Ineffizienzen bei der Nutzwärmebereitstellung, der Regelgüte und der möglichen Verbesserungsempfehlungen der bestehenden, klassischen Anlagentechnik evaluiert sowie bewertet. Im Vorfeld der Umstellung auf eine erneuerbare Wärmeversorgung gilt es diese Ineffizienzen zu beheben, um bei Umsetzung der Maßnahmen auf den minimal notwendigen Wärmebedarf effizient auslegen zu können. Neben der energetischen Einsparung kann auch die Regelgüte bei bedarfsgerechter Auslegung gesteigert werden.
Die für derartige Auslegungskonzepte notwendigen Daten wie Gaslastgänge oder Druckverhältnisse sind nahezu vollständig bei den Netzbetreibern und mindestens im stündlichen Intervall vorhanden. Die Datenherausgabe der dafür notwendigen Lastgänge gestaltet sich in der Praxis mitunter schwierig, da es sich sowohl um direkte Kundendaten als auch um Daten von versorgungskritischen Netzelementen handelt. Um dennoch die vorgeschlagenen Maßnahmen qualitativ bewerten zu können, wird ein Verfahren zur Herleitung des täglichen Gaslastgangs auf Basis der durchgeleiteten Jahresmenge und dem Tagesmaximum an Erdgas weiterentwickelt. Der dabei hergeleitete Gaslastgang muss in einem weite-
ren Schritt in Relation zu der vorhandenen Netzbetriebscharakteristik gesetzt werden, um realistische Gaslastgänge zu prognostizieren. Hierfür wurden die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Fallstudien ausgewertet und eine Klassifizierung der GDRMA in Erdgasnetzen entwickelt. Der sich bei Anwendung des entwickelten Verfahrens hergeleitete tägliche Gasdurchsatz und Wärmebedarf bildet die Basis für die weiterführenden Untersuchungen. Hierbei wurden Effizienzmaßnahmen entwickelt und bewertet, welche neben den theoretischen Untersuchungen auch im Praxisbetrieb realisiert werden konnten. Daran anschließend wurden alternative Wärmebereitstellungskonzepte hinsichtlich deren Einsatz in GDRMA untersucht und sich ergebende Restriktionen aufgezeigt. Abschließend wird im Rahmen der Arbeit ein Werkzeug entwickelt, welches die Präqualifizierung der vorgeschlagenen Maßnahmen auf Basis der hergeleiteten Gaslastgänge ermöglicht und anhand von repräsentativen GDRMA bewertet wird. | ger |
| dcterms.abstract | Gas pressure regulating and metering stations (GPRMS) play an important role in the transport of natural gas as the exchange point between networks. During the pressure reduction, the Joule-Thomson effect leads to a temperature decrease of the gas, which can cause formation of ice on and in the installation equipment and endanger the gas supply. To avoid this unintended process, the natural gas is heated prior to expansion. This heat demand is at a general temperature level, which is excellent for renewable energy applications and occurs throughout the year. The aim is to limit this heat demand to a minimum on the one hand and to cover it as extensively as possible with renewable energy sources on the other. The accompanying operating characteristics of the GPRMS will be evaluated and assessed with regards to the inefficiencies in the provision of useable heat and the control quality. Possible recommendations for improvement of the existing technology will be given. Before the transition to a renewable heat supply, these inefficiencies must be eliminated in order to be able to efficiently design a renewable heat supply system for the minimum necessary heat demand. In addition to the energy savings, a higher security of supply can be reached by increasing the control quality.
The data required for such investigations of the heat supply systems, such as gas load profiles or pressure conditions, are almost completely available to the network operators. The necessary data disclosure of the load curves may sometimes be difficult in practice, since it concerns both direct customer data and data of supply-critical network elements. In order to be able to evaluate the proposed measures qualitatively, a procedure for the derivation of the daily gas load curve based on the transmitted annual quantity and the daily maximum of natural gas is developed.
In a further step, the derived gas load profile has to be put in relation to the existing network operation characteristics in order to derive realistic gas load profiles. For this purpose, case studies carried out within the scope of this work were evaluated and a classification of GPRMS in natural gas networks was developed.
The determined gas load profile forms the basis of the heat demand estimation, for which only the pressure and the gas temperature as well as the basic natural gas composition have to be provided by the network operators as average annual values. The daily gas through put and heat demand derived by using this method forms the basis for the further investigations. For this purpose, efficiency measures were developed and evaluated, which, in addition to the theoretical investigations, could also be realized in practical operation. Subsequently, alternative heat supply concepts were investigated with regard to their application in GPRMS and resulting restrictions were identified and shown. Finally, a tool was developed that enables to perform a prequalification of the proposed measures based on the derived gas load profiles. Using typical GPRMS load profiles, the proposed measures were evaluated, and the corresponding results are presented. | eng |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Wimmer, Lukas | |
| dcterms.dateAccepted | 2021-11-09 | |
| dcterms.extent | x, 165 Seiten | |
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Maschinenbau, Institut für Thermische Energietechnik, Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik | ger |
| dc.contributor.referee | Vajen, Klaus (Prof. Dr.) | |
| dc.subject.swd | Gasdruckregler | ger |
| dc.subject.swd | Gasversorgung | ger |
| dc.subject.swd | Effizienzsteigerung | ger |
| dc.subject.swd | Energieeinsparung | ger |
| dc.subject.swd | Erdgastransport | ger |
| dc.subject.swd | Wärmeversorgung | ger |
| dc.subject.swd | Erneuerbare Energien | ger |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| kup.iskup | false | |
| ubks.epflicht | true | |
