MINLP-Optimierung des Entwurfs und des stationären Betriebs von Kraftwerken mit mehreren Arbeitspunkten:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
2009
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| adam_text | Titel: MINLP-Optimierung des Entwurfs und des stationären Betriebs von Kraftwerken mit mehreren Arbeitspun
Autor: Jüdes, Marc
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Kraftwerksoptimierung 2
1.2 Fokus dieser Arbeit und methodischer Ansatz 4
2 Stand der Forschung 7
2.1 Optimierung des Kraftwerksentwurfe 7
2.2 Optimierung des Kraftwerksbetriebs 8
2.2.1 Berücksichtigung des Teillastbetriebs bei der Auslegung 9
2.2.2 Prozessdatenvalidierung 9
2.2.3 Optimierung der Betriebsparameter und der Wartungsstrategien . . 10
2.3 Optimierungsmethoden 12
2.3.1 Heuristische Verbesserungsmethoden 12
2.3.2 Mathematische Optimierungsmethoden 13
2.4 Klassifizierung und Datenreduktion bei der Entwurfs- und Betriebsopti¬
mierung 15
3 Anlagenmodellierung 16
3.1 Begriffserläuterung 16
3.2 Modellierung des thermodynamischen Verhaltens von Anlagenkomponenten 17
3.2.1 Modellierung des Nominalfalls eines Wärmeübertragers 17
3.2.2 Stoffeigenschaften der Arbeitsmedien 18
3.3 Modellierung des Teillastverhaltens der Komponenten von Energieum¬
wandlungsanlagen 19
3.3.1 Wärmeübertrager 20
3.3.2 Dampfturbinen 21
3.3.3 Gasturbinen 22
3.4 Kostenmodell 26
3.5 Formulierung des Optimierungsproblems 28
4 Lösungsverhalten der verwendeten Solver und globale Optimalität 31
4.1 Nichtkonvexe nichtlineare Funktionen 31
4.2 Global optimale Lösungen 32
4.3 Analyse der Optimierungsergebnisse der CGAM-Anlage 34
4.4 Einfluss der Exergie auf die mathematische Optimierung 36
5 Optimierung des Entwurfs einer komplexen Energieumwandlungsanlage 40
5.1 Geforderte Betriebsbedingungen und vereinfachende Annahmen 42
5.2 Bestimmung minimaler und maximaler elektrischer Leistungen des zugrun¬
de liegenden Anlagenmodells 44
5.3 Entwurfsoptimierung bei ausschließlicher Berücksichtigung des Volllastfalls 46
V
5.3.1 Einfluss von Entwurfs- und Betriebsvarianten der Gasturbinen
und der Abhitzekessel auf den optimalen Anlagenentwurf bei der
Berücksichtigung eines Betriebspunktes 46
5.3.2 Einfluss des Brennstoffpreises auf den optimalen Anlagenentwurf
bei verschiedenen Betriebsvarianten 50
5.3.3 Einfluss der berücksichtigten äquivalenten Volllaststunden auf den
optimalen Anlagenentwurf 50
5.3.4 Vergleich verschiedener (lokal) optimaler Lösungen 52
5.3.5 Entwurfsoptimierung mit unsicheren Investitionskosten 54
5.3.6 Schlussfolgerungen aus der Entwurfsoptimierung nur unter Berück¬
sichtigung des Volllastfalls 54
5.4 Teillastbetriebsverhalten der im Volllastfall optimierten Anlage 55
5.5 Berücksichtigung des Teillastbetriebs bei der Optimierung des Anlagenent¬
wurfs 56
5.5.1 Einfluss verschiedener Entwurfs- und Betriebsvarianten der Gastur¬
binen und der Abhitzekessel auf den Teülastbetrieb 56
5.5.2 Einfluss des Brennstoffpreises auf den Anlagenentwurf unter
Berücksichtigung des Teillastbetriebs 60
5.6 Betrieb der Anlage in anderen als den bei der Optimierung berücksichtigten
Arbeitspunkten 64
5.7 Optimierter Entwurf bei der Berücksichtigung von vier stationären Be¬
triebspunkten 67
5.8 Einfluss der verwendeten mathematischen Solver auf das Optimierungser¬
gebnis 70
5.9 Fazit 72
6 Exergetische und exergoökonomische Untersuchungen der optimalen Anla¬
genentwürfe 74
6.1 Grundprinzip der exergoökonomischen Analyse und Bewertung 75
6.1.1 Zuweisung von Investitionskosten zu einzelnen Anlagenkomponen¬
ten in verschiedenen Betriebspunkten 76
6.1.2 Berechnung exergiespezifischer Kostenströme der Gasturbinen ... 76
6.2 Exergetische und exergoökonomische Kenngrößen im Volllastfall 77
6.2.1 Analyse des optimalen Entwurfs LOi 77
6.2.2 Vergleich der (lokal) optimalen Entwürfe LOi bis LO4 im Betriebs¬
punkt BP1 81
6.3 Exergetische und exergoökonomische Untersuchungen eines Anlagenent¬
wurfs für den Betrieb in mehreren Arbeitspunkten 82
6.3.1 Berechnung mittlerer Kenngrößen zur Entwurfsbewertung 83
6.3.2 Ergebnisse der exergoökonomischen Analyse unter Berücksichtigung
mehrerer Betriebspunkte 84
6.4 Schlussfolgerungen aus der exergetischen und der exergoökonomischen Ana¬
lyse und Bewertung 85
7 Optimierung des stationären Kraftwerksbetriebs 88
7.1 Reduktion und Klassifizierung historischer Betriebsdaten 89
7.2 Diagnose und Bewertung von Verschleiß und Fehlfunktionen beim statt- i
onären Anlagenbetrieb 93
7.2.1 Diagnosemethodik 93 5
VI f
7.2.2 Einfluss einzelner Komponenten auf die Gesamtanlage 94
7.3 Optimierung des Kraftwerksbetriebs bei veränderten Randbedingungen . . 97
8 Zusammenfassung und Ausblick 100
A Vereinfachte Stoffwerte für Wasser 104
A.l Überhitzter Dampf 104
A.2 Flüssiges Wasser 104
A.3 Sättigungszustand 105
B Kostenfunktionen wichtiger Komponenten 107
C Stromdaten eines optimalen Anlagenentwurfs 109
Literaturverzeichnis 111
VII
|
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| topic | Kombinationskraftwerk - Systementwurf - Betriebsverhalten - Teillastbetrieb - Gemischt-ganzzahlige Optimierung - Nichtlineare Optimierung Kombinationskraftwerk (DE-588)4231148-2 gnd Teillastbetrieb (DE-588)4126979-2 gnd Gemischt-ganzzahlige Optimierung (DE-588)4156566-6 gnd Betriebsverhalten (DE-588)4138142-7 gnd Systementwurf (DE-588)4261480-6 gnd Nichtlineare Optimierung (DE-588)4128192-5 gnd |
| topic_facet | Kombinationskraftwerk - Systementwurf - Betriebsverhalten - Teillastbetrieb - Gemischt-ganzzahlige Optimierung - Nichtlineare Optimierung Kombinationskraftwerk Teillastbetrieb Gemischt-ganzzahlige Optimierung Betriebsverhalten Systementwurf Nichtlineare Optimierung Hochschulschrift |
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