Verfügbarkeit: Modellbasierte Optimierung der Energiebereitstellung zentral versorgter Großkrankenhäuser

Modellbasierte Optimierung der Energiebereitstellung zentral versorgter Großkrankenhäuser:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Wulf, Christian 1989- (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Hamburg Verlag Dr. Kovač 2021
Schriftenreihe:	Schriftenreihe technische Forschungsergebnisse Band 43
Schlagworte:	Energiemodell Energiemanagement Energieeffizienz Modellierung Optimierung Kältemaschinen Heizkessel Dampferzeuger Blockheizkraftwerk Energiemärkte Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	xvi, 239 Seiten Diagramme 21 cm, 325 g
ISBN:	9783339122827 3339122822

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG .......................................................................................................... 1 1.1 HINTERGRUND ............................................................................................. 4 1.2 ZIELSTELLUNG ............................................................................................. 7 1.3 AUFBAU DER ARBEIT ................................................................................... 8 2 ENERGIEVERSORGUNG VON GROSSKRANKENHAEUSERN ......................................... 11 2.1 ENERGIENACHFRAGE .................................................................................. 13 2.2 ENERGIEKONVERSION ................................................................................ 15 2.2.1 ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN ........................................................... 15 2.2.1.1 BLOCKHEIZKRAFTWERKE ................................................................. 15 2.2.1.2 HEIZKESSEL ................................................................................. 20 2.2.1.3 DAMPFERZEUGER ........................................................................ 26 2.2.1.4 KAELTEMASCHINEN ........................................................................ 30 2.2.1.5 THERMISCHE SPEICHER ............................................................... 37 2.2.2 ZUSAMMENSCHALTUNG MEHRERER ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN ...... 40 2.3 BESCHAFFUNG VON ENERGIETRAEGERN ......................................................... 42 2.3.1 STROM ............................................................................................. 42 2.3.1.1 STROM HANDEL .............................................................................. 43 2.3.1.2 AUSGLEICHSENERGIE .................................................................... 46 2.3.2 ERDGAS ............................................................................................ 47 2.3.3 HEIZOEL ............................................................................................ 48 2.3.4 F ERN WAERME ..................................................................................... 49 VI INHALTSVERZEICHNIS 3 METHODENENTWICKLUNG .................................................................................... 51 3.1 GESAMTANSATZ ......................................................................................... 52 3.2 NACHFRAGEPROGNOSE ............................................................................... 55 3.2.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN .............................................................. 56 3.2.2 VERWENDETER ANSATZ ...................................................................... 57 3.2.2.1 PROGNOSE DER ABSOLUTEN ENERGIENACHFRAGE ............................... 60 3.2.2.2 ENERGIENACHFRAGEPROGNOSE UEBER DIE NACHFRAGEAENDERUNG ..... 64 3.2.2.3 ZUSAMMENFUHRUNG DER PROGNOSEN ........................................... 66 3.3 ABBILDUNG VON ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN ....................................... 67 3.3.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN .............................................................. 68 3.3.2 VERWENDETE ANSAETZE ...................................................................... 69 3.3.2.1 BLOCKHEIZKRAFTWERK ................................................................... 70 3.3.2.2 GROSSWASSERRAUMKESSEL ............................................................. 71 3.3.2.3 KAELTEMASCHINEN ......................................................................... 82 3.3.2.4 THERMISCHE SPEICHER ................................................................ 87 3.4 ANGEBOTSMODELLIERUNG ......................................................................... 88 3.4.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN .............................................................. 90 3.4.2 VERWENDETER ANSATZ ...................................................................... 92 3.4.2.1 PROGNOSE DER ABSOLUTEN STROMPREISE ....................................... 95 3.4.2.2 PROGNOSE DER STROMPREISAENDERUNGEN ....................................... 96 3.4.2.3 ZUSAMMENFUHRUNG DER PROGNOSEN ........................................... 97 3.5 OPTIMIERUNG VON ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMEN .............................. 98 3.5.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN .............................................................. 99 3.5.2 VERWENDETER ANSATZ .................................................................... 101 3.5.2.1 FOLGESTEUERUNGEN VON ANLAGENVERBUNDEN ............................ 104 3.5.2.2 EINSATZ DES BLOCKHEIZKRAFTWERKS ............................................ 105 3.5.2.3 ABWAERMENUTZUNG DES BLOCKHEIZKRAFTWERKS .......................... 106 3.5.2.4 FAHRPLANOPTIMIERUNG ............................................................... 108 INHALTSVERZEICHNIS VII 3.6 WIRTSCHAFTLICHE BEWERTUNG VON VARIATIONEN DES ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMS ................................................. 109 3.6.1 KAPITAL WERT .................................................................................. 110 3.6.2 DYNAMISCHE AMORTISATIONSZEIT ................................................... 111 4 UNTERSUCHUNGSBEISPIEL ................................................................................. 113 4.1 DEFINITION DER LIEGENSCHAFT ................................................................ 115 4.1.1 ENERGIENACHFRAGE ......................................................................... 115 4.1.1.1 STROM ...................................................................................... 116 4.1.1.2 WAERME .................................................................................... 116 4.1.1.3 KAELTE ....................................................................................... 117 4.1.1.4 DAMPF .................................................................................... 118 4.1.2 ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN ........................................................ 118 4.1.2.1 STROMBEREITSTELLUNG ................................................................ 119 4.1.2.2 WAERMEBEREITSTELLUNG ............................................................ 119 4.1.2.3 KAELTEBEREITSTELLUNG ................................................................. 119 4.1.2.4 DAMPFBEREITSTELLUNG ............................................................. 121 4.1.3 ENERGIETRAEGERBESCHAFFUNG ........................................................... 122 4.1.4 REFERENZBETRIEB ............................................................................ 123 4.1.4.1 BETRIEBSWEISE BLOCKHEIZKRAFTWERK ....................................... 123 4.1.4.2 BETRIEBSWEISE KAELTEMASCHINEN ............................................. 123 4.1.4.3 BETRIEBSWEISE DAMPFERZEUGER .............................................. 124 4.2 DEFINITION DES UNTERSUCHUNGSBEISPIELS ............................................. 125 4.2.1 AUFGABENSTELLUNG: BETRIEBLICHE OPTIMIERUNG ............................ 125 4.2.2 AUFGABENSTELLUNG: MODIFIKATION DES ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMS .................................................... 126 4.2.2.1 VARIANTE 1: AUSTAUSCH KAELTEMASCHINEN ................................. 126 4.2.2.2 VARIANTE 2: NACHRUESTUNG LAMBDA-WAECHTER ........................... 127 4.2.2.3 VARIANTE 3: IMPLEMENTIERUNG EINES KAELTESPEICHERS ............. 128 VIII INHALTSVERZEICHNIS 4.2.2.4 VARIANTE 4: KAELTESPEICHER MIT ZUGANG ZUM BOERSLICHEN STROMHANDEL ............................................................................. 129 4.2.2.5 VARIANTE 5: BATTERIESPEICHER MIT ZUGANG ZUM BOERSLICHEN STROMHANDEL ............................................................................. 129 4.3 PROGNOSE DER ENERGIENACHFRAGE .......................................................... 130 4.3.1 ERGEBNISDARSTELLUNG ..................................................................... 130 4.3.1.1 STROM ........................................................................................ 130 4.3.1.2 WAERME ..................................................................................... 133 4.3.1.3 KAELTE ......................................................................................... 136 4.3.1.4 DAMPF ..................................................................................... 139 4.3.2 DISKUSSION DER PROGNOSEGUETE ...................................................... 142 4.3.2.1 BETRACHTUNGSZEITRAUM ............................................................. 142 4.3.2.2 EINFLUSS DER METHODISCHEN KOMPONENTEN ............................. 151 4.4 ABBILDUNG DER ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN ...................................... 153 4.4.1 BLOCKHEIZKRAFTWERK ..................................................................... 153 4.4.2 GROSSWASSERRAUMKESSEL ................................................................ 154 4.4.2.1 DAMPFERZEUGER 1 UND 2 .......................................................... 154 4.4.2.2 DAMPFERZEUGER 3 .................................................................... 156 4.4.2.3 DAMPFERZEUGER 4 .................................................................... 156 4.4.2.4 FOLGESTEUERUNG ........................................................................ 157 4.4.3 KAELTEMASCHINEN ........................................................................... 159 4.4.3.1 KAELTEMASCHINE 1 UND 2 ........................................................... 160 4.4.3.2 KAELTEMASCHINE 3 ..................................................................... 161 4.4.3.3 KAELTEMASCHINE 4 ..................................................................... 162 4.4.3.4 KAELTEMASCHINE 5 ..................................................................... 163 4.4.3.5 FOLGESTEUERUNG ........................................................................ 164 4.5 PROGNOSE DER STROMPREISE ................................................................... 166 4.5.1 ERGEBNISDARSTELLUNG ..................................................................... 166 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.5.1.1 AUSWAHL DER NETZTOPOLOGIE .................................................... 167 4.5.1.2 PROGNOSE DER ZU ERWARTENDEN STROMPREISE ............................ 169 4.5.2 ERGEBNISDISKUSSION ...................................................................... 172 4.5.2.1 BETRACHTUNGSZEITRAUM ............................................................. 173 4.5.2.2 EINFLUSS DER METHODISCHEN KOMPONENTEN ............................. 174 4.6 AUFGABENSTELLUNG: BETRIEBLICHE OPTIMIERUNG ................................... 175 4.6.1 ERGEBNISDARSTELLUNG ..................................................................... 175 4.6.1.1 EXEMPLARISCHER ZEITRAUM ....................................................... 176 4.6.1.2 ZEITRAUM MIT HOHER ZU ERWARTENDER MONETAERER EINSPARUNG... 180 4.6.1.3 ZEITRAUM MIT NIEDRIGER ZU ERWARTENDER MONETAERER EINSPARUNG .............................................................................. 185 4.6.2 ERGEBNISDISKUSSION ...................................................................... 189 4.6.2.1 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN ................................................. 189 4.6.2.2 EINFLUSS DER PROGNOSEUNGENAUIGKEITEN .................................. 195 4.6.2.3 EINFLUSS DER FOLGESTEUERUNGEN ............................................... 196 4.7 AUFGABENSTELLUNG: MODIFIKATION DES ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMS ........................................................... 198 4.7.1 AUSTAUSCH DER SCHRAUBENVERDICHTER-KAELTEMASCHINEN ................ 199 4.7.1.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM ........... 199 4.7.1.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN ............................................... 201 4.7.2 NACHRUESTUNG LAMBDA-WAECHTER ................................................ 203 4.7.2.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM .......... 204 4.7.2.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN ............................................... 206 4.7.3 IMPLEMENTIERUNG KAELTESPEICHER ................................................. 207 4.7.3.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM .......... 207 4.7.3.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN ............................................... 208 4.7.4 KAELTESPEICHER IN VERBINDUNG MIT BOERSLICHEM STROMHANDEL ...... 210 4.7.4.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM .......... 210 X INHALTSVERZEICHNIS 4.7.4.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN ............................................... 211 4.7.5 BATTERIESPEICHER IN VERBINDUNG MIT BOERSLICHEM STROMHANDEL... 212 4.7.5.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM .......... 212 4.7.5.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN ................................................. 214 5 SCHLUSSBETRACHTUNG ...................................................................................... 217 LITERATURVERZEICHNIS ......................................................................................... 223 A ANHANG ........................................................................................................... 237 A. 1 BESTIMMUNG DER MITTLEREN SPEZIFISCHEN WAERMEKAPAZITAETEN ............. 237 A.2 ANALYSE DER TEMPERATURPROGNOSEDATEN ............................................. 238
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG . 1 1.1 HINTERGRUND . 4 1.2 ZIELSTELLUNG . 7 1.3 AUFBAU DER ARBEIT . 8 2 ENERGIEVERSORGUNG VON GROSSKRANKENHAEUSERN . 11 2.1 ENERGIENACHFRAGE . 13 2.2 ENERGIEKONVERSION . 15 2.2.1 ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN . 15 2.2.1.1 BLOCKHEIZKRAFTWERKE . 15 2.2.1.2 HEIZKESSEL . 20 2.2.1.3 DAMPFERZEUGER . 26 2.2.1.4 KAELTEMASCHINEN . 30 2.2.1.5 THERMISCHE SPEICHER . 37 2.2.2 ZUSAMMENSCHALTUNG MEHRERER ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN . 40 2.3 BESCHAFFUNG VON ENERGIETRAEGERN . 42 2.3.1 STROM . 42 2.3.1.1 STROM HANDEL . 43 2.3.1.2 AUSGLEICHSENERGIE . 46 2.3.2 ERDGAS . 47 2.3.3 HEIZOEL . 48 2.3.4 F ERN WAERME . 49 VI INHALTSVERZEICHNIS 3 METHODENENTWICKLUNG . 51 3.1 GESAMTANSATZ . 52 3.2 NACHFRAGEPROGNOSE . 55 3.2.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN . 56 3.2.2 VERWENDETER ANSATZ . 57 3.2.2.1 PROGNOSE DER ABSOLUTEN ENERGIENACHFRAGE . 60 3.2.2.2 ENERGIENACHFRAGEPROGNOSE UEBER DIE NACHFRAGEAENDERUNG . 64 3.2.2.3 ZUSAMMENFUHRUNG DER PROGNOSEN . 66 3.3 ABBILDUNG VON ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN . 67 3.3.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN . 68 3.3.2 VERWENDETE ANSAETZE . 69 3.3.2.1 BLOCKHEIZKRAFTWERK . 70 3.3.2.2 GROSSWASSERRAUMKESSEL . 71 3.3.2.3 KAELTEMASCHINEN . 82 3.3.2.4 THERMISCHE SPEICHER . 87 3.4 ANGEBOTSMODELLIERUNG . 88 3.4.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN . 90 3.4.2 VERWENDETER ANSATZ . 92 3.4.2.1 PROGNOSE DER ABSOLUTEN STROMPREISE . 95 3.4.2.2 PROGNOSE DER STROMPREISAENDERUNGEN . 96 3.4.2.3 ZUSAMMENFUHRUNG DER PROGNOSEN . 97 3.5 OPTIMIERUNG VON ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMEN . 98 3.5.1 METHODISCHE GRUNDLAGEN . 99 3.5.2 VERWENDETER ANSATZ . 101 3.5.2.1 FOLGESTEUERUNGEN VON ANLAGENVERBUNDEN . 104 3.5.2.2 EINSATZ DES BLOCKHEIZKRAFTWERKS . 105 3.5.2.3 ABWAERMENUTZUNG DES BLOCKHEIZKRAFTWERKS . 106 3.5.2.4 FAHRPLANOPTIMIERUNG . 108 INHALTSVERZEICHNIS VII 3.6 WIRTSCHAFTLICHE BEWERTUNG VON VARIATIONEN DES ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMS . 109 3.6.1 KAPITAL WERT . 110 3.6.2 DYNAMISCHE AMORTISATIONSZEIT . 111 4 UNTERSUCHUNGSBEISPIEL . 113 4.1 DEFINITION DER LIEGENSCHAFT . 115 4.1.1 ENERGIENACHFRAGE . 115 4.1.1.1 STROM . 116 4.1.1.2 WAERME . 116 4.1.1.3 KAELTE . 117 4.1.1.4 DAMPF . 118 4.1.2 ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN . 118 4.1.2.1 STROMBEREITSTELLUNG . 119 4.1.2.2 WAERMEBEREITSTELLUNG . 119 4.1.2.3 KAELTEBEREITSTELLUNG . 119 4.1.2.4 DAMPFBEREITSTELLUNG . 121 4.1.3 ENERGIETRAEGERBESCHAFFUNG . 122 4.1.4 REFERENZBETRIEB . 123 4.1.4.1 BETRIEBSWEISE BLOCKHEIZKRAFTWERK . 123 4.1.4.2 BETRIEBSWEISE KAELTEMASCHINEN . 123 4.1.4.3 BETRIEBSWEISE DAMPFERZEUGER . 124 4.2 DEFINITION DES UNTERSUCHUNGSBEISPIELS . 125 4.2.1 AUFGABENSTELLUNG: BETRIEBLICHE OPTIMIERUNG . 125 4.2.2 AUFGABENSTELLUNG: MODIFIKATION DES ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMS . 126 4.2.2.1 VARIANTE 1: AUSTAUSCH KAELTEMASCHINEN . 126 4.2.2.2 VARIANTE 2: NACHRUESTUNG LAMBDA-WAECHTER . 127 4.2.2.3 VARIANTE 3: IMPLEMENTIERUNG EINES KAELTESPEICHERS . 128 VIII INHALTSVERZEICHNIS 4.2.2.4 VARIANTE 4: KAELTESPEICHER MIT ZUGANG ZUM BOERSLICHEN STROMHANDEL . 129 4.2.2.5 VARIANTE 5: BATTERIESPEICHER MIT ZUGANG ZUM BOERSLICHEN STROMHANDEL . 129 4.3 PROGNOSE DER ENERGIENACHFRAGE . 130 4.3.1 ERGEBNISDARSTELLUNG . 130 4.3.1.1 STROM . 130 4.3.1.2 WAERME . 133 4.3.1.3 KAELTE . 136 4.3.1.4 DAMPF . 139 4.3.2 DISKUSSION DER PROGNOSEGUETE . 142 4.3.2.1 BETRACHTUNGSZEITRAUM . 142 4.3.2.2 EINFLUSS DER METHODISCHEN KOMPONENTEN . 151 4.4 ABBILDUNG DER ENERGIEKONVERSIONSANLAGEN . 153 4.4.1 BLOCKHEIZKRAFTWERK . 153 4.4.2 GROSSWASSERRAUMKESSEL . 154 4.4.2.1 DAMPFERZEUGER 1 UND 2 . 154 4.4.2.2 DAMPFERZEUGER 3 . 156 4.4.2.3 DAMPFERZEUGER 4 . 156 4.4.2.4 FOLGESTEUERUNG . 157 4.4.3 KAELTEMASCHINEN . 159 4.4.3.1 KAELTEMASCHINE 1 UND 2 . 160 4.4.3.2 KAELTEMASCHINE 3 . 161 4.4.3.3 KAELTEMASCHINE 4 . 162 4.4.3.4 KAELTEMASCHINE 5 . 163 4.4.3.5 FOLGESTEUERUNG . 164 4.5 PROGNOSE DER STROMPREISE . 166 4.5.1 ERGEBNISDARSTELLUNG . 166 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.5.1.1 AUSWAHL DER NETZTOPOLOGIE . 167 4.5.1.2 PROGNOSE DER ZU ERWARTENDEN STROMPREISE . 169 4.5.2 ERGEBNISDISKUSSION . 172 4.5.2.1 BETRACHTUNGSZEITRAUM . 173 4.5.2.2 EINFLUSS DER METHODISCHEN KOMPONENTEN . 174 4.6 AUFGABENSTELLUNG: BETRIEBLICHE OPTIMIERUNG . 175 4.6.1 ERGEBNISDARSTELLUNG . 175 4.6.1.1 EXEMPLARISCHER ZEITRAUM . 176 4.6.1.2 ZEITRAUM MIT HOHER ZU ERWARTENDER MONETAERER EINSPARUNG. 180 4.6.1.3 ZEITRAUM MIT NIEDRIGER ZU ERWARTENDER MONETAERER EINSPARUNG . 185 4.6.2 ERGEBNISDISKUSSION . 189 4.6.2.1 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN . 189 4.6.2.2 EINFLUSS DER PROGNOSEUNGENAUIGKEITEN . 195 4.6.2.3 EINFLUSS DER FOLGESTEUERUNGEN . 196 4.7 AUFGABENSTELLUNG: MODIFIKATION DES ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEMS . 198 4.7.1 AUSTAUSCH DER SCHRAUBENVERDICHTER-KAELTEMASCHINEN . 199 4.7.1.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM . 199 4.7.1.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN . 201 4.7.2 NACHRUESTUNG LAMBDA-WAECHTER . 203 4.7.2.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM . 204 4.7.2.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN . 206 4.7.3 IMPLEMENTIERUNG KAELTESPEICHER . 207 4.7.3.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM . 207 4.7.3.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN . 208 4.7.4 KAELTESPEICHER IN VERBINDUNG MIT BOERSLICHEM STROMHANDEL . 210 4.7.4.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM . 210 X INHALTSVERZEICHNIS 4.7.4.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN . 211 4.7.5 BATTERIESPEICHER IN VERBINDUNG MIT BOERSLICHEM STROMHANDEL. 212 4.7.5.1 AUSWIRKUNGEN AUF DAS ENERGIEBEREITSTELLUNGSSYSTEM . 212 4.7.5.2 VERGLEICH DER BETRIEBSKOSTEN . 214 5 SCHLUSSBETRACHTUNG . 217 LITERATURVERZEICHNIS . 223 A ANHANG . 237 A. 1 BESTIMMUNG DER MITTLEREN SPEZIFISCHEN WAERMEKAPAZITAETEN . 237 A.2 ANALYSE DER TEMPERATURPROGNOSEDATEN . 238
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