IO Netzmodell

Der folgende Text ist ein erster Aufschlag bezüglich des Thema Optimierung Netzdurchmesser. Thema Optimierung Netztopologie und Erzeugerdimensionierung sind darin noch nicht adressiert.

Anmerkung: Die einzelnen Punkte werden sukzessive durch die Marker ❌, ⌛, ✔️ gekennzeichnet. Dies zeigt den jeweiligen Fortschritt an. Zusätzliche Kommentare zu den einzelnen Punkten sind hinter dem jeweiligen Marker in kursiver Schrift angegeben.

Anhand der offenen Issues kann der Fortschritt des Projekts überwacht werden.

Input

• Abbilden diverser Netztopologien (Strahlennetz) ✔️
  • Abfrage der Netztopologie/-hierarchie (z.B. über geeignete Nomenklatur?)
  • TODO ggf. Abbilden von Netzeinbauten (Bögen, Querschnittsveränderungen -> nur bzgl. Druckverlust)
• Energie- und Leistungsbedarf individuell je Abnahmestelle je Strang ✔️
  • ggf. vereinfachen für identische Abnahmestellen je Strang ⌛
• Vorlauftemperatur (-verlauf) des Netzes (an Einspeisestelle):
  • als f(Außentemperatur) ✔️
• Rücklauftemperatur des Netzes: s.o. ✔️
• Kostenfunktionen:
  • spezif. Investkosten Netz als f(Durchmesser) ✔️
  • Betriebskosten Netz in €/a las f(Investkosten), dito? Netzpumpe ✔️
  • Investkosten Netzpumpe(n) als f(Leistung) in €/kW ✔️
• geschätzte Wärmeerzeugungskosten p_Wärme,var in €/kWh (konstant, zur Berechnung Wärmeverlustkosten) ✔️
• Lebensdauer Betriebsmittel (Netz, Netzpumpe) in a ✔️
• kalkul. Zinssatz (WACC) in % ✔️
• Temperaturzeitreihe (Tagesmittelwerte Lufttemperatur) ⌛ (im ersten Schritt wird der Temperaturverlauf im Backend vorgegeben)
• (hydr. + elektr.) Wirkungsgrad der Pumpe ✔️
• Strompreis in €/MWh bzw. ct/kWh ✔️
• Durchschnitt Länge Hausanschlussleitungen in m ✔️ (hier müssen eigene Pipes gezogen werden)
• min. Druckverlust an Abnahmestelle (Wärmetauscher) in Bar (0,5-1 Bar) ✔️ (wird je output node angegeben)

Berechnen

• Wärmebedarfsganglinien (Zeitreihen) der einzelnen Abnahmestellen
  • SLP-Verfahren ✔️
  • Alternativ: einige Typtage und deren Häufigkeit
  • Q(mit Punkt drauf)_Wärme,Abnahmestelle,t
• Massenstrom in Abnahmestelle,t, Masseströme je Strang, Teilabschnitt,t
• Druckverlust je Teilabschnitt (zwischen Knoten/Abnahmestelle) (VL+RL)
• Druckverlust im kritischen Pfad,t
• Pumpleistung,t
• Summe der Kosten (Annuität Invest, Netz + Pumpe, Betrieb. Netz + Pumpe, var. Kosten (Pumpstrom, Erzeugung Wärmeverluste)) als f(Druchmesser)
• Durchmesser je Teilabschnitt (Minimierung Jahreskosten)
  • Annahme: spezif. Druckverlust delta p/l als Teilabschnitten im kritischen Pfad ungefähr gleich
• Druckverlust und Durchmesser in Strängen abseits kritischen Pfad
• Regel: Druckverluste in jedem Abzweig eines Knoten sind immer gleich groß
  • 
  • Beispiel
    • K1: Druckverlust in Teilnetz 1 = Teilnetz 2 = Teilnetz 3
    • K2: Druckverlust in Teilnetz 1 = Abzweig 2
    • K3: Druckverlust in Abzweig 1 = Abzweig 2
    • K4: Druckverlust in Abzweig 1 = Abzweig 2
  • gilt auch für Abzweige vor Abnahmestellen (überall)
  • im Auslegungsfall des Netzes sollte Netz abgeglichen sein (alle Kunden bekommen benötigten Massenstrom)
  • durch Regelventile (-> Durchflussminderung = erhöhter Druckverlust) bei Abnahmestellen wird Massenstrom und Druckverlust eingestellt
  • wenn Durchmesser überall gleich wäre -> Pfad mit höchstem Druckverlust = kritischer Pfad

Output

• optim. Durchmesser je Teilanschnitt
• benötigte Pumpleistung (kWd)
• Druckverlust Auslegungsfall, Sommerfall, Jahresdurchschnitt (Ganglinie/Zeitreihe)
• Dito Wärmeverlust
• Dito Massestrom (gesamt)
• Wärmeverlust p.a. in MWh
• Pumpstrom p.a. in MWh
• Annuität Investkosten Netz, Pumpe; Betriebsmittel Netz, Pumpe; Stromkosten Pumpe, Wärmeerzeugungskosten Netzverluste (Jahressumme & Zeitreihe) (- ggf. + Sensitivität)