Fahrplan-Entwicklung des BHKWs und der Wärmepumpe für eine energiesystemdienliche Optimierung der Wärmeversorgung am Technologiezentrum Energie-Campus Bergedorf

Abstract

In dieser Arbeit wird ein Optimierungsmodell für ein modernes Heizungssystem entwickelt. Es stellt die Grundlage für einen Fahrplanbetrieb am Technologiezentrum Bergedorf dar. Die Folgen der Integration einer Wärmepumpe in das bestehende Heizungssystem wurden untersucht. Für die Modellentwicklung wurde auf eine gemischt-ganzzahlige nichtlineare Optimierung zurückgegriffen. Ein Emissionsgewichtungsfaktor wurde für den Bezirk Bergedorf entwickelt, um den Betrieb der Wärmeerzeuger an Stromüberschuss und Strommangel orientieren zu können. Eine Überprüfung der Plausibilität einzelner Bestandteile des Programms wurde vorgenommen und konnte überwiegend als plausibel bewertet werden. Die Jahresauswertung zweier Varianten des Optimierungsmodells ergab eine Reduktion der CO2-Emissionen durch die Integration der Wärmepumpe. Zudem konnte eine signifikante Verschiebung der Emissionsverursacher festgestellt werden. Es wird empfohlen, das BHKW unter Volllast während des Strommangels zu betreiben. Bei einem Stromüberschuss ist der Einsatz der Wärmepumpe emissionsärmer. Durch das Erreichen einer Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe von 7,9 könnte die Deckung des Wärmebedarfs bis zu 39 % gesenkt, sowie Betriebsstunden und Betriebsstarts des BHKWs um die Hälfte verringert werden. Aufgetretene Simulationsabbrüche bedürfen einer weiteren Untersuchung. Die Integration der Wärmepumpe in das bestehende System muss in der Praxis überprüft werden. Die Umsetzung eines optimierten Fahrplans am Technologiezentrum wartet auf ihr Verwirklichung.

In this work, an optimization model for a modern heating system is developed. It represents the basis for a schedule operation at the Bergedorf Technology Center. The consequences of integrating a heat pump into the existing heating system were investigated. For the model development, a mixed-integer nonlinear optimization was used. An emission weighting factor was developed for the district of Bergedorf in order to be able to orient the operation of the heat generators to electricity surpluses and shortages. A check of the plausibility of individual components of the program was carried out and could be assessed as plausible for the most part. The annual evaluation of two variants of the optimization model showed a reduction in CO2-emissions through the integration of the heat pump. In addition, a significant shift in the emission sources could be determined. It is recommended to operate the CHP at full load during electricity shortage. When there is a surplus of electricity, the use of the heat pump is lower in emissions. By achieving an annual coefficient of performance of the heat pump of 7.9, the coverage of the heat demand could be reduced up to 39%, as well as operating hours and operating starts of the CHP unit could be reduced by half. Occurred simulation aborts require further investigation. Integration of the heat pump into the existing system needs to be verified in practice. The implementation of an optimized schedule at the technology center is waiting to be realized.