Bachelorarbeit Julian Wyszynski

 

Untersuchung vomOptimierungspotential des Kälteversorgungssystems des Forschungszentrums Jülich

Ein steigender Energiebedarf und sinkende Verfügbarkeit fossiler Energieträger, bedingen neben
der Entwicklung alternativer Erzeugungsmethoden, die Steigerung der Energieeffizienz in allen Bereichen.
Die Kältetechnik trägt einen großen Teil zum Stromverbrauch bei. Davon entfällt über ein
Viertel auf die Gebäudeklimatisierung. In diesem Bereich wird auf Grund höherer Komfortansprüche
und sinkender Preise der Kältetechnik ein starker Anstieg prognostiziert. Eine Effizienzsteigerung
kann hier durch Fernkältenetze erreicht werden, in denen ein Fluid auf einem tiefen Temperaturniveau
in zentralen Kälteversorgungszentralen erzeugt und über Rohrleitungen zu mehreren
Verbrauchern transportiert wird. Hauptvorteile sind die Nutzung von Synergieeffekten der gleichzeitigen
Erzeugung von elektrischer Energie und Kälte und der Einsatz größerer, effizienterer Kältemaschinen.
In dieser ArbeitwerdenOptimierungsstrategien für diese Art der Kälteerzeugung untersucht.
Ein Fokus liegt dabei auf der Optimierung der Leistungsaufteilung in Netzen mit mehreren
Kältemaschinen. [Beghi u. a., 2011] stellt eine Methode vor, bei der mit Hilfe eines evolutionären
Algorithmus die Steuerung der einzelnen Kältemaschinen, mit den Zielsetzungen der Energiebedarfsminderung
und der Reduzierung der Anzahl der An- und Ausschaltvorgänge, optimiert wird.
Diese Methode soll auf das Beispielobjekt der Kälteerzeugung des Forschungszentrums Jülich angewendet
werden. Eine Messdaten-basierte Untersuchung des Gesamtsystems zeigt große Unterschiede
der Effizienzprofile der acht eingesetzten Kältemaschinen und eine einfache Steuerungsstrategie.
Dies lässt ein hohes Optimierungspotenzial erwarten. Die Optimierungsmethode nach
[Beghi u. a., 2011] wird weiterentwickelt und auf ein eigens erstelltes Referenzszenario des Beispielobjekts
angewendet. Die Auswertung der Optimierung liefert eine Einsparung elektrischer Energie
von 8,61%. Darüber hinaus wird die Anzahl von An- und Ausschaltvorgängen um 27,29% gesenkt.
Aus den Ergebnissen der Optimierung wird eine vereinfachte Regelungsstrategie abgeleitet, welche
in die Steuerung der bestehenden Anlage implementiert werden könnte. Die vereinfachte Strategie
resultiert in einer Energieeinsparung von 8,45% und einer Reduzierung der Anzahl der Ein- und
Ausschaltvorgänge um41,39%. Vor der Implementierungwird eine Simulation der verbesserten Regelungsstrategie
empfohlen, um mögliche Probleme zu identifizieren.