Die Anforderungen an Regel- und Reserverleistung sowie die Netz-Kontrollmechansimen in der Stromerzeugung erreichen eine zunehmend komplexeren Grad mit der Integration dargebotsabhängiger erneuerbarer Energien.
Netzregelung und Lastmanagement als ein alternativer Ansatz ist eine zusätzliche Möglichkeit zur Versorgung mit- und Einsparung von konventioneller Regel- und Reserveleistung.
Der international anerkannte Begriff für diese Maßnahmen der Lastverschiebung wird mit dem Begriff "Demand Side Mäanagement" (DSM) bezeichnet. DSM in zeitlicher und örtlicher Verteilung enthält zukunftsweisende Perspektiven welche Gegenstand zusätzlicher Forschungsthemen sind.
Die Arbeit zeigt Charakteristika und Grenzen von DSM mit Haushalts Kühl- und Gefriergeräten auf. Hierbei wird eine Simulationplattform verwendet, welche das aggregierte Lastprofil von 1-10 Mill. Geräten unter Variation der technischen Einflussparameter ermittelt. Die statistischen Verteilungen der Geräteparameter wie auch das Einflussverhalten der Benutzers wird bei der Simulation berücksichtigt.
In verschiedenen Szenarien werden die Möglichkeiten und Grenzen zum Anbieten von Regel- und Reserveleistung analysiert und Praktikabilität diskutiert.
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Simulation of Demand Side Management with domestic cooling appliances
The requirements on balancing power and the controllability of power generation reaches a higher grade of complexity with the integration weather-dependent renewables.
Regulation and shifting of the load as an alternative approach is an additional solution for supply and saving conventional balancing power.
The international accepted term for these measures in load shifting is Demand Side Managment (DSM). DSM in time and location contains forward looking perspectives requireing more detailed investigations and research.
The presentation shows characteristics and limits of DSM with domestic cooling appliances using a simulation platform. The platform computes and visualizes the aggregated load profile of 1-10 Million compressor cooling devices. The statistic distribution of device parameters as well as the influence of the user is considered by the simulation.
In several controlling scenarios prospects and limits in providing balancing power will be analysed and discussed regarding their feasibility.
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Dipl. Ing. C. Grau
Paderborn, 22.08.2011
Lehrstuhl für Nachhaltige Energiekonzepte (NEK), Prof. Dr.Ing. Stefan Krauter
Universität Paderborn
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1 Motivation und Problemstellung
- 1.2 Ziele der Arbeit
- 1.3 Aufbau der Arbeit
- 2. Vorüberlegungen
- 2.1 Energiebedarfsstruktur der Haushalte in der BRD
- 2.2 Top-Down- versus Bottom-Up-Modell
- 2.3 Einflussfaktoren auf elektrischen Energiebedarf und Nutzung
- 3. Regelung elektrischer Netze
- 3.1 Ursachen für Regelleistungseinsatz
- 3.2 Primärregelleistung, passiver Selbstregeleffekt
- 3.3 Sekundärregelleistung
- 3.4 Minutenreserve/ Tertiärregelleistung
- 3.5 Dauerreserveleistung, Stundenreserveleistung, EEG-Reserveleistung
- 3.6 Regelleistungsmarkt- und Bilanzausgleich
- 3.7 Technische Präqualifikation und Rahmenvertrag für Regelleistung
- 4. Demand Side Management
- 4.1 Demand Side Management – Definition und Begriffsdifferenzierung
- 4.1.1 Definition: Demand Side Management
- 4.1.2 Definition: Demand Response
- 4.1.3 Definition: Demand Side Bidding
- 4.1.4 Begriffsdifferenzierung DSM
- 4.2 Einsatzstrategien und Ziele von DSM
- 4.3 Smartmetering, Smartgrids & Home-Automation
- 4.3.1 DSM, Smartmeter und Verbraucherinteressen
- 4.4 Optimale Marktposition für einen DSM Anbieter
- 4.5 Rentabilität von DSM mit Haushaltsgeräten
- 4.6 Interessenkonflikte zwischen externen DSM Anbietern und Bilanzkreisen
- 4.7 Interaktion zwischen Benutzer und DSM-Anbieter: DSM Interface
- 4.8 Simulatoren für DSM
- 4.9 DSM Kommunikationsstrukturen
- 4.9.1 Kommunikationslösungen für DSM in der Praxis
- 4.9.2 Rundsendung / Broadcast-Message
- 4.9.3 Übertragungsbandbreiten für DSM
- 4.1 Demand Side Management – Definition und Begriffsdifferenzierung
- 5. Simulationsmodell für Kühl- und Gefriergeräte
- 5.1 Funktionsprinzip Kühlgeräte
- 5.1.1 Definition von Geräteklassen
- 5.2 Temperaturen - Messpunkte, Klimaklasse
- 5.2.1 Temperaturen - Haltbarkeit von Lebensmitteln
- 5.3 Thermodynamisches Modell für Kompressoren-Kühlgeräte
- 5.4 Verifikation des thermodynamischen Modells
- 5.5 Einflussfaktoren auf Kompressorlauf- und Standzeiten
- 5.5.1 Umgebungstemperatur/ Gerätestandort
- 5.5.2 Geräteisolation
- 5.5.3 Gerätemaße
- 5.5.4 Hysterese
- 5.5.5 Beladungsgrad mit Kühlgut
- 5.5.6 Türöffnungen und Neubeladung
- 5.5.7 Kompressor Mindestein- und Ausschaltzeiten
- 5.5.8 Kompressorleistung und Leistungszahl
- 5.6 Gerätebestand in der BRD
- 5.1 Funktionsprinzip Kühlgeräte
- 6. Gesamtmodell für eine Simulationsplattform
- 6.1 Aufgaben der Simulationsplattform
- 6.2 Nutzungshäufigkeit und Lastprofile
- 6.3 Implementation der Simulationsplattform
- 6.3.1 Programmklassen
- 6.3.2 Klassendiagramm
- 7. Szenarien und Ergebnisse
- 7.1 Szenario A1: Vollständige Schaltung von 100000 Kühlschränken
- 7.2 Transiente Schaltenergie
- 7.3 Pool-Schaltstrategien und Systemverhalten
- 7.4 Szenario A2: Schrittweises Schalten von 100000 Kühlschränken
- 7.5 Quasistationäres Lastniveau
- 7.6 Szenarien für Gefriergeräte
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Simulationsplattform für Demand Side Management Systeme (DSM). Das Ziel ist es, ein Werkzeug zu schaffen, das die Auswirkungen von DSM-Strategien auf den Energiebedarf von Haushalten simuliert und die Effizienz von DSM-Systemen evaluiert.
- Analyse der Energiebedarfsstruktur von Haushalten in Deutschland
- Untersuchung verschiedener DSM-Strategien und -Technologien
- Modellierung von Kühl- und Gefriergeräten als wichtige Lastträger im Haushalt
- Entwicklung eines Simulationsmodells für DSM-Systeme
- Bewertung der Effizienz und der Potenziale von DSM-Systemen
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung: In diesem Kapitel werden die Motivation und Problemstellung der Arbeit vorgestellt. Es werden die Ziele der Arbeit erläutert und der Aufbau der Arbeit skizziert.
- Kapitel 2: Vorüberlegungen: Dieses Kapitel beleuchtet die Energiebedarfsstruktur von Haushalten in Deutschland und diskutiert die Vor- und Nachteile von Top-Down- und Bottom-Up-Modellen. Außerdem werden wichtige Einflussfaktoren auf den elektrischen Energiebedarf und die Nutzung von Strom in Haushalten analysiert.
- Kapitel 3: Regelung elektrischer Netze: In diesem Kapitel werden die Grundlagen der Regelung elektrischer Netze erläutert. Es werden die verschiedenen Arten der Regelleistung und deren Einsatzgebiete vorgestellt. Außerdem werden die Funktionsweise des Regelleistungsmarktes und der Bilanzausgleich behandelt.
- Kapitel 4: Demand Side Management: Dieses Kapitel liefert eine Definition von Demand Side Management und erläutert die verschiedenen Einsatzstrategien und Ziele von DSM-Systemen. Es werden die Rolle von Smartmetering, Smartgrids und Home-Automation im Kontext von DSM diskutiert sowie die Herausforderungen und Chancen für DSM-Anbieter analysiert.
- Kapitel 5: Simulationsmodell für Kühl- und Gefriergeräte: In diesem Kapitel wird ein Simulationsmodell für Kühl- und Gefriergeräte entwickelt. Es wird die Funktionsweise von Kühlgeräten erläutert und ein thermodynamisches Modell zur Berechnung des Energieverbrauchs entwickelt. Außerdem werden verschiedene Einflussfaktoren auf den Energieverbrauch von Kühlgeräten untersucht.
- Kapitel 6: Gesamtmodell für eine Simulationsplattform: Dieses Kapitel präsentiert das Gesamtmodell für die Simulationsplattform. Es werden die Aufgaben der Simulationsplattform definiert und die Implementation der Plattform erläutert. Außerdem wird ein Klassendiagramm für die Software-Architektur der Plattform vorgestellt.
- Kapitel 7: Szenarien und Ergebnisse: In diesem Kapitel werden verschiedene Simulationsszenarien vorgestellt und die Ergebnisse der Simulationen diskutiert. Es werden die Auswirkungen von DSM-Strategien auf den Energieverbrauch von Haushalten untersucht und die Effizienz der entwickelten Simulationsplattform bewertet.
Schlüsselwörter
Die Arbeit konzentriert sich auf die Themen Demand Side Management (DSM), Simulation, Energiebedarf, Haushaltsgeräte, Kühl- und Gefriergeräte, Smartmetering, Smartgrids, Regelleistung, und Energieeffizienz.
- Quote paper
- Christian Grau (Author), 2011, Entwicklung einer Simulationsplattform für Demand Side Management Systeme, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/189692
