Im Mittelpunkt steht die Entwicklung des Modellsystems P-OPT zur prädiktiven Optimierung des Mikro-KWK-Anlagenfahrplans und des gesteuerten Ladens eines Elektrofahrzeugs. Der zentrale methodische Ansatz ist die tägliche Durchfuhrung einer kurzfristigen haushaltsindividuellen Lastprognose und der darauf aufbauenden Fahrplan- und Ladeoptimierung mit rollierendem Zeithorizont. Die Implementierung des Modellsystems besteht entsprechend aus Modulen zur Lastprognose, Optimierung und Simulation. Mit Hilfe des Modellsystems wird eine umfangreiche Fallstudie durchgeführt. Als Betrachtungsraum dienen dazu vier Haushalte unterschiedlicher Größe in je zwei Varianten hinsichtlich des spezifischen jährlichen Heizwärmebedarfs. Weitere Szenarien ergeben sich aus der Berücksichtigung zeitvariabler Stromtarife sowie der Unterscheidung von Fällen mit und ohne Elektrofahrzeug. Die wesentlichen Erkenntnisse aus der Fallstudie sind: (1) Bei einer zum jährlichen Wärmebedarf des versorgten Haushalts passenden Anlagenauslegung, ergeben sich für die untersuchten brennstoffzellenbasierten Mikro-KWKAnlagen hohe jährliche Laufzeiten. Dennoch sind Freiheitsgrade zur Betriebsoptimierung, v. a. in Übergangszeiten mit niedrigem Heizwärmebedarf und in Zusammenhang mit dem gesteuerten Laden eines Elektrofahrzeugs, vorhanden. Durch das Ausnutzen dieser Freiheitsgrade kann die Rate der Eigenstromnutzung um durchschnittlich zehn Prozentpunkte erhöht werden. (2) Mit den entwickelten Lastprognosemodellen basierend auf einem Neuro-Fuzzy-Ansatz sowie der multiplen linearen Regression, kann das für die Optimierung relevante Informationsdefizit gegenüber naiven Referenzmethoden durchschnittlich halbiert werden. (3) Durch die prädiktive Optimierung werden gegenüber dem wärmegefuhrten Referenzbetrieb im Durchschnitt aller verwendeten Methoden ca. 10 bis maximal rund 18 % Einsparungen bei den jährlich aufzubringenden Systemausgaben zur Vollversorgung der betrachteten Haushalte mit Strom und Wärme erreicht. (4) Die Projektion der erreichten Ausgabensenkungen auf die gesamte Anlagenlebensdauer wird gemessen an der Änderung des Kapitalwerts (ΔNPV) gegenüber dem Referenzbetrieb. Mit Hilfe der prognosebasierten Heuristik wird szenarioabhängig ein durchschnittlicher Wert des ANPV zwischen ca. 1.500 und 2.300 € bei den Varianten mit der Referenzanlage, und zwischen ca. 1.800 und 2.700 € über alle der betrachteten Varianten erreicht. Erstgenanntes entspricht etwa 13 bis 19 % des von der Industrie avisierten Ziel- Endkundenpreises der Referenzanlage in Höhe von 12.000 €. (5) Die höchsten Werte des ΔNPV bei der Anwendung der prognosebasierten Heuristik werden mit durchschnittlich ca. 2.700 in den Szenarios mit Elektrofahrzeug und dem verwendeten zeitvariablen Stromtarif erreicht. Auch mit durchschnittlich rund 1.800 € bei heute gängigen Rahmenbedingungen (kein Elektrofahrzeug und konstante Tarife), übersteigt der ökonomische Vorteil somit den derzeitigen Investitionszuschuss für Mikro-KWK-Anlagen mit einem Kilowatt elektrischer Leistung. (6) Bei der Verwendung prognostizierter Lastgänge betragen die, am theoretischen Optimum gemessenen, Zielerreichungsgrade im Durchschnitt ca. 83 % für das gemischtganzzahlige Programm und ca. 73 % für die Greedy-Heuristik. Meist übersteigt dabei der berechnete prognosebedingte den methodenbedingten Nachteil der Heuristik knapp. (7) Ein stationärer elektrischer Speicher erreicht, auf Kosten einer signifikant erhöhten Investition, ab einer gewissen Batteriegröße jährliche Einsparungen in gleicher Höhe wie der entwickelte Optimierungsansatz. Die Optimierung ist jedoch auch dann stets in der Lage nochmals zusätzliche Einsparungen zu generieren. (8) Das sofortige Laden eines Elektrofahrzeugs direkt nach dessen Ankunft am Haushalt erweist sich als äußerst ungünstig für die erzielbare Rate der Eigenstromnutzung. Deshalb sollte, selbst wenn auf eine Fahrplanoptimierung für die Mikro-KWK-Anlage verzichtet wird, zumindest der Ladevorgang angepasst auf den Anlagenbetrieb erfolgen sowie eventuell zeitvariable Stromtarife berücksichtigen. (9) Steigende Endkunden-Strompreise verbessern sowohl die Ergebnisse des vorgestellten Ansatzes als auch die prinzipielle Wirtschaftlichkeit dezentraler Mikro-KWK-Anlagen. Äquivalente relative Steigerungen des Gasbezugspreises werden dabei überkompensiert.


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    Title :

    Optimierung des Einsatzes brennstoffzellenbasierter Mikro-KWK-Anlagen unter Berücksichtigung des gesteuerten Ladens von Elektrofahrzeugen


    Contributors:

    Publication date :

    2013


    Size :

    264 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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