EBSILON®Professional Online Dokumentation
Kraftwerkstypen lassen sich nach verschiedenen Kriterien gliedern:
nach Brennstoffen wie Kernkraftwerke, konventionelle Kraftwerke mit den Brennstoffen Steinkohle, Braunkohle, Öl, Gas, Zusatzbrennstoffe wie Biogas, Müll, Restbrennstoffe, Wasserkraft, Wind u.a. Alternativ können sie nach Produkten wie Strom, Fernwärme, Prozessdampf, nach Größe etwa >800 MW, 100-800 MW, 10-100 MW, <10 MW, nach Baualter und damit z.B. Dampfzuständen, nach nationalen Vorschriften und Standortbedingungen, nach Arbeitsmedium oder nach Einsatzweise z.B. Grundlast, Spitzenlast klassifiziert werden. Die Zuordnung zu diesen Kriterien gibt Anhaltspunkte für den Aufbau, die Komponenten, deren Bauweise, die Parameter. Für die Modellierung können solche Kriterien genutzt werden, um Modellkraftwerke zu schaffen, auf deren Basis das zu modellierende Kraftwerk angepasst werden kann. Zusätzlich ist die Zusammenstellung von angepassten Defaultwerten möglich. Dieses erleichtert bei der Modellerstellung die Parametrierung und führt zu einer schnelleren Abwicklung.
Für Komponentenhersteller bietet dies zudem die Möglichkeit, Kraftwerksbereiche, für die weniger Know-How vorliegt, doch mit einer zuverlässigen Parametrierung zu versehen.
Der Lifecycle von energietechnischen Anlagen besteht aus verschiedenen Phasen, die sowohl die Planung, den Bau, den Betrieb und den Rückbau umfasst. Innerhalb dieser Hauptphasen existieren eine Serie von Unterprozessen wie Projektplanung, Projektierung, Engineering, Einkauf, Fertigung, Transport, Montage und Inbetriebnahme, Produktion, Instandhaltung, Revision usw.
Dieser sequentiell erscheinende Ablauf ist durch mehrere - häufig auch Erfahrungsrückfluss - genannte Schleifen für technische Informationen geschlossen. Dabei kommt dem Rückfluss von Betriebsdaten, d. h. dem Output der Prozesskette während Inbetriebnahme, Probebetrieb, Abnahmeversuchen und Produktionsbetrieb eine besondere Bedeutung zu.
Generelles Ziel der Modellierung eines virtuellen Kraftwerks ist es, die einzelnen Prozessphasen mittels der Kraftwerksmodellierung zu verbessern. Da die Prozessphasen meistens von verschiedenen Unternehmen mit verschiedenen Kerngeschäften abgedeckt werden, sind verschiedene Ziele abhängig vom Unternehmen vorhanden. Auch eine mit der Zeit veränderliche Zielsetzung ist möglich. So stellte z.B. die Zuverlässigkeit lange Zeit ein Ziel dar, heute ist es schwerpunktmäßig der Produktpreis.
Ein Bauteil dient der virtuellen Ermittlung von bestimmten Outputparametern bei Vorgabe von Inputparametern. Das Verhalten wird durch thermodynamische Gesetze oder durch Kennlinien beschrieben.
Für alle Bauteile ist das Verhalten vorgegeben. Das Bauteil Programmierbaustein ermöglicht die freie, kundeneigene Programmierung von beliebigen Bauteilen.
Regelelemente ermöglichen Kontrollstrukturen, Rechenverknüpfungen und Wertübertragungen zwischen Leitungen. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, Logikverknüpfungen aufzubauen oder Zielwertvorgaben zu realisieren.
In der Topologie wird die Anordnung von Bauteilen und Regelelementen vorgenommen, sodass die zu modellierende Anlage zielgerecht berechnet werden kann.
Der Detaillierungsgrad der Topologie bestimmt den Aufwand für Modellierung und Modellanpassung einerseits und den Modellnutzen andererseits. Bei Planungsanwendungen ist das Optimum erreicht, wenn die Modellierung so detailliert ist, dass Liefer- und Leistungsumfang, charakterisiert durch Garantien, ohne Nachbesserungen mit minimalem Aufwand zu erfüllen sind.
Die Parametrierung erfolgt über die Eingabe von Masken der Bauteile und Regelelemente oder über die Eingabe von Start- oder Randwerten. Sinnvollerweise wird das Haupteinheitensystem in den Einstellungen passend gewählt, sodass die Dateneingabe ohne Umrechnungen erfolgen kann. Das Einheitensystem muss in einem Modell aber nicht einheitlich sein.
Standardwerte für die Bauteile sind oft mehrfach für verschiedene Anwendungsfälle vorhanden. Sie lassen sich aus der Bibliothek laden. Auch eigene Standardwerte können angelegt und verwaltet werden. Bei den Bauteilen 1 und 33 sind damit auch viele Brennstoffzusammensetzungen ladbar.
Die Eingabe von Messwerten erfolgt über Regelelemente, die auf den Leitungen frei positioniert werden können. Bei Kraftwerksanwendungen ist die Verwendung der Kraftwerksnomenklatur AKZ/KKS günstig.
Mit der Programmierumgebung EbsScript steht ein Tool zur Automatisierung der Modellrechnungen, aber auch zur Erweiterung der Bauteilanwendung zur Verfügung. Auf jede Variable jeden Bauteils kann zugegriffen werden und diese auch manipuliert werden. Bei der Kraftwerksmodellierung ist dies besonders für sogenannte What-If- Rechnungen interessant, bei denen dadurch virtuelle Zustände miteinander verglichen werden können.
Es sind Schleifen für Iterationen möglich, mit deren Hilfe auch Zielwerte gefunden werden können.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Berücksichtigung von Geometriedaten. In EbsScript können die Bauteilparameter unter Berücksichtigung von Geometrie berechnet werden, mit denen dann die Simulationsrechnung ausgeführt wird.
Grundsätzlich sollte aber soviel Berechnung wie möglich im Modell vorgesehen werden.
Sinnvollerweise beginnt man die Modellierung mit einem niedrigen Detaillierungsgrad
und erhöht diesen, nachdem jeweils Volllast- und Teillastlauffähigkeit sichergestellt wurde. Als praktisch haben sich dabei jeweils Schritte von jeweils 30-50 Bauteilen erwiesen.
Sind modellmäßig identische Baugruppen vorhanden, können diese zunächst parametriert werden und anschließend durch Kopieren/Einfügen vervielfältigt werden.
Zu beachten ist, dass in jeder Leitung nur eine Strömungsrichtung möglich ist. Für die Konvergenz ist es hilfreich, wenn in einem Kreislauf ein Druckgefälle vorhanden ist.
Bauteilanschlüsse müssen bezüglich des Fluids vor dem Verbinden mit Leitungen gewählt werden. Mit angeschlossener Leitung ist ein Mediumwechsel nicht möglich.
Bei der Verwendung von Reglern ist es hilfreich, zunächst die Regler auszuschalten und die Lauffähigkeit des Modells sicherzustellen und dann die Regler zu aktivieren.
Das Modell darf keine widersprüchlichen Angaben bezüglich Drücken haben. Insbesondere ist dies bei Vorgabe von Drücken an Bauteilen, die selber Drücke als Spezifikationswerte besitzen, zu beachten.
Festzulegen ist jeweils, ob bei einem Bauteil die Spezifikationswerte oder von außen vorgegebene Größen verwendet werden. Die Umschaltung erfolgt in der jeweiligen Bauteilspezifikation.