DE102008058736B3 - Method for operating gas network, involves variably activating gas network pressure depending on evaluation criterion, where variation of gas network pressure takes place by pressure-regulating plant - Google Patents
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- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/06—Fluid distribution
- F17C2265/068—Distribution pipeline networks
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasnetzes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for operating a gas network according to the preamble of claim 1.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
In bekannten Gasnetzen wird ein Gasvolumenstrom, beispielsweise von einer (Erd-)Gasquelle, über eine Hochdruckleitung und eine Verzweigungsstelle, einen Mitteldruckbereich, unter Umständen mit industriellen Verbrauchern, und einen Niederdruckbereich Verbrauchern zugeführt. Die Gewährleistung der Versorgung der Verbraucher mit Gas unterliegt insbesondere dem folgenden Spannungsfeld:
- – Der Verbrauch der Verbraucher unterliegt langfristigen, mittelfristigen und kurzfristigen dynamischen Änderungen, die beispielsweise jahreszeitbedingt oder tageszeitbedingt sind und von der Außentemperatur abhängen können;
- – Die Bereitstellung von Gas von der Erdgasquelle kann variieren hinsichtlich der Volumenströme und des Preises;
- – Lokale Gaseinspeiser können ergänzend zu dem konventionellen Gasbezug aus einer Gasquelle Gas in das Gasnetz, beispielsweise im Mitteldruckbereich, einspeisen.
- - Consumption by consumers is subject to long-term, medium-term and short-term dynamic changes, such as seasonality or time of day, which may depend on the outside temperature;
- - The supply of gas from the natural gas source can vary in terms of volume flows and price;
- - Local gas feeders can in addition to the conventional gas supply from a gas source gas in the gas network, for example in the medium-pressure range, feed.
Das erläuterte Spannungsfeld erfordert eine aufwändige Regelung der Gasströme in dem Gasnetz, insbesondere der Einspeisung von der Erdgasquelle über die Hochdruckleitung, der Entnahme durch die Verbraucher und der Einspeisung lokaler Einspeiser. Für eine derartige Regelung finden Regeleinrichtungen Einsatz, denen umfassende Zustandsgrößen zuzuführen sind. Eine Regelung einer Einspeisung eines lokalen Gaseinspeisers ist nur bedingt möglich, da beispielsweise als dezentrale Gaseinspeiser eingesetzte Biogasanlagen nur langfristig über Tage oder Wochen hinsichtlich des Gasertrages derselben beeinflussbar sind. Kurzfristigere Regelungen können über eine Verwendung eines Speicherelements, bspw. in Form einer Gasblase, realisiert werden. Dabei erfolgt die Förderung des Gases zuerst in die Gasblase und eine Regelung der Einspeisung in das Gasnetz über eine geregelte Entnahme aus der Gasblase.The explained Stress field requires a complex control of the gas flows in the Gas network, in particular the feed from the natural gas source via the High-pressure line, the removal by the consumer and the feed local feed. For Such a regulation is used by control devices which are to supply comprehensive state variables. A regulation of a feed of a local gas feeder is only conditionally possible for example, biogas plants used as decentralized gas feeders only over the long term Days or weeks influenced by the gas yield of the same are. More short-term arrangements can be made by using a storage element, For example, in the form of a gas bubble, realized. In doing so, the advancement of the gas first into the gas bubble and a regulation of the feed into the gas network over a controlled withdrawal from the gas bubble.
Aus
- – Entspricht der in dem Verbraucherbereich verbrauchte Gasvolumenstrom dem durch den Hochdruckbereich bereitgestellten Volumenstrom, wird der passende Volumenstrom unmittelbar über ein Direktentnahmeventil durch die Regeleinrichtung hindurchgeleitet.
- – Überschreitet der Verbrauch des Gases in dem Verbraucherbereich einen vorgegebenen maximalen Gasvolumenstrom, so drosselt das zwischen Hochdruckbereich und Verbraucherbereich zwischengeschaltete Direktentnahmeventil den Volumenstrom auf den vorgegebenen maximalen Volumenstrom. Infolge des erhöhten weiteren Verbrauchs von Gas im Verbraucherbereich fällt stromabwärts des Direktentnahmeventils der Druck in der Regeleinrichtung ab. Dieser verbrauchsabhängige Druckabfall wird durch einen Drucksensor erfasst, dessen Ausgangssignal einem Rechner zugeführt wird. Der Rechner öffnet in diesem Fall ein Speicherentleerungsventil, über welches ein Pufferspeicher ergänzend Gas in den Verbraucherbereich einspeisen kann. Damit wird für diese Betriebsbedingungen kumulativ der Verbraucherbereich über den Hochdruckbereich und den Pufferspeicher gespeist.
- – Liegt hingegen der verbrauchte Gasvolumenstrom unterhalb des maximal aus dem Hochdruckbereich zu entnehmenden vorgegebenen Gasvolumenstrom, wird zwischen Hochdruckbereich und Verbraucherbereich eine Entspannungsturbine zwischen geschaltet, über deren Ausgangsleistung ein Kompressor betreibbar ist, welcher – neben der Bereitstellung des verringerten Gasvolumenstroms für den Verbraucherbereich – einen Gasvolumenstrom verdichtet, mit welchem dann der Pufferspeicher gefüllt werden kann.
- If the gas volume flow consumed in the consumer area corresponds to the volume flow provided by the high-pressure area, the suitable volume flow is led directly through a direct-draw valve through the control device.
- If the consumption of the gas in the consumer area exceeds a predetermined maximum gas volume flow, then the direct sampling valve interposed between the high-pressure area and the consumer area throttles the volume flow to the predetermined maximum volume flow. As a result of the increased further consumption of gas in the consumer area, the pressure in the control device drops downstream of the direct draw valve. This consumption-dependent pressure drop is detected by a pressure sensor whose output signal is fed to a computer. The computer opens in this case, a memory drain valve, via which a buffer memory can additionally feed gas into the consumer area. Thus, for these operating conditions, the consumer area is cumulatively fed via the high-pressure area and the buffer memory.
- If, on the other hand, the consumed gas volume flow lies below the maximum gas volume flow to be taken from the high-pressure area, an expansion turbine is interposed between the high-pressure area and the consumer area, via the output power of which a compressor can be operated, which compresses a gas volume flow in addition to providing the reduced gas volume flow for the consumer area , with which then the buffer memory can be filled.
Über die offenbarte Regeleinrichtung soll es möglich sein, das Volumen des Pufferspeichers vergleichsweise gering zu halten, weil das eingespeiste Gas mittels des Kompressors über den Druck in den Hochdruckbereich hinaus verdichtet werden kann. Hierdurch kann mehr Gas in dem Pufferspeicher gespeichert werden. Zusammenfassend ist festzustellen, dass in der aus der Druckschrift bekannten Regeleinrichtung eine Regelung einer Einspeisung aus einem Pufferspeicher nach Maßgabe eines Drucks erfolgt, der sich infolge des entnommenen Volumenstroms im Verbraucherbereich ergibt.About the It should be possible to control the volume of the Buffer memory comparatively low, because the gas fed via the compressor the pressure in the high pressure area can be compressed out. hereby more gas can be stored in the cache. In summary It should be noted that in the known from the publication control device a regulation of an injection from a buffer memory in accordance with a Pressure occurs due to the withdrawn volume flow in Consumer area results.
Weiterer
Stand der Technik ist aus
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Gasnetzes vorzuschlagen, bei welchem zwischen Bestandteilen des Gasnetzes eine einfache Kommunikation ermöglicht ist, insbesondere eine einfache Regelung der Komponenten des Gasnetzes ermöglicht ist.The present invention is based on the object, a method for operating a gas propose network in which a simple communication between components of the gas network is possible, in particular a simple control of the components of the gas network is possible.
LÖSUNGSOLUTION
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 21.The The object of the invention according to the invention with a method with the Characteristics of the independent Patent claim 1 solved. Further embodiments of the invention will become apparent accordingly the dependent claims 2 to 21.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Der eingangs genannte Stand der Technik basiert auf dem Grundgedanken, auf die Folgen einer veränderten Gasentnahme mindestens eines Gasverbrauchers in Form eines Druckabfalls stromabwärts eines Direktentnahmeventils zu reagieren mit dem einzigen Ziel, für einen auf ein Maximum begrenzten einspeisenden Gasvolumenstrom von einem Hochdruckbereich unterschiedliche, auch dieses Maximum überschreitende Gasvolumenströme zu den Verbrauchern zu gewährleisten. Hingegen geht die Erfindung den neuen Weg, das Gasnetz selbst nicht nur für die Bereitstellung des Gases für die Verbraucher zu nutzen, sondern vielmehr das Gasnetz als eine Art ”Signalpfad” zu nutzen. Dies erfolgt dadurch, dass über eine geeignete Regeleinrichtung erfindungsgemäß der Gasnetzdruck aktiv variiert wird, was grundsätzlich unabhängig von einem gerade entnommenen Gasvolumenstrom erfolgen kann. Da das Gasnetz ohnehin mit den einzelnen Komponenten des Gasnetzes verbunden ist, erfolgt eine Übertragung des aktiv variierten Gasnetzdrucks unter Umständen ohne weiteren Zusatzaufwand zwischen den Komponenten des Gasnetzes. Die Komponenten des Gasnetzes können dann die aktive Variation des Gasnetzdrucks ”auswerten” oder in eine geeignete Handlung umwandeln, wozu die aktive Variation des Gasnetzdrucks derart durch die Regeleinrichtung erfolgt, dass diese mit einer vorbestimmten Bedeutung korreliert. Hierbei ist die Übermittlung beliebiger Signale über den Gasnetzdruck möglich, wobei die Variation lang-, mittel- oder kurzfristig erfolgen kann, beispielsweise in Form von Druckpulsen, gestuften Druckänderungen, Oszillationen des Drucks mit konstanter oder variierender Frequenz oder mit rampenartigen Druckänderungen, wobei für die Druckübertragung die Topologie des Gasnetzes zu berücksichtigen ist, welche bspw. unstetige, sprungartig vorgegebene Druckänderungen in stetige Druckänderungen umwandelt.Of the The prior art mentioned at the beginning is based on the basic idea that on the consequences of a change Gas extraction of at least one gas consumer in the form of a pressure drop downstream a direct-acting valve to respond with the single goal for one to a maximum limited feeding gas flow from one High-pressure range different, even exceeding this maximum Gas volume flows too to ensure consumers. On the other hand, the invention does not go the new way, the gas network itself only for the provision of the gas for the To use the gas network rather than a kind of "signal path". This is done by over a suitable control device according to the invention, the gas network pressure actively varies becomes what basically independently can be done from a gas flow just taken. Since that Gas network anyway connected to the individual components of the gas network is, a transfer takes place of the actively varied gas network pressure under certain circumstances without further additional expenditure between the components of the gas network. The components of the gas network can then "evaluate" the active variation of the gas network pressure or into an appropriate action for which the active variation of the gas network pressure so by the control device is that this with a predetermined meaning correlated. Here is the transmission any signals over the gas network pressure possible, whereby the variation can take place in the long, medium or short term, for example in the form of pressure pulses, stepped pressure changes, Oscillations of pressure with constant or varying frequency or with ramp-like pressure changes, being for the pressure transmission the topology of the gas network is to be considered, which, for example, unsteady, sudden pressure changes in steady pressure changes transforms.
In
gewisser Hinsicht stellt die Erfindung eine Übertragung von Merkmalen einer
bekannten Ausgestaltung von Stromnetzen dar, für welche bekannt ist, das Stromnetz
nicht lediglich zur elektrischen Leistungsversorgung zu nutzen,
sondern über
eine Modulation der elektrischen Größen in dem Stromnetz ergänzende Signale
an an das Stromnetz angeschlossene Verbraucher und/oder Einspeiser
zu übermitteln
(vgl.
Vorzugsweise erfolgt die Variation des Gasnetzdruckes im Zeitbereich von Minuten, insbesondere 2 bis 20 Minuten oder 5 bis 15 Minuten. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass kürzere Zeiten u. U. technisch schwer zu realisieren sind und längere Zeiten energiewirtschaftlich nicht sinnvoll sind.Preferably the variation of the gas network pressure takes place in the time domain of minutes, especially 2 to 20 minutes or 5 to 15 minutes. This embodiment is based on the knowledge that shorter times u. U. technical hard to realize and longer Times energy wise do not make sense.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Übermittlung eines besonderen Signals über die aktive Variation des Gasnetzdrucks, nämlich eines Signals zur Steuerung oder Regelung (im Folgenden ”Regelung”) der Gaseinspeisung mindestens eines Gaseinspeisers und/oder einer Gasentnahme mindestens eines Gasverbrauchers. Hierzu wird in einer Regeleinrichtung ein Gasnetzdruck in Abhängigkeit von einem Bewertungskriterium aktiv variiert. Für die Wahl des Bewertungskriteriums gibt es vielfältige sinnvolle Möglichkeiten.In Further embodiment of the method according to the invention, the transmission takes place a special signal over the active variation of the gas network pressure, namely a signal to control or Regulation (hereinafter "regulation") of the gas supply at least one gas feeder and / or a gas extraction at least a gas consumer. This is done in a control device Gas network pressure depending varies actively from one evaluation criterion. For the choice of the evaluation criterion there are many meaningful possibilities.
Beispielsweise kann das Bewertungskriterium eine Art ”Überversorgung” (oder entsprechend eine Art ”Unterversorgung”) signalisieren, für welche aktuell oder für die Zukunft indiziert wird, dass ein bereitgestellter Gasvolumenstrom größer ist (bzw. kleiner ist) als ein derzeitiger oder zu erwartender Gasvolumenstrom für die Gasentnahme durch die Verbraucher. Durch geeignete Variation des Gasnetzdrucks kann eine derartige ”Überversorgung” (bzw. ”Unterversorgung”) an die Komponenten des Gasnetzes signalisiert werden, die dann Maßnahmen zur Beseitigung der ”Überversorgung” (bzw. ”Unterversorgung”) ergreifen können, die insbesondere in einer Verringerung der Gaseinspeisung durch mindestens einen Gaseinspeiser und/oder Erhöhung der Gasentnahme durch mindestens einen Gasverbraucher (bzw. Erhöhung der Gaseinspeisung durch mindestens einen Gaseinspeiser und/oder Verringerung der Gasentnahme durch mindestens einen Gasverbraucher) bestehen. Ein beispielhaftes anderweitiges Bewertungskriterium kann kostenbasiert sein. So kann bei temporär erhöhten Gaspreisen für eine Entnahme aus dem Hochdruckbereich über eine Variation des Gasnetzdruckes im Mittel- oder Niederdruckbereich den lokalen Gaseinspeisern signalisiert werden, dass eine verstärkte Einspeisung gewünscht ist, um die Versorgung zumindest teilweise von dem Hochdruckbereich zu den lokalen Einspeisern zu verlagern.For example the evaluation criterion can be a kind of "oversupply" (or signal a kind of "undersupply"), for which currently or for the future is indexed that a provided gas volume flow is larger (or less) than a current or expected gas flow rate for the Gas withdrawal by consumers. By suitable variation of the Gas net pressure can be such an "oversupply" (or "undersupply") to the Components of the gas network are signaled, which then measures to eliminate the "oversupply" (or "undersupply") can, in particular in a reduction of gas feed through at least one gas feeder and / or increasing the gas extraction by at least one gas consumer (or increasing the gas supply by at least one gas feeder and / or reduction of gas withdrawal by at least one gas consumer) exist. An exemplary another evaluation criterion can be cost-based. So can at temporary increased Gas prices for a removal from the high-pressure area via a variation of the gas network pressure in the middle or Low pressure range are signaled to the local gas feeders, that a reinforced Infeed desired is to supply at least partially from the high pressure area to relocate to local feeders.
Gemäß einem weiteren Vorschlag wird erfindungsgemäß der Gasnetzdruck in einem Toleranzbereich zwischen einem unteren Schwellwert und einem oberen Schwellwert variiert, wobei die genannten Schwellwerte konstant sind oder von anderen Betriebsparametern abhängen können. Beispielsweise können die Schwellwerte den ordnungsgemäßen Betrieb und die vorgeschriebene Versorgung von Gasverbrauchern sichern. Zwischen den genannten Schwellwerten kann der Gasnetzdruck beliebig, insbesondere kontinuierlich oder in Stufen, beispielsweise mit drei Stufen mit dem unteren Schwellwert, einem Mittelwert und dem oberen Schwellwert oder in einem Extremfall auch als Art Zweipunktregler mit den beiden Grenzwerten, variiert werden.According to another proposal, the gas network pressure according to the invention in a Toleranzbe varies between a lower threshold and an upper threshold, said thresholds being constant or depending on other operating parameters. For example, the thresholds can ensure proper operation and supply of gas consumers. Between the mentioned threshold values, the gas network pressure can be varied as desired, in particular continuously or in stages, for example with three stages with the lower threshold value, an average value and the upper threshold value or in an extreme case also as type two-position controller with the two limit values.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Variation des Gasnetzdrucks über eine Gasdruckregelanlage erfolgt. Diese kann im Mitteldruckbereich oder Niederdruckbereich angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Gasdruckregelanlage im Übergangsbereich zwischen einzelnen Druckbereichen vorgesehen. Beispielsweise kann die Gasdruckregelanlage im Übergangsbereich von dem Hochdruckbereich zum Mitteldruckbereich angeordnet sein, beispielsweise über eine Druckregelung oder eine Flussregelung.In Further embodiment of the method according to the invention is proposed that the variation of the gas network pressure via a gas pressure regulating system he follows. This can be in the medium pressure range or low pressure range be arranged. Preferably, the gas pressure regulating system is in the transition region between provided individual pressure ranges. For example, the gas pressure regulator in the transition area be arranged from the high-pressure region to the medium-pressure region, for example about a pressure control or a flow control.
Eine besondere weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gegeben, wenn die Variation des Gasnetzdrucks unter Einsatz einer Gasexpansionsmaschine, insbesondere einer Entspannungsturbine oder eines Gasentspannungs- oder Kolbenmotors (s. bspw. www.spilling.de/produkte_gasexpansion.php) oder entsprechender Einrichtungen, in welchen eine Umwandlung zwischen einem Druck in eine andere Energieform stattfindet, erfolgt, welche beispielsweise im Übergangsbereich von dem Hochdruckbereich zu dem Mitteldruckbereich angeordnet ist. Im Fall des Einsatzes eines Kolbenmotors ist von Vorteil, dass bei schwankendem Durchfluss ein höherer Wirkungsgrad auch in einem Teillastbereich erzielt werden kann.A special further embodiment of the method according to the invention is given when using the variation of gas network pressure a gas expansion engine, in particular an expansion turbine or a Gasentspannungs- or piston engine (see, for example, www.spilling.de/produkte_gasexpansion.php) or equivalent facilities in which a conversion between takes place a pressure in another form of energy takes place, which for example, in the transition area from the high pressure area to the medium pressure area. In the case of the use of a piston engine is advantageous that when fluctuating Flow higher Efficiency can be achieved even in a partial load range.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung widmet sich der Art der Bemessung einer Gaseinspeisung mindestens eines Gaseinspeisers unter Berücksichtigung des variierten Gasnetzdrucks. Während eine Anpassung der Gasproduktion des Gaseinspeisers selber grundsätzlich möglich ist, ist eine Veränderung dieser Gasproduktion unter Umständen nur langfristig möglich. Die Erfindung schlägt vor, dem Gaseinspeiser ein Speicherelement, beispielsweise eine Gasblase, zuzuordnen. Das Speicherelement stellt eine Art Pufferelement dar mit einem mit dem Gas gefüllten Speichervolumen. Über das Speicherelement kann der unmittelbare Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom der Gasproduktion des Gaseinspeisers und der Gaseinspeisung des Gaseinspeisers in das Gasnetz entkoppelt werden, wobei im Extremfall
- – eine Gaseinspeisung aus dem gefüllten Speicherelement erfolgen kann, auch wenn keine Gasproduktion durch den Gaseinspeiser erfolgt, oder
- – die Gasproduktion des Gaseinspeisers dem Speicherelement zugeführt wird, während keine Gaseinspeisung in das Gasnetz erfolgt.
- A gas feed can take place from the filled storage element, even if no gas is produced by the gas feeder, or
- - The gas production of the gas feeder is supplied to the storage element, while no gas is fed into the gas network.
Zwischen diesen Extremfällen sind beliebige Betriebszustände möglich. Letztendlich kann durch geeignete Verringerung oder Erhöhung der Entnahme aus dem Speicherelement der Volumenstrom der Gaseinspeisung in das Gasnetz erhöht oder verringert werden, wodurch Belastungsspitzen des Gasnetzes ausgeglichen werden. Dies kann auch in einem verhältnismäßig kurzen Zeitbereich erfolgen, für welchen eine Variation der Gasproduktion des Gaseinspeisers nicht möglich wäre.Between these extreme cases are any operating conditions possible. Ultimately, by appropriate reduction or increase in the Withdrawal from the storage element the volume flow of the gas feed increased in the gas network or reduced, causing load peaks of the gas network be compensated. This can also be done in a relatively short time Time range for which a variation of the gas production of the gas feeder would not be possible.
Ein weiterer Vorschlag der Erfindung erstreckt diesen Grundgedanken auf den mindestens einen Gasverbraucher. Demgemäß wird vorgeschlagen, dass dem Gasverbraucher ein Speicherelement zugeordnet wird, über welches die Gasentnahme des Gasverbrauchers aus dem Gasnetz von dem Verbrauch des Gases durch den Gasverbraucher zumindest temporär entkoppelt wird.One Another proposal of the invention extends this idea on the at least one gas consumer. Accordingly, it is proposed that the gas consumer is assigned a memory element, via which the gas extraction of the gas consumer from the gas network of the consumption the gas is at least temporarily decoupled by the gas consumer becomes.
Beispielsweise kann es hierdurch einem Gasverbraucher ermöglicht werden, dem Gasnetz vorrangig oder lediglich zu Zeiten mit einem verringerten Entnahmepreis einen Gasvolumenstrom zu entnehmen. Neben der Möglichkeit das Speicherelement als Gasspeicher auszuführen, kann auch ein Speicher für Endenergie eingesetzt werden, wie z. B. ein thermischer Puffer, der nach der Wandlung von chemischer Energie in Wärmeenergie angeordnet ist.For example It can thereby be made possible for a gas consumer, the gas network priority or only at times with a reduced withdrawal price To take gas flow. Besides the possibility of the memory element to run as gas storage, can also be a memory for Final energy can be used, such. A thermal buffer, after the conversion of chemical energy into heat energy is arranged.
Um die Reaktion von Gaseinspeisern und Gasverbrauchern auf eine aktive Variation des Gasnetzdrucks vorhersehen zu können und um somit eine Bemessung einer erforderlichen Höhe einer Variation des Gasnetzdrucks ermitteln zu können, ist bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren ein Modell eingesetzt, in welchem in Abhängigkeit des Gasnetzdrucks (und unter Umständen weiterer Betriebsparameter) die Veränderung der Gaseinspeisung mindestens eines Gaseinspeisers und/oder die Veränderung der Gasentnahme mindestens eines Gasverbrauchers modelliert ist. Um hier lediglich ein einfaches Beispiel zu nennen, kann in dem Modell abgelegt sein, dass eine Veränderung des Gasnetzdrucks um eine Druckdifferenz Δp1 zur Folge hat, dass sich der Volumenstrom um einen Betrag ΔV .1 aufgrund modifizierter Gaseinspeisung und/oder -entnahme ändert. Dies hat den Vorteil, dass die Regeleinrichtung aus einer aktuell oder zukünftig erforderlichen Veränderung des Volumenstroms unter Einsatz des Modells die erforderliche Veränderung des Gasnetzdrucks Δp1 ermitteln kann.In order to be able to predict the reaction of gas feeders and gas consumers to an active variation of the gas network pressure and thus to determine a dimensioning of a required level of variation of the gas network pressure, a further method according to the invention uses a model in which, depending on the gas network pressure (and under certain circumstances further operating parameters) the change in the gas feed of at least one gas feeder and / or the change in the gas take-off of at least one gas consumer is modeled. To name just a simple example here, it can be stored in the model that a change in the gas network pressure by a pressure difference Δp 1 results in the volume flow being increased by an amount ΔV. 1 due to modified gas supply and / or removal changes. This has the advantage that the control device from a current or future required change in the volume flow using the model, the required change of the gas network pressure Δp 1 can determine.
Im
Idealfall sind in dem Gasnetz möglichst vielfältige Zustandsgrößen erfasst,
insbesondere Gasvolumenströme
und/oder Gasdrücke.
Das Gasnetz stellt üblicherweise
ein komplexes fluiddynamisches System dar, bspw. mit Speicherbehältern, Drosseln,
Sperrventilen, langen rohrförmigen
Leitungsverbindungen und ähnlichem.
Daher ist streng genommen die Erfassung der Gasvolumenströme und der
Gasdrücke
an einer Vielzahl unterschiedlicher Orte des Gasnetzes erforderlich.
Ist hier aus Kostengründen
nur eine geringe Zahl an Messorten und Messsensoren gewünscht, schlägt die Erfindung vor,
dass eigentlich relevante, aber nicht messtechnisch erfasste Gasvolumenströme und/oder
nicht messtechnisch erfasste Gasdrücke über eine Simulation unter Einsatz
eines Beobachters approximiert werden. Hierbei kann ein Beobachtersystem
mit einem Luenberger-Beobachter und einem Knotenlastbeobachter Einsatz
finden. Weitere Details zu der Realisierung eines derartigen Beobachters
können dem
Artikel
”Prozessbegleitende
Simulation eines Gasverteilnetzes bei nicht vollständiger Messinfrastruktur”, Hans-Peter
Beck, Cathrin Schröder
und Ernst-August Wehrmann in Gas Erdgas GWF, Nr. 2, 149 (2008),
S. 106–112
und den in diesem Artikel angegebenen Literaturstellen
entnommen
werden.Ideally, as many variables as possible are detected in the gas network, in particular gas volume flows and / or gas pressures. The gas network is usually a complex fluid dynamic system, for example. With storage tanks, throttles, shut-off valves, long tubular conduit connections and the like. Therefore, strictly speaking, the detection of the gas flow rates and the gas pressures at a plurality of different locations of the gas network is required. If, for reasons of cost, only a small number of measuring locations and measuring sensors are desired, the invention proposes that actually relevant, but not metrologically detected, gas volume flows and / or non-measured gas pressures be approximated by a simulation using an observer. Here, an observer system with a Luenberger observer and a node load observer can be used. Further details on the realization of such an observer can the article
"Process-accompanying simulation of a gas distribution network with incomplete measurement infrastructure", Hans-Peter Beck, Cathrin Schröder and Ernst-August Wehrmann in Gas Natural Gas GWF, No. 2, 149 (2008), pp. 106-112 and the references cited in this article
be removed.
Für eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei einer Regelung der Gaseinspeisung mindestens eines Gaseinspeisers neben der Berücksichtigung des Gasnetzdrucks zusätzlich eine Berücksichtigung des Befüllungsgrads eines Speichers des Gaseinspeisers und einer Einspeisecharakteristik. Beispielsweise kann die Regelung der Vorgabe des Gasnetzdrucks stärker oder schneller folgen, wenn das Speicherelement des Gaseinspeisers einen hohen Befüllungsgrad aufweist, während eine Einspeisung unter Umständen zu verringern ist, wenn der Befüllungsgrad des Speicherelements des Gaseinspeisers verringert ist. Weiter kann die Regelung eine Prognose für einen Gasertrag des Gaseinspeisers berücksichtigen, der abhängen kann von den verfügbaren Einsatzstoffen (Menge, Qualität der Einsatzstoffe) und der Betriebsführung in dem Fermenter.For another Embodiment of the method according to the invention takes place in a regulation of the gas supply of at least one gas feeder besides the consideration the gas network pressure in addition a consideration the degree of filling a memory of the gas feeder and a feed characteristic. For example, the regulation of the presetting of the gas network pressure may be stronger or follow faster when the storage element of the gas feeder a high degree of filling while, while an infeed under circumstances too decrease if the filling level the storage element of the gas feeder is reduced. Next can the scheme is a forecast for take into account a gas yield of the gas feeder that may depend from the available Starting materials (quantity, quality the feedstock) and the operation management in the fermenter.
Ebenfalls möglich ist, dass eine Regelung des Gasdrucks unter Berücksichtigung einer Charakteristik erfolgt, die eine Veränderung der Variation des Volumenstroms dV . in Abhängigkeit einer Veränderung des Gasnetzdrucks dp wiedergibt, wobei es sich hier um ein Kennfeld, Kennlinien oder komplexere Abhängigkeiten, auch von weiteren Betriebsgrößen, handeln kann.Also possible is that a regulation of the gas pressure taking into account a characteristic that's a change the variation of the volume flow dV. depending on a change the gas network pressure dp, which is a map, Characteristics or more complex dependencies, also from other company sizes, act can.
Eine derartige dV ./dp-Charakteristik kann insbesondere von der Außentemperatur und/oder einer zeitlichen Information abhängig sein. Hierbei kann die Prognose auf Jahreszeit-Zyklen basieren, beispielsweise mit einem verstärkten Abruf einer gasbasierten Heizleistung im Winter gegenüber dem Sommer, und/oder basieren auf wöchentlichen Zyklen der Heizleistung und/oder des Warmwasserbedarfs mit der Unterscheidung von Werktag und Wochenende oder auf tageszeitbedingten Schwankungen. Ebenfalls kann die Prognose basieren auf in der Vergangenheit gewonnenen Erfahrungswerten. Ebenfalls möglich ist eine Prognose für das Verbrauchererhalten, welches zu Druckschwankungen führen kann.A Such dV ./dp characteristic can in particular from the outside temperature and / or a temporal information. Here, the Forecast based on season cycles, for example with a increased Retrieving a gas-based heating capacity in winter compared to Summer, and / or based on weekly Cycles of heating capacity and / or hot water demand with the distinction from weekday and weekend or on daily fluctuations. Likewise, the prognosis can be based on those gained in the past Experience. Also possible is a forecast for the consumer, which can lead to pressure fluctuations.
Möglich ist, dass die Durchführung der Variation des Gasnetzdrucks, insbesondere die geeignete Bemessung einer erforderlichen Veränderung des Gasnetzdrucks zur Herbeiführung einer gewünschten Wirkung, unter Berücksichtigung einer Simulation erfolgt. Diese kann, beispielsweise auch unter Berücksichtigung dynamischer Komponenten des Gasnetzes, die Wirkung einer Variation des Gasnetzdrucks Δp auf eine Änderung des Gasvolumenstroms ΔV . simulieren. Möglich ist auch, dass hierbei auf in der Vergangenheit erfasste Daten zurückgegriffen wird.Is possible, that's carrying the variation of the gas network pressure, in particular the appropriate design a necessary change of gas network pressure to effect a desired one Effect, taking into account a simulation takes place. This can, for example, under consideration dynamic components of the gas network, the effect of a variation the gas network pressure Δp on a change the gas volume flow .DELTA.V. simulate. Possible is also that in this case resorted to in the past collected data becomes.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Simulation die Infrastruktur des Gasnetzes mit dessen gasdynamischen charakteristischen Eigenschaften berücksichtigt wird.Farther It is proposed that in the method according to the invention for the simulation the infrastructure of the gas network with its gas-dynamic characteristic Properties considered becomes.
Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Ausführungen sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.The Advantages of features mentioned in the introduction to the description and combinations of several features are merely exemplary and can alternatively or cumulatively, without the benefits mandatory of embodiments of the invention must be achieved. further explanation are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several Components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments the invention or features of different claims also different from the selected ones The antecedents of the claims possible and is hereby stimulated. This also applies to such features are shown in separate drawings or in their description to be named. These features can be combined with features of different claims. As well can in the claims listed Features for further embodiments the invention omitted.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following, the invention will be described with reference to FIG The figures illustrated preferred embodiments further explained and described.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
Über eine
von mehreren Verzweigungsstellen
Über weitere
Verzweigungsstellen
Gasverbraucher
- – die Überspeiseeinrichtung
13 mit zugeordnetem Teilnetz14 , - – die
Ortsnetzstationen
10 mit zugeordneten einzelnen Verbrauchern und/oder - – die
Sondervertragskunden
11 .
- - the overfeed device
13 with assigned subnet14 . - - the local network stations
10 with associated individual consumers and / or - - the special contract customers
11 ,
Eine
Einspeisung in den Mitteldruckbereich
Weiterhin
erfolgt eine lokale Gaseinspeisung durch mehrere lokale Gaseinspeiser
In
einer besonders einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Druckregelanlage
In
einem erhöhten
Detaillierungsgrad sind Verfahrensschritte eines möglichen
erfindungsgemäßen Verfahrens
in dem Blockschaltbild gemäß
In
einem Verfahrensschritt
Weiterhin
erfolgt in einem parallelen Verfahrensschritt
In
einem Verfahrensschritt
Diese
Abhängigkeit,
die auf historischen Daten basiert, wird als Ergebnis
In
einem parallelen Verfahrenszweig werden in einem Verfahrensschritt
Weiterhin
werden in einem Verfahrensschritt
Die
Ergebnisse in Form der in den Verfahrensschritten
In
dem Verfahrensschritt
Zur
Durchführung
der Verfahrensschritte gemäß
In einem Verfahrensschritt
In one process step
Mit
dem erfassten Gasnetzdruck wird in einem Verfahrensschritt
Parallel
hierzu wird in einem Verfahrensschritt
Die
Ergebnisse der Verfahrensschritte
In
einem Verfahrensschritt
Eingangssignale
für den
Verfahrensschritt
In
einem anschließenden
Verfahrensschritt
In Zukunft ist mit einem verstärkten Ausbau von Biogasanlagen zu rechnen, bei welchen üblicherweise das Biogas nicht am Ort der Erzeugung verstromt wird. In Ermangelung von günstig zu erschließenden Wärmesenken in der Nähe der Biogasanlage wird das erzeugte Biogas dorthin transportiert, wo es in Kraft-Wärme-Kopplung mit hohem Gesamtwirkungsgrad verwertet werden kann. Der stoffliche Transport von Biogasen ist energetisch günstiger und anlagentechnisch weniger aufwändig als jener von Strom und Wärme. Neben dem Aufbau von Gasnetzen unter Einspeisung von Biogas aus Biogasanlagen bietet sich eine Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität und eine Einspeisung in ein Erdgasnetz an, um die bestehende Infrastruktur des Erdgastransports zu nutzen. Die Einspeisung wird dabei üblicherweise in den Verteilnetzen auftreten, da Anlagen zur Produktion von Biogas wegen des Einzugsgebiets des benötigten Biomasse-Substrats nicht unbegrenzt wachsen werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, beispielsweise die Einspeiseleistung eines Biogaserzeugers mit einem fallenden Gasnetzdruck am Einspeiseknoten hochzufahren. Dies ist möglich, da die Speicherblase der Biogasanlage die weitere Verwendung von der Produktion von Biogas durch die Biogasanlage entkoppelt. Ein Einspeisekompressor könnte in einem derartigen Fall nachts bei wenig Gasabsatz und höherem Druck gedrosselt laufen, während der Einspeisekompressor tagsüber mit Volllast den Inhalt des Speicherelements in das Gasnetz drücken kann.In Future is reinforced Expansion of biogas plants to expect, in which usually the biogas is not converted into electricity at the place of production. In the absence from cheap to be opened heat sinks near the biogas plant is transported to the biogas produced there, where there is in cogeneration can be utilized with high overall efficiency. The material Transport of biogases is energetically cheaper and technical less expensive as that of electricity and heat. In addition to the construction of gas networks with the supply of biogas Biogas plants offer a treatment of biogas to natural gas quality and a Feed into a natural gas network to the existing infrastructure of natural gas transport. The feed is usually occur in the distribution networks, since plants for the production of biogas because of the catchment area of the needed Biomass substrate will not grow indefinitely. According to the invention, it is proposed For example, the feed of a biogas generator with a to raise falling gas network pressure at the feed-in node. This is possible because the storage bubble of the biogas plant the further use of the Production of biogas decoupled by the biogas plant. A feed compressor could in such a case at night with little gas sales and higher pressure throttled while running the feed compressor during the day with Full load can push the contents of the storage element into the gas network.
Der Gasnetzbetreiber kann über die lastabhängige Änderung des Gasnetzdrucks mittels der Gasdruckregelanlage oder Gesexpansionsmaschine an den Übergangen von einer Druckstufe zur nächst niedrigeren Druckstufe auf das Druckniveau in der stromabwärtigen Druckstufe aktiv Einfluss nehmen. Damit lassen sich ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Kommunikationsinfrastruktur die dezentralen Gaseinspeiser von Netz- oder Betreiberseite her beeinflussen.Of the Gas network operator can over the load-dependent change of the gas network pressure by means of the gas pressure regulator or gas expansion machine the passages from one pressure level to the next lower one Pressure level on the pressure level in the downstream pressure stage actively influence to take. This can be done without the need for an additional Communication infrastructure decentralized gas feeders of grid or operator side.
Da der Gasnetzdruck in Rohrleitungssystemen derselben Druckstufe nicht konstant ist, sondern je nach Netztopologie und Verbraucherstruktur schwankt, bietet sich an, zur genaueren Abschätzung des Druckänderungseffekts am Einspeisepunkt des lokalen Gaseinspeisers durch einen Regelimpuls an der Gasdruckregelanlage eine Berechnung durchzuführen. In der Regel sind Gasnetze messtechnisch nur sehr grob erfasst. Bei bekannter Konfiguration des Gasnetzes ist jedoch auch bei nicht vollständiger Messinfrastruktur per Störgrößenbeobachter ein robustes Ergebnis bezüglich des Zustands des Gasnetzes ermittelbar. Das beschriebene Verfahren kann Einsatz finden mit Einspeisern wie auch Verbrauchern, die einen eingespeisten oder bezogenen (Norm-)Volumenstrom in Abhängigkeit des Gasnetzdrucks regeln.Since the gas network pressure in piping systems of the same pressure level is not constant, but varies depending on the network topology and consumer structure, it makes sense for a more accurate estimation of the pressure change effect at the feed point of the local gas injector by a control pulse to carry out a calculation on the gas pressure regulating system. As a rule, gas networks are only very roughly measured. With a known configuration of the gas network, however, a sturdy result with regard to the condition of the gas network can be determined even with incomplete measurement infrastructure by disturbance observers. The method described can be used with feeders as well as consumers, which regulate a fed or related (standard) volume flow as a function of the gas network pressure.
Die Beeinflussung des Gasvolumenstroms kann genutzt werden, um einen definierten Hub ΔV . als ”Regelenergie” im Gasnetz zu generieren. Andererseits kann ein maximaler Gasvolumenstrom V .max vorgegeben werden, der nicht überschritten werden soll, um die Netzlastspitze im betrachteten Teilnetz zu begrenzen.The influence of the gas volume flow can be used to a defined stroke .DELTA.V. as "control energy" to generate in the gas network. On the other hand, a maximum gas volume flow V. max , which should not be exceeded in order to limit the peak load in the considered subnetwork.
- 11
- Gasnetzgas network
- 22
- HochdruckleitungHigh-pressure line
- 33
- HochdruckbereichHigh pressure area
- 44
- Verzweigungsstellebranching point
- 55
- MitteldruckbereichMedium pressure range
- 66
- DruckregelanlagePressure Control System
- 77
- GasexpansionsmaschineGas expansion machine
- 88th
- RückspeisungskompressorRecovery compressor
- 99
- Verzweigungsstellebranching point
- 1010
- OrtsnetzstationenLocal network stations
- 1111
- SondervertragskundeSpecial contract customers
- 1212
- Verzweigungsstellebranching point
- 1313
- ÜberspeiseeinrichtungAbout feeder
- 1414
- Teilnetzsubnet
- 1515
- Gasverbrauchergas consumers
- 1616
- globaler Gaseinspeiserglobal Gaseinspeiser
- 1717
- lokale Gaseinspeiserlocal Gaseinspeiser
- 1818
- Fermenterfermenter
- 1919
- NachgärungseinrichtungNachgärungseinrichtung
- 2020
- Gärrestelagerdigestate
- 2121
- Biogasanlagebiogas plant
- 2222
- Speicherelementstorage element
- 2323
- Gasblasegas bubble
- 2424
- Aufbereitungsanlageprocessing plant
- 2525
- Kompressorcompressor
- 2626
- Regeleinrichtungcontrol device
- 2727
- Drucksignalpressure signal
- 2828
- SpeicherzustandssignalStorage state signal
- 2929
- Regelsignalcontrol signal
- 3030
- Verfahrensschrittstep
- 3131
- Verfahrensschrittstep
- 3232
- Verfahrensschrittstep
- 3333
- ErgebnisResult
- 3434
- Verfahrensschrittstep
- 3535
- Verfahrensschrittstep
- 3636
- Verfahrensschrittstep
- 3737
- Verfahrensschrittstep
- 3838
- ErgebnisResult
- 3939
- verbessertes Ergebnisimproved Result
- 4040
- Verfahrensschrittstep
- 4141
- Verfahrensschrittstep
- 4242
- Verfahrensschrittstep
- 4343
- Verfahrensschrittstep
- 4444
- Verfahrensschrittstep
- 4545
- Einspeisecharakteristikfeed-in
- 4646
- Verfahrensschrittstep
- 4747
- Verfahrensschrittstep
- 4848
- Verfahrensschrittstep
Claims (21)
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