SIMULATION VON SPEICHERKENNLINIEN - GRUNDLAGE FÜR EINEN EFFIZIENTEN
SPEICHERBETRIEB UND AUFZEIGEN VON OPTIMIERUNGSPOTENTIALEN
Thomas Sander, astora
5. Internationale KonferenzUGS – sicherer Betrieb und effiziente Technologien
Dresden, 23. – 25.09.2013
Überblick
1. Zielsetzung der Simulation
2. Modellierung und Definition der Schnittstellen
3. Randbedingungen, Vereinfachungen & Parametrierung
4. Ergebnisse der Simulation am Beispiel Jemgum
5. Ausblick
Simulation von Speicherkennlinien2
Zielsetzung der Simulation
3 Simulation von Speicherkennlinien
Technische Zielsetzungen
• Sicherstellung der Erfüllung aller Anforderungen an Design und Auslegung
• Identifikation möglicher Engpässe und Schwachstellen hinsichtlich Verfügbarkeit und Leistung
• Ermittlung der Restleistungsfähigkeit bei Ausfall von Komponenten
• Ermittlung der Notwendigkeit von Redundanzen
• Hilfestellung bei der Planung und Auslegung neuer Komponenten bei weiteren Ausbaustufen
• Erkenntnis über die Einflussstärke einzelner Parameter (z.B. Gaskomposition)
Kommerzielle Zielsetzungen
• Absicherung vermarkteter Produkte
• Aufzeigen unerschlossener Potentiale, Möglichkeiten für neue Produkte durch Identifikation von Leistungsreserven
Modellierung und Definition der Schnittstellen
4 Simulation von Speicherkennlinien
Modellierung des Speichers
OT-SimulationSIR 3S / MYNTS
UT-SimulationKAVPOOL
Kavernendaten
Kavernengröße
Kopfdrücke
Durchflussraten
AGV
Temperaturkorrektur
Kopfdruck/AGV-Funktionen
Äußere Bedingungen
Zustand an den Netzkopplungspunkt
en
Standortbedingungen
Gaskompositionen und Gasmischungen
Verluste
Reibungsverluste, Anlagengeometrie
Stoßverluste
Anlagenverschaltung
Fahrweisen
Betriebsarten von Komponenten
Netzkopplungspunkte
Verfahrenstechnik
Auslegungsgrundlagen
Charakteristika der Hauptkomponenten
Zustandsänderungen im Speicher
Rohrleitungs-dimensionen
Turn-down von Anlagenkomponente
n
Vorgaben aus Regelung & Steuerung
Modellierung und Definition der Schnittstellen
5 Simulation von Speicherkennlinien
Simulationsvorbereitung
• Definition der Schnittstellen
• Definition der Vereinfachungen bzw. der vereinfachten Annahmen
• Definition der Randbedingungen an den Systemgrenzen
• Verfeinerung der Basisdaten und der Anlagencharakteristika, Erweiterung und Analyse von Kennfeldern
• Erstellung eines Simulationsmodells
• Zusammenhangsanalyse
Durchführung der Simulation
• Festlegung der Simulationsparameter und der Anzahl der Simulationen
• Start der Simulation bis zu ausreichender Konvergenz der Gleichungslösungen
• Analyse, Aufarbeitung und grafische Darstellung der Ergebnisse
Modellierung und Definition der SchnittstellenZusammenhangsanalyse
6 Simulation von Speicherkennlinien
Randbedingungen, Vereinfachungen & ParametrierungUGS Jemgum
7 Simulation von Speicherkennlinien
Vereinfachungen und Annahmen
• Vorgegebenes maximales AGV als Mischung aus „fertigen“ und idealisierten Kavernen
• Vereinfachte Annahmen für dissipative Verluste und geodätische Effekte
• Berücksichtigung der Hauptfahrweisen
• Berücksichtigung nur der maximalen Leistungen und Kapazitäten
• Poolfahrweise aller Kavernen
• Einheitliche Kopfdrücke (min./max.)
• Beschränkung auf einen Netzkopplungspunkt
• Automatisches Umschalten der Verdichter bei Notwendigkeit
• Stationarität
Definition der Simulationsparameter
• Hauptfahrweise: Einlagerung oder Auslagerung
• Gaskomposition
• Druck am Netzkopplungspunkt
Russlandgas
Ergebnisse der Simulation UGS JemgumEinspeicherkennlinie – Saugdruck 53 barg, Russlandgas
8 Simulation von Speicherkennlinien
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1.000.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Kapa
zitä
t Ein
lage
rung
(Nm
³/h)
AGV (Mio. mN³), min. 53 barg - max. 185 barg Kavernenkopfdruck
Soll-Einlagerung: 620.000 Nm³/hVerdichterstrang 2, 3 und 4Verdichterstrang 3 und 4Verdichterstrang 3 oder 4
550.000 Nm³/h
300.000 Nm³/h
Verdichterstrang 2 (max. 102%) mit 3 und 4 (max. 100%)
Verdichterstrang 3 oder 4 (max. 100%)Verdichterstrang 3 und 4 (max. 100%)
150.000 Nm³/h
Verdichter immer erforderlich
Ergebnisse der Simulation UGS JemgumEinspeicherkennlinie – Saugdruck 70 barg, Russlandgas
9 Simulation von Speicherkennlinien
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1.000.000
1.100.000
1.200.000
1.300.000
1.400.000
1.500.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Kapa
zitä
t Ein
lage
rung
(Nm
³/h)
AGV (Mio. m³), min. 53 barg - max. 185 barg Kavernenkopfdruck
Soll-Einlagerung: 620.000 Nm³/h
Verdichterstrang 2 mit 3 oder 4
Verdichterstrang 2
Verdichterstrang 3 und 4
Verdichterstrang 3 oder 4
350.000 Nm³/h
175.000 Nm³/h
Verdichterstrang 3 oder 4 (max. 100%)
Verdichterstrang 2 (max. 100%)
500.000 Nm³/h
Verdichterstrang 2 mit 3 und 4 (max. 100%)
675.000 Nm³/h
Verdichterstrang 3 und 4 (max. 100%)
Verdichter notwenidg ab etwa 85 Mio. Nm³ AGV
Ergebnisse der Simulation UGS JemgumAusspeicherkennlinie – Pipelinedruck 70 barg, Russlandgas
10 Simulation von Speicherkennlinien
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1.000.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Kapa
zitä
t Aus
lage
rung
(Nm
³/h)
AGV (Mio. m³), min. 53 barg - max. 185 barg Kavernenkopfdruck
Soll-Production 930.000 Nm³/hVerdichterstrang 3 und 4Verdichterstrang 2Verdichterstrang 3 oder 4
Auslagerung ohne Verdichter von etwa 155 bis max. 930 Mio. m³ AGV
keine Einschränkungen bei Betrieb mit Verdichterstrang 2, 3 und 4
640.000 Nm³/h: Verdichterstrang 3 und 4
320.000 Nm³/h: Verdichterstrang 3 oder 4
Verdichter, wenn Kavernenkopf-Druck < 75 barg (0 bis etwa 155 Mio. Nm³ AGV)
380.000 Nm³/h: Verdichterstrang 2
Ergebnisse der Simulation UGS JemgumAusspeicherkennlinie – Pipelinedruck 90 barg, Russlandgas
11 Simulation von Speicherkennlinien
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1.000.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Kapa
zitä
t Aus
lage
rung
(Nm
³/h)
AGV (Mio. m³), min. 53 barg - max. 185 barg Kavernenkopfdruck
Soll-Production 930.000 Nm³/hVerdichterstrang 3 und 4Verdichterstrang 2Verdichterstrang 3 oder 4
Auslagerung ohne Verdichter von etwa 296 bis max. 930 Mio. m³ AGV
keine Einschränkungen bei Betrieb mit Verdichterstrang 2, 3 und 4
560.000 Nm³/h: Verdichterstrang 3 und 4
280.000 Nm³/h: Verdichterstrang 3 oder 4
Production mit Verdichter
Verdichter, wenn Kavernenkopf-Druck < 95 barg (0 bis etwa 296 Mio. m³ AGV)
380.000 Nm³/h: Verdichterstrang 2
AusblickErweiterung des Modellierungs- & Simulationsumfangs
12 Simulation von Speicherkennlinien
• „Entidealisierung“ der Kavernen, Implementierung von „as-built“-Kavernen
• Steigerung der Komplexität und Genauigkeit, z.B.: Erhöhung der abgebildeten Stoffströme
• Darstellung für gleichzeitiges Ein- & Auslagern (bei 2 oder mehr Netzkopplungspunkten)
• Abbildung von Sonderbetriebsweisen (z.B. Normalbetrieb mit gleichzeitiger Gaserstbefüllung von Kavernen)
• Entkopplung der Kavernen zu mehreren Pools
• Darstellung von Teillasten
• Erstellung neuer, transienter Berechnungen zur Darstellung zeitabhängiger Vorgänge (z.B. veränderliche Kavernenfüllstände, An- & Abfahrvorgänge)
VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
Thomas Sander, astora
5. Internationale KonferenzUGS – sicherer Betrieb und effiziente Technologien
Dresden, 23. – 25.09.2013
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