Räumlich hoch aufgelöste Modellierung leitungsgebundener Energieversorgungssysteme zur Deckung des Niedertemperaturwärmebedarfs

Abstract

Flächenmodelle bieten einen methodischen Ansatz für die räumlich hoch aufgelöste Modellierung des Aufbaus, des Ausbaus und der Verdichtung bestehender Nah-/Fernwärmenetze. Durch die Verknüpfung der geographischen Informationen der Netzflußmodelle mit dem prozeßanalytischen Aspekt von Energiesystemmodellen ist eine hinreichende Beschreibung der Realität im Modell möglich. Bei der mathematischen Modellbeschreibung wurde sowohl die Fixkostenproblematik als auch die leistungsabhängige Kostendegression leitungsgebundener Versorgungssysteme und Energieerzeugungsanlagen berücksichtigt. Hierfür wurde einerseits die gemischt ganzzahligen Optimierung und andererseits die separable Optimierung in die Modellformulierung integriert. Da Flächenmodelle als Mehrperiodenmodelle konzipiert sind, können Veränderungen der Energiepreise, des Wärmebedarfs, der Energietechnik und der politischen Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. Durch die Optimierung von Flächenmodellen kann das wirtschaftliche Potential der unterschiedlichen Wärmeversorgungssysteme gebietsspezifisch bestimmt werden. Ergebnisse der Modellrechnung können z. B. dazu verwendet werden, straßenabschnittsscharf geeignete Objekte für die Verdichtung oder geeignete Randobjektgruppen für den peripheren Ausbau von Fernwärmenetzen zu bestimmen. Untersuchungen exemplarischer Nah- und Fernwärmeversorgungsfälle anhand einer modifizierten Siedlungstypmethode haben gezeigt, daß auch unter den heutigen Rahmen- und Randbedingungen wirtschaftliche Potentiale für den Ausbau der Nah-/Fernwärmeversorgung existieren. Die Größe dieser Potentiale werden von einer Reihe von Hemmnissen beeinflußt. Hierbei spielt der Erschließungszeitpunkt und -zeitraum, der Anschlußgrad und die Reduktion des Wärmeverbrauchs eine entscheidende Rolle. Werden für die Wärmeerzeugung KWK-Anlagen eingesetzt, so sind die erzielbare Stromerlöse ein weiterer wesentlicher Einflußfaktor.

Surface models offer a methodical approach for the spatially highly resolved modelling of the structure, the expansion/extension and the compression of existing local and district heating networks. Linking the geographical information of the network models with/to the process-analytic aspects of energy system models provides a sufficient description of reality in the model. The mathematical description of the model considers fixed cost problems as well as the performance-dependent cost degression of line-bound utility systems and energy production systems. In order to achieve this, both the mixed integral optimisation and the separable optimisation have been integrated into the mathematical description of the model. Since surface models are conceived as multi-period models, modifications of energy prices, heating requirements, energy engineering and the overall political conditions have to be considered. The economic potential of the different heating supply systems can be determined for specific areas by optimising the surface models. Results of the model calculation can be used e.g. to determine suitable objects for compression on individual roads or to establish suitable groups of objects for the peripheral development of district heating networks. The investigation of exemplary local and district heating supplies on the basis of modified settlement type methods have shown that economic potential for the development of local/district heating supplies exists even today. The dimension of this potential is influenced by a number of obstacles. The moment and period of development, the the degree of connection and the reduction of heat consumption play a crucial role. If CHP systems are used for heat production, the attainable current proceeds are a further substantial influence. Since heat production costs for district heating tend to be more favourable than those for local heating supply, settlement structures for which it is economical to establish a local heating supply are also compression areas for district heating. Establishing new district heating supply areas presupposes that large settlements will be developed within the shortest possible period of time since this is the only way to limit the initial costs for the production and distribution systems. Thus the time frame for the economic development of a district heating supply system covering a supply area of several square kilometres is limited to one decade. This cannot be realized under today's basic conditions. In future, however, new district heating supply areas may result from the increased development of local heating supply utility systems, in particular local heating supply distribution systems and their future connection.