Titelaufnahme

Titel
Modelling and combined simulation of a Power-to-Gas process / by Andreas Fleischhacker
VerfasserFleischhacker, Andreas
Begutachter / BegutachterinWolfgang Gawlik
Erschienen2013
UmfangXI, 78 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2013
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-63308 Persistent Identifier (URN)
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Modelling and combined simulation of a Power-to-Gas process [1.08 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In der heutigen elektrischen Energieversorgung werden regenerative Energiequellen stetig ausgebaut. Diese weisen eine sehr hohe Volatilität auf, wodurch der Bedarf an elektrischen Energiespeichern ansteigt. Eine Möglichkeit der Speicherung von elektrischer Energie, neben den bestehenden Pumpspeicher- und Speicherkraftwerken, bietet das Power-to-Gas Konzept. Hiermit ist es möglich elektrische Energie, durch Umwandlung in Wasserstoff oder Methan, in dem Gasnetz zu speichern. Diese Arbeit behandelt zunächst eine exakte mathematische Modellierung einer Power-to-Gas Anlage in Matlab/Simulink, welche danach in typischen Mittelspannungsnetzen über den Zeitraum eines Jahres simuliert wird. Das Modell der Power-to-Gas Anlage kann in zwei Abschnitte unterteilt werden. Den ersten Abschnitt, welcher einen Großteil des Modells der Power-to-Gas Anlage ausmacht, umfasst das Modell eines alkalischen Elektrolyseurs. Der zweite Abschnitt beschreibt das Modell einer Methanisierung. Das mathematische Modell ermöglicht Aussagen über die Dynamik und den Gesamtwirkungsgrad einer Power-to-Gas Anlage zu tätigen. Weiters identifiziert es kritische Parameter und zeigt die Grenzen einer solchen Anlage auf. Die Einbindung des Power-to-Gas Modells in zwei Mittelspannungsnetze untersucht, ob der Betrieb mit einem hohen Anteil an regenerativen Energiequellen möglich und sinnvoll ist. Diese kombinierte Simulation führt zu unterschiedlichen Anlagengrößen, welche sich bezüglich der Auslastung, des Energieinhalts, des Wirkungsgrads und der Volllaststundenzahl unterscheiden. Am Ende der Arbeit werden Strategien für den Betrieb einer Power-to-Gas Anlage angeführt.

Zusammenfassung (Englisch)

The expansion of renewable energy sources increases constantly in today's energy supply. Renewable energy sources are characterised by high volatility, which requires an increasing number of energy storage systems. Pump storage and storage power plants store electrical energy and enable to postpone its consumption. Another way of storing electrical energy offers the Power-to-Gas concept. Power-to-Gas converts electrical energy into hydrogen or methane and enables the storage in the gas grid. This work contains a high-detailed mathematical model of a Power-to-Gas plant in Matlab/Simulink. Further a simulation of the model in two different medium voltage grids over the period of one year is carried out. The Power-to-Gas plant's model is split up in two units. The first unit comprises the model of an alkaline electrolyser. The second unit depicts the model of methanation. Conclusions about the Power-to-Gas plant's dynamic and overall efficiency are obtained by the mathematical model. Additionally critical parameters and the limits of a Power-to-Gas plant are identified. An inclusion of the Power-to-Gas plant in two distribution grids examines if an operation with a high share of renewable energy sources is possible and sensible. Combined simulation leads to different plant sizes differentiating in capacity, energy input, overall efficiency and in the quantity of full-load hours per year. At the end strategies concerning the operation of a Power-to-Gas plant are discussed.