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