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KOMPETENZ und VERTRAUEN
sind unser MOTTO
Technisches Büro für Automatisierungs- & Regelungstechnik



          Verfahren zur Temperierung eines
          eine Energieverteilungseinrichtung
            durchströmenden Nutzmediums

        Verfahren zur gasdurchflussregulierten
                    Gasentnahme
Ausgangssituation


Die Qualität des dynamischen Verhaltens von großen energieintensiven
Prozessen kann aufgrund der hohen Verzugszeiten mit den
herkömmlichen Regelungsmethoden kaum mehr verbessert werden.


Exakte Messtechnik, frequenzgeregelte Antriebe sowie der Einsatz von
moderner digitaler Leittechnik ermöglichen es, zusammenhängende
physikalische Prozesse mathematisch und regelungstechnisch
miteinander zu verbinden.



PKA Control hat deshalb Gesamtregelkonzepte entwickelt, die es
ermöglichen, große Verzugszeiten zu überbrücken und dadurch
Veränderungen von Prozessanforderungen sowie Störgrößen um ein
vielfaches schneller, genauer und damit effizienter zu regeln.
Zielsetzung


Entwicklung von Gesamtregelkonzepten, damit Prozesse schneller auf
die Änderungen der Anforderungen aus der Produktion bzw. dem
Energieverbrauch sowie auf Einflüsse von Störgrößen reagieren.


Durch eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit soll die
Verfügbarkeit und die Stabilität der Prozesse erhöht werden. Auch soll
nur die Energie erzeugt werden, die tatsächlich benötigt wird.


Durch einen strukturierten und parallelen Aufbau des Automatisierungs-
konzeptes sollen Verzugszeiten stark verkürzt werden. Dadurch soll die
Einbindung von trägeren Energieformen wie Abwärme oder Alternativ-
energien in die Energieerzeugung verbessert und Energiekosten
sowie CO2 – Emissionen reduziert werden.
Herkömmliche Energieregelkonzepte

      Energieerzeugung                    Energietransport                Energieverteilung




                                                                                                     Ursache
                                 Rückmeldung




Das dynamische Verhalten von komplexen physikalischen Vorgängen kann nicht optimal geregelt werden.
Die jeweiligen Regelkreise für die Einzel- Teilprozesse werden getrennt betrachtet.
Ein Zusammenfügen der Einzel- Regelungen erfolgt über die Rückmeldung des Gesamt- Prozesses.
Durch die großen Verzugszeiten des Gesamt- Prozesses können Änderungen nur zeitverzögert behandelt werden.
Neues Gesamtenergieregelkonzept
     Energieerzeugung        Energietransport                                           Energieverteilung
           Regelung der               Regelung des                                               Regelung der
          Energieerzeugung          Energietransportes                                          Energieverteilung




                                                                   Soll-Wärmeleistung
                                                                           1
                             Soll-Wärmeleistung                                                 Soll-Wärmeleistung
                                   gesamt                                                               2
                                                                                                                           Soll-Wärmeleistung
                                                                                                                                   3




                                                         Soll-Enthalpie        Soll-Enthalpie             Soll-Enthalpie            Soll-Enthalpie
                                                             gesamt                  1                          2                         3




       Leistungsberechnung                                                              Energieerzeugung
        Energietransport                                                                Energieverteilung
Nutzung von Abwärme und Alternativenergien


                                                                                                              Netztemperatur-
                                                                                        Kapazitätssteuerung      regelung
                                                       Leistungsregelung




   Leistungsregelung


                                                                                                              Soll-Wärmeleistung
                                                                                                                  Verbraucher


                                                                           Leistungs-        Leistungs-
                                                                            regelung          regelung




 Energieeinsparungen und Reduktion des CO2-Ausstoßes durch die Nutzung
 von Abwärmeenergie und geothermischer Energie.
 Zusätzliche Energiequellen bei hohem Energiebedarf.
 Schnelle Reaktion bei Schwankungen des Energiebedarfes trotz träger Energieformen.
Schnelle und energiesparende Prozessregelung


                           Berechnung der         Berechnung der      Kapazitätssteuerung   Leistungsregelung
                          Soll-Glykolmenge      Verdampfungsenergie


                          Mengenregelung




                                             Berechnung der
                                                  Soll-
                                              Kühlleistung


                                             Kühlregelung




 Energieeinsparung durch verbrauchsorientierte Fahrweise.
 Gleichmäßige Gastrocknung auch bei schnellen Änderungen des Gasdurchflusses.
 Dadurch Erhöhung der Qualität und der Verfügbarkeit der Gaslieferung.
Schnelle und stabile Gasmengenregelung

                  Begrenzungsregelung                                                                  Sollwert
                       Netzdruck                                                                      Gasmenge
                                                                                    Cv = f (∆P)
                  Begrenzungsregelung
                 Saugdruck Kompressor
                                                                              Gasmengenregelung   Kapazitätssteuerung


                                                                      Begrenzungsregelung
                                                  Cv- Kennlinie             Druck

                                                                      Begrenzungsregelung
                                                                          Temperatur




                                                  Cv- Kennlinie




 Schnelle und stabile Gasmengenregelung unabhängig vom Druck im Gasspeicher.
 Dadurch können jederzeit Verbraucherspitzen ausgeglichen werden.
 Kapazitätserhöhung der Fördermenge pro Linie.
 Schnelle Reaktion bei Störfällen wie z.B. Ausfall einer Entnahmelinie oder Störung eines Regelventiles.
Strukturierter Aufbau der Automatisierung einer Gasspeicheranlage



                                 Nominierung der
                                  Auslagerung


                                Kapazitätssteuerung


             Gasentnahme           Gasentnahme          Gasentnahme
               Linie 1               Linie 2              Linie 3


           Gasmengenregelung    Gasmengenregelung     Gasmengenregelung



              Gastemperierung      Gastemperierung       Gastemperierung



               Gastrocknung          Gastrocknung         Gastrocknung
Strukturierter Aufbau der Automatisierung eines Warmwassersystems



                        Energie- und                    Energie- und                 Energie- und
                     Temperaturregelung 1            Temperaturregelung 2         Temperaturregelung 3


                     Soll- Wärmeleistung             Soll- Wärmeleistung          Soll- Wärmeleistung
                            Linie 1                         Linie 2                      Linie 3


                                                     Soll- Wärmeleistung
                                                            gesamt


                        Regelung der                                                 Regelung des
                      Energieerzeugung                                             Energietransportes


                         Kapazitäts-                                                  Kapazitäts-
                         steuerung                                                    steuerung


 Leistungsregelung      Leistungsregelung    Leistungsregelung
                                                                    Netzpumpe 1       Netzpumpe 2        Netzpumpe 3
Energieerzeugung 1     Energieerzeugung 2   Energieerzeugung 3
Ergebnis und Auswertung
Leistungstest Auslagern von Erdgas aus unterirdischen Gasspeichern



                                                              Gasmenge Linie 3
                                           Gasmenge Linie 2

                                     Gasmenge Linie 1


                                   Gastemp. Linie 3

                        Gastemp. Linie 1


           Sollwert Gastemp.



                               Gastemp. Linie 2




        Bei Gastemperatur konnte auch bei Gradienten von +/-Nm3/h auf 250.000 Nm3/hdas
            Kapazität derGasentnahmelinie kann die Entnahmelinie imNm3/h/min durch erhöht werden.
                    einer Entnahmelinien konnte von 200.000 25.000 Stand-by-Betrieb
        Die Ausfall des kleinen Gasmengenregelventiles (Druckreduzierventiles) übernimmt neue
        die große Regelventil innerhalb sehr kurzer übernehmen.
        das nominierte Gasmenge in sehr Toleranzgrenzen Gasmengenregelung.
        Warmwassersystem innerhalb derkurzer ZeitZeit diegehalten werden.
        Das Entnahmesystem kann dadurch innerhalb von 10 Minuten die Nominierung von 0 Nm3/h auf
        500.000 Nm3/h mit zwei Entnahmelinien erreichen.
        Vergleichbare Gasspeicheranlagen brauchen dafür bis zu 3 Stunden bei größerer Störanfälligkeit.
Zusammenfassung


Das dynamische Verhalten von großen energieintensiven Prozessen kann
durch die neuen Verfahren gravierend verbessert werden. Dadurch ergeben
sich folgende technische und wirtschaftliche Vorteile:


  Erhöhung der Verfügbarkeit durch schnelle Reaktion bei Veränderungen
                             und Störungen


     Erhöhung der Produktqualität durch stabile Fahrweise der Prozesse


               Verringerung von Energie- und Wartungskosten


 Möglichkeit der Einbindung von Prozessabwärme und Alternativenergien
 und damit Senkung des Energieverbrauches und der CO2-Emissionen
KOMPETENZ UND VERTRAUEN
SIND UNSER MOTTO
TECHNISCHES BÜRO FÜR AUTOMATISIERUNGS- & REGELUNGSTECHNIK

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  • 1. KOMPETENZ und VERTRAUEN sind unser MOTTO Technisches Büro für Automatisierungs- & Regelungstechnik Verfahren zur Temperierung eines eine Energieverteilungseinrichtung durchströmenden Nutzmediums Verfahren zur gasdurchflussregulierten Gasentnahme
  • 2. Ausgangssituation Die Qualität des dynamischen Verhaltens von großen energieintensiven Prozessen kann aufgrund der hohen Verzugszeiten mit den herkömmlichen Regelungsmethoden kaum mehr verbessert werden. Exakte Messtechnik, frequenzgeregelte Antriebe sowie der Einsatz von moderner digitaler Leittechnik ermöglichen es, zusammenhängende physikalische Prozesse mathematisch und regelungstechnisch miteinander zu verbinden. PKA Control hat deshalb Gesamtregelkonzepte entwickelt, die es ermöglichen, große Verzugszeiten zu überbrücken und dadurch Veränderungen von Prozessanforderungen sowie Störgrößen um ein vielfaches schneller, genauer und damit effizienter zu regeln.
  • 3. Zielsetzung Entwicklung von Gesamtregelkonzepten, damit Prozesse schneller auf die Änderungen der Anforderungen aus der Produktion bzw. dem Energieverbrauch sowie auf Einflüsse von Störgrößen reagieren. Durch eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit soll die Verfügbarkeit und die Stabilität der Prozesse erhöht werden. Auch soll nur die Energie erzeugt werden, die tatsächlich benötigt wird. Durch einen strukturierten und parallelen Aufbau des Automatisierungs- konzeptes sollen Verzugszeiten stark verkürzt werden. Dadurch soll die Einbindung von trägeren Energieformen wie Abwärme oder Alternativ- energien in die Energieerzeugung verbessert und Energiekosten sowie CO2 – Emissionen reduziert werden.
  • 4. Herkömmliche Energieregelkonzepte Energieerzeugung Energietransport Energieverteilung Ursache Rückmeldung Das dynamische Verhalten von komplexen physikalischen Vorgängen kann nicht optimal geregelt werden. Die jeweiligen Regelkreise für die Einzel- Teilprozesse werden getrennt betrachtet. Ein Zusammenfügen der Einzel- Regelungen erfolgt über die Rückmeldung des Gesamt- Prozesses. Durch die großen Verzugszeiten des Gesamt- Prozesses können Änderungen nur zeitverzögert behandelt werden.
  • 5. Neues Gesamtenergieregelkonzept Energieerzeugung Energietransport Energieverteilung Regelung der Regelung des Regelung der Energieerzeugung Energietransportes Energieverteilung Soll-Wärmeleistung 1 Soll-Wärmeleistung Soll-Wärmeleistung gesamt 2 Soll-Wärmeleistung 3 Soll-Enthalpie Soll-Enthalpie Soll-Enthalpie Soll-Enthalpie gesamt 1 2 3 Leistungsberechnung Energieerzeugung Energietransport Energieverteilung
  • 6. Nutzung von Abwärme und Alternativenergien Netztemperatur- Kapazitätssteuerung regelung Leistungsregelung Leistungsregelung Soll-Wärmeleistung Verbraucher Leistungs- Leistungs- regelung regelung Energieeinsparungen und Reduktion des CO2-Ausstoßes durch die Nutzung von Abwärmeenergie und geothermischer Energie. Zusätzliche Energiequellen bei hohem Energiebedarf. Schnelle Reaktion bei Schwankungen des Energiebedarfes trotz träger Energieformen.
  • 7. Schnelle und energiesparende Prozessregelung Berechnung der Berechnung der Kapazitätssteuerung Leistungsregelung Soll-Glykolmenge Verdampfungsenergie Mengenregelung Berechnung der Soll- Kühlleistung Kühlregelung Energieeinsparung durch verbrauchsorientierte Fahrweise. Gleichmäßige Gastrocknung auch bei schnellen Änderungen des Gasdurchflusses. Dadurch Erhöhung der Qualität und der Verfügbarkeit der Gaslieferung.
  • 8. Schnelle und stabile Gasmengenregelung Begrenzungsregelung Sollwert Netzdruck Gasmenge Cv = f (∆P) Begrenzungsregelung Saugdruck Kompressor Gasmengenregelung Kapazitätssteuerung Begrenzungsregelung Cv- Kennlinie Druck Begrenzungsregelung Temperatur Cv- Kennlinie Schnelle und stabile Gasmengenregelung unabhängig vom Druck im Gasspeicher. Dadurch können jederzeit Verbraucherspitzen ausgeglichen werden. Kapazitätserhöhung der Fördermenge pro Linie. Schnelle Reaktion bei Störfällen wie z.B. Ausfall einer Entnahmelinie oder Störung eines Regelventiles.
  • 9. Strukturierter Aufbau der Automatisierung einer Gasspeicheranlage Nominierung der Auslagerung Kapazitätssteuerung Gasentnahme Gasentnahme Gasentnahme Linie 1 Linie 2 Linie 3 Gasmengenregelung Gasmengenregelung Gasmengenregelung Gastemperierung Gastemperierung Gastemperierung Gastrocknung Gastrocknung Gastrocknung
  • 10. Strukturierter Aufbau der Automatisierung eines Warmwassersystems Energie- und Energie- und Energie- und Temperaturregelung 1 Temperaturregelung 2 Temperaturregelung 3 Soll- Wärmeleistung Soll- Wärmeleistung Soll- Wärmeleistung Linie 1 Linie 2 Linie 3 Soll- Wärmeleistung gesamt Regelung der Regelung des Energieerzeugung Energietransportes Kapazitäts- Kapazitäts- steuerung steuerung Leistungsregelung Leistungsregelung Leistungsregelung Netzpumpe 1 Netzpumpe 2 Netzpumpe 3 Energieerzeugung 1 Energieerzeugung 2 Energieerzeugung 3
  • 11. Ergebnis und Auswertung Leistungstest Auslagern von Erdgas aus unterirdischen Gasspeichern Gasmenge Linie 3 Gasmenge Linie 2 Gasmenge Linie 1 Gastemp. Linie 3 Gastemp. Linie 1 Sollwert Gastemp. Gastemp. Linie 2 Bei Gastemperatur konnte auch bei Gradienten von +/-Nm3/h auf 250.000 Nm3/hdas Kapazität derGasentnahmelinie kann die Entnahmelinie imNm3/h/min durch erhöht werden. einer Entnahmelinien konnte von 200.000 25.000 Stand-by-Betrieb Die Ausfall des kleinen Gasmengenregelventiles (Druckreduzierventiles) übernimmt neue die große Regelventil innerhalb sehr kurzer übernehmen. das nominierte Gasmenge in sehr Toleranzgrenzen Gasmengenregelung. Warmwassersystem innerhalb derkurzer ZeitZeit diegehalten werden. Das Entnahmesystem kann dadurch innerhalb von 10 Minuten die Nominierung von 0 Nm3/h auf 500.000 Nm3/h mit zwei Entnahmelinien erreichen. Vergleichbare Gasspeicheranlagen brauchen dafür bis zu 3 Stunden bei größerer Störanfälligkeit.
  • 12. Zusammenfassung Das dynamische Verhalten von großen energieintensiven Prozessen kann durch die neuen Verfahren gravierend verbessert werden. Dadurch ergeben sich folgende technische und wirtschaftliche Vorteile: Erhöhung der Verfügbarkeit durch schnelle Reaktion bei Veränderungen und Störungen Erhöhung der Produktqualität durch stabile Fahrweise der Prozesse Verringerung von Energie- und Wartungskosten Möglichkeit der Einbindung von Prozessabwärme und Alternativenergien und damit Senkung des Energieverbrauches und der CO2-Emissionen
  • 13. KOMPETENZ UND VERTRAUEN SIND UNSER MOTTO TECHNISCHES BÜRO FÜR AUTOMATISIERUNGS- & REGELUNGSTECHNIK