Ein neues Verfahren zur strömungstechnischen Simulation von Gasnetzen
Zusammenfassung
Seit einigen Jahren werden zunehmende Schwankungen der Gasbeschaffenheit, insbesondere des Brennwerts, in Erdgasverteilnetzen beobachtet und damit die korrekte Abrechnung von Endkunden erschwert. In dieser Arbeit wird ein neues Verfahren zur strömungstechnischen Simulation von Erdgasverteilnetzen entwickelt, welches sich auch für instationäre Strömungen eignet. Dieses Verfahren wird zur Brennwertverfolgung eingesetzt und zeichnet sich durch hohe Genauigkeit sowie kurze Rechenzeit aus. Eine Validierung des Rechenmodells erfolgt sowohl auf Basis von Messungen mit Prozessgaschromatografen als auch durch einen Vergleich mit etablierter Simulationssoftware. Zusätzlich wird erstmals eine Unsicherheitsberechnung für die an den Ausspeisestellen des Gasnetzes ermittelten Brennwerte auf Basis einer Monte-Carlo-Simulation nach dem „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“-Leitfaden durchgeführt. Der Vergleich mit einer Sensitivitätsanalyse bestätigt die Ergebnisse der M...
Schlagworte
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- I–VIII
- 1–3 1 Einleitung 1–3
- 1.1 Simulation von Erdgasverteilnetzen
- 1.2 Gliederung und Beitrag dieser Arbeit
- 4–30 2 Theoretische Grundlagen 4–30
- 2.1 Charakteristika von Erdgasnetzen
- 2.1.1 Definition von Transportnetzen
- 2.1.2 Definition von regionalen Erdgasverteilnetzen
- 2.1.3 Definition von Ortsnetzen
- 2.2 Grundlagen der Strömungssimulation
- 2.2.1 Definitionen zur Modellierung von Erdgasverteilnetzen
- 2.2.2 Massenerhaltung
- 2.2.3 Bestimmung von Druckänderungen
- 2.2.4 Bestimmung der Rohrreibungszahl
- 2.3 Berechnung von Stoffdaten
- 2.3.1 Virial-Zustandsgleichungen
- 2.3.2 SGERG Zustandsgleichung
- 2.4 Graphentheorie zur Beschreibung von Netzen
- 2.4.1 Begriffsdefinitionen
- 2.4.2 Mathematische Beschreibungsmethoden von Netzen
- 2.5 Geltende Regelwerke in Deutschland
- 2.5.1 DVGW Arbeitsblatt G 260
- 2.5.2 DVGW Arbeitsblatt G 685
- 2.6 Brennwertzuordnung mit SmartSim
- 31–56 3 Entwicklung eines neuartigen Rechenkerns 31–56
- 3.1 Entwicklung einer vereinfachten Virialgleichung
- 3.2 Strömungssimulation
- 3.2.1 Mathematische Abbildung der Gasverteilnetz-Topologie
- 3.2.2 Bestimmung des Strömungszustands
- 3.2.3 Berechnung der Druckänderung in einer einzelnen Rohrleitung
- 3.2.4 Berechnung der Druckverteilung mit adaptivem Gradientenabstiegsverfahren
- 3.2.5 Berechnung von Vermaschungen in Gasverteilnetzen
- 3.3 Gasbeschaffenheitsverfolgung auf Basis eines Paketmodells
- 3.3.1 Gaspaket-Propagierung in einzelner Rohrleitung
- 3.3.2 Gaspaket-Propagierung an Knoten
- 57–111 4 Validierung des entwickelten Rechenkerns 57–111
- 4.1 Wiedergabe des Realgasverhaltens durch vereinfachte Virialgleichung
- 4.1.1 Vergleich der Abhängigkeit der vereinfachten Virialgleichung von Dichte und Druck
- 4.1.2 Wiedergabe des Realgasverhaltens und der Dichte
- 4.2 Auswertung der Druckberechnung in einzelnen Rohrleitungen
- 4.2.1 Vergleich der Rohrreibungszahlberechnung zwischen Zanke und Hofer
- 4.2.2 Druckberechnung in einzelnen Rohrleitungen
- 4.2.3 Druckberechnung in einzelnen Rohrleitungen unter Berücksichtigung geodätischer Höhendifferenzen
- 4.3 Validierung des Strömungszustands an beispielhaften Gasverteilnetzen
- 4.3.1 Vorstellung der untersuchten Gasverteilnetze
- 4.3.2 Vergleich der Simulationsergebnisse mit Messdaten
- 4.3.3 Vergleich der Simulationsergebnisse mit Referenz-Software
- 4.4 Auswertung der Rechengeschwindigkeit und der Konvergenz des Strömungszustands
- 4.4.1 Rechengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Netzgröße
- 4.4.2 Untersuchung zur Konvergenz des Strömungszustands
- 112–120 5 Unsicherheitsberechnung für Gasverteilnetze 112–120
- 5.1 Anwendung des „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement” in Gasverteilnetzen
- 5.2 Eingangsgrößen für die Unsicherheitsberechnung
- 5.3 Monte-Carlo-Simulation
- 5.3.1 Berechnung der Standardunsicherheit
- 5.3.2 Anzahl der Monte-Carlo-Szenarien
- 5.4 Sensitivitätsanalyse
- 5.4.1 Unsicherheitsfortpflanzung
- 5.4.2 Resultierende relative Sensitivitätskoeffizienten
- 5.5 Korrelationsanalyse
- 5.5.1 Korrelationskoeffizient
- 5.5.2 Wahl der Zeiträume
- 5.5.3 Gleitend-mittelnder Korrelationskoeffizient
- 121–128 6 Anwendung der Unsicherheitsberechnung für Gasverteilnetze 121–128
- 6.1 Anpassung des regionalen Gasverteilnetzes „Lüchow“
- 6.2 Monte-Carlo-Simulation
- 6.3 Sensitivitätsanalyse
- 6.4 Korrelationsanalyse
- 129–131 7 Zusammenfassung und Ausblick 129–131
- 7.1 Beiträge und Ergebnisse
- 7.2 Ausblick
- 132–136 Symbolverzeichnis 132–136
- 137–146 Literaturverzeichnis 137–146
