Potenzialanalyse von innerstädtischen Energiebunkern

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

1.1. Motivation

1.2. Ziele und Grenzen

1.3. Methodik und Randbedingungen

2. Grundlagen

2.1. Smart Grid und die Bedeutung von Wärmespeichern

2.2. Systemkomponenten des Energiebunkers

2.2.1. Wärmespeicher

2.2.2. Kraft-Wärme-Kopplung und Blockheizkraftwerke

2.2.3. Solarkollektoren

2.2.4. Heißwassererzeuger

2.3. Netzinfrastruktur in Hamburg

2.3.1. Wärmenetz

2.3.2. Stromnetz

2.3.3. Erdgasnetz

3. Auswahl und Konversion der Bunkeranlagen

3.1. Vorbemerkungen und Einschränkungen

3.2. Datenbeschaffung, Datenbereinigung und Vorauswahl

3.2.1. Zivilschutzdaten der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt

3.2.2. Erstellung einer Datenbank für potenzielle Bunkeranlagen

3.2.3. Bewertung und Vorauswahl der Zivilschutzbauten

3.3. Auswahl und Beschreibung geeigneter Konversions-Bunker

3.3.1. Verifizierung des Nutzungsstatus der Bunkeranlagen und Beschaffung von standort- und gebäudetechnischen Daten

3.3.2. Bewertung der Erdgas- und Stromnetzinfrastruktur für die Bunkerauswahl

3.3.3. Speicherkapazität des Energiebunker-Netzwerkes

4. Dynamische Analyse / Modellierung eines Energiebunkers

4.1. Systembeschreibung und Eingangsparameter

4.1.1. Systembeschreibung und Eingangsparameter

4.1.2. Auslegungskriterien und Eingangsdaten des Simulationsmodells

4.2. Parametrierung des Bunkermodells

4.2.1. Auslegungsrechnung und variable Parametrierung durch Initialisierungsskripte

4.3. Zeitgesteuerte Simulation des Bunkermodells

4.3.1. Modellierung des Solarkollektors

4.3.2. Modellierung des Wärmespeichers

4.3.3. Modellierung des Blockheizkraftwerkes

4.3.4. Modellierung des Heißwassererzeugers

5. Visualisierung und Auswertung des Simulationsmodells

5.1. Speichersystem

5.2. Kollektorsystem

5.3. Blockheizkraftwerk und Heißwassererzeuger

5.4. Elektrische Pumpenleistung

6. Fazit und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Masterthesis untersucht das Potenzial ehemaliger Zivilschutzbunker in Hamburg für eine Konversion zu sogenannten Energiebunkern. Ziel ist es, durch die Einbindung von Wärmespeichern, Blockheizkraftwerken, Solarkollektoren und Spitzenlastkesseln ein virtuelles Kraftwerk zur dezentralen, effizienten Strom- und Wärmeerzeugung in einem städtischen Netzwerk aufzubauen.

• Identifizierung und Bewertung geeigneter Bunkerstandorte in Hamburg
• Entwicklung eines technisch machbaren Energiebunker-Modells
• Modellierung und Simulation mittels Matlab/Simulink zur Analyse verschiedener Lastszenarien
• Untersuchung der Systemintegration in bestehende Wärme-, Strom- und Gasnetze
• Dimensionierung von Wärmespeichern und Erzeugereinheiten

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Beschreibt die energiepolitischen Ziele Deutschlands sowie das Forschungsprojekt "Smart Power Hamburg" und die spezifische Fragestellung der Arbeit bezüglich der Nutzung von Bunkeranlagen als Wärmespeicher.

2. Grundlagen: Erläutert das Konzept des Smart Grid und die systemrelevanten Komponenten eines Energiebunkers, einschließlich der Netzinfrastruktur in Hamburg.

3. Auswahl und Konversion der Bunkeranlagen: Beschreibt die Recherche, Datenbankerstellung und das Bewertungsverfahren zur Identifizierung der zehn am besten geeigneten Bunkerstandorte in Hamburg.

4. Dynamische Analyse / Modellierung eines Energiebunkers: Dokumentiert die mathematische und systemtechnische Modellierung des Energiebunkers in Matlab/Simulink sowie die Definition der verschiedenen Analyseszenarien.

5. Visualisierung und Auswertung des Simulationsmodells: Präsentiert die Ergebnisse der Simulation für die drei definierten Szenarien hinsichtlich der Speicherleistung, Kollektorleistung und der Betriebsweisen von BHKW und HWE.

6. Fazit und Ausblick: Fasst die Ergebnisse der Potenzialanalyse und der Simulation zusammen und bewertet die Eignung der untersuchten Bunkeranlagen für eine energetische Nutzung im Sinne der Energiewende.

Schlüsselwörter

Energiebunker, Wärmespeicher, Kraft-Wärme-Kopplung, Blockheizkraftwerk, Smart Grid, Simulationsmodell, Matlab/Simulink, Hamburg, Zivilschutzbunker, Lastmanagement, Wärmenetz, Solarkollektoren, Konversion, Speicherkapazität, Energiewende.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundlegend?

Die Arbeit analysiert das Potenzial, ehemalige Zivilschutzbunker in Hamburg zu Energiebunkern umzubauen, um sie als Speicher und Erzeuger in ein städtisches Wärmenetz zu integrieren.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen sind Wärmespeicherung, dezentrale Energieerzeugung durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), Systemmodellierung und Netzinfrastrukturbewertung.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Die Arbeit untersucht, wie viel thermische Energie und Speichervolumen maximal in die Hamburger Bunkerinfrastruktur integriert werden können, um ein innerstädtisches Wärmespeicher-Netzwerk aufzubauen.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es wird eine technische Potenzialabschätzung durchgeführt, die durch ein zeitgesteuertes Simulationsmodell in Matlab/Simulink zur energetischen Auswertung unterstützt wird.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil befasst sich mit den technischen Grundlagen, der Datenbankerstellung für Bunkerstandorte sowie der Modellierung, Parametrierung und Simulation des Energiebunkers unter verschiedenen Szenarien.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Energiebunker, Wärmespeicher, Blockheizkraftwerk (BHKW), Smart Grid und Lastabdeckung.

Warum sind gerade Klotzbunker für das Vorhaben geeignet?

Klotzbunker verfügen über ausreichend große, zusammenhängende Innenflächen und eine robuste Bauweise, die eine Installation großer Speichertanks und technischer Aggregate ermöglicht.

Welchen Einfluss haben die Kollektorsysteme auf die Gesamtleistung?

Die Kollektorsysteme haben einen eher geringen Einfluss auf die thermische Leistung des Gesamtsystems im Vergleich zu den Blockheizkraftwerken, tragen aber zur Optimierung und Minimierung der Speicherverluste bei.