Die Komponente Einschaltreihenfolge
Mit der Einschaltreihenfolge lassen sich Prioritäten für den Betrieb der steuerbaren Anlagen vorgeben und damit die Betriebsweise des Energiesystems bestimmen. Dazu werden die Prioritäten der Anlagen entsprechend ihrer Betriebsreihenfolge im Eingabeformular ausgewählt. Es wird dabei zwischen Erzeugern (Priorität der Erzeugung) und Verbrauchern (Priorität der Einspeisung) unterschieden.
Komponentenvorlage
Die Komponentenvorlage Einschaltreihenfolge.e-ctpl befindet sich im Komponentenvorlagen-Ordner Betriebliche Randbedingungen.
Einbindung in ein Schema
Die folgende Abbildung zeigt die Variante 2 aus dem Tutorial 05.
Weitere Beispiele für die Verwendung der Komponente Einschaltreihenfolge enthalten das Tutorial 60 Einschaltreihenfolge und Betriebsoptimierung sowie die Artikel über Speicherbe- und Entladestrategien und das Hinterlegen eigener Betriebsmodi in einem Energiesystem mit einem BHKW, einem Warmwasserkessel und einem Stromerzeuger.
Funktionsweise
Die Komponente Einschaltreihenfolge funktioniert mit den Zielfunktionen der Betriebsoptimierung Betriebskosten, CO2-Emissionen und Primärenergie. Die Einschaltreihenfolge wird nur während der Betriebsoptimierung berücksichtigt. Da die Anlagen gemäß der Einschaltreihenfolge betrieben werden, kann keine echte Optimierung durchgeführt werden, z. B. können die CO2-Emissionen nicht wie sonst möglich gesenkt werden. Sollten Sie aber z. B. nur die Wärmeversorgung über eine Einschaltreihenfolge steuern, wird eine daran unbeteiligte Kälteversorgung weiterhin nach der Zielfunktion optimiert.
Die Komponente Einschaltreihenfolge funktioniert nicht mit der Zielfunktion Benutzerdefiniert und mit den Zielfunktionen der Strukturoptimierung Investitionskosten, Annualisierte Gesamtkosten und Kapitalwert. Die Strukturoptimierung berücksichtigt die Einschaltreihenfolge nicht, weil die optimale Struktur des Energiesystems nicht unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Steuerung ermittelt werden kann. Wenn Sie dennoch bestimmte Bedingungen schon während der Strukturoptimierung berücksichtigen wollen, können Sie dazu Programmierbare Steuerungen verwenden.
Im Formular der Komponente Einschaltreihenfolge geben Sie unter den Reitern Eingabedaten → Erzeuger und Verbraucher die Rangfolge des Betriebs der einzelnen Komponenten an.
Da mit der Komponente Einschaltreihenfolge die Betriebsweise und damit die Steuerung des Systems vorgegeben wird, brauchen bei der Simulation keine zukünftigen Schritte berücksichtigt werden.
Priorität 1 ist die höchste Priorität. Priorität 2 ist die zweithöchste Priorität usw. Wenn zwei Komponenten die gleiche Priorität haben, werden sie gleich behandelt.
Jede Komponente Einschaltreihenfolge bezieht sich nur auf eine Energieform, die im Formular zuerst zu wählen ist (siehe folgende Abbildung).
Die mehrspaltigen Formulare dienen der Zuordnung der Erzeuger und Verbraucher. Speicher lassen sich in beiden Kategorien auswählen.
In der ersten Spalte wählen Sie die Komponenten des Netzes. Über den Menübutton 
können Sie den Eintrag 
entfernen. In der letzten Spalte wählen Sie aus der Drop-down-Liste die Priorität.
Beginnen Sie die Festlegung der Einschaltreihenfolge mit der Priorität der Erzeugerkomponenten (z. B. Wärmeerzeuger, Stromerzeuger).
Erzeugung
Die Erzeugerkomponente mit der höchsten Priorität wird, unabhängig von den Kosten, bis zu ihrer Leistungsgrenze so lange und so oft wie möglich betrieben. Erst wenn die erste Komponente mit ihrem Maximum läuft und den Bedarf nicht decken kann, beginnt die zweite Komponente ihren Betrieb und so weiter.
Je niedriger die Priorität ist (und damit je höher die Nummer der Priorität), desto niedriger ist der virtuelle Erlös des Betriebs der Erzeugerkomponente.
Verbraucher
In den üblichen Simulationsfällen sind die Bedarfe festgelegt. Das heißt, dass es z. B. in der Komponente Wärmebedarf eine Zeitreihe für den Bedarf gibt und der Bedarf keine freie Variable in der Simulation ist. In diesen Fällen werden in der Einschaltreihenfolge keine Verbräuche dargestellt.
Gibt es dagegen flexible Bedarfe, die als Freiheitsgrad der Optimierung berechnet werden, so sind sie unbedingt in der Einschaltreihenfolge zu priorisieren. Dazu gehören z. B. Notkühler und – wenn im Formular der Komponente ein variabler Wärmebedarf gewählt wurde – auch ein Wärmebedarf (siehe folgende Abbildungen).
Wenn Bedarfe in der Einschaltreihenfolge berücksichtigt werden (z. B. Wärmeverbrauch oder Dampfverbrauch), ordnen Sie ihnen die Prioritäten Einspeisen vermeiden oder Gespeist durch Priorität … zu.
Die restriktive Option Einspeisen vermeiden führt – unabhängig von den Kosten – zur Vermeidung der Einspeisung von Energie in diesen Bedarf. Diese Einschränkung ist nicht absolut, denn auch ein Verbraucher, für den diese Option gewählt wurde, kann mit Energie versorgt werden, wenn keine andere Lösung im System gefunden wird.
Speicher und Netze
Speicher werden als Erzeuger interpretiert, wenn sie Energie liefern, also entladen werden. Speicher werden als Verbraucher interpretiert, wenn sie geladen werden. Diese beiden Modi können unabhängig voneinander betrachtet werden. Deshalb gibt es bei Speichern und Netzen zwei Möglichkeiten, die Prioritäten einzugeben: einmal die Priorität als Erzeuger und einmal als Verbraucher gespeist durch Priorität.
Ein Speicher kann in der Einschaltreihenfolge normalerweise zwischen anderen Erzeugern eingeordnet werden. In der Einschaltreihenfolge der Verbraucher kann ein Speicher als variabler Verbraucher betrachtet werden, wenn er geladen wird.
Ein BHKW hat Priorität 1, ein Speicher Priorität 2 und ein Heißwasserkessel Priorität 3: Das BHKW läuft so viel wie möglich, der Speicher wird erst entladen, wenn die Kapazität des BHKW ausgeschöpft ist, und der Kessel wird erst als letztes gestartet, wenn BHKW und Speicher zusammen nicht genug Energie liefern.
Weiterführende Informationen für Experten: Funktionsweise virtueller Kosten
Im Hintergrund der Berechnung des Optimierungsproblems wirkt die Komponente Einschaltreihenfolge, ohne dass der Anwender diesen Prozess detailliert kennen muss. Wenn jedoch mehrere Komponenten Einschaltereihenfolge in einem Schema verwendet werden, ist eine weitergehende Kenntnis der Funktionsweise erforderlich. Dazu wird im Folgenden das Prinzip der virtuellen Kosten beschrieben, das der Komponente zu Grunde liegt.
Die virtuellen Kosten und Erlöse (Bestrafung und Belohnung) beeinflussen lediglich die Optimierung des Betriebs und fließen nicht in die wirtschaftliche, ökologische und energetische Bewertung ein.
Beispielsweise bringt der Betrieb der Erzeugerkomponente mit der höchsten Priorität 1 höhere virtuelle Erlöse je erzeugte Kilowattstunde Energie als der Betrieb der Erzeugerkomponente mit der Priorität 2.
Die hinterlegten Werte für die Erzeuger werden als virtuelle Belohnung, die für die Bedarfe als virtuelle Bestrafung gewertet:
| Priorität | Komponente | Optimierungseinfluss in EUR/kWh (Betriebskosten) | Optimierungseinfluss in kWh/kWh (Primärenergie) | Optimierungseinfluss in kg/kWh (CO2-Emissionen) |
|---|---|---|---|---|
| Priorität 1 | Erzeuger 1 | virtuelle Erlöse: 80 | virtuelle Erlöse: 80 | virtuelle Erlöse: 8 |
| Priorität 2 | Erzeuger 2 | virtuelle Erlöse: 70 | virtuelle Erlöse: 70 | virtuelle Erlöse: 7 |
| Priorität 3 | Erzeuger 3 | virtuelle Erlöse: 60 | virtuelle Erlöse: 60 | virtuelle Erlöse: 6 |
| Einspeisen vermeiden | Verbraucher 1 | virtuelle Kosten: 85 | virtuelle Kosten: 85 | virtuelle Kosten: 8,5 |
| Gespeist durch Priorität 1 | Verbraucher 2 | virtuelle Kosten: 75 | virtuelle Kosten: 75 | virtuelle Kosten: 7,5 |
| Gespeist durch Priorität 1-2 | Verbraucher 3 | virtuelle Kosten: 65 | virtuelle Kosten: 65 | virtuelle Kosten: 6,5 |
In Schritten von -10 EUR/kWh, -10 kWh/kWh bzw. -1 kg/kWh lässt sich diese Tabelle fortsetzen. In der Optimierung wird das vollständige Vermeiden der Energielieferung an einen bestimmten Bedarf (Einspeisen vermeiden) erreicht, indem dieser Bedarf mit besonders hohen virtuellen Kosten pro verbrauchte Kilowattstunde belegt wird. Bei der zweiten Option Gespeist durch Priorität 1 sind die virtuellen Kosten des Energieverbrauchs etwas geringer. Tatsächlich sind die virtuellen Kosten eines Verbrauchs gespeist durch Priorität 1 etwas geringer als die virtuellen Erlöse eines Erzeugers mit Priorität 1 usw. Deshalb werden Bedarfe, die durch eine bestimmte Priorität gespeist werden, nur von Komponenten mit höherer Priorität gedeckt.
Die virtuellen Kosten von 85 EUR/kWh für den Verbrauch der Komponente, für die Einspeisen vermeiden festgelegt wurde (Verbraucher 1), sind höher als die maximal möglichen Erlöse für einen Erzeuger, sodass eine Einspeisung in jedem Fall vermieden wird.
Der Verbraucher 2, gespeist durch Priorität 1, wird nur mit virtuellen Kosten von 75 EUR/kWh belegt, während der Erzeuger 1 mit der Priorität 1 mit 80 EUR/kWh virtuellen Erlösen belohnt wird. Für das System ist es von Vorteil, den Erzeuger 1 zu betreiben, um den Bedarf von Verbraucher 2 zu decken, denn der virtuelle Nettoerlös beträgt 5 EUR/kWh.
Dies ist bei Erzeuger 2 nicht der Fall: Da dieser mit Priorität 2 nur 70 EUR/kWh virtuelle Erlöse erzielt, der Verbraucher 2 aber virtuelle Kosten von 75 EUR/kWh verursacht, lohnt sich die Erzeugung von Energie für den Verbraucher 2 durch den Erzeuger 2 nicht und wird deshalb unterbunden.
