Besonderheiten Dampf

Die Besonderheiten des Stoffmodells Dampf

Beim Modellieren von Energiesystemen mit Dampfversorgern oder Dampfkraftprozessen sollten einige Konventionen beachtet werden. Dieser Artikel zielt darauf ab, die Grundlagen in der Handhabung zu vermitteln und Besonderheiten oder gegebenenfalls auftretende Schwierigkeiten schon vorab zu behandeln.

Der Aufbau eines Energiesystems mit Dampfkomponenten erfolgt – wie bei den anderen Energieversorgern auch – durch das einfache Zusammenschalten der Erzeuger und Bedarfe und durch das Verwenden des Stoffmodells Dampf. Erzeuger und Bedarfe können in Reihe oder parallel geschaltet werden.

Das Konzept Zustandsvorgabe

Das Stoffmodell Dampf bildet das Medium Wasser in den Aggregatzuständen „flüssig“ und „dampfförmig“ sowie im zweiphasigen Nassdampfgebiet ab. Ein grundlegendes Konzept beim Modellieren in TOP-Energy mit dem Stoffmodell Dampf ist die eindeutige Nutzervorgabe des thermodynamischen Zustands an jeder Stelle im System. Diese erfolgt über die Komponente Zustandsvorgabe, die in jedem Netzabschnitt des Dampfnetzes eingefügt werden muss.

In dieser Komponente wird durch die Vorgabe von Druck und Temperatur bzw. Dampfgehalt der thermodynamische Zustand des Fluids eindeutig festgelegt (siehe Komponente Zustandsvorgabe).

Fehlt die Zustandsvorgabe, so erscheint während der Simulation im Simulator-Fenster (siehe die folgende Abbildung) die Fehlermeldung 8315:

In der Komponente … ist ein modellspezifischer Fehler aufgetreten:
Der Dampfzustand ist unbekannt. Bitte prüfen Sie, ob Sie die Verwendung einer Zustandsvorgabe-Komponente vergessen haben.

Mischen von Stoffströmen

Durch die oben genannte Vorgabe der Zustände werden im TOP-Energy-Modell keine Austritts- oder Mischzustände berechnet. Sollen trotzdem Stoffströme mit unterschiedlichen Zuständen im Modell zusammengeführt werden, kann die Komponente Mischer verwendet werden. Dabei muss der Mischzustand durch eine Zustandsvorgabe-Komponente vorgegeben werden. Der Nutzer sollte einen plausiblen Wert eingeben (siehe Komponente Mischer).

Massen- und Energieströme

Bei der Parametrierung der Komponenten können die Leistungen der Erzeuger und die Bedarfseinheiten entweder in einer Massenstromeinheit (z. B. Tonnen Dampf pro Stunde) oder in einer energetischen Einheit (z. B. Kilowatt) angegeben werden. Gerade bei den energieumwandelnden Komponenten (wie Dampfturbine oder Dampferzeuger) liegen die Datenblätter oft in massenbezogenen Einheiten vor.

Zur plausiblen Lösung des Systems muss bei jeder Quelle auch eine Senke – und umgekehrt – vorhanden sein, sofern kein Rücklauf vorliegt. Das muss bei der Modellerstellung in jedem Fall beachtet werden, da sonst keine physikalische Lösung gefunden werden kann, wie z. B. bei dem Schema auf der ersten folgenden Abbildung. Hier würde wegen einer fehlenden Quelle die Fehlermeldung 8359 Plausibilitätsprüfung für Komponente mit dem folgenden Wortlaut ausgegeben:

Die Massenstromsenken im Energiesystem können nicht durch zugehörige Quellen gedeckt werden.

Bei einer fehlenden Senke lautet die Fehlermeldung:

Die Massenstromquellen im Energiesystem können nicht durch zugehörige Senken gedeckt werden.

In diesen Fällen müssen die fehlenden Quellen oder Senken ergänzt werden.