TY - THES A1 - Nimtz, Michael T1 - Modellierung des Pipelinetransportes von CO₂-reichen Fluiden T1 - Modelling the pipeline transport of CO₂-rich fluids N2 - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Transport von CO₂ aus energietechnischen Anlagen untersucht. Zunächst werden die physikalischen und technischen Randbedingungen erläutert, welche ein Transportsystem beeinflussen und beschränken, insbesondere werden die Einflüsse der thermo-dynamischen Fluideigenschaften von CO₂ und CO₂-Gemischen auf die Transportprozesse analysiert. Des Weiteren erörtert die Arbeit die Besonderheiten, die bei der Auslegung und dem Betrieb von CO₂-Pipelines (im Gegensatz beispielsweise zu Erdgaspipelines) auftreten. Der Hauptteil der Arbeit befasst sich mit der Modellierung und Simulation zweier potentieller Pipeline-transportsysteme, welche CO₂ vom Kraftwerksstandort Jänschwalde in der Lausitz a) zu einem CO₂-Hub im Hafen von Rotterdam und b) zu einem Offshore-Aquifer unter der Nordsee transportieren. Anhand dieser konkreten Fallbeispiele werden die Auslegung des Transportsystems dargestellt und die statischen und die dynamischen Betriebskennlinien der Pipelines und des Injektionsbrunnens aufgenommen und hinsichtlich der Auswirkungen auf den Betrieb unter flexiblen Lastbedingungen untersucht. Die Modellierung der Pipelines wird mithilfe der Modellierungs- und Simulationssoftware OLGA Dynamic Multiphase Flow Simulator von Schlumberger umgesetzt. Die Validierung der genutzten Submodelle der Software erfolgt über die Simulation historischer Lastfälle der Canyon-Reef-Carrier-Pipeline in Texas und der CO₂-Injektionspilotanlage Ketzin westlich von Potsdam. Die Hauptmodelle umfassen a) die Pipeline vom Kraftwerkszaun bis zum Übergabepunkt am CO₂-Hub in Rotterdam bzw. b) die Pipeline vom Kraftwerkszaun bis zum Meeresgrund sowie den Injektionsbrunnen und ein Modell des Aquiferspeichers. Es ist mit den Modellen möglich, die thermo-fluiddynamischen Prozesse des CO₂ in der Rohrleitung sowie im Injektionsbrunnen bis zum Speicher nachzubilden. Es wurden insgesamt 66 Szenarien simuliert und ausgewertet. Die simulierten Szenarien umfassen statische Kennlinien bei konstanter Last, definierte Lastzyklen mit Sprüngen konstanter Höhe, reale Lastgänge auf Basis historischer Kraftwerksmessdaten sowie typische Betriebsabläufe wie An- und Abfahren der Pipeline, Absperrung einzelner Abschnitte der Pipeline bis hin zu den Auswirkungen eines Risses in der Pipelinewand. Zu den wesentlichen Ergebnissen der Simulationen zählen die auftretenden Druckverläufe, Wärme-übergangs- und Wärmespeichervorgänge sowie das dynamische Verhalten bei wechselnden Lastbedingungen. Ausgehend von den Simulationsergebnissen werden die Pipelinesysteme charakterisiert und die dynamischen Prozesse hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Betriebsabläufe und Auslegungskriterien untersucht. Es kann gezeigt werden, dass Pipelines für die gestellte Transportaufgabe geeignet sind und mit einem gewissen Maß an Prozessüberwachung und -regelung auch dauerhaft sicher betrieben werden können. Problematische Prozessverläufe werden eingehend diskutiert und Regelstrategien aufgezeigt, welche einen Betrieb der Pipelines sicherstellen können. N2 - In this thesis the transport of CO₂ from systems for energy generation is examined. First, the technical and physical boundary conditions which influence a transport system are discussed. Special attention is given on the influence of thermodynamic fluid properties of CO₂ and CO₂ mixtures on the transport processes. Furthermore, the differences in design and operation of CO₂ pipelines (in com-parison with e.g. natural gas pipelines) are discussed. The main section of the thesis is about the modeling and simulation of two potential pipeline transport systems transporting CO₂ from Jänschwalde (Lusatia, in the east of Germany) a) to a CO₂ hub at the port of Rotterdam and b) to a saline aquifer storage site under the North Sea. Using these case studies, the design of the transport system is presented, the static and dynamic operation characteristics of the pipelines and of the injection well are generated and evaluated in terms of effects of dynamic load conditions on the operation procedures. Modeling was done using the OLGA Dynamic Multiphase Flow Simulator of Schlumberger. Validation of the used submodels was carried out by simulation of historic load conditions using measurement data of the Canyon Reef Carrier Pipeline in Texas and the CO₂ storage pilot plant in Ketzin, west of Potsdam. The main models comprise a) a pipeline from the power plant site to the loading station at the port of Rotterdam and b) a pipeline from the power plant site to the sea ground, the injection well and the aquifer storage. The models allow simulating the thermohydraulic processes in the pipelines and in the injection well up to the boundary to the storage site. The case studies comprise static load characteristics, defined load cycles and discrete load steps, load curves based on historical measurement data of power plants as well as typical operation like start up and shut down, blow out and the effects of a pipe wall rupture. Overall, 66 cases are simulated and evaluated. The major results are pressure curves, heat transfer and heat storage processes and the dynamic system behavior under flexible load conditions. Based on the simulation results, the pipeline systems are characterized and the dynamic processes are evaluated in terms of effects on operation and design criteria. It is shown that pipelines are able to fulfill the transport task and that they can be operated permanently and safely using basic process monitoring and process control measures. Problematic processes are discussed in detail and control strategies to guarantee a safe operation are shown. KW - Pipelinetransport KW - CCS Kraftwerk KW - CCS power plant KW - CO2 KW - Pipeline transport KW - Kohlendioxid KW - Pipeline KW - Transport Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38937 ER - TY - THES A1 - Handreg, Martin T1 - Entwurf von künstlichen neuronalen Netzen zur Regelung von Prozessgrößen in einer Schmelzwanne für Flachglas T1 - Design of artifical neural networks for process control in a float glass melting furnace N2 - In der vorliegenden Arbeit wird die Eignung von Künstlichen Neuronalen Netzen hinsichtlich der Modellierung des komplexen Prozessverhaltens in einer Flachglasschmelzanlage analysiert. Die Identifikation und das Training der neuronalen Prozessmodelle erfolgen mit Messdaten einer Schmelzwanne für Flachglas. Im Vordergrund steht die Evaluation einer geeigneten Netzstruktur und die Parametrierung der Netzparameter. Dabei wird der Einfluss der einzelnen Netzparameter in Bezug auf die Genauigkeit der Netze eingehend untersucht. Anhand von Testdaten wird nachgewiesen, dass die qualitätsbestimmenden Temperaturen und der Glasstand mit Künstlichen Neuronalen Netzen hinreichend genau berechnet werden können. Auf Basis der entwickelten neuronalen Prozessmodelle wird anschließend eine modellbasierte prädiktive Regelstrategie beschrieben. Neben der Auswahl des Gütekriteriums und des Optimierungsalgorithmus zur Berechnung zukünftiger Stellgrößen werden Richtlinien zur Dimensionierung der verfügbaren Reglerparameter abgeleitet. N2 - This thesis analyzes the suitability of Artificial Neural Networks for modeling the complex process in a float glass melting plant. The identification and training of the neural process models are being carried out with real float glass furnace data. The focus is on the evaluation of an appropriate network structure and parameter configuration. With respect to the network precision the effect of parameter changes will be investigated and it will be shown that it is possible to calculate the relevant temperatures and the glass level in an accurate way. The results will be validated by test data. In the second step, a model-based predictive control strategy to determine future control signals is described and a selection of the performance criterion, the numerical optimization program and guidance for the available control parameters are given. KW - Künstliches Neuronales Netz KW - Prädiktive Regelung KW - Levenberg-Marquardt-Algorithmus KW - Flachglas KW - Schmelzprozess KW - Artifical Neural Networks KW - Predictive control KW - Algorithm of Levenberg-Marquardt KW - Floatglas KW - Melting process KW - Neuronales Netz KW - Flachglas KW - Schmelzen Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39471 ER - TY - THES A1 - Schmuck, Jörg T1 - Entwurf einfach strukturierter Regler mit Robustheitskriterien im Frequenzbereich N2 - Zentraler Gegenstand der Arbeit ist die Anwendung von Robustheitskriterien im Frequenzbereich für den Entwurf robuster Regler mit einfacher Struktur. Im Blickpunkt stehen dabei unkomplizierte Regelstrecken aus Energie- und Verfahrenstechnik. Die gemessene Sprungantwort der Regelstrecke ist Ansatzpunkt für die hier vorgeschlagene Modellierungsmethode. Bevorzugt für die Kombination von PT1-Glied als nominelles Modell und PI-Regler folgen Untersuchungen zum erreichbaren Regelverhalten und die Überführung von Zeitbereichsvorgaben in eine frequenzabhängige Wichtungsfunktion. Die Robustheitskriterien werden grafisch durch punktweise Analyse auf dem gerasterten Parametergebiet ausgewertet, worin alle geeigneten Kombinationen der Reglerparameter als Lösung markiert werden. Die Algorithmen wurden in MATLAB-Programmen realisiert. Als Anwendungsbeispiele enthält die Arbeit den Reglerentwurf für einen Neutralisationsprozess, ein instabiles System und eine Druckregelstrecke. N2 - Main issue of the thesis is the design of simply structured robust controllers using frequency domain robustness criterions for plants of process industry and power generation. Input for the modeling procedure is the step response of the plant. Due to modeling results achievable performance is determined in particular for the preferred combination of PT1-element as nominal model and PI-controller. Requirements in the time domain are transferred into a frequency domain weighting function in order to specify control objectives. Robustness criterions are analysed point by point for the set of all controller parameter value combinations in a certain rasterised range. Combinations fulfilling the criterions are marked as solution for the control problem in a diagram. The presented algorithms were programed using MATLAB functions. Its utilization is shown in the thesis for various examples such as neutralization process, unstable system and pressure plant control. KW - Reglerentwurf KW - Mehrgrößenregelung KW - Prozessregelung KW - Robuste Regelung KW - Frequenzbereich KW - H-unendlich-Methode KW - Robuste Regelung KW - Frequenzbereichskriterium KW - PI-Regler Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000659 ER - TY - THES A1 - Acquah, Michael T1 - Decentralized Rural Electrification in Ghana-Evaluation of Technical and Socio-Economic Aspects for Sustainable Solutions T1 - Dezentrale ländliche Elektrifizierung in Ghana-Bewertung technischer und sozio-ökonomischer Aspekte für nachhaltige Lösungen N2 - Rural electrification has been one of the challenges faced by the government of Ghana due to extremely high cost of electricity extension to the rural areas. In order to meet up this challenge, the government of Ghana has been keen with the introduction of renewable energy programs as a solution for rural electrification. However, most of programs are also faced with the problem of being sustainable. After government and sponsors hand-over completed project to local users, they usually last only few years of their life span and are abandoned. This challenge has inspired this study to identify the potential barriers to the sustainability of rural electrification programs through technical and socio-economic evaluation of a solar PV rural electrification project in Ghana. The approach of this study selected an on-going solar PV project (community solar system-CSS), that has been introduced on a pilot base across the whole of Ghana, which is to be adopted as a standard system for electrification solutions in rural areas in Ghana. This project was subjected to both technical and socio-economic evaluations covering 13 rural communities across the southern part of the country. Stakeholder interviews and review of literature were additional methodologies employed to gather information pertinent to the theme of the study. The results of the study show that technically, the CSS project has simple design and operational technologies, which gives it high integration potential. However, the project faces the problem of technology misuse by the rural users and frequent failure of its components. The socio-economic barriers identified are: (1) ineffective management of the project due to a long chain of bureaucratic administrative management system, inadequate monitoring and supervision, and inconsistency in standardizing the cash flow of the project, and (2) low electricity capacity of the CSS project and other similar small scale renewable projects to meet the electricity requirements of the rural populates. These problems lead to gradual decline of users’ interest for such small scale renewable energy projects and subsequently result in project abandonment. It was concluded that small scale renewable energy programs lack the capacity to fully meet the energy requirement of rural populates; however, they are crucial as intervening solutions and play key role in rural development. N2 - Dezentrale ländliche Elektrifizierung ist wegen der extrem hohen Kosten eine der großen Herausforderungen für die Regierung von Ghana. Um diese Herausforderung zu meistern hat die Regierung von Ghana frühzeitig Programme für erneuerbare Energien zur Elektrifizierung in ländlichen Regionen umgesetzt. Allerdings zeigen sich bei der Durchführung dieser Programme erhebliche Probleme bezüglich ihrer Nachhaltigkeit. Nach der Fertigstellung und Übergabe dieser Projekte an die lokalen Benutzer zeigen sich häufig technische Probleme und die Projekte werden nach kurzer Zeit aufgegeben. Diese Schwierigkeiten haben die vorliegende Studie zur Untersuchung der Ursachen und Grenzen der Nachhaltigkeit einer Elektrifizierung in ländlichen Regionen inspiriert. Insbesondere sollen in dieser Studie die technischen und sozio-ökonomischen Probleme von Projekten mit Hilfe solarer PV Elektrifizierung ländlicher Regionen in Ghana untersucht werden. Die vorliegende Studie untersucht ein zur Zeit laufendes solares PV Projekt (community solar system-CSS), eingeführt als ein landesweites Pilotprojekt in Ghana, welches zu einem Standardsystem zur Stromversorgung ländlicher Gebiete in Ghana werden soll. Das Projekt wird sowohl von technisch als auch sozio-ökonomisch Untersuchungen in 13 ländlichen Kommunen im südlichen Teil des Landes begleitet. Sowohl eingehende Befragungen der beteiligten Partner als auch eine Auswertung einschlägiger Literatur zur Gewinnung zusätzlicher Informationen werden begleitend zu diesem Projekt durchgeführt. Die Resultate dieser Studie zeigen, dass die technischen Aspekte des CSS Projektes, das auf einfach beherrschbaren Technologien bezüglich Design und Betrieb beruht eine gute Perspektiven bietet. Jedoch zeigen sich Probleme durch Fehlbedienung der technischen Komponenten und ein häufiges Versagen einiger Komponenten. Die zugrunde liegenden sozio-ökonomischen Ursachen hierfür sind: (1) ineffizientes Management des Projektes durch bürokratische Verwaltung, nicht hinreichendes Monitoring und Überwachung und eine inkonsistente, nicht kontinuierliche Finanzierung, sowie (2) eine zu niedrige elektrische Kapazität des CSS Projektes and anderer kleiner, nachhaltiger Projekte zur Sicherung der Stromversorgung für die ländliche Bevölkerung. Diese Probleme führen zu einem Verlust des Interesses an kleinskaliger erneuerbarer Energieproduktion und schließlich zur Beendigung der Projekte. Dies liegt daran, dass diese kleinskaligen erneuerbaren Energieprojekte keine hinreichende Kapazität zur Dekung des Energiedarfes der ländlichen Bevölkerung besitzen. Dennoch sind solche Projekte ein essentieller Schritt für die Entwicklung ländlicher Regionen. KW - Ghana KW - Ghana KW - Ländliche Elektrifizierung KW - Bewertung KW - Nachhaltigkeit KW - Rural Electrification KW - Evaluation KW - Sustainability Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-29999 ER -