Читать книгу Einführung in die Simulation von Kraftwerken mit EBSILON®Professional Version 15 - Steffen Swat - Страница 2
Оглавление2 Funktionsweise von EBSILON®Professional
2.1 Allgemeines
Mit der Modellierungssoftware EBSILON®Professional (kurz: EBSILON) können die unterschiedlichsten energietechnische Anlagen berechnet werden.
Die Hauptaufgabe, die durch EBSILON realisiert wird, ist die Prozesssimulation. Diese beruht auf zwei unterschiedlichen Arten von Bauteilen:
Bauteile
Leitungen.
Die Bauteilbibliothek von EBSILON enthält Komponenten für alle typischen Kraftwerksprozesse. Durch Parameter und Kennlinien können die Bauteile an das reale Leistungsverhalten angepasst. Zusätzlich gibt es logische Bauteile (z.B. Regler), mit welchen die Parameter der Bauteile beeinflusst werden können.
In der Programmumgebung wird der Gesamtprozess entworfen und hinsichtlich der wichtigsten Prozessparameter bilanziert. Der Aufbau des Prozesses erfolgt schrittweise, das heißt, zuerst wird mit wenigen Bauteilen beispielsweise mit der Turbosatz begonnen. Danach kann man andere Komponenten zusätzlich hinzufügen, muss aber immer überprüfen, ob die Simulation korrekt, das heißt erfolgreich, abläuft.
Tabelle 1: Ausgewählte Bauteile
| Physikalische Bauteile | Logische Bauteile |
| Dampferzeuger Turbinen Kondensatoren Pumpen Wärmetauscher Kühltürme | Regler Signalübertrager Rechenbausteine |
Alle Komponenten müssen durch Leitungen miteinander verbunden werden. Das Fluid in den Leitungen ist durch Massenstrom, (Temperatur,) Druck und Enthalpie bestimmt. Die benötigten Stoffdaten werden über eine integrierte umfangreiche Stoffdatenbibliothek bereitgestellt.
In den Komponenten werden Berechnungsalgorithmen angewendet, welche die Fluideigenschaften der austretenden Leitungen mit den eintretenden Leitungen korrelieren.
Tabelle 2: Ausgewählte Leitungen
| Fluide | Brennstoffe |
| Wasser Luft Thermoöle und Salzschmelzen Binäre Gemische: Ammoniak/Wasser, Lithiumbromid/Wasser Ideale und reale Gase Zweiphasige Fluide Benutzerdefinierte Fluide | Feste Brennstoffe (Kohle, Biomasse) Öl Gas Benutzerdefinierte Brennstoffe (nach Zusammensetzung) |
Zusätzlich zum Hauptprogramm, dem Berechnen eines Wärmeschaltbildes, besteht EBSILON®Professional aus den folgenden Modulen, welche zum Teil optional erhältlich sind [STE20]:
EbsBoiler – Bauteile zur detaillierten Abbildung der Kesselgeometrie
EbsSolar – Bauteile zur Abbildung eines Solarfeldes
OEM-GTLib – Gasturbinendatenbank basierend auf Herstellerdaten
EbsOptimize – Integrierter Optimierer basierend auf genetischem Algorithmus
EbsValidate – Datenvalidierung nach VDI 2048
EbsHTML – Anlagenmodell im Web-Browser
EbsScript – PASCAL-basierte Scriptsprache für EBSILON®Professional
2.2 Mathematische Grundlagen
Die mathematische Modellierung des Wärmeschaltbildes erfolgt mit Hilfe eines nichtlinearen Gleichungssystems, das iterativ gelöst wird. Es wird ausgehend von den Eingaben des Nutzers im Hintergrund aufgebaut. Die maßgebenden Variablen des Gleichungssystems sind Massestrom, Druck und spezifische Enthalpie.
Die eigentliche Kreisprozessberechnung erfolgt intern in zwei Teilschritten:
Aufstellung des nichtlinearen Gleichungssystems aus den Eingabedaten des Wärmeschaltbildes (Geometrie der Schaltung und thermodynamische Eckdaten)
Iteratives Lösen des Gleichungssystems zur Berechnung der verbleibenden unbekannten Parameter und Leistungsgrößen.
2.3 Erläuterungen zur Programmoberfläche
Die Programmoberfläche von EBSILON (Abbildung 1) ist analog zu anderen Microsoft Windows-Programmen aufgebaut. Bestimmte Befehle greifen direkt auf Windows-Standardfenster zu, so dass die Handhabung des Programms schnell zu erlernen ist.
Es gilt die für Windows übliche Bedienphilosophie:
Um ein Objekt auf dem Bildschirm zu bearbeiten, muss dieses zunächst angeklickt werden (z.B. Zuweisen von Werten, Löschen, Verschieben etc.).
Durch gleichzeitiges Betätigen der Shift-Taste und dem nacheinander folgenden Anklicken können mehrere Objekte zugleich ausgewählt werden.
Angewählte Objekte können an ihren Markierungsrahmen verschoben, vergrößert, verkleinert, gedreht sowie gespiegelt werden.
Eine Aktion (z.B. Element einfügen) kann mehrmals durchgeführt werden, bis diese durch Betätigen der rechten Maustaste beendet wird.
Vor dem Ausfüllen eines Eingabefeldes muss dieses zunächst angeklickt werden. Der Cursor zur Eingabe befindet sich anschließend in dem betreffenden Eingabefeld.
Fehlermeldungen sowie Aufforderungen an den Benutzer erscheinen als Dialogfenster bzw. in der Statuszeile.
Abbildung 1: Darstellung der Programmoberfläche und Bezeichnung der wesentlichen Arbeitsbereiche
2.4 Prinzipielle Vorgehensweise bei der Anwendung von EBSILON®Professional
Folgende grundsätzliche Arbeitsschritte sind bei der Erstellung eines Wärmeschaltbildes einzuhalten:
1. Aufbau des Wärmeschaltbildes:
Die Modellierung des Schaltbildes erfolgt über die folgenden Bauteile::
Komponenten (Kessel, Turbinen, Pumpen, Wärmeüberträger, Regler, etc.)
Leitungen (Rohrleitungen, mechanische Wellen, Regel- und Steuerleitungen)
Wertekreuze
Textfelder
2. Eingabe von Randbedingungen auf Leitungen und Anpassung von Spezifikationswerten in Komponenten:
Die Eingabe der thermodynamischen Daten (z.B. Frischdampfzustand) und der Kenngrößen der einzelnen Elemente (z.B. Wirkungsgrade der Turbinenstufen) erfolgt über Eingabefenster, die durch Doppelklicken auf das entsprechende Element im Schaltbild aufgerufen werden.
Wie in dargestellt, umfasst ein einfaches Wärmekreislaufsystem den Kessel ❶, die Dampfturbine ❷, den Generator ❸, den Kondensator ❹, die Speisewasserpumpe ❺ und Startwerte ❻.
Abbildung 2: Einfaches Beispiel für ein EBSILON-Modell
3. Der Start der Berechnung erfolgt über bei einen Schaltknopf in der Symbolleiste oder den Befehl im Menü.
Vor der Berechnung werden alle Eingabedaten auf Vollständigkeit und Plausibilität geprüft. Fehlerhafte Eingabedaten werden vom Programm erkannt und in einem Ausgabefenster dargestellt. Zur Korrektur wird eine Fehleranalyse angeboten.
4. Die Ergebnisse der Berechnung werden direkt in das Wärmeschaltbild eingetragen. Dabei erfolgt die Ausgabe von berechneten Parametern in Wertekreuzen an den Leitungen. ❼ Die Wertekreuze in der Abbildung zeigen den Druck, die Temperatur, die spezifische Enthalpie und den Massenstrom des Arbeitsmediums an jedem Punkt. (Ein Wertekreuz sollte nur mit den Einheiten versehen sein, die Einheiten gelten dann für alle Wertekreuze.) Die berechnete Leistung wird über dem Generator mit der entsprechenden Einheit angezeigt. Außerdem werden die Ergebnisse in die Eingabemasken der Komponenten und Leitungen geschrieben. Diese können über Menüs eingesehen werden.
Die Verbindungsleitungen zwischen den Bauteilen unterscheiden sich von den tatsächlichen Leitungen. Die Verbindungsleitungen haben keine Größe und spielen nur bei der Übertragung von Daten eine Rolle. Alle Parameter auf jeder Verbindungsleitung haben nur einen Wert, der die Exportparameter eines Bauteils und die Importparameter des nächsten Bauteils darstellt.
Es empfiehlt sich, das Schaltbild durch häufiges Abspeichern zu sichern.
Daten, welche nicht abgespeichert wurden, gehen beim Schließen oder Absturz des Programmes verloren!
