Gleichzeitigkeitsfaktor in Wärmenetzen

Gleichzeitigkeit

Mit Gleichzeitigkeit wird die zeitliche Streuung von auftretenden Leistungsspitzen von einzelnen Verbrauchern bezeichnet, welche dazu führt, dass die Leistungsspitze der Wärmenetzversorgung geringer ist als die Summe der Leistungsspitzen aller Verbraucher. Der Gleichzeitigkeitsfaktor beschreibt somit den Quotienten aus der maximalen Last an der Energiezentrale und der Summe der Nennleistungen der Verbraucher. Formelmäßig wird dies wie folgt ausgedrückt: $$GLF = \frac{\sum_{i=1}^{m} P_i(t_{max})}{\sum_{i=1}^{m} P_{N,i}}$$ Hierbei ist \(P_i(t_{max})\) die abgenommene Leistung des Verbrauchers \(i\) zum Zeitpunkt der maximalen Leistungsspitze des Wärmenetzes und \(P_{N,i}\) die Nennleistung der einzelnen Verbraucher. Üblicherweise nimmt der Gleichzeitigkeitsfaktor Werte zwischen 0,5 und 1 an. Ferner gilt, dass je mehr Abnehmer von einem Wärmenetz versorgt werden, desto geringer ist der Gleichzeitigkeitsfaktor. Eine gleichmäßige Verteilung der Nennleistungen auf die Verbraucher sowie eine hohe zeitliche Streuung in den Lastprofilen führt zu einem geringeren Gleichzeitigkeitsfaktor. Ist der Gleichzeitigkeitsfaktor für ein Wärmenetz bestimmt, lässt sich damit die notwendige Erzeugerleistung an der Energiezentrale berechnen.

Wie geht der Gleichzeitigkeitsfaktor in Jahresbedarfsprofile ein?

Die Umrechnung eines summierten Jahresprofils aller Verbraucher in ein Jahresprofil, welches den Gleichzeitigkeitsfaktor berücksichtigt ist komplex. Für das nPro-Tool ist ein mathematischer Ansatz entwickelt worden, welcher es ermöglicht, Jahresprofile ohne Gleichzeitigkeit in Jahresprofile mit definiertem Gleichzeitigkeitsfaktor umzurechnen. Bei dieser Transformation verringert sich die Maximalleistung des Bedarfsprofiles um den zu Grunde gelegten Gleichzeitigkeitsfaktor. Gleichzeitig bleibt der Jahresgesamtbedarf (Fläche unter den Jahresprofilen) gleich. Dies ist eine notwendige Voraussetzung, da die Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit nicht zu einer Änderung des Gesamtbedarfs führt, sondern nur zu einer Verringerung der Spitzenlast. Wird die Gleichzeitigkeit in Wärmenetzen nicht berücksichtigt, kann dies zu einer Überdimensionierung der Erzeugungsleistungen in der Energiezentrale führen.

Wie hoch ist der Gleichzeitigkeitsfaktor?

Für Wärmenetze mit einer homogenen Abnehmerstruktur (z. B. überwiegend Wohngebäude), lässt sich der Gleichzeitigkeitsfaktor nach Approximationsformeln von Winter et al. abschätzen: $$GLF = a+\frac{b}{1+(\frac{n}{c})^d}$$ Hierbei ist \(n\) die Anzahl der angeschlossenen Gebäude. \(a\), \(b\), \(c\) und \(d\) sind gefittete Parameter aus experimentellen Untersuchungen. Der von Winter et al. ermittelte Verlauf des Gleichzeitigkeitsfaktors über die Anzahl der angeschlossenen Gebäude ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Verlauf des Gleichzeitigkeitsfaktors über die Anzahl der angeschlossenen Verbraucher

Quellen

1. Matthias Gaderer: Wärmeversorgung mit fester Biomasse bei kleiner Leistung. Dissertation. Technische Universität München. 2008.
2. Winter, W., T. Haslauer & I. Obernberger (2001): „Untersuchungen der Gleichzeitigkeit in kleinen und mittleren Nahwärmenetzen“. Euroheat & Power, Bd. 09&10/2001: S. 1–17
3. Arbeitsgemeinschaft QM Fernwärme: Planungshandbuch Fernwärme. EnergieSchweiz, Bundesamt für Energie BFE. 2017.
4. Untersuchungen der Gleichzeitigkeit in kleinen und mittleren Nahwärmenetzen, Euroheat & Power, 09&10/2001.