Optimierung und Bewertung von Anlagen zur Erzeugung von ...

164 Anhang 1 – Modellierung
Da dem Reaktionsraum des Motorblocks gemäß des Bilanzraumes (Abb. A.18) neben dem
Gemisch m � G,
ein keine weiteren Massenströme zugeführt und neben dem Abgas m � AG,
aus keine
weiteren Massenströme abgeführt werden, ergibt sich die Massenbilanz auf Basis dieser
beiden Massenströme (Gleichung (A-136)).
� � �
(A-136)
m G,
ein mAG,
aus
Die Energiebilanz um den Motorblock gestaltet sich komplexer, da neben der zugeführten
Gasleistung (Gemischenthalpie) H � G,
ein , der abgeführten elektrischen Energie P el,
aus und der
abgeführten Abgasleistung H � AG , aus ebenfalls Wärme durch das Motoröl Q � MO,
aus,
das
Kühlwasser Q � KW , aus und Strahlung (Verlustwärme) Q � S , aus abgeführt wird
(Gleichung (A-137)).
� � � � � � �
(A-137)
H G,
ein Pel,
aus � H AG,
aus �QMO,
aus �QKW,
aus QS
, aus
Der Motorblock wurde dynamisch in Anpassung an das Lastverhalten des Referenzmotors
modelliert. D. h., in Abhängigkeit der zugeführten Gasleistung P G,ein wird der effektive
Mitteldruck der Zylinder des Motors p me berechnet. Der effektive Mitteldruck berechnet
sich dabei mit Hilfe der als Lastverhältnis bezeichneten Steigung x linear aus der dem
Motor zugeführten Gasleistung (Gleichung (A-138)).
p me x PG
, ein
� (A-138)
Die vom Motorblock abgeführten Energieströme ergeben sich schließlich als lineare
Größen mit dem Lastverhältnis als Variablen.
Zur Anpassung des Gasmotorenmodells an reale Betriebsbedingungen werden mit Hilfe
des Modells simulierte Kennwerte mit den Kennwerten realer Gasmotoren
[Jenbacher 2010] abgeglichen (Tabelle A.13) bzw. reale Betriebsparameter auf das
Simulationsmodell übertragen.
Tabelle A.13 Herstellerangaben und simulierte Kennwerte des modellierten
Gasmotorenprozesses
Parameter Einheit
Herstellerangabe
Kennwert
Simulation
Luftverhältnis (bei 75 % Last) mol/mol 2,17 2,17
Ladedruck (bei 75 % Last) bar 3,3 3,3
Abgastemperatur (bei 75 % Last) °C 414,0 415,0
Elektrischer Wirkungsgrad (bei 75 % Last) % 37,4 37,2
Die Bilanzierung des Motorblocks wird in Anlehnung an die der Brennkammer iterativ
durchgeführt. Dabei ist die quasi-adiabate Verbrennungstemperatur die Zielgröße der
Iteration.