Ein Beitrag zur energieeffizienten Erzeugung von Druckluft

Abstract

Die Arbeit befasst sich mit der Steigerung der Energieeffizienz der Drucklufterzeugung durch den Einsatz von Simulation. Zunächst wird ein Überblick über Aufbau und Funktionsweise von stationären öleingespritzten Schraubenkompressoren gegeben und gezeigt, dass sich die Energieeffizienz der Drucklufterzeugung steigern lässt, wenn man mehrere Kompressoren zu einer Druckluftstation zusammenschaltet. Anhand der für die Energieeffizienz relevanten Effekte wird anschließend in zwei Stufen eine Vorgehensweise zur komponentenbasierten Modellierung von Druckluftstationen auf Basis hybrider Automaten und Verbindungen über Konnektoren erarbeitet. Diese Vorgehensweise erlaubt die Modellierung und Simulation von Druckluftstationen ohne Einsatz von Spezialsoftware mit harten Echtzeitanforderungen auf Systemen mit eingeschränkter Rechenleistung. Mit Hilfe eines Branch-And-Bound-Algorithmus und dem Einsatz von Simulation wird gezeigt, wie man Druckluftstationen in Hinblick auf optimale Energieeffizienz automatisch auslegen. Zur Steigerung der Energieeffizienz zur Laufzeit einer Druckluftstation wird abschließend ein neuartiges Steuerungsverfahren vorgestellt, welche Stellhandlungen an Kompressoren durch Einsatz von iterativ durchgeführten Simulationsläufen in Echtzeit optimiert.

The thesis deals with increasing the energy efficiency of compressed air generation by the application of simulation. First, an overview of the structure and function of stationary oil-injected screw compressors is given and it is shown that the energy efficiency of compressed air generation can be increased if several compressors are interconnected to form a compressed air station. Based on the effects relevant for energy efficiency, a procedure for component-based modeling of compressed air stations based on hybrid automata and connections via connectors is developed in two stages. This approach allows the modeling and simulation of compressed air stations without the use of special- purpose software allowing hard real-time requirements on systems with limited computing power. With the help of a branch-and-bound algorithm and the use of simulation, it is shown how to automatically design compressed air stations with regard to optimal energy efficiency. In order to increase the energy efficiency during operation of a compressed air station, a new type of control method is presented, which optimizes control actions on compressors through the use of cyclically executed simulation runs in real time.