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Implementierung eines erweiterten ADM1 Modells zur Simulation von Biogasanlagen

 
: Fuchs, Nico

München, 2015, 87 S.
München, TU, Master Thesis, 2015
Deutsch
Master Thesis
Fraunhofer IWU ()
Biogas; ADM1; Modellerweiterung; Simulation

Abstract
Der Ausstieg aus der Kernenergie, die Erderwärmung, sowie die begrenzte Verfügbarkeit an fossilen Energieträgern sind die wichtigsten Gründe für die Energiewende. Somit werden erneuerbare Energiequellen immer wichtiger. Im Gegensatz zu Wind- und Solaranlagen stellen Biogasanlagen nahezu witterungsunabhängig erneuerbar Energie zur Verfügung. Da die Biogasanlagendichte in Deutschland bereits sehr hoch ist, sind die bereits vorhandenen Anlagen effizienter zu betreiben, um dem stetig steigenden Bedarf an grüner Energie nachzukommen. Da viele Anlagen von Landwirten als Nebenerwerb betrieben werden, verfügen die Betreiber nicht über detailliertes Prozesswissen, sodass ein Regelkonzept erforderlich ist, um die Anlagen optimal zu betreiben. Hierfür ist wiederrum ein Modell notwendig, womit der Prozess der anaeroben Biogasproduktion abgebildet werden kann. Das verbreitetste Modell ist das ADM1 aus dem Jahr 2002, welches ursprünglich zur Simulation der Abwasseraufbereitung entwickelt wurde. Eine wichtige Modifikation hinsichtlich der Biogaserzeugung mit Agrarsubstraten stellt das AgriADM1 aus dem Jahr 2011 dar. Die Projektgruppe RMV des Fraunhofer IWU entwickelte das AgriADM1 zum ADMBio1 weiter, indem die Sulfatreduktion ins Modell aufgenommen wurde, wodurch die Bildung von Schwefelwasserstoff simulierbar wurde. Des Weiteren wurde Milchsäure als Abbauprodukt der Glucose ins Modell integriert. Letztendlich wurde für einige Stöchiometriefaktoren ein variabler Ansatz in Abhängigkeit des Wasserstoffpartialdruckes hinzugefügt und einige Kinetiken wurden nach neustem Erkenntnisstand modifiziert.
Ziel dieser Arbeit war es, die Funktionsfähigkeit der drei verschiedenen Modelle zu ermitteln und die Notwendigkeit der einzelnen Erweiterungen zu bewerten. Hierfür wurden alle Modelle in Aquasim implementiert. Anschließend wurde mittels Sensitivitätsanalyse der zu kalibrierende Parametersatz für jedes Modell bestimmt und an realen Messdaten über 132 Tage kalibriert und validiert.
Hierbei stellte sich heraus, dass alle drei Modelle den Prozess gut abbildeten, sodass bei allen Modellen der gemittelte Fehler zwischen simulierten und gemessenen Werten hinsichtlich des Gasstroms unter 7 % lag und hinsichtlich des Methananteils unter 3 %. Weiterhin stellte sich heraus, dass die substratspezifische Fütterung, welche bereits im AgriADM1 vorhanden ist, als äußerst vorteilhaft zu bewerten ist. Letztendlich zeigten sich die Vorteile des ADMBio1 gegenüber den anderen beiden Modellen vor allem darin, dass der Schwefelwasserstoffgehalt im Biogas simulierbar und Milchsäure als wichtiger Schlüsselparameter abbildbar wurde.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-360466.html