Speicher

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Symbol Systemelement Speicher

Speicher dienen dazu, einen Zufluss zu speichern und abhängig vom aktuellen Inhalt und Betriebsvorschriften Wasser für verschiedene Nutzungen an bis zu drei verschiedene Systemelemente abzugeben. Durch die Möglichkeit Speicher zu regeln und steuern ist es ein äußerst flexibles Systemelement mit einer Vielzahl von Optionen. Ursprünglich wurde der Speicher zur Repräsentation von Talsperren entwickelt, genauso ist aber auch die Abbildung von anderen Speichern wie Hochwasserrückhaltebecken o.ä. möglich. Optional kann ein Zuschuss zum Speicher durch Niederschlag, sowie Verluste am Speicher durch Verdunstung und Versickerung mit simuliert werden.

Mit dem Systemelement Speicher können auch Wasserkraftanlagen simuliert werden.


Speicherkennlinie

Die Speicherkennlinie stellt den Inhalt des Speichers den jeweiligen Wasserständen und der Oberfläche gegenüber. Sie ist die Basis für alle Berechnungsoptionen, in die nicht nur der Speicherinhalt, sondern auch die Höhe oder die Oberfläche eingeht, z.B. Zuschuss/Verlust, Wehr, Druckrohr.


Abgaben

Abgaben umfassen alles, was gemäß Betriebsvorschrift aus regulierten oder unregulierten Auslässen aus einem Speicher in den Unterlauf abgegeben wird. Dazu gehören die kontrollierten Abgaben über Betriebs- und Grundablässe genauso wie Abgaben über eine Hochwasserentlastung.

Abgaben beziehen sich auch auf Betriebsregeln und somit können für ein Auslassorgan mehrere Abgaben definiert werden.

Berechnungsoptionen

Unabhängig von der gewählten Berechnungsoption können die Abgaben noch mit einem Systemzustand/ einer Zustandsgruppe skaliert werden, was die Möglichkeit gibt komplexe Betriebsregeln zu integrieren, die nicht nur von Zuständen innerhalb des Speicherelements, sondern auch von Zuständen innerhalb des gesamten Flussgebiets abhängig sind.

Abgabe pro Zeitschritt/ Abgabenreihenfolge

Die Abgabenwerte werden bei dieser Option über die direkte Eingabe von Abgabenwerten definiert (bis zu 365). Diese Abgabenwerte werden bei der Simulation in dieser Reihenfolge jeweils einen Zeitschritt lang abgegeben.


Funktion ( + Ganglinie/Zeitreihe)

Die Abgaben werden als vom Inhalt abhängige Funktion über die Eingabe von Stützstellen definiert. Diese Abgaben können zusätzlich noch mit einem Faktor, einem Jahres-, Wochen- und Tagesgang (und wie bei allen Berechnungsoptionen mit einem Systemzustand oder einer Zustandsgruppe) oder mit einem Faktor und einer Zeitreihe skaliert werden.

Als Funktionstypen stehen folgende Optionen zur Auswahl:

KNL

Kennlinie

LAM

Lamellenplan

XYZ

Zeitabhängige Funktion


Kennlinie

Bei der Kennlinie wird eine zeitlich unabhängige Inhalts-Abgaben-Funktion eingegeben. Die Stützstellen können als Treppenstufen interpretiert oder linear interpoliert werden.


Lamellenplan

Bei der Option Lamellenplan wird der Speicherinhalt über das Jahr in verschiedene Bereiche (Lamellen) eingeteilt und diesen Lamellen jeweils eine feste Abgabestufen zugeteilt. Es werden also beliebige aufsteigende Abgabestufen definiert und pro festgelegtem Zeitabschnitt werden für jede dieser Abgabestufe die jeweiligen Speicherinhalte eingegeben.

Die Stützstellen des Lamellenplans können als Blockstufen interpretiert werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit in der Zeit linear zu interpolieren und/ oder zwischen den Stützstellen der Inhalts-/Abgabe-Werte linear zu interpolieren.


Zeitabhängige Funktion

Die Zeitabhängige Funktion ist dem Lamellenplan sehr ähnlich, aber noch ein bisschen flexibler: Die Stützstellen für die Abgaben-Werte müssen für die verschiedenen Zeitabschnitte nur in der Anzahl, nicht aber im Wert dieselben sein, zudem müssen sie nicht zwingend aufsteigend sein. Es können also für verschiedene Zeitabschnitte beliebige Funktionen mit ihren jeweiligen Inhalts- und Abgaben-Werten definiert werden.

Standardmäßig werden die eingegebenen Stützstellen als Blockstufen interpretiert. Es besteht aber auch die Möglichkeit in der Zeit linear zu interpolieren und/ oder zwischen den Stützstellen der Inhalts-/Abgaben-Werte linear zu interpolieren.


Wehrüberfall

Die Abgabe wird über die Wehrformel nach Poleni als vollkommener/ unvollkommener Überfall berechnet.


Druckrohrleitung

Die Abgabe wird über die Ansätze nach Prandtl-Colebrook und Darcy-Weisbach berechnet.


Turbine

Basierend auf den Kenngrößen der Turbine wird abhängig vom Speicherinhalt und dem Unterwasse rstand der Turbinendurchfluss, so bestimmt, dass die gewünschte Leistung eingehalten wird, solange die maximal mögliche Menge Durchflussmenge des Auslasses nicht überschritten wird. Siehe dazu auch die Seite zu Wasserkraftanlagen.


Grenzen

Für die einzelne Auslassorgane des Speichers können zusätzlich noch die physikalisch maximal möglichen Abgaben als Funktion des Speicherinhalts eingegeben werden, mit der die Wunschabgaben zusätzlich beschränkt werden. Auch ein minimal zulässiger Abfluss kann hier angegeben werden, unterhalb dessen die Abgabe auf 0 gesetzt wird.


Interne Abhängigkeiten

Über Interne Abhängigkeiten werden die Prioritäten bei mehreren, konkurrierenden Abgaben aus einem Speicher definiert. Dabei können eine oder mehrer Abgaben reduziert werden, wenn eine andere Abgabe einen bestimmten Betrag überschreitet oder der Speicherinhalt einen bestimmten Betrag unterschreitet.

Die jeweiligen Grenzen von Abgabe und Speichervolumen für die interne Abhängigkeiten sind Konstanten, die noch mit konstanten Ganglinien skaliert werden können.

Bei der Reduktion von mehreren Abgaben ist zudem die Reihenfolge anzugeben, in der reduziert werden soll.

Beispiel: Wenn Abgabe B > 0 und der Speicherinhalt S < X, dann reduziere Abgabe A um den Betrag der Abgabe B, wobei Abgabe A nicht kleiner als Null werden darf.

Das bedeutet, dass zwischen A und B eine lineare Abhängigkeit solange existiert, bis B gleich dem Wert von A ist. Steigt B weiter an, bleibt A konstant Null.


Zuschuss/ Verlust am Speicher

Einen Zuschuss oder Verlust am Speicher in Form von Niederschlag, Verdunstung oder Versickerung kann über zwei Optionen berücksichtigt werden:

  • Konstante Ganglinie (Tages,- Wochen- und/oder Jahresgang)
  • Zeitreihe

Diese können jeweils noch mit einem Faktor skaliert werden. Der speichereigene Verlust/Zuschuss wird zusätzlich noch automatisch mit der aktuellen Speicheroberfläche skaliert.