not logged in | [Login]
Η χρήση υπερβολικής θερμότητας για τηλεθέρμανση.
Το βασικό στοιχείο της μονάδας υπερβολικής θέρμανσης είναι το μοντέλο νεροχύτη πηγή που χρησιμοποιείται. Κατασκευάζει ένα δίκτυο μετάδοσης ελάχιστου μήκους και υπολογίζει τη ροή για κάθε ώρα του έτους με βάση τα προφίλ φορτίου θέρμανσης κατοικιών με ανάλυση ανάλυσης Nuts2 και προφίλ φορτίου βιομηχανίας με ανάλυση Nuts0. Με βάση τις μέσες μέγιστες ροές καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους, μπορεί να υπολογιστεί το κόστος για κάθε γραμμή μεταφοράς και εναλλάκτη θερμότητας στην πλευρά της πηγής και της νεροχύτη.
Με βάση το αναγνωριστικό Nuts0 και τον βιομηχανικό τομέα, κάθε χρόνο παραχωρείται όλο το ωριαίο προφίλ φορτίου.
Με βάση την υπομονάδα υπολογισμού του δυναμικού τηλεθέρμανσης, τα σημεία εισόδου δημιουργούνται ισότιμα στις συνεκτικές περιοχές. Ανάλογα με το αναγνωριστικό Nuts2 των σημείων εισόδου, εκχωρείται ένα προφίλ φορτίου.
Μέσα σε μια καθορισμένη ακτίνα ελέγχεται ποιες πηγές βρίσκονται στην εμβέλεια η μία από την άλλη, οι οποίες βυθίζονται στην περιοχή μεταξύ τους και οι οποίες βυθίζονται στο εύρος για πηγές. Αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί από ένα γράφημα με πηγές και νεροχύτες που σχηματίζουν τις κορυφές και οι κορυφές στο εύρος που συνδέονται με μια άκρη.
Ένα ελάχιστο spanning tree υπολογίζεται με την απόσταση των άκρων ως βάρη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα γράφημα να διατηρεί τη συνδεσιμότητά του ενώ έχει ελάχιστο συνολικό μήκος ακμών. Σημειώστε ότι τα σημεία εισόδου των συνεκτικών περιοχών συνδέονται εσωτερικά δωρεάν, αφού αποτελούν το δικό τους δίκτυο διανομής.
Η μέγιστη ροή από τις πηγές στις δεξαμενές υπολογίζεται για κάθε ώρα του έτους.
Η μέγιστη ροή του έτους κατά μέσο όρο για 3 ώρες καθορίζει την απαιτούμενη χωρητικότητα για τις γραμμές μεταφοράς και τους εναλλάκτες θερμότητας. Το κόστος των γραμμών μεταφοράς εξαρτάται από το μήκος και την χωρητικότητα, ενώ το κόστος των εναλλάκτη θερμότητας επηρεάζεται μόνο από την ικανότητα. Από την πλευρά της πηγής, θεωρείται ένας εναλλάκτης θερμότητας αέρος προς υγρό με ενσωματωμένη αντλία για τη γραμμή μεταφοράς και στην πλευρά του νεροχύτη έναν υγρό προς υγρό εναλλάκτη θερμότητας.
Καθώς είναι γνωστό το κόστος και η ροή κάθε γραμμής μεταφοράς, οι γραμμές με το υψηλότερο λόγο κόστους / ροής μπορούν να αφαιρεθούν και η ροή να ανασυσταθεί μέχρι να επιτευχθεί το επιθυμητό κόστος ανά ροή.
Για τον υπολογισμό της απόστασης μεταξύ δύο σημείων χρησιμοποιείται μια μικρή γωνία προσέγγισης του μήκους του κόμβου. Ενώ υπάρχει και μια ακριβής εφαρμογή της απόστασης του ορθοδρόμου, η αυξημένη ακρίβεια δεν έχει πραγματικό όφελος λόγω των μικρών αποστάσεων που είναι συνήθως μικρότερες από 20km και της αβεβαιότητας του πραγματικού μήκους της γραμμής μετάδοσης λόγω πολλών παραγόντων όπως η τοπολογία. Εάν δύο σημεία βρίσκονται στην εμβέλεια της ακτίνας αποθηκεύονται σε μια λίστα παρακέντησης. Η δημιουργία τέτοιων καταλόγων γειτνίασης πραγματοποιείται μεταξύ πηγών και πηγών, νεροχύτες και νεροχύτες, πηγές και νεροχύτες. Ο λόγος για τον διαχωρισμό έγκειται στην ευελιξία για την προσθήκη ορισμένων απαιτήσεων θερμοκρασίας για πηγές ή νεροχύτες.
Με βάση τη βιβλιοθήκη igraph εφαρμόζεται μια κλάση NetworkGraph με όλες τις λειτουργίες που απαιτούνται για τη μονάδα υπολογισμού. Ενώ το igraph είναι ανεπαρκώς τεκμηριωμένο, προσφέρει πολύ καλύτερη απόδοση από τις καθαρές μονάδες Python όπως το NetworkX και μια ευρύτερη υποστήριξη πλατφόρμας πέρα από το Linux, σε αντίθεση με το γραφικό εργαλείο. Η κλάση NetworkGraph περιγράφει μόνο ένα δίκτυο στην επιφάνεια αλλά περιέχει 3 διαφορετικά γραφήματα. Πρώτον, το γράφημα που περιγράφει το δίκτυο όπως ορίζεται από τις τρεις λίστες παρακμής. Δεύτερον, η γραφική παράσταση αντιστοιχίας συνδέει εσωτερικά νεροχύτες της ίδιας συνεκτικής περιοχής και διαρκεί το μέγιστο γράφημα ροής που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της μέγιστης ροής.
Περιέχει μόνο τις πραγματικές πηγές και τους νεροχύτες ως κορυφές.
Κάθε νεροχύτης χρειάζεται ένα αναγνωριστικό αλληλογραφίας, το οποίο υποδηλώνει εάν είναι εσωτερικά συνδεδεμένο με ένα ήδη υπάρχον δίκτυο όπως σε συνεκτικές περιοχές. Οι νεροχύτες με το ίδιο αναγνωριστικό αλληλογραφίας συνδέονται με μια νέα κορυφή με ακμές με μηδενικά βάρη. Αυτό είναι κρίσιμο για τον υπολογισμό ενός ελάχιστου spanning δέντρου και του λόγου για τον οποίο χρησιμοποιείται το γράφημα αλληλογραφίας. Αυτή η λειτουργία εφαρμόζεται επίσης για πηγές αλλά δεν χρησιμοποιείται.
Δεδομένου ότι το igraph δεν υποστηρίζει πολλαπλές πηγές και νεροχύτες στη λειτουργία μέγιστης ροής, απαιτείται ένα βοηθητικό γράφημα. Εισάγει μια άπειρη πηγή και μια κορυφή νεροχύτη. Κάθε πραγματική πηγή συνδέεται με την άπειρη πηγή και κάθε πραγματικός νεροχύτης συνδέεται με τον άπειρο νεροχύτη από μια άκρη. Σημειώστε ότι εάν ένας νεροχύτης είναι συνδεδεμένος σε μια κορυφή αντιστοιχίας, αυτή η κορυφή θα συνδεθεί παρά το ίδιο το νεροχύτη.
Με βάση το γράφημα αντιστοιχίας υπολογίζεται το ελάχιστο δένδρο. Οι άκρες που συνδέουν τους συνεχείς νεροχύτες έχουν πάντοτε το βάρος 0, έτσι ώστε πάντα να παραμένουν μέρος του ελάχιστου δένδρου.
Η ροή μέσω των ακμών που συνδέουν τις πραγματικές πηγές ή τους νεροχύτες με την άπειρη πηγή ή το νεροχύτη αντιστοίχως καλύπτεται με την πραγματική χωρητικότητα κάθε πηγής ή νεροχύτη. Για αριθμητικούς λόγους οι ικανότητες κανονικοποιούνται έτσι ώστε η μεγαλύτερη χωρητικότητα να είναι 1. Η ροή μέσω του υποσυνόλου των άκρων που περιέχεται στο γράφημα αντιστοιχίας περιορίζεται στα 1000 τα οποία πρέπει, για όλες τις έντονες και τους σκοπούς, να προσφέρουν απεριόριστη ροή. Στη συνέχεια υπολογίζεται η μέγιστη ροή από την άπειρη πηγή στον άπειρο νεροχύτη και η ροή μετατοπίζεται στο αρχικό της μέγεθος. Δεδομένου ότι οι συνεκτικοί νεροχύτες δεν συνδέονται άμεσα με την άπειρη κορυφή νεροχύτη αλλά από την κορυφή της αντιστοιχίας η ροή μέσα από αυτό περιορίζεται στο άθροισμα όλων των συνεκτικών νεροχύτη.
Η εφαρμογή της συνάρτησης μέγιστης ροής του icraph χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο Push-rebel. Αυτός ο τύπος αλγορίθμου δεν είναι ευαίσθητος στο κόστος και μπορεί να μην βρει πάντα τον συντομότερο τρόπο δρομολόγησης της ροής. Ένας αλγόριθμος που είναι ευαίσθητος στο κόστος δεν είναι διαθέσιμος σε ιγρ και η απόδοση είναι πιθανό να είναι χαμηλή για να είναι σε θέση να επιλύσει μια ωριαία βασισμένη ροή καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους. Αλλά λόγω της προηγούμενης μείωσης σε ένα ελάχιστο δένδρο, οι περιπτώσεις στις οποίες επιλέγεται μια μη ιδανική λύση είναι πολύ περιορισμένες και απίθανες. Ο αλγόριθμος Push-rebel έχει επίσης την τάση να τροφοδοτεί τη ροή μέσω της ελάχιστης ποσότητας των άκρων. Η υλοποίηση του ιγρβ φαίνεται να είναι ντετερμινιστική στη σειρά κατανομής της ροής εάν τα γραφήματα είναι τουλάχιστον αυτομορφισμοί, κάτι που είναι σημαντικό για τον υπολογισμό της ωριαίας ροής δεδομένου ότι οποιαδήποτε τεχνητά εισαγόμενη ταλάντωση ροής μεταξύ των άκρων είναι ανεπιθύμητη.
Οι πηγές θερμότητας λαμβάνονται από τη βιομηχανική βάση δεδομένων. Με βάση την πλεονάζουσα θερμότητά τους, το Nuts0 ID και ο βιομηχανικός τομέας δημιουργούν ένα προφίλ φορτίου που καλύπτει κάθε ώρα του έτους για κάθε τοποθεσία. Η προσαρμοσμένη προσθήκη ιστότοπων προγραμματίζεται.
Οι ψύκτες θερμότητας βασίζονται σε συνεκτικές περιοχές με γνωστή ζήτηση θερμότητας. Οι συνεκτικές περιοχές σχηματίζουν μια μάσκα για ένα πλέγμα στο οποίο τοποθετούνται ισαπέχοντα σημεία ως σημεία εισόδου. Ανάλογα με το επιλεγμένο αναγνωριστικό Nuts2 ID, ένα οικιστικό προφίλ θέρμανσης αντιστοιχεί στους νεροχύτες. Προβλέπεται η προσαρμοσμένη προσθήκη σημείων εισόδου και νεροχύτη.
Τα προαναφερθέντα προφίλ φορτίου αποτελούνται από 8760 σημεία τα οποία αντιπροσωπεύουν το φορτίο για κάθε ώρα των 365 ημερών. Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα προφίλ φορτίου εδώ.
Δεδομένου ότι τα συστήματα τηλεθέρμανσης έχουν μεγάλη θερμική ισχύ, η μέγιστη ροή δεν σημαίνει ότι οι γραμμές μεταφοράς πρέπει να παραδώσουν αμέσως αυτή τη μικρή ακίδα θερμότητας. Συνεπώς, οι απαιτούμενες χωρητικότητες των γραμμών μεταφοράς και των εναλλάκτες θερμότητας καθορίζονται από το μέσο φορτίο αιχμής. Συγκεκριμένα, η συνάρτηση στροβιλισμού χρησιμοποιείται για τον μέσο όρο της ροής τις τελευταίες τρεις ώρες με περιστροφή με σταθερή λειτουργία. Ανάλογα με αυτή την τιμή επιλέγεται μια γραμμή μεταφοράς από τον παρακάτω πίνακα.
Ειδικό κόστος των χρησιμοποιούμενων γραμμών μεταφοράς
| Ισχύς σε MW Κόστος σε € / m Θερμοκρασία σε ° C | ------------- |: -------------: -----: | | 0,2 | 195 | <150 | | 0,3 | 206 | <150 | | 0.6 | 220 |. | <150 | | 1.2 | 240 |. | <150 | | 1.9 | 261 | <150 | | 3.6. 288 | <150 | | 6.1. 323 | <150 | | 9,8 | 357 | <150 | | 20 | 426 | <150 | | 45 | 564 | <150 | | 75 | 701 | <150 | | 125 |. | 839 | <150 | | 190 | 976 | <150 | | > 190 | 976 | <150 |
Το κόστος του εναλλάκτη θερμότητας στην πλευρά της πηγής που θεωρείται ως αέρας προς υγρό υπολογίζεται με
C HSource (P) = P κορυφή * 15.000 € / MW.
Το κόστος του υγρού προς υγρό εναλλάκτη θερμότητας στην πλευρά του νεροχύτη προσδιορίζεται με
C HSink (P) = μέγιστη τιμή P * 265.000 € / MW αν η τιμή P peak <1MW ή
C HSink (P) = P κορυφή * 100.000 € / MW άλλο.
Το κόστος της αντλίας ακολουθεί
C Αντλία (P) = P κορυφή * 240.000 € / MW αν P κορυφή <1MW ή
C Αντλία (P) = P κορυφή * 90.000 € / MW άλλο.
Με κατώφλι κόστους προς ροή για γραμμές μεταφοράς, μπορούν να αφαιρεθούν εάν υπερβούν αυτό για να βελτιωθεί ο λόγος ροής προς κόστη. Μετά την αφαίρεση των άκρων, η ροή πρέπει να αναπροσαρμοστεί αφού η συνέχεια της ροής στο γράφημα δεν είναι πλέον εγγυημένη. Ο λόγος κόστους προς ροή μπορεί επίσης να αυξηθεί και για άλλες άκρες τώρα, γι 'αυτό η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρις ότου το άθροισμα όλων των ροών δεν αλλάξει πια.
Πρώτα οι πηγές θερμότητας και οι νεροχύτες φορτώνονται με τα προφίλ φορτίου τους. Στη συνέχεια πραγματοποιείται η αναζήτηση σταθερής ακτίνας και αρχικοποιείται το δίκτυο. Στη συνέχεια, το Δίκτυο μειώνεται στο ελάχιστο δένδρο και η μέγιστη ροή υπολογίζεται για κάθε ώρα του έτους. Με βάση τη ροή υπολογίζεται το κόστος για κάθε εναλλάκτη θερμότητας, αντλία και γραμμή μεταφοράς. Εάν καθοριστεί ένας λόγος κόστους κατωφλίου προς ροή, εκτελείται η αφαίρεση της διαδικασίας γραμμής μεταφοράς. Στο τέλος επιστρέφεται το συνολικό κόστος και η συνολική ροή του δικτύου και η διάταξη του δικτύου.
Δειγματοληψία σε Aalborg.
Δειγματοληψία σε Aalborg. Οι μπλε αεροσκάφη αντιπροσωπεύουν την τηλεθέρμανση. Το πορτοκαλί σημείο της πηγής θερμότητας και το κίτρινο δείχνουν τα σημεία εισόδου στο δίκτυο τηλεθέρμανσης. Το συνολικό κόστος ανέρχεται σε 13,7 εκατ. Ευρώ και η συνολική ετήσια ροή είναι 185 GWh, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση κατά 0,74 ct / kWh για επενδυτική περίοδο 10 ετών.
Αυτή η σελίδα γράφτηκε από τον Ali Aydemir * και τον David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Καρλσρούη
Πνευματικά δικαιώματα © 2016-2018: Αλή Aydemir, David Schilling
Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής Άδεια Αυτή η εργασία έχει άδεια με Creative Commons CC BY 4.0 International License.
SPDX-Αναγνωριστικό άδειας χρήσης: CC-BY-4.0
Άδεια-Κείμενο: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Θα ήθελα να μεταφέρω τη βαθύτατη εκτίμησή μας για το Horizon 2020 Hotmaps έργου (Αριθμός της Σύμβασης Επιδότησης 723677), η οποία προέβλεπε τη χρηματοδότηση για τη διεξαγωγή της παρούσας έρευνας.
This page was automatically translated. View in another language:
English (original) Bulgarian* Croatian* Czech* Danish* Dutch* Estonian* Finnish* French* German* Hungarian* Irish* Italian* Latvian* Lithuanian* Maltese* Polish* Portuguese (Portugal, Brazil)* Romanian* Slovak* Slovenian* Spanish* Swedish*
*: machine translated