Tabla de contenido

De un vistazo

Con este módulo de cálculo, puede determinar las áreas potenciales de calefacción urbana basándose en una evaluación simplificada de los costos de distribución y transmisión de calor. Las entradas al módulo son la demanda de calor y los mapas de densidad de superficie bruta, los costos de expansión de la red, el desarrollo de la demanda de calor y las tasas de conexión, el tiempo de depreciación, la tasa de interés y un umbral para los costos aceptados de distribución de calor. Además, calcula los costos de las líneas de transmisión entre áreas identificadas de calefacción urbana.

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Introducción

Este módulo de cálculo utiliza un mapa de densidad de calor (HDM) y un mapa de densidad de superficie bruta para proponer un método basado en GIS para determinar áreas potenciales de DH con un enfoque específico en los costos de la red de calefacción urbana (DH). En la caja de herramientas, el usuario tiene la opción de usar el conjunto de datos predeterminado proporcionado por la caja de herramientas, es decir, el mapa de densidad de demanda de calor y el mapa de densidad de área bruta del piso , o usar capas propias de los mismos tipos que se cargan en la cuenta personal de Hotmaps. Las áreas de DH se determinan mediante la realización de análisis de sensibilidad en el HDM teniendo en cuenta el límite superior predefinido de los costos de distribución promedio. Además, el enfoque permite estimar la longitud y el diámetro de las líneas de transmisión y sus costos asociados. Los resultados son capas de GIS que ilustran áreas que son económicamente viables para la construcción de DH, así como las líneas de transmisión de costo mínimo que conectan estas regiones entre sí. El módulo de cálculo se puede utilizar para estudiar el impacto de parámetros como el techo de los costos de la red y la participación de mercado en el potencial y en la expansión y extensión de los sistemas de DH.

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Entradas y salidas

Las capas de entrada y los parámetros, así como las capas de salida y los parámetros del CM, son los siguientes.

Las capas de entrada y los parámetros son:

  • Parámetros:
    • Primer año de inversión
    • Último año de inversión: determina en cuántos años debe alcanzar la cuota de mercado de DH objetivo.
    • Tiempo de depreciación en años : un tiempo de depreciación más alto hace que el costo general sea más bajo ya que su sistema durará más y servirá más
    • Ahorro de energía acumulado: la proporción esperada de energía que se ahorra en el último año de inversión debido, por ejemplo, a la modernización de los edificios en comparación con la demanda de calor en el primer año de la inversión . Un mayor ahorro de energía acumulada significa menores densidades de demanda de calor y probablemente esto conducirá a mayores costos específicos de la red de distribución.
    • Cuota de mercado de DH al comienzo del período de inversión: muestra el estado actual en el área seleccionada.
    • Cuota de mercado de DH al final del período de inversión: la cuota de mercado objetivo que desea alcanzar.
    • Tasa de interés
    • Límite máximo de costo de red de DH en EUR / MWh : En áreas potenciales de DH, el costo de la red de distribución no puede exceder este límite de costo de red de distribución definido.
    • Coste de construcción constante en EUR / m , así como Coeficiente de costo de construcción en EUR / m 2
    • Horas de carga completa: se utiliza para calcular la carga máxima, que es importante para la dimensión de las tuberías. Aquí, esto se usa únicamente para la red de transporte.
    • MIPGap: una opción de resolución de optimización, con la que puede determinar qué tan precisa debe ser su respuesta. Tenga en cuenta que los espacios más pequeños conducen a una mayor precisión a costa de un mayor tiempo de CPU.
  • Capas:
    • Mapa de densidad de calor y mapa de densidad de área bruta del piso: los mapas predeterminados se proporcionan en la caja de herramientas; Los propios mapas cargados también se pueden utilizar en el CM
      • en formato raster (* .tif)
      • con resolución de 1 hectárea
      • densidades de demanda en MWh / ha y densidades de superficie bruta en m 2 / ha

Las capas de salida y los parámetros son:

  • Parámetros:
    • Demanda total en la región seleccionada en el primer año de inversión en MWh
    • Demanda total en la región seleccionada en el último año de inversión en MWh
    • Potencial máximo del sistema DH durante el período de inversión en MWh
    • Costos energéticos específicos de la red DH en EUR / MWh
    • Costos energéticos específicos de la red de distribución de DH en EUR / MWh
    • Costos energéticos específicos de la red de transmisión de DH en EUR / MWh
    • Costos específicos de la red de distribución de DH por metro en EUR / m
    • Costos específicos de la red de transmisión de DH por metro en EUR / m
    • Costos totales de la red: anualidad en EUR / año
    • Costos totales de la red de distribución - anualidad en EUR / año
    • Costos totales de la red de transmisión - anualidad en EUR / año
    • Longitud total de la zanja de la red de distribución en km
    • Longitud total de la zanja de la red de transmisión en km
    • Número total de áreas coherentes
    • Número de áreas económicas coherentes
  • Capas:
    • Densidad de demanda de calor en el último año del período de inversión (considerando el ahorro de energía) en formato ráster
    • Áreas DH (económicas y no económicas) en formato shapefile
    • Líneas de transmisión y sus capacidades en formato shapefile

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Método

A continuación, se proporciona una breve explicación de la metodología. Para obtener una explicación más completa de la metodología y las formulaciones, consulte el documento de acceso abierto publicado sobre este módulo de cálculo [ 1 ].

El objetivo del módulo de cálculo es encontrar regiones en las que se pueden construir sistemas de DH sin exceder un límite de costo específico promedio definido por el usuario en EUR / MWh . Esto se hace bajo los siguientes supuestos:

  • La zona de DH económica con mayor demanda de calor se considera la única fuente de calor disponible. Produce el calor para sí mismo y para todas las demás áreas económicas coherentes.
  • entre dos áreas DH, el calor puede fluir en una dirección,
  • Se considera que la demanda anual de DH permanece constante después del último año del período de inversión.
  • las cuotas de mercado definidas y los ahorros de energía relativos son los mismos en todas las celdas del área analizada.
  • El modelo crea solo un sistema DH conectado. No es posible tener dos o más redes independientes.
  • El parámetro de entrada "techo de costo de la red" se multiplica por ~ 95% para obtener el techo de costo de la red de distribución. Este valor se utiliza para la determinación de áreas DH potenciales.

La determinación de las áreas económicas de DH se realiza en tres pasos. Para obtener más detalles, consulte las ejecuciones de prueba proporcionadas.

PASO 1: Cálculo de los costos de la red de distribución en función de la demanda de calor y la relación de la parcela utilizando mapas de densidad de calor y densidad de superficie bruta seleccionados

PASO 2: Determinación de áreas DH potenciales

PASO 3: Determinación de las áreas de DH económicas y las capacidades de la línea de transmisión y la configuración requerida para conectar estas áreas entre sí.

Opciones de solucionador

Este módulo de cálculo utiliza un solucionador de Gurobi para resolver el problema de optimización. Para garantizar una funcionalidad estable del módulo de cálculo, hemos introducido varias opciones para resolver el problema de optimización. Estas opciones son las siguientes:

  • La brecha entre el límite del objetivo superior e inferior se establece en 0.01 (MIPGap = 1e-2).
    • Una brecha más pequeña proporciona generalmente una respuesta más precisa. Sin embargo, esto puede resultar muy caro desde la perspectiva del tiempo de la CPU.
  • La diferencia relativa entre el valor objetivo primario y dual se estableció en 0,0001 (BarConvTol = 1e-4).
  • El enfoque del solucionador se establece en 1 para encontrar las soluciones factibles. Aquí, el enfoque no es la optimización ni el objetivo (MIPFocus = 1).
  • Hemos limitado la cantidad de RAM utilizada a 500 MB para no entrar a situaciones críticas en caso de ejecuciones simultáneas de diferentes usuarios (NodefileStart = 0.5).

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Repositorio de GitHub de este módulo de cálculo

Aquí obtiene el desarrollo de vanguardia para este módulo de cálculo.

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Ejecución de muestra

Aquí, el módulo de cálculo se ejecuta para el estudio de caso de Viena, Austria. Primero, use la barra "Ir al lugar" para navegar a Viena y seleccionar la ciudad. Haga clic en el botón "CAPAS" para abrir la barra "CAPAS" y luego haga clic en la pestaña "MÓDULO DE CÁLCULO". En la lista de módulos de cálculo, seleccione "CM - POTENCIAL DE CALEFACCIÓN DE DISTRITO: EVALUACIÓN ECONÓMICA".

Prueba de funcionamiento: valores de entrada predeterminados para el estudio de caso de Viena

Los valores predeterminados proporcionados en la caja de herramientas son básicamente adecuados para Viena, es decir, pueden no ser adecuados para otras regiones y deben adaptarse según su caso de estudio. El cálculo se realiza para el período de 2018 a 2030 (2018 es el año 0 y 2030 es el año 12 y el período de inversión será de 12 años). El ratio de ahorro energético acumulado esperado muestra la reducción de la demanda de calor respecto al inicio del periodo de inversión (año 2018). La cuota de mercado de DH se refiere a la cuota de mercado dentro de las áreas de DH. Su valor al comienzo del período de inversión (año 2018) muestra la participación de mercado real (generalmente conocida). La cuota de mercado esperada al final del período de inversión es lo que espera alcanzar. Este valor proviene de mapas de ruta, escenarios, políticas, etc. Para el caso predeterminado, consideramos la tasa de interés del 5 por ciento. El techo de costo de la red de DH se multiplica por ~ 95% para producir un techo de costo para la red de distribución. Con este valor se obtienen las áreas DH potenciales. Dentro de las áreas potenciales, el costo promedio de la red de distribución no puede exceder el techo de costo de la red de distribución. El valor de las horas a plena carga se utiliza para estimar la carga máxima y encontrar una dimensión adecuada para la red de transporte.

La constante de costo de construcción y el coeficiente de costo de construcción se originan en la referencia [ 2, 3 ]. Las regiones obtenidas son muy sensibles a estos valores. Por lo tanto, como comentario general, sugerimos calcular con estos valores primero y solo si cree que estos valores conducen a una sobreestimación o subestimación de sus resultados, luego modifíquelos.

De forma predeterminada, para el cálculo se utilizan el mapa de densidad de calor y el mapa de densidad de superficie bruta del suelo que proporciona la caja de herramientas. Puede utilizar sus propias capas cargadas para ejecutar el cálculo. En esta ejecución de muestra usamos capas predeterminadas.

Ahora, presione el botón "RUN CM" y espere hasta que finalice el cálculo.

NOTA IMPORTANTE : tenga en cuenta que este módulo de cálculo puede tardar varios minutos en encontrar la solución final. Si su cálculo tarda mucho (más de 10 minutos), seleccione una región más pequeña para su cálculo. Además, el uso de valores arbitrarios puede llevar a un tiempo de cálculo prolongado. Por lo tanto, asegúrese de que los valores proporcionados sean adecuados para la región seleccionada.

La siguiente figura muestra los resultados obtenidos para los parámetros de entrada dados en Viena. Los indicadores más importantes se muestran en la ventana RESULTADOS. Además, puede obtener algunos indicadores presionando en cada una de las áreas potenciales del mapa.

Figure 1

Las capas de salida aparecerán en la barra CAPAS debajo de la sección del módulo Cálculo.

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Referencias

[1] Fallahnejad M., Hartner M., Kranzl L., Fritz S. Impacto de los costos de inversión de distribución y transmisión de los sistemas de calefacción urbana en el potencial de calefacción urbana. Energy Procedia 2018; 149: 141–50. doi: 10.1016 / j.egypro.2018.08.178.

[2] Persson U., Werner S. Distribución de calor y competitividad futura de la calefacción urbana. Appl Energy 2011; 88: 568–76. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.09.020.

[3] Persson U, Wiechers E, Möller B, Werner S. Heat Roadmap Europa: costes de distribución de calor. Energy 2019; 176: 604–22. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.03.189.

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Cómo citar

Mostafa Fallahnejad, en Hotmaps-Wiki, CM-District-Heating-potencial-Economic-Assessment (septiembre de 2020)

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Autores y revisores

Esta página fue escrita por Mostafa Fallahnejad ( EEG - TU Wien ).

☑ Esta página fue revisada por Marcul Hummel ( e-think ).

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Licencia

Copyright © 2016-2020: Mostafa Fallahnejad

Licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0

Esta obra está autorizada bajo una licencia internacional Creative Commons CC BY 4.0.

Identificador de licencia SPDX: CC-BY-4.0

Texto de licencia: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html

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Reconocimiento

Nos gustaría transmitir nuestro más profundo agradecimiento al Proyecto Hotmaps Horizon 2020 (Acuerdo de subvención número 723677), que proporcionó los fondos para llevar a cabo la presente investigación.

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