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Questo POTENZIALE TRASPORTO TERMICO CM - EXCESS aiuterà l'utente a identificare i potenziali di integrazione per il calore in eccesso nelle reti di teleriscaldamento. I potenziali si basano sul POTENZIALE RISCALDANTE CM - DISTRICT. Questo CM identifica le aree con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento. Il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO mostra la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore industriale in queste aree. Tuttavia, ciò non significa che in questa regione esiste già una rete di teleriscaldamento.
I seguenti dati e metodi sono combinati per l'attività precedente.
Dati:
Requisiti di riscaldamento per le aree vicine con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento, che vengono dissolte ogni ora (dal CM - POTENZIALE DI RISCALDAMENTO DISTRETTUALE).
Dati sulle quantità di calore in eccesso delle società industriali nell'area, anch'esse risolte ogni ora (dal database industriale del set di dati).
Ipotesi sui costi di scambiatori di calore, pompe e condutture nonché perdite di calore per condotte di teleriscaldamento.
Metodo (semplificato):
Lo scopo del metodo è quello di rappresentare il maggiore flusso di calore in eccesso possibile con non troppe e quindi tubazioni troppo lunghe per i possibili utenti del teleriscaldamento generando reti con flussi massimi. Tuttavia, le linee di trasporto particolarmente inefficienti (con bassi flussi di calore e quindi elevati costi specifici di trasporto del calore) non vengono prese in considerazione nella rete finale. La soglia per l'efficienza economica delle singole linee di trasporto può essere specificata dall'utente (cfr. Soglia della linea di trasmissione).
Lo sfondo di base dell'approccio è il seguente: se ci sono solo poche fonti di calore in eccesso, una singola tubazione per fonte potrebbe sempre essere presa in considerazione per trasportare il calore in un'area vicina con condizioni favorevoli per il teleriscaldamento. Tuttavia, se ci sono diverse fonti di calore in eccesso che devono fluire nella stessa area, sarebbe sensato raccogliere il calore e trasportarlo nell'area in una conduttura comune più grande. L'approccio con un tubo per sorgente tende a sovrastimare lo sforzo per i gasdotti.
Per contrastare quanto sopra, il problema della pianificazione della pipeline è stato approssimato ipotizzando un problema di flusso di rete. Un euristico viene utilizzato per risolvere il problema, in cui il calore in eccesso può essere raggruppato e trasportato ai possibili utenti. La progettazione metodica concreta della soluzione con l'approccio dell'albero ad arco minimo è descritta nella parte metodica corrispondente. La progettazione del gasdotto determinata nel contesto precedente non rappresenta quindi una pianificazione dettagliata o una vera guida del percorso, ma viene utilizzata solo per l'approssimazione dei costi per la distribuzione delle quantità di calore in eccesso nelle aree vicine con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento (vedere CM - POTENZIALE RISCALDANTE DISTRETTUALE, aree coerenti con parole chiave). Questa approssimazione dei costi si riferisce quindi all'intera rete.
I risultati dovrebbero quindi essere interpretati come segue: se le quantità di calore in eccesso registrate dovessero essere trasportate insieme nelle aree vicine indicate, i costi per la distribuzione del calore potrebbero essere nell'ordine di grandezza indicato dallo strumento (cfr. Costo livellato di fornitura di calore). Di norma, i valori per l'intera rete sono anche un buon indicatore di partenza per le singole condotte. Lo scopo dei risultati è quindi quello di fornire a uno sviluppatore o pianificatore di progetto un ordine di grandezza per possibili costi di distribuzione.
Zone di teleriscaldamento (per ora fornite direttamente dal potenziale di teleriscaldamento CM)
Database industriale (fornito per impostazione predefinita dalla casella degli strumenti)
Profili di carico per l'industria
Profili di carico per riscaldamento residenziale e acqua calda sanitaria
Min. richiesta di calore in ettari
Vedi DH Potenziale CM .
Min. richiesta di calore in una zona DH
Vedi DH Potenziale CM .
Raggio di ricerca in km
La lunghezza massima di una linea di trasmissione da un punto all'altro.
Durata delle attrezzature in anni
I costi livellati del calore sono in riferimento a questo periodo di tempo.
Tasso di sconto in%
Tasso di interesse per il credito richiesto per costruire la rete.
Fattore di costo
Fattore di adattamento dei costi di rete nel caso in cui i valori predefiniti non rappresentino accuratamente i costi. Gli investimenti necessari per la rete si moltiplicano per questo fattore. I costi predefiniti sono disponibili qui .
Costi operativi in%
Costi operativi della rete all'anno. In percentuale degli investimenti necessari per la rete.
Valore di soglia per linee di trasmissione in ct / kWh
Il massimo costo livellato del calore di ogni singola linea di trasmissione. Questo parametro può essere utilizzato per controllare il costo livellato del calore per l'intera rete. Un valore inferiore equivale a un costo livellato più basso del calore ma anche una riduzione del calore in eccesso utilizzato e viceversa.
Risoluzione temporale
Imposta l'intervallo tra i calcoli del flusso di rete per l'intero anno. Può essere uno di questi valori: (ora, giorno, settimana, mese, anno)
Risoluzione spaziale in km
Imposta la distanza del punto di ingresso in longitudine e direzione della latitudine nelle aree dh.
Linee di trasmissione
File di forma che mostra le linee di trasmissione suggerite con la loro temperatura, flusso di calore annuale e costo. I dettagli sono disponibili qui.
Calore in eccesso totale nell'area selezionata in GWh
Totale calore in eccesso disponibile per gli impianti industriali nell'area selezionata e nelle vicinanze.
Calore in eccesso collegato in GWh
Totale eccesso di calore disponibile per gli impianti industriali collegati a una rete.
Calore in eccesso utilizzato in GWh
Calore in eccesso effettivo utilizzato per dh.
Investimenti necessari per la rete in €
Investimenti necessari per costruire la rete.
Costi annuali della rete in € / anno
Costi causati dall'annualità e dai costi operativi della rete all'anno.
Costi livellati dell'approvvigionamento di calore in ct / kWh
costo del calore livellato dell'intera rete.
Potenziale DH e calore in eccesso
Grafico che mostra il potenziale DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. I dettagli sono disponibili qui .
Calore in eccesso utilizzato e investimenti necessari
Grafico che mostra il calore in eccesso consegnato annualmente agli investimenti necessari per la rete. I dettagli sono disponibili qui .
Calore in eccesso utilizzato e costo livellato
Grafico che mostra il calore in eccesso erogato annualmente a costi livellati per la rete e la soglia della linea di trasmissione corrispondente. I dettagli sono disponibili qui .
Carica curve
Grafico che mostra la domanda di calore mensile e l'eccesso. I dettagli sono disponibili qui .
Carica curve
Grafico che mostra la domanda e l'eccesso di calore giornalieri medi. I dettagli sono disponibili qui .
Esempio di una linea di trasmissione visualizzata nella casella degli strumenti Cliccando sulla linea di trasmissione verranno visualizzate ulteriori informazioni.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Ulteriori informazioni sulla domanda di calore annuale e sul potenziale DH sono disponibili qui . Il calore in eccesso, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso usato sono gli stessi dei loro uguali indicatori .
Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata L'asse x rappresenta il flusso annuale e l'asse y l'investimento necessario per l'intera rete. Si noti che l'asse x non è lineare e potrebbe creare confusione. Controlla sempre i valori reali! Il punto arancione rappresenta la rete alla soglia della linea di trasmissione attualmente impostata. Le deviazioni dall'indicatore degli investimenti necessari sono comuni poiché la grafica viene generata con una precisione inferiore a causa della complessità computazionale. L'andamento e l'andamento del grafico rappresentano il modo in cui la soglia della linea di trasmissione influisce sulla rete e può essere davvero utile. Soprattutto in combinazione con il prossimo grafico . Nel caso di piccole reti questo grafico potrebbe non visualizzare alcuna informazione utile poiché la rete non è abbastanza complessa per le variazioni.
Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata L'asse x rappresenta il flusso annuale e l'asse y sia i costi livellati del calore che la soglia della linea di trasmissione . I punti arancioni rappresentano la rete alla soglia della linea di trasmissione attualmente impostata. Poiché la curva della soglia della linea di trasmissione può ridimensionarsi molto più in alto rispetto ai costi livellati, potrebbe essere utile disabilitare la visualizzazione della curva della soglia della linea di trasmissione come mostrato nella figura seguente. Nel caso di piccole reti questo grafico potrebbe non visualizzare alcuna informazione utile poiché la rete non è abbastanza complessa per le variazioni.
A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Le deviazioni dai costi livellati dell'indicatore di calore sono comuni poiché il grafico viene generato con una precisione inferiore a causa della complessità computazionale. L'andamento e l'andamento del grafico rappresentano il modo in cui la soglia della linea di trasmissione influisce sulla rete e può essere davvero utile. Una volta scelto il costo livellato desiderato desiderato, la curva della soglia della linea di trasmissione può essere riattivata e la soglia della linea di trasmissione corrispondente per il costo livellato desiderato può essere letta passando sopra la curva a questo punto. Maggiori dettagli su come utilizzare la grafica sono disponibili qui.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. L'asse x rappresenta il tempo e la potenza dell'asse y. Le curve blu rappresentano il fabbisogno di calore delle aree DH e il rosso il calore in eccesso disponibile. L'intersezione di entrambe le curve rappresenta l'effettivo flusso totale di calore. Il grafico superiore mostra il flusso nel corso dell'anno e quello in basso il flusso del giorno medio. Si noti che la risoluzione temporale deve essere impostata almeno su "mese" per la parte superiore e "ora" affinché la grafica inferiore sia rappresentativa.
L'elemento chiave del modulo di riscaldamento in eccesso è il modello di dissipatore sorgente utilizzato. Costruisce una rete di trasmissione di lunghezza minima e calcola il flusso per ogni ora dell'anno in base ai profili di carico del riscaldamento residenziale con risoluzione Nuts2 e profili di carico del settore con risoluzione Nuts0. Sulla base dei flussi medi di picco durante tutto l'anno, è possibile calcolare i costi per ogni linea di trasmissione e scambiatore di calore sul lato sorgente e lato dissipatore.
In base all'ID Nuts0 e al settore industriale, a ogni sorgente viene assegnato un profilo di carico orario risolto ogni anno.
Sulla base del modulo di calcolo del potenziale di teleriscaldamento, vengono equidistanti i punti di ingresso nelle aree coerenti. A seconda dell'ID Nuts2 dei punti di ingresso viene assegnato un profilo di carico.
Entro un raggio prestabilito viene verificato quali sorgenti si trovano nel raggio reciproco, quali pozzi si trovano nel raggio reciproco e quali pozzi si trovano nel raggio d'azione delle sorgenti. Questo può essere rappresentato da un grafico con sorgenti e pozzi che formano i vertici e i vertici nel raggio di azione che sono collegati da un bordo.
Un albero di spanning minimo viene calcolato con la distanza dei bordi come pesi. Ciò si traduce in un grafico che mantiene la sua connettività pur avendo una lunghezza totale minima dei bordi. Si noti che i punti di ingresso di aree coerenti sono collegati internamente gratuitamente poiché formano la propria rete di distribuzione.
Il flusso massimo dalle fonti ai lavandini viene calcolato per ogni ora dell'anno.
Il flusso di picco dell'anno in media su 3 ore determina la capacità richiesta per le linee di trasmissione e gli scambiatori di calore. I costi delle linee di trasmissione dipendono dalla lunghezza e dalla capacità, mentre i costi degli scambiatori di calore sono influenzati solo dalla capacità. Sul lato sorgente si assume uno scambiatore di calore aria-liquido con pompa integrata per la linea di trasmissione e sul lato lavello si assume uno scambiatore di calore liquido-liquido.
Poiché sono noti il costo e il flusso di ogni linea di trasmissione, le linee con il rapporto costo / flusso più elevato possono essere rimosse e il flusso può essere ricalcolato fino al raggiungimento del costo per flusso desiderato.
Per il calcolo della distanza tra due punti viene utilizzata un'approssimazione di piccolo angolo della lunghezza del telaio. Sebbene vi sia anche un'implementazione accurata della distanza dell'ortografia, la maggiore precisione non ha alcun vantaggio reale a causa delle piccole distanze per lo più inferiori a 20 km e dell'incertezza della lunghezza della linea di trasmissione reale a causa di molti fattori come la topologia. Se due punti si trovano nel raggio del raggio, vengono memorizzati in un elenco di adiacenza. La creazione di tali elenchi di adiacenza viene eseguita tra fonti e fonti, pozzi e pozzi e fonti e pozzi. Il motivo della separazione sta nella flessibilità di aggiungere determinati requisiti di temperatura per fonti o lavandini.
Sulla base della libreria igraph, viene implementata una classe NetworkGraph con tutte le funzionalità necessarie per il modulo di calcolo. Mentre igraph è scarsamente documentato, offre prestazioni molto migliori rispetto ai moduli Python puri come NetworkX e un supporto di piattaforma più ampio oltre Linux a differenza dello strumento grafico. La classe NetworkGraph descrive solo una rete in superficie ma contiene 3 grafici diversi. Innanzitutto, il grafico che descrive la rete così come è definita dalle tre liste di adiacenza. In secondo luogo, il grafico della corrispondenza collega internamente i pozzi della stessa area coerente e l'ultimo il diagramma di flusso massimo utilizzato per il calcolo del flusso massimo.
Contiene solo le fonti e i pozzi reali come vertici.
Ogni sink ha bisogno di un ID di corrispondenza, che indica se è collegato internamente da una rete già esistente come in aree coerenti. I lavelli con lo stesso ID di corrispondenza sono collegati a un nuovo vertice con bordi con pesi zero. Questo è fondamentale per il calcolo di un albero di spanning minimo e il motivo per cui viene utilizzato il grafico della corrispondenza. Questa funzione è implementata anche per le fonti ma non utilizzata.
Poiché igraph non supporta più origini e pozzi nella sua funzione di flusso massimo è necessario un grafico ausiliario. Introduce una fonte infinita e un vertice di affondamento. Ogni fonte reale è connessa alla fonte infinita e ogni vero lavandino è collegato al lavandino infinito da un bordo. Si noti che se un sink è collegato a un vertice di corrispondenza, questo vertice verrà collegato anziché il sink stesso.
Sulla base del grafico della corrispondenza viene calcolato l'albero di spanning minimo. I bordi che collegano i lavandini coerenti hanno sempre il peso 0, quindi rimarranno sempre parte dell'albero di spanning minimo.
Il flusso attraverso i bordi che collegano rispettivamente le sorgenti o i pozzi reali alla sorgente o al sink infinito è limitato alla capacità reale di ogni sorgente o sink. Per ragioni numeriche le capacità sono normalizzate in modo tale che la capacità maggiore sia 1. Il flusso attraverso il sottoinsieme di spigoli contenuto nel grafico della corrispondenza è limitato a 1000 che dovrebbe, a tutti gli effetti, offrire un flusso illimitato. Quindi viene calcolato il flusso massimo dalla sorgente infinita al sink infinito e il flusso viene ridimensionato alla sua dimensione originale. Poiché i lavandini coerenti non sono direttamente collegati al vertice del lavandino infinito, ma dal vertice di corrispondenza il flusso attraverso di esso è limitato alla somma di tutti i lavandini coerenti.
L'implementazione della funzione di flusso massimo igraph utilizza l'algoritmo Push-relabel. Questo tipo di algoritmo non è sensibile ai costi e potrebbe non trovare sempre il modo più breve di instradare il flusso. Un algoritmo sensibile ai costi non è disponibile in igraph e le prestazioni sarebbero probabilmente basse per essere in grado di risolvere un flusso orario basato su tutto l'anno. Ma a causa della precedente riduzione a un minimo spanning tree, i casi in cui viene scelta una soluzione non ideale sono molto limitati e improbabili. L'algoritmo Push-relabel ha anche la tendenza a instradare il flusso attraverso il minor numero di spigoli. L'implementazione di igraph sembra essere deterministica nell'ordine di allocazione del flusso se i grafici sono almeno automorfismi, il che è importante per il calcolo del flusso su base oraria poiché qualsiasi oscillazione del flusso introdotta artificialmente tra i bordi è indesiderabile.
Le fonti di calore sono prese dal database industriale. Sulla base del calore in eccesso, dell'ID Nuts0 e del settore industriale, viene creato un profilo di carico che copre ogni ora dell'anno per ogni sito. È prevista l'aggiunta personalizzata di siti.
I dissipatori di calore si basano su aree coerenti con una richiesta di calore nota. Le aree coerenti formano una maschera per una griglia su cui vengono posizionati punti equidistanti come punti di ingresso. A seconda dell'ID Nuts2 selezionato, ai lavandini viene assegnato un profilo di riscaldamento residenziale. È prevista l'aggiunta personalizzata di punti di ingresso e lavandini.
I profili di carico menzionati consistono in 8760 punti che rappresentano il carico per ogni ora dei 365 giorni. Ulteriori informazioni sui profili di carico sono disponibili qui.
Poiché i sistemi di teleriscaldamento hanno una grande capacità di riscaldamento, un picco di flusso non significa che le linee di trasmissione debbano erogare istantaneamente quel breve picco di calore. Pertanto, le capacità richieste delle linee di trasmissione e degli scambiatori di calore sono determinate dal carico di picco medio. In particolare, la funzione di convoluzione intorpidita viene utilizzata per mediare il flusso nelle ultime tre ore contorcendo con una funzione costante. A seconda di questo valore viene scelta una linea di trasmissione dalla seguente tabella.
Costi specifici delle linee di trasmissione utilizzate
| Potenza in MW | Costi in € / m | Temperatura in ° 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 |
Vengono calcolati i costi dello scambiatore di calore sul lato sorgente che viene assunto come aria-liquido
C HSource (en-P) = picco P * 15.000 € / MW.
Si determinano i costi dello scambiatore di calore liquido-liquido sul lato lavandino
C HSink (en-P) = picco P * 265.000 € / MW se picco P <1 MW o
C HSink (en-P) = picco P * 100.000 € / MW altro.
Seguono i costi della pompa
Pompa C (en-P) = picco P * 240.000 € / MW se picco P <1 MW o
Pompa C (en-P) = picco P * 90.000 € / MW altro.
Con una soglia di costo per flusso per le linee di trasmissione, possono essere rimossi se superati per migliorare il rapporto flusso-costo. Dopo la rimozione dei bordi, è necessario ricalcolare il flusso poiché la continuità del flusso nel grafico non è più garantita. Il rapporto costo / flusso potrebbe ora aumentare anche per altri bordi, quindi questo processo viene ripetuto fino a quando la somma di tutti i flussi non cambia più.
Innanzitutto le fonti di calore e i lavandini vengono caricati con i loro profili di carico. Quindi viene eseguita la ricerca del raggio fisso e la rete viene inizializzata. Successivamente la rete viene ridotta al suo minimo spanning tree e il flusso massimo viene calcolato per ogni ora dell'anno. In base al flusso vengono calcolati i costi per ogni scambiatore di calore, pompa e linea di trasmissione. Se viene definito un rapporto costo / flusso soglia, viene eseguita la procedura di rimozione della linea di trasmissione. Alla fine vengono restituiti il costo totale e il flusso totale della rete e il layout della rete.
L'attuale CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO ha lo scopo di aiutare l'utente a identificare i potenziali di integrazione per il calore in eccesso nelle reti di teleriscaldamento. Sebbene vengano fornite numerose funzioni di analisi al fine di non limitare l'utente, è necessario sottolineare esplicitamente che non si tratta di una pianificazione tecnica dettagliata. I potenziali si basano sul POTENZIALE RISCALDANTE CM - DISTRICT. Questo CM identifica le aree con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento. Il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO mostra quindi la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore industriale in queste aree. Tuttavia, ciò non significa che in questa regione esiste già una rete di teleriscaldamento. Un uso orientato all'applicazione dello strumento per i professionisti potrebbe quindi apparire come segue:
Se necessario, aggiungere i propri dati sull'eccesso di calore fornendo alle aziende della regione l' impianto di addizionamento industriale cm.
Attiva "Calore in eccesso nei siti industriali"
Eseguire il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO.
Il valore
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. mostra la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore nell'area investigata.
Indicatori Investimenti necessari, costi annuali e costo del calore livellato mostra i costi specifici di produzione di calore per l'intera rete. Nota: i costi visualizzati sono stati stimati utilizzando un approccio semplificato. Questi costi non si applicano ai singoli gasdotti. Tuttavia, i costi visualizzati possono essere utilizzati come presupposto di partenza semplificato come costi di trasporto per l'integrazione del calore in eccesso in una rete di teleriscaldamento eventualmente vicina.
Da quanto sopra, è possibile utilizzare la seguente gerarchia di lavoro:
Controllare se esiste una rete di teleriscaldamento o è pianificata nella regione in esame.
I tubi visualizzati contengono flussi. Lì puoi vedere quanto calore in eccesso viene trasportato dalle rispettive fonti. Le società interessate potrebbero ora essere contattate. Probabilmente prima le aziende con le elevate quantità.
Linea di trasmissione e suo flusso Controllare DH Potential CM per adattare gli input in modo da creare un'area dh.
Controlla il livello "siti industriali" nella selezione utente.
Controlla l' avviso .
Aumenta il raggio di ricerca
Aumenta la soglia della linea di trasmissione
Controlla il paese e il sottosettore dei siti industriali caricati.
CM non ha accesso ai dati del profilo di riscaldamento residenziale da eseguire in quest'area.
Esempio eseguito in PL22 con parametri predefiniti. Si consiglia di attivare i siti di calore in eccesso nella scheda dei livelli.
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. 
Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata In questo caso possiamo vedere che c'è molto più calore in eccesso disponibile rispetto a quello usato, ma dall'altra parte il flusso massimo possibile è quasi raggiunto, poiché il punto arancione è a 1530 GWh all'anno. In questo caso, aumentare il raggio di ricerca può aiutare a distribuire più calore in eccesso. Nell'esempio 2, faremo esattamente questo.
Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata 
A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. 
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Poiché la risoluzione temporale predefinita è impostata su "settimana", in questo caso è costante. Esecuzione del campione in PL22 con raggio di ricerca massimo impostato su 40 km.
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. La rete è molto più grande rispetto alla prima esecuzione di esempio.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Viene utilizzato più calore in eccesso.
Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata 
Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata 
A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Possiamo vedere un minimo locale di costo livellato dell'approvvigionamento di calore a 4900 GWh all'anno. Passando il mouse sopra la linea verde possiamo determinare che ciò si ottiene con una soglia della linea di trasmissione di 0,11 ct / kWh. Nell'esempio di esecuzione 3 proveremo a trovare questa rete.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Poiché la risoluzione temporale predefinita è impostata su "settimana", in questo caso è costante. Esecuzione del campione in PL22 con raggio di ricerca massimo impostato su 40 km, soglia della linea di trasmissione impostata su 0,11 ct / kWh e risoluzione temporale impostata su "ora".
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. La rete è più piccola rispetto alla seconda esecuzione ma mantiene gran parte del flusso.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Possiamo vedere che abbiamo appena raggiunto il minimo locale. La differenza nei grafici di approssimazione dei costi rispetto agli indicatori è causata da errori di approssimazione. Ma quegli errori sono per lo più sistematici e quindi non compensano il minimo ma ridimensionano la curva in modo diverso. L'indicatore di costo livellato ora mostra 0,84 ct / kWh invece di 1,09 ct / kWh nella seconda serie.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Questa volta con la risoluzione temporale impostata su "ora" il giorno medio è rappresentato correttamente. Questa pagina è stata scritta da Ali Aydemir * e David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
Copyright © 2016-2018: Ali Aydemir, David Schilling
Licenza internazionale Creative Commons Attribution 4.0 Questo lavoro è concesso in licenza in base alla licenza internazionale Creative Commons CC BY 4.0.
Identificatore di licenza SPDX: CC-BY-4.0
Testo della licenza: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Vorremmo esprimere il nostro più profondo apprezzamento al progetto Hotmaps di Orizzonte 2020 ( convenzione di sovvenzione numero 723677), che ha fornito i finanziamenti per lo svolgimento della presente indagine.
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* machine translated1> CM Eccessivo potenziale di trasporto del calore
Questo POTENZIALE TRASPORTO TERMICO CM - EXCESS aiuterà l'utente a identificare i potenziali di integrazione per il calore in eccesso nelle reti di teleriscaldamento. I potenziali si basano sul POTENZIALE RISCALDANTE CM - DISTRICT. Questo CM identifica le aree con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento. Il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO mostra la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore industriale in queste aree. Tuttavia, ciò non significa che in questa regione esiste già una rete di teleriscaldamento.
I seguenti dati e metodi sono combinati per l'attività precedente.
Dati:
Requisiti di riscaldamento per le aree vicine con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento, che vengono dissolte ogni ora (dal CM - POTENZIALE DI RISCALDAMENTO DISTRETTUALE).
Dati sulle quantità di calore in eccesso delle società industriali nell'area, anch'esse risolte ogni ora (dal database industriale del set di dati).
Ipotesi sui costi di scambiatori di calore, pompe e condutture nonché perdite di calore per condotte di teleriscaldamento.
Metodo (semplificato):
Lo scopo del metodo è quello di rappresentare il maggiore flusso di calore in eccesso possibile con non troppe e quindi tubazioni troppo lunghe per i possibili utenti del teleriscaldamento generando reti con flussi massimi. Tuttavia, le linee di trasporto particolarmente inefficienti (con bassi flussi di calore e quindi elevati costi specifici di trasporto del calore) non vengono prese in considerazione nella rete finale. La soglia per l'efficienza economica delle singole linee di trasporto può essere specificata dall'utente (cfr. Soglia della linea di trasmissione).
Lo sfondo di base dell'approccio è il seguente: se ci sono solo poche fonti di calore in eccesso, una singola tubazione per fonte potrebbe sempre essere presa in considerazione per trasportare il calore in un'area vicina con condizioni favorevoli per il teleriscaldamento. Tuttavia, se ci sono diverse fonti di calore in eccesso che devono fluire nella stessa area, sarebbe sensato raccogliere il calore e trasportarlo nell'area in una conduttura comune più grande. L'approccio con un tubo per sorgente tende a sovrastimare lo sforzo per i gasdotti.
Per contrastare quanto sopra, il problema della pianificazione della pipeline è stato approssimato ipotizzando un problema di flusso di rete. Un euristico viene utilizzato per risolvere il problema, in cui il calore in eccesso può essere raggruppato e trasportato ai possibili utenti. La progettazione metodica concreta della soluzione con l'approccio dell'albero ad arco minimo è descritta nella parte metodica corrispondente. La progettazione del gasdotto determinata nel contesto precedente non rappresenta quindi una pianificazione dettagliata o una vera guida del percorso, ma viene utilizzata solo per l'approssimazione dei costi per la distribuzione delle quantità di calore in eccesso nelle aree vicine con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento (vedere CM - POTENZIALE RISCALDANTE DISTRETTUALE, aree coerenti con parole chiave). Questa approssimazione dei costi si riferisce quindi all'intera rete.
I risultati dovrebbero quindi essere interpretati come segue: se le quantità di calore in eccesso registrate dovessero essere trasportate insieme nelle aree vicine indicate, i costi per la distribuzione del calore potrebbero essere nell'ordine di grandezza indicato dallo strumento (cfr. Costo livellato di fornitura di calore). Di norma, i valori per l'intera rete sono anche un buon indicatore di partenza per le singole condotte. Lo scopo dei risultati è quindi quello di fornire a uno sviluppatore o pianificatore di progetto un ordine di grandezza per possibili costi di distribuzione.
Zone di teleriscaldamento (per ora fornite direttamente dal potenziale di teleriscaldamento CM)
Database industriale (fornito per impostazione predefinita dalla casella degli strumenti)
Profili di carico per l'industria
Profili di carico per riscaldamento residenziale e acqua calda sanitaria
Min. richiesta di calore in ettari
Vedi DH Potenziale CM .
Min. richiesta di calore in una zona DH
Vedi DH Potenziale CM .
Raggio di ricerca in km
La lunghezza massima di una linea di trasmissione da un punto all'altro.
Durata delle attrezzature in anni
I costi livellati del calore sono in riferimento a questo periodo di tempo.
Tasso di sconto in%
Tasso di interesse per il credito richiesto per costruire la rete.
Fattore di costo
Fattore di adattamento dei costi di rete nel caso in cui i valori predefiniti non rappresentino accuratamente i costi. Gli investimenti necessari per la rete si moltiplicano per questo fattore. I costi predefiniti sono disponibili qui .
Costi operativi in%
Costi operativi della rete all'anno. In percentuale degli investimenti necessari per la rete.
Valore di soglia per linee di trasmissione in ct / kWh
Il massimo costo livellato del calore di ogni singola linea di trasmissione. Questo parametro può essere utilizzato per controllare il costo livellato del calore per l'intera rete. Un valore inferiore equivale a un costo livellato più basso del calore ma anche una riduzione del calore in eccesso utilizzato e viceversa.
Risoluzione temporale
Imposta l'intervallo tra i calcoli del flusso di rete per l'intero anno. Può essere uno di questi valori: (ora, giorno, settimana, mese, anno)
Risoluzione spaziale in km
Imposta la distanza del punto di ingresso in longitudine e direzione della latitudine nelle aree dh.
Linee di trasmissione
File di forma che mostra le linee di trasmissione suggerite con la loro temperatura, flusso di calore annuale e costo. I dettagli sono disponibili qui.
Calore in eccesso totale nell'area selezionata in GWh
Totale calore in eccesso disponibile per gli impianti industriali nell'area selezionata e nelle vicinanze.
Calore in eccesso collegato in GWh
Totale eccesso di calore disponibile per gli impianti industriali collegati a una rete.
Calore in eccesso utilizzato in GWh
Calore in eccesso effettivo utilizzato per dh.
Investimenti necessari per la rete in €
Investimenti necessari per costruire la rete.
Costi annuali della rete in € / anno
Costi causati dall'annualità e dai costi operativi della rete all'anno.
Costi livellati dell'approvvigionamento di calore in ct / kWh
costo del calore livellato dell'intera rete.
Potenziale DH e calore in eccesso
Grafico che mostra il potenziale DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. I dettagli sono disponibili qui .
Calore in eccesso utilizzato e investimenti necessari
Grafico che mostra il calore in eccesso consegnato annualmente agli investimenti necessari per la rete. I dettagli sono disponibili qui .
Calore in eccesso utilizzato e costo livellato
Grafico che mostra il calore in eccesso erogato annualmente a costi livellati per la rete e la soglia della linea di trasmissione corrispondente. I dettagli sono disponibili qui .
Carica curve
Grafico che mostra la domanda di calore mensile e l'eccesso. I dettagli sono disponibili qui .
Carica curve
Grafico che mostra la domanda e l'eccesso di calore giornalieri medi. I dettagli sono disponibili qui .
Esempio di una linea di trasmissione visualizzata nella casella degli strumenti Cliccando sulla linea di trasmissione verranno visualizzate ulteriori informazioni.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Ulteriori informazioni sulla domanda di calore annuale e sul potenziale DH sono disponibili qui . Il calore in eccesso, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso usato sono gli stessi dei loro uguali indicatori .
Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata L'asse x rappresenta il flusso annuale e l'asse y l'investimento necessario per l'intera rete. Si noti che l'asse x non è lineare e potrebbe creare confusione. Controlla sempre i valori reali! Il punto arancione rappresenta la rete alla soglia della linea di trasmissione attualmente impostata. Le deviazioni dall'indicatore degli investimenti necessari sono comuni poiché la grafica viene generata con una precisione inferiore a causa della complessità computazionale. L'andamento e l'andamento del grafico rappresentano il modo in cui la soglia della linea di trasmissione influisce sulla rete e può essere davvero utile. Soprattutto in combinazione con il prossimo grafico . Nel caso di piccole reti questo grafico potrebbe non visualizzare alcuna informazione utile poiché la rete non è abbastanza complessa per le variazioni.
Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata L'asse x rappresenta il flusso annuale e l'asse y sia i costi livellati del calore che la soglia della linea di trasmissione . I punti arancioni rappresentano la rete alla soglia della linea di trasmissione attualmente impostata. Poiché la curva della soglia della linea di trasmissione può ridimensionarsi molto più in alto rispetto ai costi livellati, potrebbe essere utile disabilitare la visualizzazione della curva della soglia della linea di trasmissione come mostrato nella figura seguente. Nel caso di piccole reti questo grafico potrebbe non visualizzare alcuna informazione utile poiché la rete non è abbastanza complessa per le variazioni.
A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Le deviazioni dai costi livellati dell'indicatore di calore sono comuni poiché il grafico viene generato con una precisione inferiore a causa della complessità computazionale. L'andamento e l'andamento del grafico rappresentano il modo in cui la soglia della linea di trasmissione influisce sulla rete e può essere davvero utile. Una volta scelto il costo livellato desiderato desiderato, la curva della soglia della linea di trasmissione può essere riattivata e la soglia della linea di trasmissione corrispondente per il costo livellato desiderato può essere letta passando sopra la curva a questo punto. Maggiori dettagli su come utilizzare la grafica sono disponibili qui.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. L'asse x rappresenta il tempo e la potenza dell'asse y. Le curve blu rappresentano il fabbisogno di calore delle aree DH e il rosso il calore in eccesso disponibile. L'intersezione di entrambe le curve rappresenta l'effettivo flusso totale di calore. Il grafico superiore mostra il flusso nel corso dell'anno e quello in basso il flusso del giorno medio. Si noti che la risoluzione temporale deve essere impostata almeno su "mese" per la parte superiore e "ora" affinché la grafica inferiore sia rappresentativa.
L'elemento chiave del modulo di riscaldamento in eccesso è il modello di dissipatore sorgente utilizzato. Costruisce una rete di trasmissione di lunghezza minima e calcola il flusso per ogni ora dell'anno in base ai profili di carico del riscaldamento residenziale con risoluzione Nuts2 e profili di carico del settore con risoluzione Nuts0. Sulla base dei flussi medi di picco durante tutto l'anno, è possibile calcolare i costi per ogni linea di trasmissione e scambiatore di calore sul lato sorgente e lato dissipatore.
In base all'ID Nuts0 e al settore industriale, a ogni sorgente viene assegnato un profilo di carico orario risolto ogni anno.
Sulla base del modulo di calcolo del potenziale di teleriscaldamento, vengono equidistanti i punti di ingresso nelle aree coerenti. A seconda dell'ID Nuts2 dei punti di ingresso viene assegnato un profilo di carico.
Entro un raggio prestabilito viene verificato quali sorgenti si trovano nel raggio reciproco, quali pozzi si trovano nel raggio reciproco e quali pozzi si trovano nel raggio d'azione delle sorgenti. Questo può essere rappresentato da un grafico con sorgenti e pozzi che formano i vertici e i vertici nel raggio di azione che sono collegati da un bordo.
Un albero di spanning minimo viene calcolato con la distanza dei bordi come pesi. Ciò si traduce in un grafico che mantiene la sua connettività pur avendo una lunghezza totale minima dei bordi. Si noti che i punti di ingresso di aree coerenti sono collegati internamente gratuitamente poiché formano la propria rete di distribuzione.
Il flusso massimo dalle fonti ai lavandini viene calcolato per ogni ora dell'anno.
Il flusso di picco dell'anno in media su 3 ore determina la capacità richiesta per le linee di trasmissione e gli scambiatori di calore. I costi delle linee di trasmissione dipendono dalla lunghezza e dalla capacità, mentre i costi degli scambiatori di calore sono influenzati solo dalla capacità. Sul lato sorgente si assume uno scambiatore di calore aria-liquido con pompa integrata per la linea di trasmissione e sul lato lavello si assume uno scambiatore di calore liquido-liquido.
Poiché sono noti il costo e il flusso di ogni linea di trasmissione, le linee con il rapporto costo / flusso più elevato possono essere rimosse e il flusso può essere ricalcolato fino al raggiungimento del costo per flusso desiderato.
Per il calcolo della distanza tra due punti viene utilizzata un'approssimazione di piccolo angolo della lunghezza del telaio. Sebbene vi sia anche un'implementazione accurata della distanza dell'ortografia, la maggiore precisione non ha alcun vantaggio reale a causa delle piccole distanze per lo più inferiori a 20 km e dell'incertezza della lunghezza della linea di trasmissione reale a causa di molti fattori come la topologia. Se due punti si trovano nel raggio del raggio, vengono memorizzati in un elenco di adiacenza. La creazione di tali elenchi di adiacenza viene eseguita tra fonti e fonti, pozzi e pozzi e fonti e pozzi. Il motivo della separazione sta nella flessibilità di aggiungere determinati requisiti di temperatura per fonti o lavandini.
Sulla base della libreria igraph, viene implementata una classe NetworkGraph con tutte le funzionalità necessarie per il modulo di calcolo. Mentre igraph è scarsamente documentato, offre prestazioni molto migliori rispetto ai moduli Python puri come NetworkX e un supporto di piattaforma più ampio oltre Linux a differenza dello strumento grafico. La classe NetworkGraph descrive solo una rete in superficie ma contiene 3 grafici diversi. Innanzitutto, il grafico che descrive la rete così come è definita dalle tre liste di adiacenza. In secondo luogo, il grafico della corrispondenza collega internamente i pozzi della stessa area coerente e l'ultimo il diagramma di flusso massimo utilizzato per il calcolo del flusso massimo.
Contiene solo le fonti e i pozzi reali come vertici.
Ogni sink ha bisogno di un ID di corrispondenza, che indica se è collegato internamente da una rete già esistente come in aree coerenti. I lavelli con lo stesso ID di corrispondenza sono collegati a un nuovo vertice con bordi con pesi zero. Questo è fondamentale per il calcolo di un albero di spanning minimo e il motivo per cui viene utilizzato il grafico della corrispondenza. Questa funzione è implementata anche per le fonti ma non utilizzata.
Poiché igraph non supporta più origini e pozzi nella sua funzione di flusso massimo è necessario un grafico ausiliario. Introduce una fonte infinita e un vertice di affondamento. Ogni fonte reale è connessa alla fonte infinita e ogni vero lavandino è collegato al lavandino infinito da un bordo. Si noti che se un sink è collegato a un vertice di corrispondenza, questo vertice verrà collegato anziché il sink stesso.
Sulla base del grafico della corrispondenza viene calcolato l'albero di spanning minimo. I bordi che collegano i lavandini coerenti hanno sempre il peso 0, quindi rimarranno sempre parte dell'albero di spanning minimo.
Il flusso attraverso i bordi che collegano rispettivamente le sorgenti o i pozzi reali alla sorgente o al sink infinito è limitato alla capacità reale di ogni sorgente o sink. Per ragioni numeriche le capacità sono normalizzate in modo tale che la capacità maggiore sia 1. Il flusso attraverso il sottoinsieme di spigoli contenuto nel grafico della corrispondenza è limitato a 1000 che dovrebbe, a tutti gli effetti, offrire un flusso illimitato. Quindi viene calcolato il flusso massimo dalla sorgente infinita al sink infinito e il flusso viene ridimensionato alla sua dimensione originale. Poiché i lavandini coerenti non sono direttamente collegati al vertice del lavandino infinito, ma dal vertice di corrispondenza il flusso attraverso di esso è limitato alla somma di tutti i lavandini coerenti.
L'implementazione della funzione di flusso massimo igraph utilizza l'algoritmo Push-relabel. Questo tipo di algoritmo non è sensibile ai costi e potrebbe non trovare sempre il modo più breve di instradare il flusso. Un algoritmo sensibile ai costi non è disponibile in igraph e le prestazioni sarebbero probabilmente basse per essere in grado di risolvere un flusso orario basato su tutto l'anno. Ma a causa della precedente riduzione a un minimo spanning tree, i casi in cui viene scelta una soluzione non ideale sono molto limitati e improbabili. L'algoritmo Push-relabel ha anche la tendenza a instradare il flusso attraverso il minor numero di spigoli. L'implementazione di igraph sembra essere deterministica nell'ordine di allocazione del flusso se i grafici sono almeno automorfismi, il che è importante per il calcolo del flusso su base oraria poiché qualsiasi oscillazione del flusso introdotta artificialmente tra i bordi è indesiderabile.
Le fonti di calore sono prese dal database industriale. Sulla base del calore in eccesso, dell'ID Nuts0 e del settore industriale, viene creato un profilo di carico che copre ogni ora dell'anno per ogni sito. È prevista l'aggiunta personalizzata di siti.
I dissipatori di calore si basano su aree coerenti con una richiesta di calore nota. Le aree coerenti formano una maschera per una griglia su cui vengono posizionati punti equidistanti come punti di ingresso. A seconda dell'ID Nuts2 selezionato, ai lavandini viene assegnato un profilo di riscaldamento residenziale. È prevista l'aggiunta personalizzata di punti di ingresso e lavandini.
I profili di carico menzionati consistono in 8760 punti che rappresentano il carico per ogni ora dei 365 giorni. Ulteriori informazioni sui profili di carico sono disponibili qui.
Poiché i sistemi di teleriscaldamento hanno una grande capacità di riscaldamento, un picco di flusso non significa che le linee di trasmissione debbano erogare istantaneamente quel breve picco di calore. Pertanto, le capacità richieste delle linee di trasmissione e degli scambiatori di calore sono determinate dal carico di picco medio. In particolare, la funzione di convoluzione intorpidita viene utilizzata per mediare il flusso nelle ultime tre ore contorcendo con una funzione costante. A seconda di questo valore viene scelta una linea di trasmissione dalla seguente tabella.
Costi specifici delle linee di trasmissione utilizzate
| Potenza in MW | Costi in € / m | Temperatura in ° 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 |
Vengono calcolati i costi dello scambiatore di calore sul lato sorgente che viene assunto come aria-liquido
C HSource (en-P) = picco P * 15.000 € / MW.
Si determinano i costi dello scambiatore di calore liquido-liquido sul lato lavandino
C HSink (en-P) = picco P * 265.000 € / MW se picco P <1 MW o
C HSink (en-P) = picco P * 100.000 € / MW altro.
Seguono i costi della pompa
Pompa C (en-P) = picco P * 240.000 € / MW se picco P <1 MW o
Pompa C (en-P) = picco P * 90.000 € / MW altro.
Con una soglia di costo per flusso per le linee di trasmissione, possono essere rimossi se superati per migliorare il rapporto flusso-costo. Dopo la rimozione dei bordi, è necessario ricalcolare il flusso poiché la continuità del flusso nel grafico non è più garantita. Il rapporto costo / flusso potrebbe ora aumentare anche per altri bordi, quindi questo processo viene ripetuto fino a quando la somma di tutti i flussi non cambia più.
Innanzitutto le fonti di calore e i lavandini vengono caricati con i loro profili di carico. Quindi viene eseguita la ricerca del raggio fisso e la rete viene inizializzata. Successivamente la rete viene ridotta al suo minimo spanning tree e il flusso massimo viene calcolato per ogni ora dell'anno. In base al flusso vengono calcolati i costi per ogni scambiatore di calore, pompa e linea di trasmissione. Se viene definito un rapporto costo / flusso soglia, viene eseguita la procedura di rimozione della linea di trasmissione. Alla fine vengono restituiti il costo totale e il flusso totale della rete e il layout della rete.
L'attuale CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO ha lo scopo di aiutare l'utente a identificare i potenziali di integrazione per il calore in eccesso nelle reti di teleriscaldamento. Sebbene vengano fornite numerose funzioni di analisi al fine di non limitare l'utente, è necessario sottolineare esplicitamente che non si tratta di una pianificazione tecnica dettagliata. I potenziali si basano sul POTENZIALE RISCALDANTE CM - DISTRICT. Questo CM identifica le aree con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento. Il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO mostra quindi la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore industriale in queste aree. Tuttavia, ciò non significa che in questa regione esiste già una rete di teleriscaldamento. Un uso orientato all'applicazione dello strumento per i professionisti potrebbe quindi apparire come segue:
Se necessario, aggiungere i propri dati sull'eccesso di calore fornendo alle aziende della regione l' impianto di addizionamento industriale cm.
Attiva "Calore in eccesso nei siti industriali"
Eseguire il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO.
Il valore
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. mostra la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore nell'area investigata.
Indicatori Investimenti necessari, costi annuali e costo del calore livellato mostra i costi specifici di produzione di calore per l'intera rete. Nota: i costi visualizzati sono stati stimati utilizzando un approccio semplificato. Questi costi non si applicano ai singoli gasdotti. Tuttavia, i costi visualizzati possono essere utilizzati come presupposto di partenza semplificato come costi di trasporto per l'integrazione del calore in eccesso in una rete di teleriscaldamento eventualmente vicina.
Da quanto sopra, è possibile utilizzare la seguente gerarchia di lavoro:
Controllare se esiste una rete di teleriscaldamento o è pianificata nella regione in esame.
I tubi visualizzati contengono flussi. Lì puoi vedere quanto calore in eccesso viene trasportato dalle rispettive fonti. Le società interessate potrebbero ora essere contattate. Probabilmente prima le aziende con le elevate quantità.
Linea di trasmissione e suo flusso Controllare DH Potential CM per adattare gli input in modo da creare un'area dh.
Controlla il livello "siti industriali" nella selezione utente.
Controlla l' avviso .
Aumenta il raggio di ricerca
Aumenta la soglia della linea di trasmissione
Controlla il paese e il sottosettore dei siti industriali caricati.
CM non ha accesso ai dati del profilo di riscaldamento residenziale da eseguire in quest'area.
Esempio eseguito in PL22 con parametri predefiniti. Si consiglia di attivare i siti di calore in eccesso nella scheda dei livelli.
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata In questo caso possiamo vedere che c'è molto più calore in eccesso disponibile rispetto a quello usato, ma dall'altra parte il flusso massimo possibile è quasi raggiunto, poiché il punto arancione è a 1530 GWh all'anno. In questo caso, aumentare il raggio di ricerca può aiutare a distribuire più calore in eccesso. Nell'esempio 2, faremo esattamente questo.
Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Poiché la risoluzione temporale predefinita è impostata su "settimana", in questo caso è costante. Esecuzione del campione in PL22 con raggio di ricerca massimo impostato su 40 km.
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. La rete è molto più grande rispetto alla prima esecuzione di esempio.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Viene utilizzato più calore in eccesso.
Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Possiamo vedere un minimo locale di costo livellato dell'approvvigionamento di calore a 4900 GWh all'anno. Passando il mouse sopra la linea verde possiamo determinare che ciò si ottiene con una soglia della linea di trasmissione di 0,11 ct / kWh. Nell'esempio di esecuzione 3 proveremo a trovare questa rete.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Poiché la risoluzione temporale predefinita è impostata su "settimana", in questo caso è costante. Esecuzione del campione in PL22 con raggio di ricerca massimo impostato su 40 km, soglia della linea di trasmissione impostata su 0,11 ct / kWh e risoluzione temporale impostata su "ora".
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. La rete è più piccola rispetto alla seconda esecuzione ma mantiene gran parte del flusso.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Possiamo vedere che abbiamo appena raggiunto il minimo locale. La differenza nei grafici di approssimazione dei costi rispetto agli indicatori è causata da errori di approssimazione. Ma quegli errori sono per lo più sistematici e quindi non compensano il minimo ma ridimensionano la curva in modo diverso. L'indicatore di costo livellato ora mostra 0,84 ct / kWh invece di 1,09 ct / kWh nella seconda serie.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Questa volta con la risoluzione temporale impostata su "ora" il giorno medio è rappresentato correttamente. Questa pagina è stata scritta da Ali Aydemir * e David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
Copyright © 2016-2018: Ali Aydemir, David Schilling
Licenza internazionale Creative Commons Attribution 4.0 Questo lavoro è concesso in licenza in base alla licenza internazionale Creative Commons CC BY 4.0.
Identificatore di licenza SPDX: CC-BY-4.0
Testo della licenza: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Vorremmo esprimere il nostro più profondo apprezzamento al progetto Hotmaps di Orizzonte 2020 ( convenzione di sovvenzione numero 723677), che ha fornito i finanziamenti per lo svolgimento della presente indagine.
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* machine translated> CM Eccessivo potenziale di trasporto del calore
Questo POTENZIALE TRASPORTO TERMICO CM - EXCESS aiuterà l'utente a identificare i potenziali di integrazione per il calore in eccesso nelle reti di teleriscaldamento. I potenziali si basano sul POTENZIALE RISCALDANTE CM - DISTRICT. Questo CM identifica le aree con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento. Il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO mostra la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore industriale in queste aree. Tuttavia, ciò non significa che in questa regione esiste già una rete di teleriscaldamento.
I seguenti dati e metodi sono combinati per l'attività precedente.
Dati:
Requisiti di riscaldamento per le aree vicine con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento, che vengono dissolte ogni ora (dal CM - POTENZIALE DI RISCALDAMENTO DISTRETTUALE).
Dati sulle quantità di calore in eccesso delle società industriali nell'area, anch'esse risolte ogni ora (dal database industriale del set di dati).
Ipotesi sui costi di scambiatori di calore, pompe e condutture nonché perdite di calore per condotte di teleriscaldamento.
Metodo (semplificato):
Lo scopo del metodo è quello di rappresentare il maggiore flusso di calore in eccesso possibile con non troppe e quindi tubazioni troppo lunghe per i possibili utenti del teleriscaldamento generando reti con flussi massimi. Tuttavia, le linee di trasporto particolarmente inefficienti (con bassi flussi di calore e quindi elevati costi specifici di trasporto del calore) non vengono prese in considerazione nella rete finale. La soglia per l'efficienza economica delle singole linee di trasporto può essere specificata dall'utente (cfr. Soglia della linea di trasmissione).
Lo sfondo di base dell'approccio è il seguente: se ci sono solo poche fonti di calore in eccesso, una singola tubazione per fonte potrebbe sempre essere presa in considerazione per trasportare il calore in un'area vicina con condizioni favorevoli per il teleriscaldamento. Tuttavia, se ci sono diverse fonti di calore in eccesso che devono fluire nella stessa area, sarebbe sensato raccogliere il calore e trasportarlo nell'area in una conduttura comune più grande. L'approccio con un tubo per sorgente tende a sovrastimare lo sforzo per i gasdotti.
Per contrastare quanto sopra, il problema della pianificazione della pipeline è stato approssimato ipotizzando un problema di flusso di rete. Un euristico viene utilizzato per risolvere il problema, in cui il calore in eccesso può essere raggruppato e trasportato ai possibili utenti. La progettazione metodica concreta della soluzione con l'approccio dell'albero ad arco minimo è descritta nella parte metodica corrispondente. La progettazione del gasdotto determinata nel contesto precedente non rappresenta quindi una pianificazione dettagliata o una vera guida del percorso, ma viene utilizzata solo per l'approssimazione dei costi per la distribuzione delle quantità di calore in eccesso nelle aree vicine con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento (vedere CM - POTENZIALE RISCALDANTE DISTRETTUALE, aree coerenti con parole chiave). Questa approssimazione dei costi si riferisce quindi all'intera rete.
I risultati dovrebbero quindi essere interpretati come segue: se le quantità di calore in eccesso registrate dovessero essere trasportate insieme nelle aree vicine indicate, i costi per la distribuzione del calore potrebbero essere nell'ordine di grandezza indicato dallo strumento (cfr. Costo livellato di fornitura di calore). Di norma, i valori per l'intera rete sono anche un buon indicatore di partenza per le singole condotte. Lo scopo dei risultati è quindi quello di fornire a uno sviluppatore o pianificatore di progetto un ordine di grandezza per possibili costi di distribuzione.
Zone di teleriscaldamento (per ora fornite direttamente dal potenziale di teleriscaldamento CM)
Database industriale (fornito per impostazione predefinita dalla casella degli strumenti)
Profili di carico per l'industria
Profili di carico per riscaldamento residenziale e acqua calda sanitaria
Min. richiesta di calore in ettari
Vedi DH Potenziale CM .
Min. richiesta di calore in una zona DH
Vedi DH Potenziale CM .
Raggio di ricerca in km
La lunghezza massima di una linea di trasmissione da un punto all'altro.
Durata delle attrezzature in anni
I costi livellati del calore sono in riferimento a questo periodo di tempo.
Tasso di sconto in%
Tasso di interesse per il credito richiesto per costruire la rete.
Fattore di costo
Fattore di adattamento dei costi di rete nel caso in cui i valori predefiniti non rappresentino accuratamente i costi. Gli investimenti necessari per la rete si moltiplicano per questo fattore. I costi predefiniti sono disponibili qui .
Costi operativi in%
Costi operativi della rete all'anno. In percentuale degli investimenti necessari per la rete.
Valore di soglia per linee di trasmissione in ct / kWh
Il massimo costo livellato del calore di ogni singola linea di trasmissione. Questo parametro può essere utilizzato per controllare il costo livellato del calore per l'intera rete. Un valore inferiore equivale a un costo livellato più basso del calore ma anche una riduzione del calore in eccesso utilizzato e viceversa.
Risoluzione temporale
Imposta l'intervallo tra i calcoli del flusso di rete per l'intero anno. Può essere uno di questi valori: (ora, giorno, settimana, mese, anno)
Risoluzione spaziale in km
Imposta la distanza del punto di ingresso in longitudine e direzione della latitudine nelle aree dh.
Linee di trasmissione
File di forma che mostra le linee di trasmissione suggerite con la loro temperatura, flusso di calore annuale e costo. I dettagli sono disponibili qui.
Calore in eccesso totale nell'area selezionata in GWh
Totale calore in eccesso disponibile per gli impianti industriali nell'area selezionata e nelle vicinanze.
Calore in eccesso collegato in GWh
Totale eccesso di calore disponibile per gli impianti industriali collegati a una rete.
Calore in eccesso utilizzato in GWh
Calore in eccesso effettivo utilizzato per dh.
Investimenti necessari per la rete in €
Investimenti necessari per costruire la rete.
Costi annuali della rete in € / anno
Costi causati dall'annualità e dai costi operativi della rete all'anno.
Costi livellati dell'approvvigionamento di calore in ct / kWh
costo del calore livellato dell'intera rete.
Potenziale DH e calore in eccesso
Grafico che mostra il potenziale DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. I dettagli sono disponibili qui .
Calore in eccesso utilizzato e investimenti necessari
Grafico che mostra il calore in eccesso consegnato annualmente agli investimenti necessari per la rete. I dettagli sono disponibili qui .
Calore in eccesso utilizzato e costo livellato
Grafico che mostra il calore in eccesso erogato annualmente a costi livellati per la rete e la soglia della linea di trasmissione corrispondente. I dettagli sono disponibili qui .
Carica curve
Grafico che mostra la domanda di calore mensile e l'eccesso. I dettagli sono disponibili qui .
Carica curve
Grafico che mostra la domanda e l'eccesso di calore giornalieri medi. I dettagli sono disponibili qui .
Esempio di una linea di trasmissione visualizzata nella casella degli strumenti Cliccando sulla linea di trasmissione verranno visualizzate ulteriori informazioni.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Ulteriori informazioni sulla domanda di calore annuale e sul potenziale DH sono disponibili qui . Il calore in eccesso, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso usato sono gli stessi dei loro uguali indicatori .
Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata L'asse x rappresenta il flusso annuale e l'asse y l'investimento necessario per l'intera rete. Si noti che l'asse x non è lineare e potrebbe creare confusione. Controlla sempre i valori reali! Il punto arancione rappresenta la rete alla soglia della linea di trasmissione attualmente impostata. Le deviazioni dall'indicatore degli investimenti necessari sono comuni poiché la grafica viene generata con una precisione inferiore a causa della complessità computazionale. L'andamento e l'andamento del grafico rappresentano il modo in cui la soglia della linea di trasmissione influisce sulla rete e può essere davvero utile. Soprattutto in combinazione con il prossimo grafico . Nel caso di piccole reti questo grafico potrebbe non visualizzare alcuna informazione utile poiché la rete non è abbastanza complessa per le variazioni.
Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata L'asse x rappresenta il flusso annuale e l'asse y sia i costi livellati del calore che la soglia della linea di trasmissione . I punti arancioni rappresentano la rete alla soglia della linea di trasmissione attualmente impostata. Poiché la curva della soglia della linea di trasmissione può ridimensionarsi molto più in alto rispetto ai costi livellati, potrebbe essere utile disabilitare la visualizzazione della curva della soglia della linea di trasmissione come mostrato nella figura seguente. Nel caso di piccole reti questo grafico potrebbe non visualizzare alcuna informazione utile poiché la rete non è abbastanza complessa per le variazioni.
A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Le deviazioni dai costi livellati dell'indicatore di calore sono comuni poiché il grafico viene generato con una precisione inferiore a causa della complessità computazionale. L'andamento e l'andamento del grafico rappresentano il modo in cui la soglia della linea di trasmissione influisce sulla rete e può essere davvero utile. Una volta scelto il costo livellato desiderato desiderato, la curva della soglia della linea di trasmissione può essere riattivata e la soglia della linea di trasmissione corrispondente per il costo livellato desiderato può essere letta passando sopra la curva a questo punto. Maggiori dettagli su come utilizzare la grafica sono disponibili qui.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. L'asse x rappresenta il tempo e la potenza dell'asse y. Le curve blu rappresentano il fabbisogno di calore delle aree DH e il rosso il calore in eccesso disponibile. L'intersezione di entrambe le curve rappresenta l'effettivo flusso totale di calore. Il grafico superiore mostra il flusso nel corso dell'anno e quello in basso il flusso del giorno medio. Si noti che la risoluzione temporale deve essere impostata almeno su "mese" per la parte superiore e "ora" affinché la grafica inferiore sia rappresentativa.
L'elemento chiave del modulo di riscaldamento in eccesso è il modello di dissipatore sorgente utilizzato. Costruisce una rete di trasmissione di lunghezza minima e calcola il flusso per ogni ora dell'anno in base ai profili di carico del riscaldamento residenziale con risoluzione Nuts2 e profili di carico del settore con risoluzione Nuts0. Sulla base dei flussi medi di picco durante tutto l'anno, è possibile calcolare i costi per ogni linea di trasmissione e scambiatore di calore sul lato sorgente e lato dissipatore.
In base all'ID Nuts0 e al settore industriale, a ogni sorgente viene assegnato un profilo di carico orario risolto ogni anno.
Sulla base del modulo di calcolo del potenziale di teleriscaldamento, vengono equidistanti i punti di ingresso nelle aree coerenti. A seconda dell'ID Nuts2 dei punti di ingresso viene assegnato un profilo di carico.
Entro un raggio prestabilito viene verificato quali sorgenti si trovano nel raggio reciproco, quali pozzi si trovano nel raggio reciproco e quali pozzi si trovano nel raggio d'azione delle sorgenti. Questo può essere rappresentato da un grafico con sorgenti e pozzi che formano i vertici e i vertici nel raggio di azione che sono collegati da un bordo.
Un albero di spanning minimo viene calcolato con la distanza dei bordi come pesi. Ciò si traduce in un grafico che mantiene la sua connettività pur avendo una lunghezza totale minima dei bordi. Si noti che i punti di ingresso di aree coerenti sono collegati internamente gratuitamente poiché formano la propria rete di distribuzione.
Il flusso massimo dalle fonti ai lavandini viene calcolato per ogni ora dell'anno.
Il flusso di picco dell'anno in media su 3 ore determina la capacità richiesta per le linee di trasmissione e gli scambiatori di calore. I costi delle linee di trasmissione dipendono dalla lunghezza e dalla capacità, mentre i costi degli scambiatori di calore sono influenzati solo dalla capacità. Sul lato sorgente si assume uno scambiatore di calore aria-liquido con pompa integrata per la linea di trasmissione e sul lato lavello si assume uno scambiatore di calore liquido-liquido.
Poiché sono noti il costo e il flusso di ogni linea di trasmissione, le linee con il rapporto costo / flusso più elevato possono essere rimosse e il flusso può essere ricalcolato fino al raggiungimento del costo per flusso desiderato.
Per il calcolo della distanza tra due punti viene utilizzata un'approssimazione di piccolo angolo della lunghezza del telaio. Sebbene vi sia anche un'implementazione accurata della distanza dell'ortografia, la maggiore precisione non ha alcun vantaggio reale a causa delle piccole distanze per lo più inferiori a 20 km e dell'incertezza della lunghezza della linea di trasmissione reale a causa di molti fattori come la topologia. Se due punti si trovano nel raggio del raggio, vengono memorizzati in un elenco di adiacenza. La creazione di tali elenchi di adiacenza viene eseguita tra fonti e fonti, pozzi e pozzi e fonti e pozzi. Il motivo della separazione sta nella flessibilità di aggiungere determinati requisiti di temperatura per fonti o lavandini.
Sulla base della libreria igraph, viene implementata una classe NetworkGraph con tutte le funzionalità necessarie per il modulo di calcolo. Mentre igraph è scarsamente documentato, offre prestazioni molto migliori rispetto ai moduli Python puri come NetworkX e un supporto di piattaforma più ampio oltre Linux a differenza dello strumento grafico. La classe NetworkGraph descrive solo una rete in superficie ma contiene 3 grafici diversi. Innanzitutto, il grafico che descrive la rete così come è definita dalle tre liste di adiacenza. In secondo luogo, il grafico della corrispondenza collega internamente i pozzi della stessa area coerente e l'ultimo il diagramma di flusso massimo utilizzato per il calcolo del flusso massimo.
Contiene solo le fonti e i pozzi reali come vertici.
Ogni sink ha bisogno di un ID di corrispondenza, che indica se è collegato internamente da una rete già esistente come in aree coerenti. I lavelli con lo stesso ID di corrispondenza sono collegati a un nuovo vertice con bordi con pesi zero. Questo è fondamentale per il calcolo di un albero di spanning minimo e il motivo per cui viene utilizzato il grafico della corrispondenza. Questa funzione è implementata anche per le fonti ma non utilizzata.
Poiché igraph non supporta più origini e pozzi nella sua funzione di flusso massimo è necessario un grafico ausiliario. Introduce una fonte infinita e un vertice di affondamento. Ogni fonte reale è connessa alla fonte infinita e ogni vero lavandino è collegato al lavandino infinito da un bordo. Si noti che se un sink è collegato a un vertice di corrispondenza, questo vertice verrà collegato anziché il sink stesso.
Sulla base del grafico della corrispondenza viene calcolato l'albero di spanning minimo. I bordi che collegano i lavandini coerenti hanno sempre il peso 0, quindi rimarranno sempre parte dell'albero di spanning minimo.
Il flusso attraverso i bordi che collegano rispettivamente le sorgenti o i pozzi reali alla sorgente o al sink infinito è limitato alla capacità reale di ogni sorgente o sink. Per ragioni numeriche le capacità sono normalizzate in modo tale che la capacità maggiore sia 1. Il flusso attraverso il sottoinsieme di spigoli contenuto nel grafico della corrispondenza è limitato a 1000 che dovrebbe, a tutti gli effetti, offrire un flusso illimitato. Quindi viene calcolato il flusso massimo dalla sorgente infinita al sink infinito e il flusso viene ridimensionato alla sua dimensione originale. Poiché i lavandini coerenti non sono direttamente collegati al vertice del lavandino infinito, ma dal vertice di corrispondenza il flusso attraverso di esso è limitato alla somma di tutti i lavandini coerenti.
L'implementazione della funzione di flusso massimo igraph utilizza l'algoritmo Push-relabel. Questo tipo di algoritmo non è sensibile ai costi e potrebbe non trovare sempre il modo più breve di instradare il flusso. Un algoritmo sensibile ai costi non è disponibile in igraph e le prestazioni sarebbero probabilmente basse per essere in grado di risolvere un flusso orario basato su tutto l'anno. Ma a causa della precedente riduzione a un minimo spanning tree, i casi in cui viene scelta una soluzione non ideale sono molto limitati e improbabili. L'algoritmo Push-relabel ha anche la tendenza a instradare il flusso attraverso il minor numero di spigoli. L'implementazione di igraph sembra essere deterministica nell'ordine di allocazione del flusso se i grafici sono almeno automorfismi, il che è importante per il calcolo del flusso su base oraria poiché qualsiasi oscillazione del flusso introdotta artificialmente tra i bordi è indesiderabile.
Le fonti di calore sono prese dal database industriale. Sulla base del calore in eccesso, dell'ID Nuts0 e del settore industriale, viene creato un profilo di carico che copre ogni ora dell'anno per ogni sito. È prevista l'aggiunta personalizzata di siti.
I dissipatori di calore si basano su aree coerenti con una richiesta di calore nota. Le aree coerenti formano una maschera per una griglia su cui vengono posizionati punti equidistanti come punti di ingresso. A seconda dell'ID Nuts2 selezionato, ai lavandini viene assegnato un profilo di riscaldamento residenziale. È prevista l'aggiunta personalizzata di punti di ingresso e lavandini.
I profili di carico menzionati consistono in 8760 punti che rappresentano il carico per ogni ora dei 365 giorni. Ulteriori informazioni sui profili di carico sono disponibili qui.
Poiché i sistemi di teleriscaldamento hanno una grande capacità di riscaldamento, un picco di flusso non significa che le linee di trasmissione debbano erogare istantaneamente quel breve picco di calore. Pertanto, le capacità richieste delle linee di trasmissione e degli scambiatori di calore sono determinate dal carico di picco medio. In particolare, la funzione di convoluzione intorpidita viene utilizzata per mediare il flusso nelle ultime tre ore contorcendo con una funzione costante. A seconda di questo valore viene scelta una linea di trasmissione dalla seguente tabella.
Costi specifici delle linee di trasmissione utilizzate
| Potenza in MW | Costi in € / m | Temperatura in ° 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 |
Vengono calcolati i costi dello scambiatore di calore sul lato sorgente che viene assunto come aria-liquido
C HSource (en-P) = picco P * 15.000 € / MW.
Si determinano i costi dello scambiatore di calore liquido-liquido sul lato lavandino
C HSink (en-P) = picco P * 265.000 € / MW se picco P <1 MW o
C HSink (en-P) = picco P * 100.000 € / MW altro.
Seguono i costi della pompa
Pompa C (en-P) = picco P * 240.000 € / MW se picco P <1 MW o
Pompa C (en-P) = picco P * 90.000 € / MW altro.
Con una soglia di costo per flusso per le linee di trasmissione, possono essere rimossi se superati per migliorare il rapporto flusso-costo. Dopo la rimozione dei bordi, è necessario ricalcolare il flusso poiché la continuità del flusso nel grafico non è più garantita. Il rapporto costo / flusso potrebbe ora aumentare anche per altri bordi, quindi questo processo viene ripetuto fino a quando la somma di tutti i flussi non cambia più.
Innanzitutto le fonti di calore e i lavandini vengono caricati con i loro profili di carico. Quindi viene eseguita la ricerca del raggio fisso e la rete viene inizializzata. Successivamente la rete viene ridotta al suo minimo spanning tree e il flusso massimo viene calcolato per ogni ora dell'anno. In base al flusso vengono calcolati i costi per ogni scambiatore di calore, pompa e linea di trasmissione. Se viene definito un rapporto costo / flusso soglia, viene eseguita la procedura di rimozione della linea di trasmissione. Alla fine vengono restituiti il costo totale e il flusso totale della rete e il layout della rete.
L'attuale CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO ha lo scopo di aiutare l'utente a identificare i potenziali di integrazione per il calore in eccesso nelle reti di teleriscaldamento. Sebbene vengano fornite numerose funzioni di analisi al fine di non limitare l'utente, è necessario sottolineare esplicitamente che non si tratta di una pianificazione tecnica dettagliata. I potenziali si basano sul POTENZIALE RISCALDANTE CM - DISTRICT. Questo CM identifica le aree con condizioni favorevoli per le reti di teleriscaldamento. Il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO mostra quindi la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore industriale in queste aree. Tuttavia, ciò non significa che in questa regione esiste già una rete di teleriscaldamento. Un uso orientato all'applicazione dello strumento per i professionisti potrebbe quindi apparire come segue:
Se necessario, aggiungere i propri dati sull'eccesso di calore fornendo alle aziende della regione l' impianto di addizionamento industriale cm.
Attiva "Calore in eccesso nei siti industriali"
Eseguire il CM - POTENZIALE TRASPORTO DI CALORE IN ECCESSO.
Il valore
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. mostra la quantità di calore che potrebbe essere coperta dall'eccesso di calore nell'area investigata.
Indicatori Investimenti necessari, costi annuali e costo del calore livellato mostra i costi specifici di produzione di calore per l'intera rete. Nota: i costi visualizzati sono stati stimati utilizzando un approccio semplificato. Questi costi non si applicano ai singoli gasdotti. Tuttavia, i costi visualizzati possono essere utilizzati come presupposto di partenza semplificato come costi di trasporto per l'integrazione del calore in eccesso in una rete di teleriscaldamento eventualmente vicina.
Da quanto sopra, è possibile utilizzare la seguente gerarchia di lavoro:
Controllare se esiste una rete di teleriscaldamento o è pianificata nella regione in esame.
I tubi visualizzati contengono flussi. Lì puoi vedere quanto calore in eccesso viene trasportato dalle rispettive fonti. Le società interessate potrebbero ora essere contattate. Probabilmente prima le aziende con le elevate quantità.
Linea di trasmissione e suo flusso Controllare DH Potential CM per adattare gli input in modo da creare un'area dh.
Controlla il livello "siti industriali" nella selezione utente.
Controlla l' avviso .
Aumenta il raggio di ricerca
Aumenta la soglia della linea di trasmissione
Controlla il paese e il sottosettore dei siti industriali caricati.
CM non ha accesso ai dati del profilo di riscaldamento residenziale da eseguire in quest'area.
Esempio eseguito in PL22 con parametri predefiniti. Si consiglia di attivare i siti di calore in eccesso nella scheda dei livelli.
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata In questo caso possiamo vedere che c'è molto più calore in eccesso disponibile rispetto a quello usato, ma dall'altra parte il flusso massimo possibile è quasi raggiunto, poiché il punto arancione è a 1530 GWh all'anno. In questo caso, aumentare il raggio di ricerca può aiutare a distribuire più calore in eccesso. Nell'esempio 2, faremo esattamente questo.
Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Poiché la risoluzione temporale predefinita è impostata su "settimana", in questo caso è costante. Esecuzione del campione in PL22 con raggio di ricerca massimo impostato su 40 km.
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. La rete è molto più grande rispetto alla prima esecuzione di esempio.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Viene utilizzato più calore in eccesso.
Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Possiamo vedere un minimo locale di costo livellato dell'approvvigionamento di calore a 4900 GWh all'anno. Passando il mouse sopra la linea verde possiamo determinare che ciò si ottiene con una soglia della linea di trasmissione di 0,11 ct / kWh. Nell'esempio di esecuzione 3 proveremo a trovare questa rete.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Poiché la risoluzione temporale predefinita è impostata su "settimana", in questo caso è costante. Esecuzione del campione in PL22 con raggio di ricerca massimo impostato su 40 km, soglia della linea di trasmissione impostata su 0,11 ct / kWh e risoluzione temporale impostata su "ora".
Esecuzione del campione in PL22. Le aree rosa rappresentano il teleriscaldamento. L'arancione circonda la fonte di calore e l'arancione allinea le linee di trasmissione della rete. La rete è più piccola rispetto alla seconda esecuzione ma mantiene gran parte del flusso.
Questo grafico confronta il potenziale di DH, il calore in eccesso totale, il calore in eccesso collegato e il calore in eccesso utilizzato. Questo grafico traccia i costi della rete rispetto al flusso annuale. Il punto arancione rappresenta la rete corrente con la soglia della linea di trasmissione impostata Questo grafico traccia i costi di riscaldamento livellati e la soglia della linea di trasmissione necessaria per un determinato flusso. I punti arancioni rappresentano il valore con la soglia della linea di trasmissione attualmente impostata A volte può essere utile nascondere la soglia della linea di trasmissione nel grafico per analizzare i costi livellati. Possiamo vedere che abbiamo appena raggiunto il minimo locale. La differenza nei grafici di approssimazione dei costi rispetto agli indicatori è causata da errori di approssimazione. Ma quegli errori sono per lo più sistematici e quindi non compensano il minimo ma ridimensionano la curva in modo diverso. L'indicatore di costo livellato ora mostra 0,84 ct / kWh invece di 1,09 ct / kWh nella seconda serie.
Questo grafico mostra il flusso totale attraverso la rete durante tutto l'anno. Il grafico inferiore rappresenta il giorno medio. Questa volta con la risoluzione temporale impostata su "ora" il giorno medio è rappresentato correttamente. Questa pagina è stata scritta da Ali Aydemir * e David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
Copyright © 2016-2018: Ali Aydemir, David Schilling
Licenza internazionale Creative Commons Attribution 4.0 Questo lavoro è concesso in licenza in base alla licenza internazionale Creative Commons CC BY 4.0.
Identificatore di licenza SPDX: CC-BY-4.0
Testo della licenza: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Vorremmo esprimere il nostro più profondo apprezzamento al progetto Hotmaps di Orizzonte 2020 ( convenzione di sovvenzione numero 723677), che ha fornito i finanziamenti per lo svolgimento della presente indagine.
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