not logged in | [Login]
Het gebruik van overtollige warmte voor stadsverwarming.
Het belangrijkste element van de overtollige warmtemodule is het gebruikte bronafvoermodel. Het bouwt een transmissienetwerk met een minimale lengte en berekent de stroom voor elk uur van het jaar op basis van verwarmingsprofielen voor residentiële verwarming met Nuts2-resolutie en industriële belastingsprofielen met Nuts0-resolutie. Op basis van de gemiddelde piekstromen gedurende het jaar kunnen de kosten voor elke transmissielijn en warmtewisselaar aan de bron- en spoelzijde worden berekend.
Op basis van de Nuts0-ID en de industriële sector wordt een jaarlang vastgesteld belastingprofiel toegewezen aan elke bron.
Op basis van de berekeningsmodule voor stadsverwarmingspotentiaal worden op gelijke afstanden toegangspunten gecreëerd in de coherente gebieden. Afhankelijk van de Nuts2 ID van de invoerpunten wordt een laadprofiel toegewezen.
Binnen een ingestelde straal wordt gecontroleerd welke bronnen binnen elkaars bereik liggen, welke spoelbakken binnen elkaars bereik liggen en welke spoelbakken binnen bereik van bronnen zijn. Dit kan worden weergegeven door een grafiek met bronnen en putten die de hoekpunten vormen en de hoekpunten binnen bereik worden verbonden door een rand.
Een minimale overspannende boom wordt berekend met de afstand van de randen als gewichten. Dit resulteert in een grafiek die zijn connectiviteit behoudt terwijl hij een minimale totale lengte van randen heeft. Merk op dat de toegangspunten van coherente gebieden intern gratis zijn verbonden, omdat ze hun eigen distributienetwerk vormen.
De maximale stroom van de bronnen naar de gootstenen wordt berekend voor elk uur van het jaar.
De piekstroom van het jaar gemiddeld over 3 uur bepaalt de vereiste capaciteit voor de transmissielijnen en warmtewisselaars. De kosten van de transmissielijnen zijn afhankelijk van de lengte en capaciteit, terwijl de kosten van de warmtewisselaars alleen worden beïnvloed door de capaciteit. Aan de bronzijde wordt een lucht-vloeistof-warmtewisselaar met geïntegreerde pomp voor de transmissieleiding en aan de spoelzijde een vloeistof-vloeistof-warmtewisselaar verondersteld.
Aangezien de kosten en stroom van elke transmissielijn bekend zijn, kunnen de lijnen met de hoogste kosten / stroomverhouding worden verwijderd en de stroom opnieuw worden berekend totdat de gewenste kosten per stroom worden bereikt.
Voor de berekening van de afstand tussen twee punten wordt een kleine hoekbenadering van de lengte van het loxodroom gebruikt. Hoewel er ook een nauwkeurige implementatie van de orthodrome afstand is, heeft de verhoogde nauwkeurigheid geen echt voordeel vanwege de kleine afstanden meestal minder dan 20 km en de onzekerheid van de echte transmissielijnlengte vanwege vele factoren zoals topologie. Als twee punten zich binnen het bereik van de straal bevinden, wordt dit opgeslagen in een lijst met aangrenzende objecten. Het maken van dergelijke aangrenzende lijsten wordt uitgevoerd tussen bronnen en bronnen, putten en putten, en bronnen en putten. De reden voor de scheiding ligt in de flexibiliteit om bepaalde temperatuurvereisten voor bronnen of gootstenen toe te voegen.
Op basis van de igraph-bibliotheek is een NetworkGraph-klasse geïmplementeerd met alle functionaliteit die nodig is voor de berekeningsmodule. Hoewel igraph slecht is gedocumenteerd, biedt het veel betere prestaties dan pure python-modules zoals NetworkX en een bredere platformondersteuning dan Linux in tegenstelling tot graph-tool. De klasse NetworkGraph beschrijft slechts één netwerk op het oppervlak, maar bevat 3 verschillende grafieken. Ten eerste wordt de grafiek die het netwerk beschrijft zoals het wordt gedefinieerd door de drie aangrenzende lijsten. Ten tweede verbindt de correspondentiegrafiek intern putten van hetzelfde coherente gebied en als laatste de maximale stroomgrafiek die wordt gebruikt voor de maximale stroomberekening.
Bevat alleen de echte bronnen en putten als hoekpunten.
Elke gootsteen heeft een correspondentie-ID nodig, die aangeeft of deze intern is verbonden door een reeds bestaand netwerk, zoals in samenhangende gebieden. Gootstenen met dezelfde correspondentie-ID zijn verbonden met een nieuw hoekpunt met randen met nulgewichten. Dit is cruciaal voor de berekening van een minimale overspanningboom en de reden waarom de correspondentiegrafiek daarvoor wordt gebruikt. Deze functie is ook geïmplementeerd voor bronnen, maar wordt niet gebruikt.
Omdat igraph geen ondersteuning biedt voor meerdere bronnen en putten in de maximale stroomfunctie, is een hulpgrafiek nodig. Het introduceert een oneindige source en sink vertex. Elke echte bron is verbonden met de oneindige bron en elke echte wastafel is verbonden met de oneindige wastafel door een rand. Merk op dat als een gootsteen is verbonden met een correspondentiepunt dit hoekpunt zal worden verbonden in plaats van de gootsteen zelf.
Op basis van de correspondentiegrafiek wordt de minimale overspanningboom berekend. De randen die de coherente spoelbakken verbinden, hebben altijd het gewicht 0, zodat ze altijd deel blijven uitmaken van de minimale overspannen boom.
De stroom door de randen die de reële bronnen of putten verbindt met respectievelijk de oneindige bron of put, is begrensd tot de werkelijke capaciteit van elke bron of put. Om numerieke redenen zijn de capaciteiten genormaliseerd zodat de grootste capaciteit 1 is. De stroom door de subset van randen in de correspondentiegrafiek is beperkt tot 1000, wat voor alle intense en doeleinden onbeperkte stroom zou moeten bieden. Vervolgens wordt de maximale stroom van de oneindige bron naar de oneindige gootsteen berekend en de stroom opnieuw geschaald naar zijn oorspronkelijke grootte. Aangezien coherente putten niet rechtstreeks verbonden zijn met het oneindige putpunt, maar door de correspondentiehoek is de stroom erdoor beperkt tot de som van alle coherente putten.
De implementatie van de igraph maximum flow-functie maakt gebruik van het Push-relabel-algoritme. Dit type algoritme is niet kostengevoelig en vindt mogelijk niet altijd de kortste manier om de stroom te routeren. Een kostengevoelig algoritme is niet beschikbaar in igraph en de prestaties zullen waarschijnlijk laag zijn om het hele jaar door een flow op uurbasis te kunnen oplossen. Maar vanwege de eerdere reductie tot een minimale overspannen boom zijn de gevallen waarin een niet-ideale oplossing wordt gekozen zeer beperkt en onwaarschijnlijk. Het Push-relabel-algoritme heeft ook de neiging om de stroom door de minste hoeveelheid randen te leiden. De igraph-implementatie lijkt deterministisch te zijn in de volgorde van toewijzing van de stroom als de grafieken op zijn minst automorfismen zijn, wat belangrijk is voor de op uurbasis gebaseerde stroomberekening omdat elke kunstmatig geïntroduceerde stroomoscillatie tussen randen ongewenst is.
De warmtebronnen zijn afkomstig uit de industriële database. Op basis van hun overtollige warmte, Nuts0 ID en industriële sector wordt voor elke site een belastingsprofiel gemaakt dat elk uur van het jaar bestrijkt. De aangepaste toevoeging van sites is gepland.
De koellichamen zijn gebaseerd op coherente gebieden met een bekende warmtevraag. De coherente gebieden vormen een masker voor een rooster waarop op gelijke afstanden geplaatste punten als ingangspunten worden geplaatst. Afhankelijk van de geselecteerde Nuts2 ID wordt een woningverwarmingsprofiel toegewezen aan de spoelbakken. De aangepaste toevoeging van toegangspunten en putten is gepland.
De genoemde belastingprofielen bestaan uit 8760 punten die de belasting voor elk uur van de 365 dagen vertegenwoordigen. Meer informatie over de laadprofielen vindt u hier.
Omdat stadsverwarmingssystemen een grote warmtecapaciteit hebben, betekent een piek in stroom niet dat de transmissielijnen die korte piek van warmte onmiddellijk moeten leveren. Daarom worden de vereiste capaciteiten van de transmissielijnen en warmtewisselaars bepaald door de gemiddelde piekbelasting. In het bijzonder wordt de numpy convolutiefunctie gebruikt om de stroming over de laatste drie uur te middelen door convolutie met een constante functie. Afhankelijk van deze waarde wordt een transmissielijn uit de volgende tabel gekozen.
Specifieke kosten van gebruikte transmissielijnen
| Vermogen in MW | Kosten in € / m | Temperatuur 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 |
De kosten van de warmtewisselaar aan de bronzijde waarvan wordt aangenomen dat lucht naar vloeistof wordt berekend
C HSource (P) = P- piek * 15.000 € / MW.
De kosten van de vloeistof-vloeistof-warmtewisselaar aan de spoelzijde worden bepaald met
C HSink (P) = P- piek * 265.000 € / MW als P- piek <1 MW of
C HSink (P) = P- piek * 100.000 € / MW anders.
De kosten van de pomp volgen
C Pomp (P) = P piek * 240.000 € / MW als P piek <1 MW of
C Pomp (P) = P piek * 90.000 € / MW anders.
Met een drempelwaarde voor kosten voor doorstroming voor transmissielijnen kunnen ze worden verwijderd als deze wordt overschreden om de verhouding stroom / kosten te verbeteren. Na het verwijderen van randen moet de stroom opnieuw worden berekend, omdat de continuïteit van de stroom in de grafiek niet meer kan worden gegarandeerd. De kosten-stroomverhouding kan nu ook voor andere randen toenemen, dus dit proces wordt herhaald totdat de som van alle stromen niet meer verandert.
Eerst worden de warmtebronnen en gootstenen met hun belastingsprofielen geladen. Vervolgens wordt het zoeken met een vaste straal uitgevoerd en wordt het netwerk geïnitialiseerd. Daarna wordt het netwerk teruggebracht tot de minimale overspanning en wordt de maximale stroom berekend voor elk uur van het jaar. Op basis van het debiet worden de kosten voor elke warmtewisselaar, pomp en transmissielijn berekend. Als een drempelwaarde voor kosten-stroomverhouding is gedefinieerd, wordt de procedure voor het verwijderen van de transmissielijn uitgevoerd. Uiteindelijk worden de totale kosten en totale stroom van het netwerk en de lay-out van het netwerk geretourneerd.
Voorbeeldrun in Aalborg.
Voorbeeldrun in Aalborg. De blauwe aeras vertegenwoordigen de stadsverwarming. Het oranje wijst de warmtebron aan en het gele wijst de toegangspunten naar het stadsverwarmingsnetwerk. De totale kosten bedragen 13,7 M € en de totale jaarlijkse stroom is 185 GWh, wat resulteert in 0,74 ct / kWh voor een investeringsperiode van 10 jaar.
Deze pagina is geschreven door Ali Aydemir * en David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
Copyright © 2016-2018: Ali Aydemir, David Schilling
Creative Commons Attribution 4.0 International License Dit werk is in licentie gegeven onder een Creative Commons CC BY 4.0 International License.
SPDX-licentie-ID: CC-BY-4.0
Licentietekst: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
We willen onze diepe waardering overbrengen aan het Horizon 2020 Hotmaps-project (subsidieovereenkomst nummer 723677), dat de financiering heeft verstrekt voor het uitvoeren van dit onderzoek.
This page was automatically translated. View in another language:
English (original) Bulgarian* Croatian* Czech* Danish* Estonian* Finnish* French* German* Greek* Hungarian* Irish* Italian* Latvian* Lithuanian* Maltese* Polish* Portuguese (Portugal, Brazil)* Romanian* Slovak* Slovenian* Spanish* Swedish*
*: machine translated