not logged in | [Login]
Brug af overskydende varme til fjernvarme.
Det centrale element i overskudsvarmemodulet er den anvendte kildevaskmodel. Det konstruerer et transmissionsnetværk med mindstelængde og beregner strømmen for hver time af året baseret på boligopvarmningsprofiler med Nuts2-opløsning og industribelastningsprofiler med Nuts0-opløsning. Baseret på gennemsnitlige spidsstrømme gennem året kan omkostningerne for hver transmissionslinje og varmeveksler på kildesiden og synksiden beregnes.
Baseret på Nuts0 ID og industrisektoren tildeles en årelang opløst belastningsprofil til hver kilde.
Baseret på fjernvarmepotentialet beregnes modul oprette ens indgangspunkter i de sammenhængende områder. Afhængigt af Nuts2 ID for indgangspunkterne tildeles en belastningsprofil.
Inden for en indstillet radius kontrolleres det, hvilke kilder der er inden for rækkevidde af hinanden, hvilke dræn, der er inden for rækkevidde af hinanden, og hvilke dræn, der er inden for rækkevidde for kilder. Dette kan repræsenteres af en graf med kilder og dræn, der danner knudepunkter og toppunkt i området, der er forbundet med en kant.
Et minimumsspændende træ beregnes med afstanden af kanterne som vægt. Dette resulterer i, at en graf bevarer sin forbindelse, samtidig med at den har en samlet total længde af kanter. Bemærk, at indgangspunkter for sammenhængende områder er internt forbundet, da de danner deres eget distributionsnet.
Den maksimale strømning fra kilderne til dræn beregnes for hver time af året.
Årets topstrøm i gennemsnit over 3 timer bestemmer den krævede kapacitet for transmissionslinier og varmevekslere. Omkostningerne ved transmissionslinjerne afhænger af længden og kapaciteten, mens omkostningerne ved varmevekslerne kun påvirkes af kapaciteten. På kildesiden antages en luft til væske varmeveksler med integreret pumpe til transmissionsledningen og på synksiden antages en væske til væske varmeveksler.
Da omkostningerne og strømningen af hver transmissionslinie er kendt, kan linierne med det højeste forhold mellem omkostninger og strømning fjernes, og strømmen beregnes igen, indtil en ønsket omkostning pr. Strøm er opnået.
Til beregning af afstanden mellem to punkter bruges en lille vinkel tilnærmelse af loxodrome længde. Selvom der også er en nøjagtig implementering af ortodromafstanden, har den øgede nøjagtighed ingen reel fordel på grund af de små afstande, der for det meste er mindre end 20 km, og usikkerheden omkring den virkelige transmissionslinjelængde på grund af mange faktorer som topologi. Hvis to punkter er inden for radiusområdet, gemmes det i en adjacency-liste. Oprettelsen af sådanne sammenhængende lister udføres mellem kilder og kilder, dræn og dræn og kilder og dræn. Årsagen til adskillelsen ligger i fleksibiliteten til at tilføje visse temperaturkrav til kilder eller dræn.
Baseret på igraph-biblioteket implementeres en NetworkGraph-klasse med al den nødvendige funktionalitet til beregningsmodulet. Mens igraph er dårligt dokumenteret, tilbyder det meget bedre ydelse end rene pythonmoduler som NetworkX og en bredere platformstøtte ud over Linux i modsætning til grafværktøj. NetworkGraph-klassen beskriver kun et netværk på overfladen, men indeholder 3 forskellige grafer. For det første grafen, der beskriver netværket, som det er defineret af de tre sammenhængende lister. For det andet korrespondance graf graf internt forbinder dræn i det samme sammenhængende område og sidst den maksimale flow graf brugt til den maksimale flow beregning.
Indeholder kun de virkelige kilder og dræn som vertikater.
Hver vask har et korrespondance-id, som angiver, om det er internt forbundet med et allerede eksisterende netværk som i sammenhængende områder. Sænke med samme korrespondance-id er forbundet til et nyt toppunkt med kanter med nulvægt. Dette er afgørende for beregningen af et minimumsspændende træ, og grunden til, at korrespondancegrafen bruges til det. Denne funktion implementeres også til kilder, men ikke brugt.
Da igraph ikke understøtter flere kilder og synker i sin maksimale strømningsfunktion er der behov for en hjælpegraf. Det introducerer en uendelig kilde og synkekode. Hver ægte kilde er forbundet til den uendelige kilde, og enhver ægte vask er forbundet med den uendelige vask ved en kant. Bemærk, at hvis en håndvask er forbundet til en korrespondance-toppunkt, vil dette toppunkt være tilsluttet snarere end vasken.
Baseret på korrespondance graf er det mindst spændende træ beregnet. Kanterne, der forbinder de sammenhængende dræn, har altid vægten 0, så de vil altid forblive en del af det mindste spændende træ.
Strømmen gennem kanterne, der forbinder de reelle kilder eller dræn til henholdsvis den uendelige kilde eller synke, er begrænset til den virkelige kapacitet af hver kilde eller synke. Af numeriske grunde er kapaciteterne normaliseret, så den største kapacitet er 1. Strømningen gennem delmængden af kanter indeholdt i korrespondance graf er begrænset til 1000, hvilket til alle intense og formål skal tilbyde ubegrænset strømning. Derefter beregnes den maksimale strømning fra den uendelige kilde til den uendelige vask, og strømmen omklassificeres til dens oprindelige størrelse. Da kohærente dræn ikke er direkte forbundet med det uendelige synkehvirvel, men ved korrespondancehøjde er strømmen gennem det begrænset til summen af alle sammenhængende dræn.
Implementeringen af igraphs maksimale flowfunktion bruger Push-relabel-algoritmen. Denne type algoritme er ikke omkostningsfølsom og finder muligvis ikke altid den korteste måde at dirigere flowet på. En omkostningsfølsom algoritme er ikke tilgængelig i igraph, og ydeevnen vil sandsynligvis være lav til at være i stand til at løse en timebaseret strøm gennem året. Men på grund af den forudgående reduktion til et minimumsspændende træ er de tilfælde, hvor en ikke-ideel løsning er valgt, meget begrænsede og usandsynlige. Push-relabel-algoritmen har også en tendens til at dirigere strømmen gennem den mindste mængde kanter. Igraph-implementeringen ser ud til at være deterministisk i rækkefølgen af tildeling af strømmen, hvis graferne i det mindste er automorfismer, hvilket er vigtigt for den timebaserede strømningsberegning, da enhver kunstigt indført strømningsoscillation mellem kanter er uønsket.
Varmekilderne er hentet fra den industrielle database. Baseret på deres overskydende varme, Nuts0 ID og industriel sektor oprettes en belastningsprofil, der dækker hver time af året for hvert sted. Den tilpassede tilføjelse af websteder er planlagt.
Kølerne er baseret på sammenhængende områder med et kendt varmebehov. De sammenhængende områder danner en maske til et gitter, på hvilket ensidistente punkter er placeret som indgangspunkter. Afhængigt af det valgte Nuts2 ID tildeles en boligvarmeprofil til drænene. Den tilpassede tilføjelse af indgangspunkter og dræn er planlagt.
De nævnte belastningsprofiler består af 8760 punkter, der repræsenterer belastningen for hver time i de 365 dage. Yderligere information om belastningsprofiler kan findes her.
Da fjernvarmeanlæg har en stor varmekapacitet, betyder en maksimal strømning ikke, at transmissionsledningerne skal levere den korte varmeeffekt øjeblikkeligt. Derfor bestemmes de krævede kapaciteter af transmissionslinier og varmevekslere af den gennemsnitlige spidsbelastning. Specifikt bruges den numpy konvolutionsfunktion til at gennemsnit strømmen i løbet af de sidste tre timer ved at sno sig sammen med en konstant funktion. Afhængig af denne værdi vælges en transmissionslinie fra følgende tabel.
Specifikke omkostninger ved anvendte transmissionslinjer
| Effekt i MW | Omkostninger i € / m | Temperatur i ° 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 |
Omkostningerne ved varmeveksleren på kildesiden, der antages som luft til væske, beregnes med
C HSource (P) = P- peak * 15.000 € / MW.
Omkostningerne ved væske til væskevarmeveksler på synksiden bestemmes med
C HSink (P) = P peak * 265.000 € / MW, hvis P peak <1MW eller
C HSink (P) = P- peak * 100.000 € / MW ellers.
Omkostningerne ved pumpen følger
C Pump (P) = P peak * 240.000 € / MW hvis P peak <1MW eller
C Pump (P) = P peak * 90.000 € / MW ellers.
Med en omkostningsstrømningstærskel for transmissionslinjer kan de fjernes, hvis de overskrides for at forbedre forholdet mellem flow og omkostninger. Efter fjernelse af kanter skal strømmen genberegnes, da kontinuiteten i strømningen i grafen ikke er garanteret længere. Forholdet mellem omkostninger og strømning kan muligvis også stige for andre kanter nu, så denne proces gentages, indtil summen af alle strømme ikke ændrer sig mere.
Først indlæses varmekilder og dræn med deres belastningsprofiler. Derefter udføres den faste radius-søgning, og netværket initialiseres. Derefter reduceres netværket til dets minimale spændende træ, og den maksimale strøm beregnes for hver time af året. Baseret på strømmen beregnes omkostningerne for hver varmeveksler, pumpe og transmissionsledning. Hvis der er defineret et tærskel-omkostnings- til strømningsforhold, udføres fjernelse af transmissionslinieproceduren. I sidste ende returneres de samlede omkostninger og den samlede strøm af netværket og netværkets layout.
Prøvekørsel i Aalborg.
Prøvekørsel i Aalborg. De blå aeraser repræsenterer fjernvarmen. Den orange peger varmekilden og den gule peger indgangspunkterne til fjernvarmenettet. De samlede omkostninger er 13,7 M €, og den samlede årlige strømning er 185 GWh, hvilket resulterer i 0,74 ct / kWh i en investeringsperiode på 10 år.
Denne side er skrevet af Ali Aydemir * og David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
Copyright © 2016-2018: Ali Aydemir, David Schilling
Creative Commons Attribution 4.0 International licens Dette værk er licenseret under en Creative Commons CC BY 4.0 International licens.
SPDX-licens-id: CC-BY-4.0
Licens-tekst: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Vi vil gerne overbringe vores dybeste påskønnelse til Horizon 2020 Hotmaps-projektet (tilskudsaftale nummer 723677), som gav finansieringen til at gennemføre den nuværende undersøgelse.
This page was automatically translated. View in another language:
English (original) Bulgarian* Croatian* Czech* Dutch* Estonian* Finnish* French* German* Greek* Hungarian* Irish* Italian* Latvian* Lithuanian* Maltese* Polish* Portuguese (Portugal, Brazil)* Romanian* Slovak* Slovenian* Spanish* Swedish*
*: machine translated