not logged in | [Login]
Tento modul počíta prietok a náklady na prenos tepla z potenciálnych prebytočných zdrojov tepla umiestnených mimo potenciálnych oblastí diaľkového vykurovania do oblasti diaľkového vykurovania. Vstupmi sú hodinové profily zaťaženia prietoku prebytočného tepla a potreby diaľkového vykurovania, umiestnenie zdroja prebytočného tepla a potenciálny systém diaľkového vykurovania, investičné náklady do výmenníkov tepla a prenosových vedení a prahové hodnoty pre vzdialenosť a náklady na prepravu.
Výpočtový modul „Potenciál prepravy nadmerného tepla“ pomôže používateľovi identifikovať integračné potenciály prebytočného tepla v sieťach diaľkového vykurovania. Potenciály sú založené na CM - potenciáli diaľkového vykurovania . Tento CM identifikuje oblasti s priaznivými podmienkami pre siete diaľkového vykurovania a ukazuje, koľko tepla by mohlo byť potenciálne pokryté prebytočným priemyselným teplom v týchto oblastiach. To však neznamená, že v tomto regióne už existuje sieť diaľkového vykurovania.
Nasledujúce údaje a metódy sú spojené s predchádzajúcou úlohou.
Údaje:
Potreby na vykurovanie blízkych oblastí s priaznivými podmienkami pre siete diaľkového vykurovania, ktoré sa rozpúšťajú každú hodinu (z CM - Potenciál diaľkového vykurovania).
Údaje o nadbytočných množstvách tepla priemyselných spoločností v oblasti, ktoré sa tiež riešia každú hodinu (z priemyselnej databázy súborov údajov).
Predpoklady nákladov na výmenníky tepla, čerpadlá a potrubia, ako aj tepelné straty pre potrubia diaľkového vykurovania.
Metóda (zjednodušená):
Cieľom metódy je predstaviť čo najväčší možný prebytok tepelného toku s nie príliš veľkým, a teda príliš dlhým potrubím pre možných používateľov diaľkového vykurovania prostredníctvom generovania sietí s maximálnymi prietokmi. Obzvlášť neefektívne dopravné vedenia (s nízkymi tepelnými tokmi a teda vysokými špecifickými nákladmi na dopravu tepla) sa však v konečnej sieti neuvažujú. Prah ekonomickej efektívnosti jednotlivých dopravných liniek môže určiť užívateľ (porovnaj Prah prenosových liniek).
Základné pozadie prístupu je nasledovné: ak existuje iba niekoľko zdrojov prebytočného tepla, na prepravu tepla do blízkej oblasti s priaznivými podmienkami pre diaľkové vykurovanie by sa vždy mohlo brať do úvahy jedno potrubie na každý zdroj. Ak však má do tej istej oblasti prúdiť viac prebytočných zdrojov tepla, malo by zmysel zhromažďovať teplo a prepravovať ho do oblasti väčším spoločným potrubím. Prístup s jedným potrubím na zdroj má tendenciu nadhodnocovať úsilie o potrubie.
Aby sa tomu zabránilo, problém plánovania plynovodu sa aproximoval predpokladom problému toku siete. Na vyriešenie problému sa používa heuristická metóda, pri ktorej sa môže prebytočné teplo zhromažďovať a prenášať k možným používateľom. Konkrétny metodický návrh riešenia s prístupom stromu minimálneho rozpätia je popísaný v príslušnej metodickej časti. Návrh potrubia určený v predchádzajúcom kontexte preto nepredstavuje podrobné plánovanie ani skutočné vedenie trasy, ale slúži iba na aproximáciu nákladov na distribúciu prebytočného množstva tepla v blízkych oblastiach s priaznivými podmienkami pre siete diaľkového vykurovania. (pozri CM - Potenciál diaľkového vykurovania , súvislé oblasti kľúčového slova). Táto aproximácia nákladov sa tak týka celej siete.
Výsledky by sa potom mali najskôr interpretovať takto: ak by sa zaznamenané prebytočné množstvá tepla mali prepraviť spoločne do označených blízkych oblastí, potom by náklady na distribúciu tepla mohli byť rádovo podľa indikácie nástroja (porovnaj Vyrovnané náklady dodávky tepla). Hodnoty pre celú sieť sú spravidla tiež dobrým východiskovým indikátorom pre jednotlivé plynovody. Účelom výsledkov je preto poskytnúť vývojárovi alebo plánovačovi projektu rádovo možné distribučné náklady.
Plochy diaľkového vykurovania (zatiaľ priamo poskytované potenciálom diaľkového vykurovania CM)
Priemyselná databáza (predvolene poskytuje sada nástrojov)
Profily zaťaženia pre priemysel
Profily zaťaženia pre bytové vykurovanie a teplú vodu pre domácnosť
Min. potreba tepla na hektár
Min. potreba tepla v oblasti CZT
Životnosť zariadenia v rokoch
Zrovnané náklady na teplo sa vzťahujú na toto časové obdobie.
Diskontná sadzba v%
Úroková sadzba úveru požadovaného na vybudovanie siete.
Faktor nákladov
Faktor na prispôsobenie sieťových nákladov v prípade, že predvolené hodnoty presne nereprezentujú náklady. Týmto faktorom sa znásobujú investície potrebné do siete. Štandardné náklady nájdete v sekcii Výpočet nákladov .
Prevádzkové náklady v%
Prevádzkové náklady na sieť za rok. V percentách investícií potrebných pre sieť.
Prahová hodnota pre prenosové vedenia v ct / kWh
Maximálne vyrovnané náklady na teplo pre každé jednotlivé prenosové vedenie. Tento parameter možno použiť na riadenie vyrovnaných nákladov na teplo pre celú sieť. Nižšia hodnota sa rovná nižším vyrovnaným nákladom na teplo, ale tiež zníženiu použitého prebytočného tepla a naopak.
Časové rozlíšenie
Nastavuje interval medzi výpočtami toku siete po celý rok. Môže to byť jedna z týchto hodnôt: (hodina, deň, týždeň, mesiac, rok)
Prenosové vedenia
Tvarový súbor zobrazujúci navrhované prenosové vedenia s ich teplotou, ročným tepelným tokom a nákladmi. Podrobnosti nájdete tu.
Celkové prebytočné teplo vo vybranej oblasti v GWh
Celkové dostupné prebytočné teplo priemyselných zariadení vo vybranej oblasti a blízkosti.
Prebytočné teplo je pripojené v GWh
Celkové prebytočné teplo dostupné v priemyselných zariadeniach pripojených k sieti.
Prebytočné teplo použité v GWh
Skutočné prebytočné teplo použité na CZT.
Investície potrebné pre sieť v €
Na vybudovanie siete sú potrebné investície.
Ročné náklady na sieť v € / rok
Náklady spôsobené anuitou a prevádzkovými nákladmi siete ročne.
Zrovnané náklady na dodávku tepla v ct / kWh
vyrovnané náklady na teplo celej siete.
Potenciál DH a prebytočné teplo
Grafika znázorňujúca potenciál DH, celkové prebytočné teplo, pripojené prebytočné teplo a použité prebytočné teplo. Podrobnosti nájdete tu .
Využité prebytočné teplo a potrebné investície
Obrázok znázorňujúci ročné dodané prebytočné teplo do investícií potrebných pre sieť. Podrobnosti nájdete tu .
Zaťažovacie krivky
Obrázok znázorňujúci mesačnú potrebu a prebytok tepla. Podrobnosti nájdete tu .
Zaťažovacie krivky
Graf znázorňujúci priemernú dennú potrebu a prebytok tepla. Podrobnosti nájdete tu .
Kliknutím na prenosovú linku sa zobrazia ďalšie informácie.
Táto grafika porovnáva potenciál CZT, celkové prebytočné teplo, pripojené prebytočné teplo a použité prebytočné teplo.
Viac informácií o ročnej potrebe tepla a potenciáli CZT nájdete tu . Prebytočné teplo spojené s prebytočným teplom a použité prebytočné teplo sú rovnaké ako ich rovnomerne pomenované indikátory v časti Vstup a výstup .
Táto grafika zobrazuje celkový tok sieťou počas celého roka. Dolná grafika predstavuje priemerný deň.
Os x predstavuje čas a výkon osi y. Modré krivky znázorňujú potrebu tepla v oblastiach CZT a červené dostupné prebytočné teplo. Priesečník oboch kriviek predstavuje skutočný celkový tok tepla. Horná grafika zobrazuje tok za rok a dolná tok priemerného dňa. Upozorňujeme, že časové rozlíšenie je potrebné nastaviť minimálne na „mesiac“ pre hornú časť a „hodinu“ pre dolnú grafiku, aby to bolo reprezentatívne.
Kľúčovým prvkom modulu prebytočného tepla je použitý model zdroj-drez. Vybuduje prenosovú sieť s minimálnou dĺžkou a vypočítava prietok pre každú hodinu v roku na základe profilov zaťaženia obytného vykurovania s rozlíšením NUTS 2 a profilov zaťaženia v priemysle s rozlíšením NUTS 0. Na základe priemerných špičkových prietokov počas celého roka je možné vypočítať náklady na každé prenosové vedenie a výmenník tepla na strane zdroja a odtoku.
Na základe ID NUTS 0 a priemyselného sektora je každému zdroju priradený celoročný hodinový profil zaťaženia.
Na základe modulu výpočtu potenciálu diaľkového vykurovania sa v koherentných oblastiach vytvárajú ekvidištančné vstupné body. V závislosti od ID NUTS 2 vstupných bodov je priradený záťažový profil.
V rámci prednastaveného polomeru sa kontroluje, ktoré zdroje sú v vzájomnom dosahu, ktoré výlevky sú v vzájomnom dosahu a ktoré výlevky sú v dosahu zdrojov. Môže to byť znázornené grafom so zdrojmi a umývadlami tvoriacimi vrcholy a vrcholy v rozsahu spojené hranou.
Minimálny rozpätie stromu sa počíta so vzdialenosťou hrán ako váhy. To vedie k tomu, že si graf zachová svoju pripojiteľnosť a má minimálnu celkovú dĺžku okrajov. Upozorňujeme, že vstupné body koherentných oblastí sú interne spojené zadarmo, pretože tvoria vlastnú distribučnú sieť.
Maximálny prietok zo zdrojov do výleviek sa počíta pre každú hodinu v roku.
Vrcholový prietok v roku v priemere za 3 hodiny určuje požadovanú kapacitu prenosových vedení a výmenníkov tepla. Náklady na prenosové vedenia závisia od dĺžky a kapacity, zatiaľ čo náklady na výmenníky tepla ovplyvňuje iba kapacita. Na strane zdroja sa predpokladá výmenník tepla vzduch-kvapalina s integrovaným čerpadlom pre prenosové vedenie a na strane drezu výmenník tepla kvapalina-kvapalina.
Pretože sú známe náklady a tok každého prenosového vedenia, je možné odstrániť vedenia s najvyšším pomerom nákladov a prietokov a tok prepočítať, kým sa nedosiahne požadovaná cena za tok.
Na výpočet vzdialenosti medzi dvoma bodmi sa používa malá uhlová aproximácia dĺžky loxodrómu. Aj keď existuje aj presná implementácia ortodrómovej vzdialenosti, zvýšená presnosť nemá žiadny skutočný prínos z dôvodu malých vzdialeností väčšinou menších ako 20 km a neistoty skutočnej dĺžky prenosovej linky z dôvodu mnohých faktorov, ako je topológia. Ak sú dva body v rozsahu polomeru, uloží sa do zoznamu susedstiev. Vytváranie takýchto zoznamov susedných vzťahov sa vykonáva medzi zdrojmi a zdrojmi, umývadlami a umývadlami a zdrojmi a umývadlami. Dôvod oddelenia spočíva v flexibilite pridať určité požiadavky na teplotu pre zdroje alebo prepady.
Na základe knižnice igraph je implementovaná trieda NetworkGraph so všetkými funkciami potrebnými pre výpočtový modul. Aj keď je igraph nedostatočne zdokumentovaný, ponúka oveľa lepší výkon ako čisté pythonové moduly ako NetworkX a širšia podpora platforiem mimo Linux, na rozdiel od grafického nástroja. Trieda NetworkGraph popisuje iba jednu sieť na povrchu, ale obsahuje 3 rôzne grafy. Po prvé, graf popisujúci sieť, ako ju definujú tri zoznamy susedných vzťahov. Po druhé, korešpondenčný graf interne spájajúci výlevky rovnakej koherentnej oblasti a posledný graf maximálneho prietoku použitý na výpočet maximálneho prietoku.
Obsahuje iba skutočné zdroje a prepady ako vrcholy.
Každé umývadlo potrebuje korešpondenčné ID, ktoré označuje, či je vnútorne prepojené už existujúcou sieťou, ako napríklad v koherentných oblastiach. Drezy s rovnakým id korešpondencie sú spojené s novým vrcholom s hranami s nulovými váhami. To je rozhodujúce pre výpočet minimálneho rozsahu stromu a dôvodu, prečo sa preň používa korešpondenčný graf. Táto funkcia je implementovaná aj pre zdroje, ale nepoužíva sa.
Príklad korešpondenčného grafu. Červené vrcholy predstavujú zdroje a modré klesajú. Tri umývadlá vpravo sú súvisle spojené ďalším väčším vrcholom
Pretože igraph nepodporuje viac zdrojov a prepadá svoju funkciu maximálneho prietoku, je potrebný pomocný graf. Zavádza nekonečný zdroj a vrchol klesania. Každý skutočný zdroj je spojený s nekonečným zdrojom a každý skutočný drez je spojený s nekonečným umývadlom hranou. Upozorňujeme, že ak je drez pripojený k korešpondenčnému vrcholu, bude pripojený tento vrchol, a nie samotný drez.
Príklad grafu maximálneho prietoku.
Na základe korešpondenčného grafu sa počíta minimálny rozpätie stromu. Okraje spájajúce koherentné drezy majú vždy váhu 0, takže vždy zostanú súčasťou minimálneho rozpätia stromu.
Príklad korešpondenčného grafu s váhami každej hrany a jej minimálnym kostrom.
Prietok cez okraje spájajúce skutočné zdroje alebo výlevky s nekonečným zdrojom alebo výlevkou je obmedzený na skutočnú kapacitu každého zdroja alebo výlevky. Z numerických dôvodov sú kapacity normalizované tak, že najväčšia kapacita je 1. Prietok podmnožinou hrán obsiahnutých v korešpondenčnom grafe je obmedzený na 1 000, čo by malo pre všetky intenzívne účely a bez obmedzenia prietoku. Potom sa vypočíta maximálny prietok z nekonečného zdroja do nekonečného umývadla a prietok sa zmenší na pôvodnú veľkosť. Pretože koherentné výlevky nie sú priamo spojené s vrcholom nekonečného výlevky, ale vrcholom korešpondencie, prietok cez ňu je obmedzený na súčet všetkých koherentných výleviek.
Príklad grafu maximálneho prietoku a kapacít každého zdroja a zachytávača. Pravý graf zobrazuje maximálny povolený prietok každou hranou po normalizácii. Všimnite si, že maximálny prietok povolený cez okraje so symbolom nekonečna je v implementácii skutočne obmedzený na 1 000.
Implementácia funkcie maximálneho toku igrafu využíva algoritmus Push-relabel. Tento typ algoritmu nie je nákladovo citlivý a nemusí vždy nájsť najkratší spôsob smerovania toku. Algoritmus citlivý na náklady nie je v igrafe k dispozícii a výkon by bol pravdepodobne nízky, aby dokázal vyriešiť hodinový tok počas celého roka. Ale kvôli predchádzajúcemu zníženiu na minimálny rozpätie stromov sú prípady, kedy je zvolené neideálne riešenie, veľmi obmedzené a nepravdepodobné. Algoritmus Push-relabel má tiež tendenciu smerovať tok cez najmenšie množstvo hrán. Implementácia igrafu sa zdá byť deterministická v poradí alokácie toku, ak sú grafy aspoň automatorfizmy, čo je dôležité pre hodinový výpočet toku, pretože akékoľvek umelo zavedené kmitanie toku medzi okrajmi je nežiaduce.
Zdroje tepla sú čerpané z priemyselnej databázy. Na základe ich prebytočného tepla, Nuts0 ID a priemyselného sektoru sa pre každú lokalitu vytvorí záťažový profil pokrývajúci každú hodinu v roku. Plánuje sa vlastné pridanie webov.
Chladiče sú založené na súvislých oblastiach so známou potrebou tepla. Koherentné oblasti tvoria masku pre mriežku, na ktorej sú ako vstupné body umiestnené rovnako vzdialené body. V závislosti na zvolenom ID NUTS 2 je k umývadlám priradený profil vykurovania domácností. Plánuje sa vlastné doplnenie vstupných bodov a umývadiel.
Uvedené profily zaťaženia pozostávajú z 8760 bodov, ktoré predstavujú zaťaženie za každú hodinu z 365 dní. Ďalšie informácie o profiloch zaťaženia nájdete tu.
Pretože systémy diaľkového vykurovania majú veľkú tepelnú kapacitu, vrchol prietoku neznamená, že prenosové potrubia musia okamžite dodávať tento krátky vrchol tepla. Preto sú požadované kapacity prenosových vedení a výmenníkov tepla určené priemerovaným špičkovým zaťažením. Konkrétne sa funkcia numpy konvolúcie používa na spriemerovanie prietoku za posledné tri hodiny konvolúciou s konštantnou funkciou. Na základe tejto hodnoty sa zvolí prenosové vedenie z nasledujúcej tabuľky.
Špecifické náklady na použité prenosové vedenia
| Výkon v MW | Náklady v € / m | Teplota v ° 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 |
Vypočítajú sa náklady na výmenník tepla na strane zdroja, ktorý sa považuje za vzduch so kvapalinou
C HSource (en-P) = P peak * 15 000 € / MW.
Náklady na výmenník tepla kvapalina - kvapalina na strane drezu sú určené pomocou
C HSink (en-P) = P peak * 265 000 € / MW, ak P peak <1MW alebo
C HSink (en-P) = P vrchol * 100 000 € / MW ďalších.
S prahovou hodnotou nákladov na tok pre prenosové vedenia je možné ich odstrániť, ak dôjde k ich prekročeniu, aby sa zlepšil pomer toku k nákladom. Po odstránení hrán musí byť prietok prepočítaný, pretože kontinuita toku v grafe už nie je zaručená. Pomer nákladov a prietokov sa teraz môže zvýšiť aj pre ďalšie okraje, takže sa tento proces opakuje, kým sa súčet všetkých tokov už nezmení.
Najskôr sa naložia tepelné zdroje a umývadlá svojimi záťažovými profilmi. Potom sa vykoná vyhľadávanie s pevným polomerom a inicializuje sa sieť. Potom sa sieť zníži na minimálny rozpätie a maximálny tok sa počíta pre každú hodinu v roku. Na základe prietoku sa vypočítajú náklady na každý výmenník tepla, čerpadlo a prenosové vedenie. Ak je definovaný prahový pomer nákladov a prietoku, vykoná sa procedúra odstránenia prenosového vedenia. Nakoniec sa vrátia celkové náklady a celkový tok siete a rozloženie siete.
Tu získate špičkový vývoj pre tento výpočtový modul.
Účelom súčasného potenciálu CM - PREBYTOK TEPELNEJ DOPRAVY je pomôcť používateľovi identifikovať integračné potenciály prebytočného tepla v sieťach diaľkového vykurovania. Aj keď existuje veľa analytických funkcií, aby neobmedzovali používateľa, je potrebné výslovne zdôrazniť, že nejde o podrobné technické plánovanie. Potenciály sú založené na CM - potenciáli diaľkového vykurovania . Tento KM identifikuje oblasti s priaznivými podmienkami pre siete diaľkového vykurovania. Ukazuje teda, koľko tepla je možné v týchto priestoroch pokryť prebytočným priemyselným teplom. To však neznamená, že v tomto regióne už existuje sieť diaľkového vykurovania. Aplikačne orientované použitie nástroja pre odborníkov z praxe by preto mohlo vyzerať nasledovne:
V prípade potreby doplňte svoje vlastné údaje o spoločnostiach poskytujúcich prebytočné teplo v regióne s závodom na pridávanie priemyselného paliva CM.
Zapnite prebytočné teplo priemyselných areálov
Vykonajte CM - POTENCIÁL NADMERNEJ TEPELNEJ DOPRAVY.
Hodnota
Táto grafika porovnáva potenciál CZT, celkové prebytočné teplo, pripojené prebytočné teplo a použité prebytočné teplo.Táto grafika ukazuje, koľko tepla bolo možné pokryť prebytočným teplom v skúmanej oblasti.
Ukazovatele Potrebné investície, ročné náklady a vyrovnané náklady na teploTáto grafika zobrazuje konkrétne náklady na výrobu tepla pre celú sieť. Poznámka: zobrazené náklady boli odhadnuté pomocou zjednodušeného prístupu. Tieto náklady sa nevzťahujú na jednotlivé potrubia. Zobrazené náklady sa však môžu použiť ako zjednodušený východiskový predpoklad ako náklady na dopravu na integráciu prebytočného tepla do potenciálne blízkej siete diaľkového vykurovania.
Z vyššie uvedeného je možné použiť nasledujúcu pracovnú hierarchiu:
Skontrolujte, či v uvažovanom regióne existuje alebo je plánovaná sieť diaľkového vykurovania.
Zobrazené potrubia obsahujú toky. Tam vidíte, koľko prebytočného tepla sa transportuje z príslušných zdrojov. Teraz je možné kontaktovať dotknuté spoločnosti. Pravdepodobne najskôr ide o spoločnosti s veľkým množstvom.
Prenosové vedenie a jeho tokSkontrolujte potenciál DH CM, aby ste prispôsobili vstupy tak, aby sa vytvorila oblasť DH.
Skontrolujte vrstvu „priemyselné weby“ vo výbere používateľov.
Skontrolujte varovanie .
Vyberte väčšiu oblasť, v ktorej nájdete aspoň jednu priemyselnú lokalitu na základe predvolenej sady priemyselných údajov dostupnej v paneli nástrojov Hotmaps.
Zvýšte prah prenosovej linky
Skontrolujte krajinu a subsektor nahraných priemyselných webov.
CM nemá prístup k údajom o profile vykurovania v domácnosti, ktoré sa majú vykonať v tejto oblasti.
Spustenie vzorky v PL22 s predvolenými parametrami. Na karte vrstiev sa odporúča zapnúť miesta prebytočného tepla.
Ukážka spustenia v PL22. Ružové oblasti predstavujú diaľkové vykurovanie. Oranžová obklopuje zdroj tepla a oranžová lemuje prenosové vedenia siete.
Ali Aydemir a David Schilling, Hotmaps Wiki, CM Nadmerný potenciál prepravy tepla (september 2020)
Túto stránku napísali Ali Aydemir a David Schilling ( Fraunhofer ISI ).
☑ Túto stránku skontroloval Tobias Fleiter ( Fraunhofer ISI ).
Copyright © 2016-2020: Ali Aydemir a David Schilling
Medzinárodná licencia Creative Commons Attribution 4.0
Toto dielo je licencované podľa medzinárodnej licencie Creative Commons CC BY 4.0.
Identifikátor licencie SPDX: CC-BY-4.0
Text licencie: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Chceli by sme najhlbšie oceniť projekt Horizont 2020 Hotmaps (dohoda o grante č. 723677), ktorý poskytol finančné prostriedky na uskutočnenie tohto prešetrovania.
This page was automatically translated. View in another language:
English (original) Bulgarian* Czech* Danish* German* Greek* Spanish* Estonian* Finnish* French* Irish* Croatian* Hungarian* Italian* Lithuanian* Latvian* Maltese* Dutch* Polish* Portuguese (Portugal, Brazil)* Romanian* Slovenian* Swedish*
* machine translated