not logged in | [Login]
Využitie prebytočného tepla na diaľkové vykurovanie.
Kľúčovým prvkom modulu pre nadmerné teplo je použitý model zdroja prepadu. Vybuduje prenosovú sieť s minimálnou dĺžkou a vypočítava prietok za každú hodinu v roku na základe profilov zaťaženia obytných budov s rozlíšením Nuts2 a priemyslových zaťažovacích profilov s rozlíšením Nuts0. Na základe spriemerovaných špičkových tokov v priebehu celého roka sa môžu vypočítať náklady na každé prenosové vedenie a výmenník tepla na strane zdroja a klesania.
Na základe ID Nuts0 a priemyselného sektora je každému zdroju priradený celoročne hodinový profil zaťaženia.
Na základe modulu výpočtu potenciálu diaľkového vykurovania sa v koherentných oblastiach vytvárajú rovnomerne vstupné body. V závislosti od Nuts2 ID vstupných bodov je priradený profil zaťaženia.
V rámci nastaveného polomeru sa kontroluje, ktoré zdroje sa nachádzajú v sebe, ktoré drezy sú v dosahu navzájom a ktoré drezy sú v dosahu zdrojov. Môže to predstavovať graf so zdrojmi a výlevkami tvoriacimi vrcholy a vrcholy v rozsahu, ktoré sú spojené hranou.
Minimálny preklenovací strom sa počíta so vzdialenosťou hrán ako hmotnosťou. To má za následok, že si graf zachováva svoju konektivitu, pričom má minimálnu celkovú dĺžku hrán. Upozorňujeme, že vstupné body súvislých oblastí sú interne prepojené zadarmo, pretože tvoria svoju vlastnú distribučnú sieť.
Maximálny prietok zo zdrojov do drezov sa počíta pre každú hodinu v roku.
Špičkový prietok za rok spriemerovaný za 3 hodiny určuje požadovanú kapacitu pre prenosové vedenia a výmenníky tepla. Náklady na prenosové vedenia závisia od dĺžky a kapacity, zatiaľ čo náklady na tepelné výmenníky sú ovplyvňované iba kapacitou. Na strane zdroja sa predpokladá výmenník tepla vzduch-kvapalina s integrovaným čerpadlom na prenosové vedenie a na strane drezu výmenník tepla kvapalina-kvapalina.
Pretože sú známe náklady a toky každého prenosového vedenia, je možné odstrániť vedenia s najvyšším pomerom cena k toku a tok sa môže prepočítať až do dosiahnutia požadovanej ceny za tok.
Na výpočet vzdialenosti medzi dvoma bodmi sa používa malá aproximácia uhla loxodrómu. Aj keď existuje aj presná implementácia ortodrómovej vzdialenosti, zvýšená presnosť nemá žiadny skutočný úžitok z dôvodu malých vzdialeností väčšinou menších ako 20 km a neistoty skutočnej dĺžky prenosovej linky kvôli mnohým faktorom, ako je topológia. Ak sú dva body v dosahu polomeru, uložia sa do zoznamu susediacich bodov. Vytváranie takýchto zoznamov susedstva sa uskutočňuje medzi zdrojmi a zdrojmi, drezy a drezmi a zdrojmi a drezmi. Dôvodom oddelenia je flexibilita pri pridávaní určitých požiadaviek na teplotu zdrojov alebo drezov.
Na základe knižnice igraph je implementovaná trieda NetworkGraph so všetkými funkciami potrebnými pre výpočtový modul. Aj keď je igraph zle zdokumentovaný, ponúka omnoho lepší výkon ako čisté pythonové moduly ako NetworkX a podpora širšej platformy mimo Linuxu na rozdiel od grafových nástrojov. Trieda NetworkGraph popisuje iba jednu sieť na povrchu, ale obsahuje 3 rôzne grafy. Po prvé, graf popisujúci sieť tak, ako je definovaný tromi zoznamami susedov. Po druhé, korešpondenčný graf vnútorne spájajúci drezy rovnakej koherentnej oblasti a posledný maximálny prietokový graf použitý na výpočet maximálneho prietoku.
Obsahuje iba skutočné zdroje a klesá ako vrcholy.
Každé umývadlo potrebuje korešpondenčné číslo, ktoré naznačuje, či je interne prepojené už existujúcou sieťou, napríklad v koherentných oblastiach. Drezy s rovnakým ID korešpondencie sú spojené s novým vrcholom s hranami s nulovou hmotnosťou. Toto je rozhodujúce pre výpočet minimálneho preklenovacieho stromu a dôvod, pre ktorý sa používa korešpondenčný graf. Táto funkcia je implementovaná aj pre zdroje, ale nepoužíva sa.
Pretože igraph vo svojej funkcii maximálneho toku nepodporuje viac zdrojov a klesá, je potrebný pomocný graf. Zavádza nekonečný zdroj a umývadlo vrcholu. Každý skutočný zdroj je pripojený k nekonečnému zdroju a každý skutočný drez je pripojený k nekonečnému umývadlu okrajom. Upozorňujeme, že ak je umývadlo pripojené k korešpondenčnému vrcholu, tento vrchol sa pripojí skôr ako samotný umývadlo.
Na základe korešpondenčného grafu sa vypočíta minimálny preklenovací strom. Hrany spájajúce koherentné umývadlá majú vždy hmotnosť 0, takže vždy zostanú súčasťou minimálneho preklenovacieho stromu.
Tok cez hrany spájajúce skutočné zdroje alebo drezy s nekonečným zdrojom alebo drezom je obmedzený na skutočnú kapacitu každého zdroja alebo drezu. Z numerických dôvodov sú kapacity normalizované tak, že najväčšia kapacita je 1. Tok cez podmnožinu hrán obsiahnutých v korešpondenčnom grafe je obmedzený na 1 000, čo by malo pre všetky intenzívne a účely ponúkať neobmedzený tok. Potom sa vypočíta maximálny prietok z nekonečného zdroja do nekonečného umývadla a tok sa upraví na pôvodnú veľkosť. Pretože koherentné drezy nie sú priamo spojené s nekonečným vrcholom drezu, ale korešpondenčným tokom je jeho prietok obmedzený na súčet všetkých koherentných umývadiel.
Implementácia funkcie igraph maximálneho toku využíva algoritmus Push-relabel. Tento typ algoritmu nie je citlivý na náklady a nemusí vždy nájsť najkratší spôsob smerovania toku. Algoritmus citlivý na náklady nie je v igraph k dispozícii a výkon by bol pravdepodobne nízky, aby bolo možné vyriešiť hodinový tok počas celého roka. Ale z dôvodu predchádzajúcej redukcie na minimálny preklenovací strom sú prípady, v ktorých je zvolené neideálne riešenie, veľmi obmedzené a nepravdepodobné. Algoritmus Push-relabel má tiež tendenciu smerovať tok cez najmenšie množstvo hrán. Implementácia igrafu sa javí ako deterministická v poradí rozdelenia toku, ak sú grafy aspoň automorfizmy, čo je dôležité pre hodinový výpočet toku, pretože akákoľvek umelo zavedená oscilácia toku medzi hranami je nežiaduca.
Zdroje tepla sú prevzaté z priemyselnej databázy. Na základe ich nadmerného tepla, ID Nuts0 a priemyselného odvetvia sa pre každú lokalitu vytvorí záťažový profil pokrývajúci každú hodinu v roku. Plánuje sa vlastné pridávanie lokalít.
Chladiče sú založené na koherentných oblastiach so známou potrebou tepla. Koherentné oblasti tvoria masku mriežky, na ktorej sú umiestnené rovnaké body ako vstupné body. V závislosti na zvolenom ID Nuts2 je umývadlám priradený profil vykurovania. Plánuje sa vlastné pridávanie vstupných bodov a umývadiel.
Uvedené záťažové profily pozostávajú z 8760 bodov, ktoré predstavujú záťaž za každú hodinu 365 dní. Ďalšie informácie o profiloch zaťaženia nájdete tu.
Pretože systémy diaľkového vykurovania majú veľkú tepelnú kapacitu, špičkový prietok neznamená, že prenosové vedenia musia dodávať tento krátky nárast tepla okamžite. Preto sú požadované kapacity prenosových vedení a výmenníkov tepla určené spriemerovaným špičkovým zaťažením. Konkrétne sa funkcia numpy konvolúcie používa na priemerovanie toku za posledné tri hodiny konvolúciou konštantnou funkciou. V závislosti od tejto hodnoty sa vyberie prenosové vedenie z nasledujúcej tabuľky.
Špecifické náklady na použité prenosové vedenia
| Výkon v MW Náklady v EUR / 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 do kvapaliny
C HS zdroj (P) = vrchol P * 15 000 EUR / MW.
Náklady na výmenník tepla kvapalina - kvapalina na strane drezu sa určujú pomocou
C HSink (P) = vrchol P * 265 000 EUR / MW, ak vrchol P <1 MW alebo
C HSink (P) = vrchol P * 100 000 EUR / MW.
Nasledujú náklady na čerpadlo
Čerpadlo C (P) = vrchol P * 240 000 EUR / MW, ak vrchol P <1MW alebo
Čerpadlo C (P) = vrchol P * 90 000 EUR / MW.
S prahom nákladov na tok pre prenosové vedenia môžu byť odstránené, ak ho prekročia, aby sa zlepšil pomer toku k nákladom. Po odstránení hrán je potrebné prietok prepočítať, pretože kontinuita toku v grafe už nie je zaručená. Pomer nákladov k toku by sa teraz mohol zvyšovať aj pre ďalšie hrany, takže tento proces sa opakuje, až kým sa suma všetkých tokov už nemení.
Najskôr sa zdroje tepla a drezy naplnia svojimi profilmi zaťaženia. Potom sa vykoná vyhľadávanie s pevným polomerom a inicializuje sa Sieť. Potom sa sieť zníži na svoj minimálny preklenovací strom a maximálny prietok sa vypočíta pre každú hodinu v roku. Na základe prietoku sa vypočítajú náklady na každý výmenník tepla, čerpadlo a prenosové vedenie. Ak je definovaný pomer prahových nákladov k toku, vykoná sa postup odstránenia prenosovej linky. Nakoniec sa vrátia celkové náklady a celkový tok siete a rozloženie siete.
Vzorka prebieha v Aalborgu.
Vzorka prebieha v Aalborgu. Modré aerény predstavujú diaľkové vykurovanie. Oranžový bod zdroja tepla a žltý bod vstupných bodov do siete diaľkového vykurovania. Celkové náklady sú 13,7 mil. EUR a celkový ročný tok je 185 GWh, čo vedie k 0,74 ct / kWh za investičné obdobie 10 rokov.
Túto stránku napísali Ali Aydemir * a David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
Copyright © 2016-2018: Ali Aydemir, David Schilling
Medzinárodná licencia Creative Commons Attribution 4.0 Táto práca je licencovaná na základe 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 vyjadriť najhlbšie uznanie projektu Horizont 2020 Hotmaps (dohoda o grante č. 723677), ktorý poskytol finančné prostriedky na vykonanie tohto vyšetrovania.
This page was automatically translated. View in another language:
English (original) Bulgarian* Croatian* Czech* Danish* Dutch* Estonian* Finnish* French* German* Greek* Hungarian* Irish* Italian* Latvian* Lithuanian* Maltese* Polish* Portuguese (Portugal, Brazil)* Romanian* Slovenian* Spanish* Swedish*
*: machine translated