not logged in | [Login]
Användning av överskottsvärme för fjärrvärme.
Nyckelelementet i överskottsvärmemodulen är den källsänkmodell som används. Den konstruerar ett överföringsnät med minsta längd och beräknar flödet för varje timme under året baserat på bostadsvärmeprofiler med Nuts2-upplösning och industrilastprofiler med Nuts0-upplösning. Baserat på genomsnittliga toppflöden under året kan kostnader för varje transmissionslinje och värmeväxlare på käll- och sjunksidan beräknas.
Baserat på Nuts0 ID och industrisektorn tilldelas varje år en löst timprofil för varje källa.
Baserat på beräkningsmodulen för fjärrvärmepotentialen skapas likvidistiskt inresepunkter i de sammanhängande områdena. Beroende på Nuts2-ID för ingångspunkterna tilldelas en lastprofil.
Inom en inställd radie kontrolleras vilka källor som ligger inom varandra, vilka sänkor ligger inom varandra och vilka sänkor är inom källområdet. Detta kan representeras av en graf med källor och sänkor som bildar hörnpunkterna och topparna inom räckvidden som är anslutna med en kant.
Ett minimum sträckande träd beräknas med kanterna avstånd som vikter. Detta resulterar i att en graf behåller sin anslutning medan den har en total total längd på kanterna. Observera att ingångspunkterna för sammanhängande områden är internt anslutna eftersom de bildar sitt eget distributionsnät.
Det maximala flödet från källorna till sänkorna beräknas för varje timme på året.
Årets toppflöde i genomsnitt över 3 timmar bestämmer den erforderliga kapaciteten för transmissionslinjer och värmeväxlare. Kostnaderna för transmissionslinjerna beror på längden och kapaciteten, medan kostnaderna för värmeväxlarna endast påverkas av kapaciteten. På källsidan antas en luft till vätska värmeväxlare med integrerad pump för transmissionsledningen och på sjunksidan en vätska till vätska värmeväxlare.
Eftersom kostnaden och flödet för varje överföringslinje är kända kan linjerna med det högsta förhållandet mellan kostnad och flöde avlägsnas och flödet beräknas tills en önskad kostnad per flöde uppnås.
För beräkningen av avståndet mellan två punkter används en liten vinkel approximation av loxodrome längd. Även om det finns en exakt implementering av ortodromavståndet har den ökade noggrannheten ingen verklig fördel på grund av de små avstånden som oftast är lägre än 20 km och osäkerheten i den verkliga transmissionslinjelängden på grund av många faktorer som topologi. Om två punkter ligger inom radieområdet lagras det i en adjacenslista. Skapandet av sådana ordentliga listor utförs mellan källor och källor, sänkor och sänkor och källor och sänkor. Anledningen till separationen ligger i flexibiliteten att lägga till vissa temperaturkrav för källor eller sänkor.
Baserat på igraph-biblioteket implementeras en NetworkGraph-klass med all funktionalitet som behövs för beräkningsmodulen. Medan igraph är dåligt dokumenterat erbjuder det mycket bättre prestanda än rena pythonmoduler som NetworkX och ett bredare plattformsstöd utöver Linux till skillnad från grafverktyg. NetworkGraph-klassen beskriver bara ett nätverk på ytan men innehåller 3 olika grafer. För det första, diagrammet som beskriver nätverket som det definieras av de tre adjacenslistorna. För det andra överensstämmer korrespondensgrafen internt sänkor med samma sammanhängande område och sist det maximala flödesdiagrammet som används för det maximala flödesberäkningen.
Innehåller bara de verkliga källorna och sänkorna som vertikaler.
Varje diskbänk behöver en korrespondens-id, som indikerar om den är internt ansluten av ett redan existerande nätverk som i sammanhängande områden. Diskbänkar med samma korrespondens-id är anslutna till ett nytt toppunkt med kanter med nollvikter. Detta är avgörande för beräkningen av ett minimum sträckande träd och anledningen till att korrespondensgrafen används för det. Denna funktion implementeras också för källor men används inte.
Eftersom igraph inte stöder flera källor och sjunker i sin maximala flödesfunktion behövs en hjälpgraf. Det introducerar en oändlig källa och toppvinkeln. Varje verklig källa är ansluten till den oändliga källan och varje verklig diskbänk är ansluten till den oändliga sjunken med en kant. Observera att om en diskbänk är ansluten till en korrespondens vertex kommer detta toppunkt att vara anslutet snarare än sjunken.
Baserat på korrespondensgrafen beräknas det minsta spännträdet. De kanter som förbinder de koherenta sänkorna har alltid vikten 0 så att de alltid kommer att förbli en del av det minsta spännträdet.
Flödet genom kanterna som förbinder de verkliga källorna eller sjunkerna till den oändliga källan respektive sjunken är begränsad till den verkliga kapaciteten för varje källa eller sjunker. Av numeriska skäl normaliseras kapaciteterna så att den största kapaciteten är 1. Flödet genom den delmängd kanter som finns i korrespondensgrafen är begränsad till 1000, vilket för alla intensiva och ändamål bör erbjuda obegränsat flöde. Därefter beräknas det maximala flödet från den oändliga källan till det oändliga diskbänken och flödet återberäknas till dess ursprungliga storlek. Eftersom koherenta sänkor inte är direkt anslutna till det oändliga sjunktoppvattnet men genom korrespondensvinkeln är flödet genom det begränsat till summan av alla koherenta sänkor.
Implementeringen av igraphs maximala flödesfunktion använder Push-relabel-algoritmen. Denna typ av algoritm är inte kostnadskänslig och kanske inte alltid hittar det kortaste sättet att dirigera flödet. En kostnadskänslig algoritm finns inte tillgänglig i igraph och prestandan skulle troligtvis vara låg för att kunna lösa ett timbaserat flöde under året. Men på grund av den tidigare reduktionen till ett minimum som sträcker sig är de fall där en icke idealisk lösning väljs mycket begränsade och osannolika. Push-relabel-algoritmen har också en tendens att dirigera flödet genom den minsta mängden kanter. Imrafimplementeringen verkar vara deterministisk i ordningen för tilldelning av flödet om graferna är åtminstone autorfismer, vilket är viktigt för den timbaserade flödesberäkningen eftersom varje konstgjordt infört flödesoscillation mellan kanterna är oönskat.
Värmekällorna hämtas från den industriella databasen. Baserat på deras överskottsvärme, Nuts0 ID och industrisektorn skapas en lastprofil som täcker varje timme på året för varje webbplats. Det anpassade tillägget av webbplatser planeras.
Kylflänsen är baserade på sammanhängande områden med känt värmebehov. De sammanhängande områdena bildar en mask för ett rutnät på vilket ekvidistanta punkter placeras som ingångspunkter. Beroende på den valda Nuts2-ID tilldelas en bostadsvärmeprofil till sänkorna. Det anpassade tillägget av ingångspunkter och handfat planeras.
De nämnda lastprofilerna består av 8760 punkter som representerar lasten för varje timme under de 365 dagarna. Mer information om lastprofilerna hittar du här.
Eftersom fjärrvärmesystemen har en stor värmekapacitet betyder inte en topp i flöde transmissionsledningarna behöver leverera den korta spetsen omedelbart. Därför bestäms de erforderliga kapaciteterna för transmissionslinjerna och värmeväxlarna av den genomsnittliga toppbelastningen. Specifikt används numpy-konvolutionsfunktionen för att medelvärdet av flödet under de senaste tre timmarna genom att vrida sig till en konstant funktion. Beroende på detta värde väljs en överföringslinje från följande tabell.
Specifika kostnader för överföringslinjer som används
| Kraft i MW | Kostnader 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 |
Kostnaderna för värmeväxlaren på källsidan som antas som luft till vätska beräknas med
C HSource (P) = P- topp * 15 000 € / MW.
Kostnaderna för vätska till flytande värmeväxlare på sjunksidan bestäms med
C HSink (P) = P- topp * 265 000 € / MW om P- topp <1MW eller
C HSink (P) = P- topp * 100 000 € / MW annat.
Kostnaderna för pumpen följer
C Pump (P) = P peak * 240 000 € / MW om P peak <1MW eller
C Pump (P) = P peak * 90 000 € / MW annat.
Med en kostnad för flödesgräns för överföringslinjer kan de tas bort om de överskrider det för att förbättra förhållandet mellan flöde och kostnad. Efter borttagning av kanter måste flödet beräknas om eftersom kontinuiteten i flödet i grafen inte garanteras längre. Förhållandet mellan kostnad och flöde kan också öka för andra kanter nu, så denna process upprepas tills summan av alla flöden inte förändras längre.
Först laddas värmekällorna och sänkorna med sina lastprofiler. Sedan utförs den fasta radie-sökningen och nätverket initieras. Därefter reduceras nätverket till det minsta spännträdet och det maximala flödet beräknas för varje timme på året. Baserat på flödet beräknas kostnaderna för varje värmeväxlare, pump och transmissionsledning. Om en tröskelkostnad till flödesförhållande definieras utförs borttagningen av överföringsledningsförfarandet. I slutändan returneras den totala kostnaden och det totala flödet för nätverket och nätverkets layout.
Provkörning i Aalborg.
Provkörning i Aalborg. De blå aerna representerar fjärrvärmen. Den orange pekar värmekällan och den gula pekar ingångspunkterna till fjärrvärmenätet. De totala kostnaderna är 13,7 M € och det totala årliga flödet är 185 GWh vilket resulterar i 0,74 ct / kWh under en investeringsperiod på 10 år.
Denna sida är skriven av Ali Aydemir * och David Schilling *
* Fraunhofer ISI Fraunhofer ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
Copyright © 2016-2018: Ali Aydemir, David Schilling
Creative Commons Attribution 4.0 Internationell licens Det här arbetet är licensierat under en Creative Commons CC BY 4.0 internationell licens.
SPDX-licensidentifierare: CC-BY-4.0
Licens-text: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Vi vill förmedla vår djupaste uppskattning till Horizon 2020 Hotmaps-projektet (bidragsavtal nummer 723677), som gav finansiering för att genomföra den nuvarande utredningen.
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* Slovak* Slovenian* Spanish*
*: machine translated