Цифрови симулации подобряват топлофикациите

Мрежите за централно отопление стават все по-сложни заради интегрирането на все по-многобройни източници в тях. Нов инструмент помага за симулиране на топлинните потоци в цялата мрежа, предвиждайки пиковете на натоварването и помагайки за планирането на следващото поколение топлофикации.

В близките няколко години общинските комунални дружества за топлоснабдяване и доставчиците на топлинна енергия ще трябва да прекроят съществуващите топлофикационни мрежи, за да покрият изискванията за работа без CO2. Като част от това в топлофикационните системи се включват все повече източници – някои от тях са изцяло възобновяеми, а други осигуряват „отпадъчна“ топлина. Управлението на топлофикационните системи става все по-сложно, по-трудно.

Сега изследователи от немския институт „Фраунхофер“ са разработили софтуерен инструмент за симулация, наречен AD Net Heat, който симулира и визуализира топлинните потоци в мрежата. „Това ни позволява да правим прогнози за топлинните потоци и потреблението на местата на потребление – по време на работа на живо. Общинските компании за комунални услуги и доставчиците на енергия могат да използват инструмента, за да наблюдават и управляват мрежата с всичките динамично променящи се показатели – в реално време“.

По същество изследователите на „Фраунхофер“ са разработили цифров близнак на физическата топлофикационна мрежа. Въведена е фундаментална информация като топологията на мрежата, дължини и напречни сечения на тръбите и брой и позиции на точките за захранване и потребление. На тази база се добавят по-динамичните показатели, които са променливи: метеорологични данни, ослънчаване, профил на потребление в определени часове от деня и годината и др. Вкарват се и данни – действителни или планирани – за показатели като захранване, работна температура на флуида, захранваща мощност.

На тази база AD Net Heat симулира динамиката на мрежата като цяло. Системата може да алармира за места в периферията на мрежата, където има проблеми, и да предупреждава за критични „работни състояния“.

Този вид цифров близнак предлага множество предимства за операторите на топлофикационни мрежи и общинските комунални дружества. Ежедневната им работа бива оптимизирана. Става по-ясно кога какви енергийни източници е най-добре да бъдат интегрирани, подобрява се управлението на температурата на работния поток.

Оперативното планиране лесно може да предвиди и големи извънредни събития, които се провеждат в съответния град, като например концерт или търговско изложение, изискващо отопление за големи закрити пространства. След като се въведат местоположението на събитието и очакваната нужда от отопление, софтуерът симулира транспортирането на топлинна енергия и извежда прогнози за температури и цени.

Същото софтуерно решение помага при планирането и въвеждането в експлоатация на нови топлофикационни мрежи. Ако е дефинирана топологията на мрежата, включително точките на захранване с променливи енергийни източници като слънчева топлина и промишлена отпадна топлина, софтуерният инструмент изчислява разпределението на топлинните потоци и очакваното потребление. Фирмите могат да направят симулации на различни сценарии за това как ще се мени потреблението в различни часове на деня или годината, какви биха били разликите в разположението на генераторите и др.

„По този начин общинските дружества за комунални услуги и доставчиците на централно отопление правят голяма крачка към по-екологично топлоснабдяване. Те също така управляват разходите си по-добре,“ казва екипът на „Фраунхофер“.

„Има две причини да е така. Първо, симулацията в дигиталния близнак позволява максимално използване на възобновяемите енергийни източници – в моментите, когато те са налични,“ казва д-р Матиас Еймер от Института по индустриална математика във „Фраунхофер“. Вторият фактор, по думите му, че това, че прогнозите за потреблението на топлина са много точни и надеждни. Това прави по-лесно проектирането на бъдещите топлофикационни мрежи.

Сега изследователите на немския институт вече работят по това да направят потребителския интерфейс на AD Net Heat още по-опростен и ясен за потребителите – т.е. за доставчиците на топлинна енергия и фирмите-оператори на топлофикационни мрежи. Тъй като изчислителното ядро е основно проектирано да работи с всички типове мрежи, занапред функцията за симулация би могла да се използва и за други видове енергийни мрежи, като например тези, които пренасят електричество или газ.