Nástroj pro simulační modelování teplovodních sítí

Dynamická optimalizace teploty v teplovodních sítích přináší okamžité výsledky, jednou z hlavních výhod je ekonomická stránka. Termis je špičkovým simulačním nástrojem pro řízení přenosu a rozvodu tepla. Umožňuje simulovat průtoky, tlaky a teploty v celé síti a provádět simulace všech možných situací. Optimalizací dochází k značným úsporám, návratnost se v závislosti na velikosti síti pohybuje kolem jednoho roku.
Tepelné úspory v síti
Technologie, která využívá hydraulického modelování pro dynamickou optimalizaci teploty v teplovodních sítích, přináší svým uživatelům okamžité výhody. Příkladem je systém centrálního zásobování teplem v dánském Hørningu, kde taková dynamická tepelná optimalizace s využitím simulačního nástroje Termis přinesla snížení teploty vody na výstupu z teplárny o 7 °C, což vedlo ke snížení tepelných ztrát o 1,5 %. To ve výsledku znamená roční úsporu 1,5 milionu Kč.
Ve většině systémů centrálního zásobování teplem je teplota vody na výstupu z teplárny během dne konstantní. Tato teplota může být přizpůsobována měnícím se povětrnostním podmínkám, jen zřídka je ale přizpůsobována ve vztahu k denní potřebě a kolísání spotřeby. Je často držena na „bezpečné" úrovni, aby byla zajištěna spokojenost zákazníků. To není v žádném případě optimální, protože pak dochází ke zbytečným ztrátu tepla a nadměrným emisím CO2.
Termis je schopen pracovat i v režimu reálného času. Po připojení na databázi provozních parametrů získaných z dispečerských měření můžete vizualizovat stav v celé síti, také tam, kde není k dispozici měření. Termis je využíván pro plánování, pro optimalizování provozu a odhalování závad. V současnosti využívá výhod Termisu asi 500 evropských měst. Používá se úplný hydraulický model celé oblasti, kde má být optimalizace prováděna.
Modul optimalizace teploty
Modul pro automatickou optimalizaci teploty minimalizuje ztráty tepla v teplovodní síti. Vstupní teplota je nastavována tak, aby byla co nejnižší za předpokladu dodávky potřebného množství tepla zákazníkům v síti. Optimalizační modul zohledňuje energii akumulovanou v síti a změny, které jsou výsledkem předpovědi vnější teploty a větrných podmínek. V současnosti se některé teplárny pokoušejí optimalizovat teploty za použití jednoduché závislosti mezi meteorologickou stanicí a vstupní teplotou. To může fungovat, nicméně za použití hydraulického simulačního modelu, který poskytuje Termis, máte navíc přístup k následujícím funkcím:
Zpoždění v systému je bráno do úvahy jako integrální část dynamické optimalizace. Simulační model pracuje se specifikami geografie a topologie sítě během provádění optimalizace.
Akumulace tepla je ve všech okamžicích počítána správně. Simulační model zahrnuje vliv akumulačních nádrží a předimenzovaného potrubí. To může mít podstatný vliv na to, jak optimalizovat systém během špičkového období - například ráno.
Ztráta tepla je reálná, neboť model je kalibrován a odpovídá okamžité tepelné ztrátě
Do optimalizace je možné zahrnout více zdrojů tepla.
Provozní změny anebo vylepšení procesu jsou okamžitě zahrnuty do optimalizace. Optimalizace využívá všech dat z dispečerského měření. Bere do úvahy běžné provozní změny, jako je otevírání a uzavírání uzávěrů, velké zákazníky s proměnným odběrem a změny během volných dnů. Neobvyklé provozní přerušení jsou také zahrnuty do výpočtů, takže výpočty ukazují správný obrázek provozu v každém čase.
Metodika modulu dynamické optimalizace tepla
Optimalizace teploty je založena na nejlepším odhadu budoucí potřeby tepla v závislosti na oblasti a okamžitých podmínkách. Hraniční podmínkou optimalizačního algoritmu je minimální teplota u zákazníka. V současnosti je udržována teplota na zdroji tepla konstantní, což ústí v kolísání teploty u zákazníků. Optimalizace mění dynamicky teplotu na začátku sítě tak, aby u zákazníka byla dosažena konstantní teplota. Teplárna často stanovuje omezení, která jsou daná její kapacitou nebo bezpečnostními opatřeními. Optimalizační modul proto má vestavěné volby, které zohledňují tato uživatelská omezení. Příkladem je maximální a minimální vstupní teplota teplárny, maximální rychlost změny vstupní teploty do systému, neboť rychlé změny způsobují napětí v potrubí a mohou vést k poškození sítě. Dále se jedná o maximální průtokovou kapacitu v teplárně a čerpací stanici. Optimalizační modul počítá nejlepší výstupní teplotu vody pro každý zdroj tepla v systému a periodicky předává do dispečerského systému časové řady.
Výsledky použití modulu optimalizace teploty
Okamžitým výsledkem je snížení tepelných ztrát v systému. Dalším výsledkem je to, že teplota nyní osciluje primárně v hlavním rozvodném systému a podstatně méně v menším potrubí. To může mít kladný vliv na riziko poruch, neboť napětí v trubní stěně obecně bude méně vystaveno změnám teploty v systému v porovnání se systémem bez optimalizace.
Systém centrálního zásobování teplem v dánském městě Hørning dodává teplo pro vytápění a přípravu teplé užitkové vody. Parametry systému jsou:
15 MW a 202 TJ/rok
420 m3/hod maximální čerpané množství
2 550 zákazníků - smíšená struktura - průmysl a domácnosti
36 km hlavní dvou trubkové rozvodné sítě a 36 km přípojek
Jako v případě většiny systémů zásobování teplem, systém v Hørningu byl řízen na základě téměř konstantní výstupní teploty z teplárny. Dodržovalo se bezpečné rozmezí teplot pro minimalizaci stížností zákazníků na nízkou zásobní teplotu. Konstantní zásobní teplota vede k oscilacím teploty u koncového zákazníka . Červená čára ukazuje teploty vody na výstupu z teplárny. Další křivky ukazují teplotu v kritických místech sítě. Na dalším obrázku jsou obdobné křivky teploty po použití optimalizačního modulu. Zaprvé a především pozorujeme snížení úrovně teploty o 7o C, což vede ke snížení tepelných ztrát bez negativního vlivu na uživatele. Účinek implementace modulu teplotní optimalizace byl v Hørningu okamžitý. Z porovnání dat naměřených 19. ledna 2006, kdy síť pracovala bez optimalizace teploty, s daty po optimalizaci vyplývá následující:
Průměrná teplota na výstupu ze zdroje tepla během dne byla snížena z 77 °C na 70 °C.
Díky snížení průměrné teploty byla ztráta tepla v síti snížena o 1,5 % (tj. 5 200 kWh/den, což představuje asi 3 975 Kč/den neboli 1,45 miliónu Kč/rok). Jinými slovy: návratnost implementace softwarového systému s modulem optimalizace teploty je do jednoho roku a vede k podstatným budoucím úsporám v dalších letech.
Provozovatel má nástroj, který umožňuje, aby teplota byla „automaticky" na straně bezpečnosti
Ing. Lubomír Macek, CSc., MBA

Späť

Aktuálne vydanie

Partnerské periodiká

TriboTechnika


www.tribotechnika.sk

SolarTechnika


www.solartechnika.sk