Mreže daljinskog grejanja postaju sve složenije kao rezultat snabdevanja obnovljivim izvorima energije i trenda ka decentralizaciji. U AD Net Heat projektu, Fraunhoferovi istraživači simuliraju toplotne tokove kroz celu mrežu, predviđajući vršne vrednosti opterećenja i pomažu u planiranju novih mreža.
Opštinska komunalna preduzeća i snabdevači toplotom bi trebalo da prebace svoje mreže daljinskog grejanja na rad bez CO 2 u narednih nekoliko godina. Ali fluktuacije u mreži uzrokovane unosom obnovljive energije i sve većom decentralizacijom ovih mreža otežavaju efikasno upravljanje njima.
Fraunhoferovi istraživači su razvili softverski alat za simulaciju pod nazivom AD Net Heat koji simulira i vizualizuje toplotne tokove u mreži. „Ovo nam omogućava da napravimo predviđanja o toplotnim tokovima i potražnji na mestima potrošnje tokom rada pod naponom. Opštinska komunalna preduzeća i snabdevači energijom mogu da koriste ove podatke za posmatranje i upravljanje mrežom, sa svom njenom raznolikom dinamikom, u realnom vremenu.
„Vršna opterećenja u različito doba dana se takođe rano otkrivaju i izbalansiraju“, objašnjava dr Matijas Ajmer sa Fraunhofer instituta za industrijsku matematiku ITVM. Ovo čini mrežu daljinskog grejanja stabilnijom u celini, a svakodnevni rad postaje efikasniji i ekonomičniji.
Fraunhoferovi istraživači su razvili digitalnog blizanca fizičke mreže. Fundamentalne informacije kao što su topologija mreže, dužine i poprečni preseci cevi i broj i položaj tačaka napajanja i potrošnje ulaze u model. Aspekti kao što su vremenski podaci, izloženost sunčevoj svetlosti i tipični profil potrošnje u određeno doba dana i godine su takođe uzeti u obzir. Stvarni ili planirani podaci o unosu kao što su temperatura protoka i ulazna snaga su takođe specificirani.
Na osnovu toga, AD Net Heat simulira dinamiku mreže kao celine, obezbeđuje ključne indikatore koji se odnose na tačke na periferiji mreže — tipično problematične lokacije — i daje upozorenja o kritičnim radnim stanjima. Takođe je moguće optimizovati kontrolu mreže i poslati informacije nazad u kontrolni centar.
Zahvaljujući direktnom modelovanju fizičkih procesa, digitalnom blizancu je potreban samo minimalan broj senzora. Senzori se koriste samo za kalibraciju nepoznatih parametara, kao što su svojstva cevi koja više nisu u skladu sa prvobitnim stanjem zbog procesa starenja. Dodatni senzori se zatim mogu koristiti za validaciju rezultata simulacije.
Digitalni blizanac nudi višestruke prednosti operaterima toplovodnih mreža i opštinskim komunalnim preduzećima. Optimizovan rad znači, u mnogim slučajevima, da nema potrebe za korišćenjem dodatnih izvora energije koji su u to vreme veoma skupi zbog fluktuacija cena električne energije. Osim toga, temperatura polaza može da se snizi, na primer, kako bi se smanjili nepotrebni gubici energije — bez ugrožavanja pouzdanosti snabdevanja.
Veliki događaji koji se odvijaju u zajednici, kao što su koncerti ili sajmovi koji zahtevaju snabdevanje toplotom u velikim zatvorenim prostorima, takođe su uključeni u operativno planiranje. Nakon što se unese lokacija primaoca i procenjena potražnja za toplotom, softver simulira transport toplote i kao odgovor daje svoje prognoze potrošnje.
Ali to nije sve; softversko rešenje takođe pomaže u planiranju i puštanju u rad novih mreža. Ako je topologija mreže definisana, uključujući tačke napajanja za fluktuirajuće izvore energije kao što su solarna toplota i industrijska otpadna toplota, softverski alat izračunava distribuciju toplotnih tokova i očekivanu potrošnju. Firme za planiranje prolaze kroz čitav niz različitih scenarija za ovo, kao što su potrošnja u različito doba dana ili godine, razlike u postavljanju generatora i strukturne promene kao što su nove transportne linije.
„Na ovaj način, opštinska komunalna preduzeća i dobavljači daljinskog grejanja čine veliki korak ka klimatski neutralnom snabdevanju toplotom koja štedi resurse. Oni takođe smanjuju svoje troškove.
„Postoje dva razloga za ovo. Prvo, simulacija u digitalnom blizancu omogućava maksimalno korišćenje obnovljivih izvora energije u vreme kada su oni dostupni. I drugo, prognoze potražnje za toplotnom energijom su veoma tačne i pouzdane. Ovo omogućava projektovanje da poprečni preseci cevi budu malo manji, što štedi materijale“, kaže Eimer.
Fraunhoferovi istraživači trenutno rade na tome da korisnički interfejs AD Net Heat učine još jednostavnijim i jasnijim za korisnike u dobavljačima toplotne energije i firmama za planiranje.
Pošto je jezgro proračuna u osnovi dizajnirano da radi sa svim tipovima mreža, funkcija simulacije bi se takođe mogla koristiti u budućnosti za različite energetske mreže, kao što su one koje transportuju električnu energiju ili gas.
