Методы определения оптимальных параметров надежности систем централизованно-распределенного теплоснабжения с просьюмерами
Автор: Постников Иван Викторович, Медникова Екатерина Евгеньевна
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Теплотехника
Статья в выпуске: 2 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
На современном этапе развития систем теплоснабжения они трансформируются в системы централизованно-распределенного типа, интегрирующие различные энергетические технологии для достижения максимальной эффективности и надежности теплоснабжения потребителей при оптимальном сочетании централизованной и распределенной генерации тепловой энергии. Сектор распределенной генерации в этих системах связан прежде всего с реализацией технологий активного потребителя или просьюмера (от англ. prosumer). При этом наряду с аспектами эффективного управления рассматриваемых систем с участием просьюмеров одной из актуальных задач становится обеспечение надежности их функционирования. Основная задача исследования заключается в оптимизации параметрической надежности системы централизованно-распределенного теплоснабжения с учетом использования резервных функций просьюмеров, обеспечиваемых их собственной генерацией или аккумулированием тепловой энергии. Методология решения основана на применении положений теории надежности, узлового подхода к анализу надежности теплоснабжения, моделей марковского случайного процесса, некоторых упрощенных закономерностей теплопередачи в процессах потребления тепловой энергии и некоторых других методов и моделей. Предложенные методы и модели обобщены в рамках единой методологической схемы, состоящей из основных этапов анализа и оптимизации (синтеза) надежности. Проведен вычислительный эксперимент на основе тестовой схемы системы теплоснабжения, представлен анализ полученных результатов, сформулированы выводы и направления дальнейших исследований.
Система централизованного теплоснабжения, надежность, просьюмер, математическое моделирование, параметры надежности элементов, марковский случайный процесс, эффект тепловой инерции
Короткий адрес: https://sciup.org/147238145
IDR: 147238145 | УДК: 621.311:621.643.006.8:697.34 | DOI: 10.14529/power220210
Methods and models for defining optimal reliability parameters in district-distributed heating systems
District-distributed heating systems are considered to be the result of the development of existing district heating systems. In such the various energy technologies are integrated in order to achieve maximum efficiency of the heating for consumers. The distributed sector in these systems is associated, first of all, with the implementation of prosumers. The objective of the study is to define parameters for the reliability of components in the system which provide the required level of reliability of heating to consumers at the minimum cost. This is while ensuring the level of reliability while taking into account the reserve functions of prosumers. A methodology aimed at solving the objective thus stated was developed using various methods and models. These included: certain laws of reliability theory, nodal approach to the reliability analysis, models of the Markov random process, laws of thermophysical processes, heat load curve, etc. The proposed methods and models are presented within a comprehensive methodological schematic which includes the main stages of analysis and optimization (synthesis) of reliability. The methodological and computational tools thus developed were used to conduct a computational experiment for a test diagram of a heating system. The results obtained were analyzed, and their graphical interpretations presented. The conclusions and directions for further research were formulated.
Список литературы Методы определения оптимальных параметров надежности систем централизованно-распределенного теплоснабжения с просьюмерами
- The status of 4th generation district heating: Research and results / H. Lund, P. 0stergaard, M. Chang et al. // Energy. 2018. Vol. 164. P. 147-159. DOI: 10.1016/j.energy.2018.08.206
- Smart energy systems and 4th generation district heating / H. Lund, N. Duic, P. 0stergaard, B. Mathiesen // Energy. 2016. Vol. 110. P. 1-4. DOI: 10.1016/j.energy.2016.07.105
- Developing novel 5th generation district energy networks / A. Revesz, P. Jones, C. Dunham et al. // Energy. 2020. Vol. 201. P. 117389. DOI: 10.1016/j.energy.2020.117389
- A multivalent supply concept: 4th Generation District Heating in Moosburg an der Isar / A. Kallert, R. Egelkamp, U. Bader et al. // Energy Reports. 2021. Vol. 7 (4). P. 110-118. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.09.032
- The benefits of 4th generation district heating in a 100% renewable energy system / P. Sorknss, P. 0stergaard, J. Zinck et al. // Energy. 2020. Vol. 213. P. 119030. DOI: 10.1016/j.energy.2020.119030
- Linking energy efficiency policies toward 4th generation district heating system / I. Pakere, A. Gravelsins, D. Lauka et al. // Energy. 2021. Vol. 234. P. 121245. DOI: 10.1016/j.energy.2021.121245
- Low-temperature operation of heating systems to enable 4th generation district heating: A review / D. 0stergaard, K.M. Smith, M. Tunzi, S. Svendsen // Energy. 2022. Vol. 248. P. 123529. DOI: 10.1016/j. energy.2022. 123529
- A comparison of prosumer system configurations in district heating networks / D. Zinsmeister, T. Lick-lederer, F. Christange et al. // Energy Reports. 2021. Vol. 7 (4). P. 430-439. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.08.085
- Selvakkumaran S., Axelsson L., Svensson I. Drivers and barriers for prosumer integration in the Swedish district heating sector // Energy Reports. 2021. Vol. 7 (4). P. 193-202. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.08.155
- Optimize heat prosumers' economic performance under current heating price models by using water tank thermal energy storage / H. Li, J. Hou, Z. Tian et al. // Energy. 2022. Vol. 239. P. 122103. DOI: 10.1016/j.energy.2021.122103
- Implementing prosumers into heating networks / M. Gross, B. Karbasi, T. Reiners et al. // Energy. 2021. Vol. 230. P. 120844. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120844
- Stanica D.-I., Bachmann M., Kriegel M. Design and performance of a multi-level cascading district heating network with multiple prosumers and energy storage // Energy Reports. 2021. Vol. 7 (4). P. 128-139. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.08.163
- Experimental characterization of a prototype of bidirectional substation for district heating with thermal prosumers / M. Pipiciello, M. Caldera, M. Cozzini et al. // Energy. 2021. Vol. 223. P. 120036. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120036
- Penkovskii A., Stennikov V., Kravets A. Bi-level modeling of district heating systems with prosumers // Energy Reports. 2020. Vol. 6 (2). P. 89-95. DOI: 10.1016/j.egyr.2019.11.046
- Стенников В.А., Пеньковский А.В., Кравец А.А. Двухуровневое моделирование теплоснабжающих систем с учетом активных потребителей // Промышленная энергетика. 2021. № 6. C. 10-19. DOI: 10.34831/EP.2021.50.43.002
- Brange L., Englund J., Lauenburg P. Prosumers in district heating networks - A Swedish case study // Applied Energy. 2016. Vol. 164. P. 492-500. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.12.020
- Smart district heating networks - A simulation study of prosumers' impact on technical parameters in distribution networks / L. Brand, A. Calven, J. Englund et al. // Applied Energy. 2014. Vol. 129. P. 39-48. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.04.079
- Dynamic modeling of local district heating grids with prosumers: A case study for Norway / H. Kauko, K. Kvalsvik, D. Rohde et al. // Energy. 2018. Vol. 151. P. 261-271. DOI: 10.1016/j.energy.2018.03.033
- Postnikov I. Methods for optimization of time redundancy of prosumer in district heating systems // Energy Reports. 2020. Vol. 6 (2). P. 214-220. DOI: 10.1016/j.egyr.2019.11.065
- Постников И.В. Оптимизация надежности теплоснабжения с учетом функций активного потребителя // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2021. Т. 21, № 2. С. 5-13. DOI: 10.14529/power210201
- Надежность систем теплоснабжения / Е.В. Сеннова, А.В. Смирнов, А.А. Ионин и др. Новосибирск: Наука, 2000. 351 с.
- Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 1985. 222 с.
- Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985. 272 с.
- Methodology for optimization of component reliability of heat supply systems / I. Postnikov, V. Stennikov, E. Mednikova, A. Penkovskii // Applied Energy. 2018. Vol. 227. P. 365-374. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.11.073
- Соколов В.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Изд-во МЭИ, 1999. 472 с.
- Penkovsky A., Stennikov V., Khamisov O. Optimum Load Distribution between Heat Sources Based on the Cournot Model // Thermal Engineering. 2015. Vol. 62. P. 598-606. DOI: 10.1134/S0040601515080054
