RTU Research Information System
Latviešu English

Publikācija: District Heating System Management and Control Methodology

Publication Type Doctoral Thesis
Funding for basic activity State funding for education
Defending: 13.12.2018 16:00, Rīgas Tehniskās universitātes konferenču zāle, Āzenes ielā 6, 11.stāvā
Publication language Latvian (lv)
Title in original language Centralizētās siltumapgādes sistēmas pārvaldības un kontroles metodoloģija
Title in English District Heating System Management and Control Methodology
Field of research 2. Engineering and technology
Sub-field of research 2.7 Environmental engineering and energetics
Authors Normunds Talcis
Keywords Kontroles metodoloģija, siltumnesēja atgaitas temperatūras kontrole
Abstract Promocijas darba “Centralizētās siltumapgādes sistēmas pārvaldības un kontroles metodoloģija”, pētījuma objekts ir Rīgas pilsētas centralizētās siltumapgādes sistēmas (CSS) Labā krasta siltumtīkli TEC-1 un TEC-2 siltumapgādes zonā. Darbs ir veltīts CSS patērētāju subjektīvi nepieciešamajām vajadzībām pēc komfortablas gaisa temperatūras ēku telpās un karstā ūdens un tajā pašā laikā arī droši un efektīvi ražotu un pārvadītu siltumenerģiju. Promocijas darba tēmas aktualitāti nosaka CSS efektivitātes palielināšanas nepieciešamība, kas saistīta ar Apvienoto Nāciju Organizācijas konvencijas par klimata pārmaiņām nostādnēm, liekot samazināt kaitīgo gāzu izmešus atmosfērā un primāro energoresursu patēriņu. Promocijas darba mērķis ir izvērtēt visu CSS elementu mijiedarbību un izstrādāt metodoloģisku risinājumu CSS procesu pārvaldībai un kontrolei, kas ļautu samazināt CO2 izmešu daudzumu un paaugstināt CSS efektivitāti. Veicot pētījumu par atgaitas temperatūras izmaiņām pārvades sistēmā, var atklāt novirzes no normālā stāvokļa. Tas nozīmē, ka sistēmā ir izmaiņas, kas jāidentificē ar praktiskām metodēm, piemēram, - patērētāju sistēmu pārbaudi, izmantojot siltumskaitītāju datu nolasīšanu; - patērētāju sistēmu apsekošanu, pārbaudot atgaitas temperatūras režīma ievērošanu; - pārvades sistēmu (bezkanālu siltumtrašu) kontroles monitoringa rezultātu analīzi; - virzemes un kanālu siltumtrašu apsekošanu; - siltumkameru noslēgarmatūras stāvokļu pārbaudi (nesankcionētu darbību pārbaude). Pētījums parāda, ka, izmantojot vēsturiskos datus, katrai siltumapgādes sistēmai var sastādīt trenda līnijas un noteikt atgaitas temperatūras nobīdes robežas. Samazinot atgaitas temperatūru, mazinās siltumenerģijas zudumi, elektroenerģijas patēriņš tīkla sūkņiem un siltumapgādes sistēmai, bet, izejot no iepriekš minētā, samazinās arī CO2 izmešu daudzums un primāro energoresursu patēriņš. Katras sistēmas operators, kontrolējot atgaitas temperatūru un salīdzinot to ar trendu līniju robežām, var ātri konstatēt nobīdi un operatīvi rīkoties, lai novērstu nepilnības CSS pārvadē. Izstrādātās sistēmas efektīvākai izmantošanai ir jāizveido tehnisko datu pārvaldes sistēma, kas automātiski kontrolē iestatījumu nobīdes un ziņo par tām. Darbā aplūkoti CSS enerģijas avoti, tai skaitā atjaunojamo energoresursu (šķeldas) pieejamība un izmantošana turpmāk, kurināmā izmantošanas efektivitātes palielināšanas iespējas, izvērtēta siltumenerģijas pārvades loma CSS attīstībā, kā arī esošo un perspektīvo siltumenerģijas patērētāju ietekme uz CSS attīstību pētāmajā reģionā. Promocijas darbs sastāv no ievada, četrām nodaļām, kurās apskatīti centralizētās siltumapgādes sistēmas enerģijas avoti, siltumenerģijas ražošanas efektivitātes palielināšanas iespējas, siltumenerģijas pārvades loma centralizētās siltumapgādes sistēmas attīstībā un siltumenerģijas lietotāju ietekme uz to, kā arī eksperimentālās daļas un rezultātu vērtējuma, secinājumiem, izmantotās literatūras saraksta un pielikumiem. Pirmajā nodaļā aprakstīta centralizētajās siltumapgādes sistēmās izmantojamo energoresursu – atjaunojamo energoresursu un fosilo energoresursu – pieejamība un pieprasījums. Darbā vērtēti svarīgāko atjaunojamo enerģijas avotu Latvijā ‒ koksnes biomasas, hidroenerģijas un vēja enerģijas ‒ potenciāls un to izmantošanas iespējas enerģētikā. Otrajā nodaļā vērtētas kurināmā efektivitātes paaugstināšanas iespējas siltumenerģijas ražošanā, izmantojot biokurināmo (šķeldu) Rīgas centralizētās siltumapgādes sistēmas siltumavotos. Šajā sadaļā salīdzināti tādi siltumenerģijas ražošanas veidi centralizētajā siltumapgādē kā kombinētā cikla dabasgāzes koģenerācija, koģenerācijas iekārtas, kas tiek darbinātas, izmantojot šķeldu, dabasgāzes ūdens sildkatli un ūdens sildkatli, kuros par kurināmo izmanto šķeldu. Pētot centralizētā siltumapgādes sistēmā uzstādītās siltumenerģiju ražojošās iekārtas, kuru darbībā tiek izmantota šķelda, var secināt, ka, tehnoloģijām attīstoties, iespējams sasniegt līdzvērtīgus kurināmā sadedzināšanas efektivitātes rādītājus, kā tas ir ar dabasgāzi darbināmās iekārtās. Trešajā nodaļā ir izvērtēta siltumenerģijas pārvades loma centralizētās siltumapgādes sistēmas attīstībā, veikta īpatnējo, absolūto un dažādu citu siltumenerģijas zudumu samazināšanas pasākumu analīze. Nodaļā apkopoti un analizēti eksperimenta rezultāti, kas parādīja saikni starp siltumnesēja temperatūras (T1 un T2) starpību un āra gaisa temperatūru siltumenerģijas ražošanas avotos TEC-1 un TEC-2 Rīgā. Veiktie pētījumi parādīja, ka ar izstrādāto metodoloģiju, mainoties temperatūras starpībai pārvades sistēmā, iespējams atklāt nobīdes no normālā stāvokļa. Izstrādātā CSS pārvaldības un kontroles metodoloģija palīdz noteikt, kā funkcionē CSS noteiktas temperatūras starpības (ΔT) gadījumā. Līknes virs regresijas līknes un zem tās atbilst 95 % ticamības intervāla vidējām prognozētajām vērtībām starp kurām ir optimāla zona, kas nosaka, kā darbojas siltumapgādes sistēma. Ceturtajā nodaļā pētīta esošo un perspektīvo siltumenerģijas patērētāju ietekme uz centralizētās siltumapgādes sistēmas attīstību, tai skaitā iedzīvotāju skaita izmaiņu ietekme, pētīta iedzīvotāju izpratne par dzīves kvalitāti, apkopota informācija par pašvaldības finansētiem mājokļu celtniecības projektiem un apbūves teritorijām, prognozētas dzīvojamo platību kvantitatīvo rādītāju pārmaiņas, pētīts nedzīvojamo platību pieprasījums un attīstības tendences. Nodaļā pētīta siltumenerģijas lietotāju energoefektivitātes palielināšanas ietekme uz centralizēto siltumapgādes sistēmu, tai skaitā novērtēts ēku energoefektivitātes līmenis, tehniskās iespējas nodrošināt ēku energoefektivitātes uzlabošanu, finansējuma pieejamība un nosacījumi, prognozējamais īpatnējais siltumenerģijas patēriņš dzīvojamās ēkās Rīgā. Siltumenerģijas lietderīgais patēriņš daudzu faktoru ietekmes un nenoteiktību dēļ tiek prognozēts zināmā secībā: siltumenerģijas pieprasījuma prognoze Rīgas dzīvojamā un nedzīvojamā sektorā, siltumenerģijas patēriņa prognoze atsevišķās Rīgas siltumapgādes zonās. Promocijas darbs uzrakstīts latviešu valodā, tā apjoms ir 122 lpp. Darbs ietver 57 attēlus, 33 tabulas, 83 formulas, 4 pielikumus un tajā izmantoti 111 literatūras avoti.
Abstract in English The Doctoral Thesis "Management and Control Methodology of the District Heating System", where the subject of research is the district heating network of Riga City district heating system (DHS) in the heat supply area of CHPP-1 and CHPP-2, is focused on a DHS with subjective necessary needs of consumers to have comfortable indoor temperature in buildings under our climate conditions, as well as to have hot water, by ensuring safe and efficient production and transmission of heat at the same time. The topicality of the subject matter of the Doctoral Thesis is based on the necessity to improve the DHS efficiency, which is related to the guidelines of the UN Convention on the Climate Change, to reduce emission of gases harmful to the climate into the atmosphere and to reduce consumption of primary energy resources. The objective of the Doctoral Thesis is to assess the interaction of all the DHS elements and to develop a methodological solution for management and control of DHS processes providing a higher contribution for reduction of CO2 emissions and improvement of the DHS efficiency. By performing a study on changes of the return temperature in the transmission system it is possible to reveal deviations from the normal condition. This means that there are changes in the system that need to be identified by other practical methods, for example: - examination of the consumers' systems by applying reading of heat meter data; - survey of the consumers' systems, compliance with the return temperature regime; - analysis of the results of monitoring of the control systems of transmission systems (heat pipelines without channels); - survey of heat pipelines above the ground and in channels; - inspection of the condition of shut-off fittings of heat chambers (verification of unauthorised interferences). The study demonstrates that trend graphs can be prepared for each heat supply system by using historical data and the limits of deviations of the return temperature can be established. As the return temperature is reduced, heat losses decrease electricity consumption for the network pumps decreases and energy consumption by the heat supply system decreases leading to reduction of CO2 emissions and consumption of primary energy resources. The operator of each system can identify the deviation fast by following the return temperature and comparing it to the trend graph margins and respond fast in order to prevent deficiencies in the DHS management. For more efficient use of the developed system it is necessary to develop a technical data management system which automatically follows and notifies deviations from settings. The Thesis also reviews availability of DHS energy sources, including renewable energy resources (wood chips), and the possibilities of their future use, the possibilities of improving efficiency of the use of fuel, assesses the role of heat transmission in the DHS development and the impact of existing and perspective heat consumers on the DHS development in the area subject to study. The Thesis consist of an introduction, four chapters reviewing the district heating system energy sources, the possibilities of improving efficiency of heat production, the role of heat transmission in the district heating system development and the impact of existing and perspective heat consumers on the district heating development, an experimental section, the result evaluation, conclusions, the list of references and annexes. The first chapter describes the availability of and the demand for energy resources used in district heating systems, in particular, availability of and demand for renewable energy resources and fossil energy resources. The potential of major renewable energy sources in Latvia, i.e. wood biomass, hydro energy and wind energy, and the possibilities of their use in energy are assessed. The second chapter assesses the possibilities of improving of fuel efficiency by using biofuel (wood chips) for heat production in the heat sources of Riga City district heating system. Within this chapter the forms of heat production in district heating, namely, combined cycle natural gas fired cogeneration, cogeneration units using wood chips, natural gas fired water heating boilers and water heating boilers using wood chips as the fuel, were compared. The study of the heat production units installed in the district heating system where wood chips are used as the fuel leads to the conclusion that, along with development of technologies, equal efficiency indices of fuel combustion to those of natural gas fired units can be achieved. The third chapter contains assessment of the role of heat transmission in the development of a district heating system, the analysis of specific and absolute heat losses and various measures of reduction of heat losses has been performed. The chapter summarises and analyses the results of the experiment identifying the link between the difference of the heat carrier temperature (T1 and T2) and the ambient air temperature in heat production sources CHPP-1 and CHPP-2 operating in Riga. The performed studies demonstrated that deviations from the normal condition, upon the change of the temperature difference in the transmission system can be revealed by applying the developed methodology. The developed DHS management and control methodology defines the function of the DHS at a particular difference of temperatures (ΔT). Curves above and below the regression curve correspond to the mean forecasted values of 95 % reliability interval and between them there is the optimum zone defining the operation of the district heating system. The fourth chapter contains the study of impact of heat consumers upon development of the district heating system, including the study of impact of change of the number of population, study of demand regarding the people's perceived quality of life, summarises information about housing development projects funded by the municipality and development territories, forecast of quantitative indices of living spaces, demand for non-residential areas and trends thereof. The chapter contains study of impact of improvement of energy efficiency of heat consumers upon the district heating system, including assessment of the current level of energy efficiency of buildings, technical possibilities of securing improvement of energy efficiency of buildings, sufficiency and conditions of funding, forecasted specific heat consumption in residential buildings in Riga. Forecasting of effective heat consumption is done according to a particular sequence of assessment due to the impact of multiple factors and uncertainties: forecast of heat demand in the residential sector of Riga city, forecast of heat demand by the non-residential sector in Riga; forecast of heat demand in particular heat supply areas of Riga city. The Doctoral Thesis has been developed in Latvian on 122 pages. The Thesis contains 57 Figures, 33 Tables, 83 formulas, 4 Annexes and 111 sources of reference have been used.
Reference Talcis, Normunds. District Heating System Management and Control Methodology. PhD Thesis. Rīga: [RTU], 2018. 122 p.
Full-text Full-text
Summary in English Summary in English
ID 28324