Till innehåll på sidan

Exploiting the Synergies from Coupled Electricity and Heat Distribution Networks

Modelling, simulation and optimization based on an extended energy hub approach

Tid: Fr 2020-12-04 kl 14.00

Plats: Amphi Georges Besse (to be broadcasted online)/ publikt via Zoom, 4 rue Alfred Kasteler, Nantes (English)

Ämnesområde: Energiteknik

Respondent: Getnet Tadesse Ayele , Kraft- och värmeteknologi, GEPEA, Department of Energy Systems and Environment, IMT Atlantique, Nantes, France

Opponent: Professor Filip Johnsson, Department of Energy and Environment, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden

Handledare: Professor Björn Laumert, Kraft- och värmeteknologi; Lektor Joachim Claesson, Energiteknik; Professor Bruno Lacarrière, GEPEA, Department of Energy Systems and Environment, IMT Atlantique, Nantes, France; Assoc. Professor Pierrick Haurant, GEPEA, Department of Energy Systems and Environment, IMT Atlantique, Nantes, France

Abstract

Ny litteratur visar att det finns en betydande potential för avkolning och effektivitetsförbättring som kan uppnås genom synergi från multi-energisystem (MES). Kopplingsteknik, såsom kraftvärmeanläggningar, värmepumpar och värmelager rekommenderas allmänt som medel för att låsa upp ytterligare flexibilitet och öka penetrationen av förnybara energikällor inom värme- och elsektorn. Mot bakgrund av detta ökar storleken och antalet kopplingstekniker, såsom kraftvärmeverk och värmepumpar (HP), som installeras i värmefördelningsnätet. Eftersom dessa tekniker uteslutande hanteras av fjärrvärmenätoperatörerna blir deras drift ibland suboptimal ur elnätets synvinkel, och de (särskilt stora HP) kan orsaka överbelastning av distributionsnätet för lågspänning.

Integrerade simulerings- och optimeringsmodeller krävs för att effektivt utnyttja synergierna utan att kompromissa med MES: s ingående distributionsnät. Sådana modeller är ännu inte väl utvecklade. De konventionella simuleringsverktygen för enenergibärare kan inte heller fånga viktiga driftsparametrar i distributionsnätet med flera bärare.

En ny metod för simulering och optimering av MES har utvecklats i denna avhandling baserad på ett EEH-synsätt (Extended Energy Hub). Det allmänna ramverket utvecklas först i modulär form så att det enkelt kan anpassas för alla typer av multibärare energinät. Ramverket används sedan för att utveckla detaljerna i en integrerad belastningsflödesmodell som styr kopplade värme- och eldistributionsnät. Olika fallflödesstudier med radiella och meshade topologier övervägs för demonstration och numerisk validering av den föreslagna modellen.

Lastflödesmodellen kombineras vidare med en algoritm för optimering av partikelvärm för att genomföra integrerade optimala effektflödesstudier. Dess bidrag till teknikens ståndpunkt demonstreras genom att studera den optimala placeringen av kopplingstekniker, såsom HP och pannor i kopplade värme- och eldistributionsnät. Modellens kapacitet illustreras ytterligare genom att utnyttja synergierna med hjälp av HP tillsammans med termisk lagring i närvaro av intermittenta förnybara energikällor och variabel elprissignal.

Det visas att de EEH-baserade simulerings- och optimeringsmetoderna som föreslås i denna avhandling är mycket effektiva, flexibla och lätt skalbara för att fånga de viktigaste driftsparametrarna för integrerade el- och fjärrvärmenät. Modellerna kan användas som en plattform för vidare studier om integration av smarta nät och smarta termiska nätverk.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-284520