Published February 15, 2021 | Version v1
Miscellaneous Restricted

Energy, Economic and Quality of Service assessment using Dynamic Modelling and Optimization for Smart Management of District Heating networks

Description

Based on the relevance of Heat as one of the primary end-uses of energy in a city and the still small amount of literature on the transition of District Heating (DH) into Smart Thermal Networks, the main objective of the present research is to propose a novel model for system management of DH by combining Modeling, Simulation, and Optimization tools. This with the aim to be a proof of concept that demonstrates the possibility of DH systems to transition into Smart Thermal Networks and their capabilities of integration into the Smart City model. The present research takes the electricity smart grid as the starting point to propose a new model of DH system management named Dynamic Optimization of DH for its Transition to Smart Networks (DOTS). This model is constituted by three parts: the modeling of DH networks, the optimization of DH systems, and the evaluation of DH systems. The modeling approach is based on the physical modeling of DH networks using Oriented Graphs and a variation of the Finite Volumes method. The optimization is divided into two steps: The Dispatch optimization using linear programming formulation, and the Generation Temperature optimization using non-linear programming formulation. The evaluation of DH is done through energy, economic and, new to DH, Quality of Service (QoS) indicators. To account for the dynamics of heat distribution, the present research proposes the use of a new operative indicator named the Pipe Supply Factor (PSF) to allow the network to consider the delay times and the thermal inertia of the system. (author)

Abstract (French)

Ces travaux considerent les Smart Grid electrique comme point de depart pour proposer un nouveau modele de gestion des reseaux de chaleur, baptise Optimisation Dynamique des reseaux de chaleur pour une transition vers les Reseaux Intelligents (acronyme DOTS en anglais). Le modele DOTS est constitue de trois parties: la modelisation dynamique des reseaux de distribution, l'optimisation du reseau de chaleur dans son ensemble et une evaluation multicritere de sa performance. La modelisation physique des reseaux est associee a une representation en graphes orientes et a une methode modifiee des volumes finis. En complement, ce travail propose l'utilisation d'un nouvel indicateur de fonctionnement dynamique appele Facteur de Charge des Conduites (PSF en anglais pour Pipe Supply Factor). Le PSF donne le rapport entre l'energie entrant dans une conduite et l'energie qui en ressort. L'optimisation est divisee en deux etapes: L'optimisation de l'ordre de mobilisation des differents systemes de production (dispatch) et l'optimisation de la temperature de generation. Le dispatch correspond a un ordre de priorite base sur le cout de production et l'optimisation des temperatures de production est optimisee grace a la minimisation de la production totale, de la demande non satisfaite (deficit) et de l'exces de chaleur (surplus). L'evaluation globale du reseau de chaleur se fait au travers d'indicateurs energetiques, economiques et de qualite de service. Les resultats indiquent la possibilite de la transition des reseaux de chaleur (existants ou nouveaux) vers les Smart Thermal Networks et leur capacite a devenir partie integrante du modele Smart City. (auteur)

Files

Restricted

The record is publicly accessible, but files are restricted to users with access.

Additional details

Additional titles

Original title (English)
Evaluation energetique, economique et de la qualite de services, basee sur la modelisation et l'optimisation dynamique, pour une gestion intelligente des reseaux de chaleur

Publishing Information

Imprint Pagination
207 p.
Report number
FRNC-TH--12173

Optional Information

Notes
90 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses