Создание цифрового двойника тепловой сети в различных программных комплексах

Концепция внедрения интеллектуальных систем теплоснабжения или систем теплоснабжения 4-го поколения является приоритетным направлением развития систем централизованного теплоснабжения России и впоследствии должна стать наилучшей доступной технологией (НДТ) для новых и реконструируемых энергетических систем, поможет снизить нецелесообразные потери тепловой энергии, сократить аварийность энергосистем, повысить их энергетическую эффективность и надежность, а также упростить интеграцию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в уже существующие энергетические системы.

Одной из ключевых технологий, необходимых для создания таких систем, являются цифровые двойники тепловых сетей и имитационные модели систем централизованного теплоснабжения. Описывается разработка цифрового двойника для рассматриваемого участка тепловой сети. В качестве участка тепловой сети использовался разработанный экспериментальный стенд — физическая модель. На нем проводились испытания с целью определения возможностей систем дистанционного мониторинга параметров теплоносителя, а также моделирования аварийных ситуаций на участках тепловой сети. С помощью стенда также проводилась верификация разрабатываемого цифрового двойника. Для создания цифровой модели стенда использовались программы Matlab Simulink, ZuluThermo и SimInTech. Программа ZuluThermo позволяет создать цифрового двойника, который имитирует стационарные, а Matlab Simulink и SimInTech — как стационарные, так и динамические процессы, происходящие на участках тепловых сетей. Динамическая модель системы теплоснабжения использовалась для моделирования процесса взаимного влияния потребителей тепловой энергии. В качестве сценариев динамических процессов смоделированы ситуации в Matlab Simulink и SimInTech, возникающие при работе автоматики на тепловых пунктах потребителей. Показано взаимное влияние потребителей тепла друг на друга при регулировании тепловой нагрузки, а также их влияние на потребителей, которые не имеют возможности самостоятельно регулировать собственную тепловую нагрузку.

1. Рафальская Т. А., Мансуров А. Р., Мансурова И. Р. Исследование переменных режимов работы систем централизованного теплоснабжения при качественно-количественном регулировании. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура 2019; 10 (2): 79 - 91.

2. Электронный ресурс // https://www.politerm.com: информ.-справочный портал [Электрон. ресурс] (дата обращения: 15.01.2022).

3. Кислов Д. К., Рябенко М. С., Рафальская Т. А. Разработка системы интеллектуального теплоснабжения на базе информационной сети Zulu. Энергосбережение и водоподготовка 2018; 2 (112): 55 - 59. https://www.politerm.com/products/thermo/zuluthermo/ (дата обращения: 15.01.2022).

4. Lund H., Werner S., Wiltshire R., Svendsen S., Thorsen J. E., Hvelplund F., Mathiesen B. V. 4th Generation District Heating (4GDH): Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems. Energy 2014, (68): 1 - 11. [Электрон. ресурс] https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.02.089 (дата обращения: 26.06.2022).

5. Lauenburg P. 11 — Temperature optimization in district heating systems, in: Wiltshire R. (Ed.), Advanced District Heating and Cooling (DHC) Systems, Woodhead Publishing Series in Energy. Woodhead Publishing, Oxford, 2016: 223 - 240. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-374-4.00011-2 (дата обращения: 26.06.2022).

6. Zheng X., Sun Q., Wang Y., Zheng L., Gao X., You S., Zhang H., Shi K. Thermo-hydraulic coupled simulation and analysis of a real large-scale complex district heating network in Tianjin. Energy 2021; 236, 121389. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121389 (дата обращения: 26.06.2022).

7. Zheng J., Zhou Z., Zhao J., Wang J. Function method for dynamic temperature simulation of district heating network. Applied Thermal Engineering 2017; (123): 682 - 688. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.05.083 (дата обращения: 26.06.2022).

8. Falay B., Schweiger G., O'Donovan K., Leusbrock I. Enabling large-scale dynamic simulations and reducing model complexity of district heating and cooling systems by aggregation. Energy 2020; 209, 118410. [Электрон. ресурс] https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118410 (дата обращения: 26.06.2022).

9. Barone G., Buonomano A., Forzano C., Palombo A. A novel dynamic simulation model for the thermo-economic analysis and optimisation of district heating systems. Energy Conversion and Management 2020; 220, 113052. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113052 (дата обращения: 26.06.2022).

10. Larsen H. V., Palsson H., B0hm B., Ravn H. F. Aggregated dynamic simulation model of district heating networks. Energy Conversion and Management 2002; (43): 995-1019. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/S0196-8904(01)00093-0 (дата обращения: 26.06.2022).

11. Zheng J., Zhou Z., Zhao J., Wang J. Function method for dynamic temperature simulation of district heating network. Applied Thermal Engineering 2017; (123): 682 - 688. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.05.083 (дата обращения: 26.06.2022).

12. Hussein A., Klein A. Modelling and validation of district heating networks using an urban simulation platform. Applied Thermal Engineering 2021; 187, 116529. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116529 (дата обращения: 26.06.2022).

13. Badami M., Fonti A., Carpignano A., Grosso D. Design of district heating networks through an integrated thermo-fluid dynamics and reliability modelling approach. Energy 2018; (144): 826 -838. [Электрон. ресурс] https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.071 (дата обращения: 26.06.2022).

14. Schweiger G., Larsson P.-O., Magnusson F., Lauenburg P., Velut S. District heating and cooling systems - Framework for Modelica-based simulation and dynamic optimization. Energy 2017; (137): 566 - 578. [Электрон.ресурс] https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.05.115 (дата обращения: 26.06.2022).

15. Электронный ресурс // help.simintech.ru: информ.-справочный портал [Электрон.ресурс] https://help.simintech.ru/#spravochnaya_sistema_i_ee_nastrojka/DIR_nachalo_raboty_so_spravochnoj_sistemoj.html (дата обращения: 10.01.2022).