模擬工具助力環保型區域供熱管理大躍進

隨著再生能源的併入以及分散化趨勢，區域供熱網路正變得日益複雜。在「AD Net Heat」計畫中，弗勞恩霍夫協會的研究人員正對整個網路的熱流進行模擬，預測負載峰值，並協助規劃新的管網。

市政公用事業公司和供熱商預計在未來幾年內，將其區域供熱網路轉換為無二氧化碳運作模式。然而，再生能源併入所導致的管網波動，以及這些網路日益分散化的特性，使得高效管理變得難上加難。

弗勞恩霍夫協會的研究人員開發了一款名為「AD Net Heat」的模擬軟體工具，它能夠對網路中的熱流進行模擬和視覺化呈現。弗勞恩霍夫工業數學研究所（ITWM）的馬蒂亞斯・艾默爾博士解釋道：「這使我們能夠在實時運作期間，對消費端的熱流和需求做出預測。市政公用事業公司和能源供應商可以利用這些資料，實時觀察和管理具有各種動態特性的管網。」他還指出：「不同時段的尖峰負載也能被提前檢測到並加以平衡。」這使得區域供熱網路整體更加穩定，日常運作也更高效、更經濟。

研究人員還開發了物理管網的數位孿生模型。管網拓撲、管道長度和截面積、輸入和消費點的數量及位置等基礎資訊都被納入模型。天氣資料、日照情況以及一年中特定時間段的典型消費模式等因素也被考慮在內。此外，還會指定實際或計劃的輸入資料，如流體溫度和輸入功率。

在此基礎上，「AD Net Heat」能夠模擬整個管網的動態，提供與管網邊緣點（通常是問題區域）相關的關鍵指標，並對關鍵執行狀態發出警告。同時，還可以最佳化管網控制，並將資訊回饋到控制中心。

由於直接對物理過程進行建模，數位孿生模型只需極少數的感測器。這些感測器僅用於校準未知引數，例如因老化而與原始狀態不符的管道特性。額外感測器可用於驗證模擬結果。

對於供熱網路運營商和市政公用事業公司而言，數位孿生模型具有諸多優勢。在許多情況下，最佳化運營可避免因電價波動而使用成本高昂的額外能源。此外，還可以降低流體溫度，以減少不必要的能源損失，同時又不影響供應的可靠性。

社羣中的大型活動，如需要向大型室內空間供熱的音樂會或貿易展覽，也會被納入運營規劃。輸入接收地點和預計熱需求後，軟體會模擬熱傳輸過程，並輸出消費預測。

不僅如此，該軟體解決方案還有助於新管網的規劃和啟用。如果確定了管網的拓撲結構，包括太陽能熱能和工業廢熱等波動效能源的輸入點，軟體工具就能計算出熱流分佈和預期消費量。規劃公司可以透過它執行各種不同的情景，例如一天中不同時間或一年中不同季節的消費情況、發電機位置的差異以及新輸送線路等結構性變化。

艾默爾表示：「透過這種方式，市政公用事業公司和區域供熱商在邁向節約資源的氣候中和供熱方面邁出了重要一步，同時也降低了成本。一方面，數位孿生模型的模擬功能可以在再生能源可用時實現最大程度的利用；另一方面，熱需求預測非常準確可靠，這使得設計管道截面積時可以適當縮小，從而節省材料。」

目前，弗勞恩霍夫協會的研究人員正在努力使「AD Net Heat」的使用者介面對供熱商和規劃公司的使用者來說更加簡單明瞭。由於計算核心從根本上設計為適用於所有型別的網路，未來該模擬功能也可能應用於不同的能源管網，如輸電或輸氣管網。