Software and information complex for district heat supply systems modeling
Software and information complex for modeling of the heat supply systems functioning, which allows ensuring the optimal selection of aggregates and their operation modes. It will ensure the production and redistribution of energy in accordance with the schedule of consumers. Simulation of optimized...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/570 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104068499275776 |
|---|---|
| author | Denysov , Viktor |
| author_facet | Denysov , Viktor |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Viktor Denysov ",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Denysov , Viktor |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:42Z |
| description | Software and information complex for modeling of the heat supply systems functioning, which allows ensuring the optimal selection of aggregates and their operation modes. It will ensure the production and redistribution of energy in accordance with the schedule of consumers. Simulation of optimized operating modes of a self-sufficient heat supply system for a cottage village based on local energy resources and with minimal use of external energy sources was performed. The use of the software and information complex made it possible to calculate the parameters that provide optimized coverage of the heat load schedule of the cottage village based on local energy resources. The simulation performed using the example of the predicted values of the installed thermal capacity of the power units and the actual ambient temperature schedule. The developed new software and information complex provides an opportunity for hourly simulation and research of optimal modes of operation of heat units of autonomous heat supply systems. In the developed software and information complex, a model of optimization of operating modes is applied, which belongs to the class of problems of optimal loading of generating capacities of power systems with the criterion of minimizing costs for production, accumulation and consumption of heat and electricity. An example of simulation results using the heat load schedule for the selected day of March 20, 2018 is given. The obtained results indicate a decrease in the specific cost of hourly heat supply with an increase in the part of thermal energy supplied at the expense of renewable energy sources, and accordingly, a decrease in the part of gas, and in the general case of any other generation based on fossil fuel technologies, in the total volume of heat supply. Thus, the effectiveness of the use of renewable energy sources based on local energy resources as part of the heat supply system of the cottage village confirmed. |
| doi_str_mv | 10.15407/srenergy2022.01.038 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
38
В. ДЕНИСОВ
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
1. Вступ
Типова ситуація в мережах централізовано-
го теплопостачання полягає в тому, що окремі
споживачі змінюють своє теплове навантажен-
ня, наприклад, залежно від умов навколишнього
середовища, а менеджер мережі коригує тепло,
що надається установками навантаження, щоб
відповідати цій потребі. Керування у системах
централізованого опалення, можна розділити на
дві основні категорії:
– централізовані системи керування, якими
керує постачальник тепла;
– локальні системи керування, якими керують
підстанції замовника (та установки кондиціону-
вання приміщення).
Зазвичай, в мережі централізованого тепло-
постачання (ЦТ) [1] присутні такі основні систе-
ми керування:
а) місцеві системи управління (сторона клієнта):
− регулювання потреби в теплі, яким керує
система опалення (наприклад, термостатичні
клапани в радіаторах) або безпосередньо корис-
тувач (гаряча вода);
− контроль потоку, керований підстанціями;
б) централізовані системи управління (сторо-
на постачальника тепла):
− регулювання перепаду тиску, яке керується
циркуляційними насосами;
− контроль температури подачі, керований
станціями навантаження.
У найпростішій конфігурації систем ЦТ ці
чотири системи управління є, в деякому розу-
мінні, незалежними. Але ж, існують чіткі межі
між ролями/обов’язками менеджера мережі та
керівника підстанції. Крім того, в централізова-
ній системі управління існує повне розділення
між тиском і температурою (хоча різні режими
роботи зазвичай використовуються для реаліза-
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70): 38–45
doi: https://doi.org/10.15407/srenergy2022.01.038
УДК 338.516 Віктор Денисов, https://orcid.org/0000-0002-3297-1114,
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
e-mail: info@ienergy.kiev.ua
Автор-кореспондент: visedp@gmail.com
ПРОГРАМНО-ІНФОРМАЦІЙНИЙ КОМПЛЕКС
МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
Анотація. Надано опис розробленого програмно-інформаційного комплексу для мо-
делювання систем теплопостачання, що дозволяє оптимізувати вибір агрегатів та
режимів їх експлуатації та забезпечити вироблення та перерозподіл теплової енер-
гії відповідно до графіка споживачів. Виконано моделювання оптимізованих режимів
експлуатації автономної системи теплопостачання для котеджного селища на базі
місцевих енергоресурсів та з мінімальним використанням сторонніх джерел енер-
гії. Використання програмно-інформаційного комплексу дозволило розрахувати па-
раметри, що забезпечують оптимізоване покриття графіка теплового навантаження
котеджного селища на базі місцевих енергоресурсів на прикладі прогнозованих зна-
чень встановленої теплової потужності енергоагрегатів та фактичного графіку темпе-
ратури навколишнього середовища. Розроблений новий програмно-інформаційний
комплекс дає можливість погодинного моделювання та дослідження оптимальних
режимів функціонування теплових агрегатів автономних систем теплопостачання. В
розробленому програмно-інформаційному комплексі застосована модель оптиміза-
ції режимів експлуатації, яка відноситься до класу задач оптимального завантажен-
ня генеруючих потужностей енергосистем із критерієм мінімізації витрат на вироб-
ництво, накопичення та споживання теплової та електроенергії. Наведено приклад
результатів моделювання з використанням графіка теплового навантаження для об-
раної доби 20 березня 2018 року. Отримані результати свідчать про зниження питомої
вартості погодинного теплопостачання зі збільшенням частини теплової енергії, що
поставляється за рахунок відновлюваних джерел енергії, і відповідно, зниженням час-
тини газової, а в загальному випадку будь-якої іншої генерації на технологіях викоп-
ного палива, в загальному обсязі теплозабезпечення. Таким чином, підтверджується
ефективність використання відновлюваних джерел енергії на базі місцевих енергоре-
сурсів у складі системи теплопостачання котеджного селища.
Ключові слова: автономне теплопостачання, ефективність відновлюваних джерел
енергії на базі місцевих енергоресурсів.
© В. ДЕНИСОВ, 2022
39
Програмно-інформаційний комплекс моделювання систем теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
ції різних комбінацій стратегій управління для
кожної системи). Це стало можливим завдяки
тому, що динаміка рідини не зазнає істотного
впливу теплових аспектів (властивості води не
сильно змінюються з температурою в межах ро-
бочого діапазону традиційних мереж), тому ці
два явища можна розглядати окремо (або при-
наймні послідовно).
Звичайно, опалення та охолодження можуть
значно відрізнятися від країни до країни. Однак
спільним знаменником для всіх європейських
регіонів є загальна тенденція до зростання ур-
банізації. З цієї причини підходи до опалення та
охолодження, засновані на «регіональній» пер-
спективі, а не на індивідуальних рішеннях, ста-
ють все більш актуальними.
Мислення в термінах енергетичних регіонів
надає перевагу кращого балансування наванта-
жень кількох користувачів. Традиційне ЦТ 3-го
покоління втілює цю концепцію з точки зору те-
плової енергії та може вважатися консолідова-
ною практикою в багатьох країнах-членах ЄС.
Однак має деякі недоліки, в основному через від-
носно високу робочу температуру (температура
подачі близько 90 °C). Це призводить до поміт-
них теплових втрат, незважаючи на використан-
ня високоякісних попередньо ізольованих труб.
Крім того, такі умови експлуатації не підходять
для прямої рекуперації низькотемпературного
надлишкового (відпрацьованого) тепла, яке час-
то доступне в умовах міста.
Мета роботи. Щоб подолати вищезгадані не-
доліки, було запропоновано [1, 2] системи цен-
тралізованого теплопостачання 4-го покоління
(4DH), які мають ключовий компонент у знижен-
ні температури мережі до мінімального значення,
допустимого для прямого опалення приміщення
та приготування гарячої води для побутових по-
треб: температура подачі близько 50–55 °C.
Ще один крок вперед – запропоновані систе-
ми централізованого опалення 5-го покоління,
структура та режими навантаження яких здій-
снюється, наприклад, у системі моделювання,
яке розроблено як складова проєкту FLEXYNETS
[3]. FLEXYNETS – це європейський проект
Horizon 2020, координований EURAC, дослід-
ницьким інститутом у Бозені. Оскільки тради-
ційно мережі централізованого теплопостачання
та охолодження (DHC) розподіляють енергію від
централізованої генеруючої установки до низки
віддалених споживачів їх недоліками є:
– значні втрати тепла;
– погано вивчений потенціал інтеграції різ-
них доступних джерел енергії (наприклад, віднов-
люваних джерел та відхідного тепла) в мережу;
– великі інсталяційні витрати.
FLEXYNETS пропонує нове покоління інте-
лектуальних мереж централізованого опален-
ня та охолодження, які зменшують втрати при
транспортуванні енергії, працюючи при «ней-
тральних» (15–20 °C) рівнях температури. Ре-
версивні теплові насоси мають використовувати-
ся для теплообміну з мережею DHC на стороні
споживача, забезпечуючи необхідне опалення та
охолодження будівель. Таким чином, одна і та ж
мережа може забезпечити сучасне опалення та
охолодження.
Для моделювання режимів експлуатації ав-
тономної системи теплопостачання з мінімаль-
ним використанням сторонніх джерел енергії на
платформі Solver Studio [4] автором розробле-
но новий програмно-інформаційний комплекс,
який дає можливість погодинного моделювання
та дослідження оптимальних режимів функціо-
нування теплових агрегатів автономних систем
теплопостачання.
2. Матеріали та методи
При роботі мережі зазвичай використовується
певна кількість режимів роботи, де комбінують-
ся різні елементи управління. Це відноситься до
централізованого управління, яке знаходиться у
віданні адміністратора мережі, тоді як управлін-
ня підстанцією зазвичай залишається незмінним
у різних режимах роботи.
Регулювання температури подачі зазвичай
здійснюється шляхом лінійного підвищення
температури подачі при зниженні зовнішньої
температури. Недоліком такого регулювання є
те, що «мережа завантажується при більш висо-
ких теплових навантаженнях і розвантажується
при нижчих теплових навантаженнях» [1]. Щоб
отримати ефект згладжування піків, тим самим
зменшивши необхідну потужність станції та за-
безпечивши більш стійку її роботу, корисно за-
здалегідь завантажити мережу, що можливо
лише за наявності належних стратегій прогно-
зування на рівні попереджувального управління.
Прогнозування попиту (яке підтримується, на-
приклад, прогнозами погоди) вже застосовується
у декількох традиційних мережах.
У роботі мережі зазвичай використовуються
різні режими роботи в залежності від темпера-
тури зовнішнього повітря (і, отже, від рівня по-
питу щодо проектних умов). Крім того, загальне
керування мережею вимагає включення деяких
обмежуючих систем керування, які гарантують,
що максимальні та мінімальні рівні температури
та тиску не будуть перевищені, зокрема:
– централізований контроль максимальної
температури подачі, який дозволяє уникнути
перевищення розрахункової температури подачі
40
В. ДЕНИСОВ
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
мережі за рахунок впливу на вироблення тепла
на установці навантаження (наприклад, зупиняє
пальник у бойлері);
– локальний контроль мінімальної темпе-
ратури подачі на периферії мережі. Цей конт-
роль дозволяє гарантувати мінімальний рівень
температури для всіх підстанцій, що особливо
актуально для далеко розташованих підстанцій.
Адже, через теплові втрати температура подачі
зазвичай знижується по всій розподільній систе-
мі. Це зниження температури залежить від швид-
кості потоку: зазвичай воно більш виражене за
низьких швидкостей потоку, коли елемент ріди-
ни має більше часу для втрати тепла, перш ніж
його можна буде використовувати на підстанції.
Така ситуація може мати сильний вплив у нічний
час, коли у деяких філіях спостерігається неве-
ликий або нульовий попит. Вирішення можли-
во за рахунок встановлення байпасних клапанів
у критичних місцях на периферії мережі, щоб
отримана циркуляція зберігала мінімальний рі-
вень температури.
– центральний та місцевий контроль мак-
симального тиску. Метою цього контролю є не-
допущення перевищення розрахункового тиску
мережного обладнання (включаючи труби). Це,
звичайно, має пріоритет над контролем перепа-
ду тиску. Для простих централізованих мереж
з однією завантажувальною установкою макси-
мальний тиск можна легко контролювати відра-
зу після циркуляційного насоса, але для склад-
ніших мереж з урахуванням зміни висоти через
особливості ландшафту, необхідно додати інші
місцеві органи управління (наприклад, зменшен-
ня основної потужності насосів та використання
бустерних насосів у проміжних точках мережі).
Потреба в опаленні/охолодженні [3] в кожну го-
дину року 𝑡 розраховується шляхом поєднання річ-
ного профілю навантаження YLP (Year Load Profi le,
який визначається на місячній основі) з щоденним
профілем навантаження DLP (Day Load Profi le) (по
одному для кожного сезону та визначеному на по-
годинній основі). Наслідком цього спрощеного під-
ходу є те, що погодинна потреба для усіх днів одно-
го місяця вважається однаковою.
( ) ( ),
( ) ( ) ( , ),
yearlyQ m Q YLP m
Q t Q m DLP s t
де Q(m) – місячна потреба в опаленні/охолоджен-
ні для місяця m, МВт‧год; Qyearly – річна потреба в
опаленні/охолодженні, МВт‧год; Q(t) – погодин-
на потреба для кожного дня місяця m, МВт‧год;
Профіль щоденного навантаження 𝐷𝐿𝑃 є функці-
єю сезону 𝑠, до якого належить місяць 𝑚.
Такі погодні параметри, як середня з найви-
щої та найнижчої температури навколишнього
середовища для кожного місяця, які використо-
вуються для обчислення температури навколиш-
нього середовища в кожну годину року визнача-
ються згідно виразу
max min( )
2
amb amb
amb t
max min 2sin 7
2 24
amb amb t ,
де ( )amb t – температура навколишнього середови-
ща на годину 𝑡, °C; maxamb , minamb – середні значення
відповідно найвищої та найнижчої добових тем-
ператур, °C. Пара середніх температур визнача-
ється для кожного місяця та для кожного геогра-
фічного місця з таблиці 2 Додатку А джерела [3].
Довжина розподільчої мережі розраховується
[3] на основі складу міської території та резуль-
туючого співвідношення її ділянок відповідно до
рівняння
,
,
,
0.15
/
61.8
/
B L
L
e A A
w e
L A w
де AB – площа будівлі, м2; AL – площа земельної
ділянки, м2; w – ефективна ширина, м; L – загаль-
на довжина траншеї розподільної мережі, м.
Крім магістральних розподільних труб, пе-
редбачається, що кожен споживач буде підклю-
чений до магістральної мережі за допомогою
12+12 м постачально/обратних труб.
Знаючи пікову теплову потужність, яку пере-
дає мережа, і різницю між температурами пода-
чі та зворотного потоку, максимальна швидкість
потоку, для якої має бути розрахована мережа,
визначається [3] рівнянням:
max
max
p
QV
c T
,
де Vmax – максимальна швидкість потоку в ме-
режі, м3/с; Qmax – пікова теплова потужність, що
переноситься мережею, МВт; ρ – густина тепло-
носія рідини, кг/м3; cp – питома теплоємність рі-
дини теплоносія, МДж/кг/К; Δ𝑇 – різниця між
температурою подачі та зворотного потоку, К.
Для технологій, що використовуються в ЦТ,
оцінюються річні викиди таких парникових газів
(ПГ): вуглекислого газу (CO2), метану (CH4) та
оксиду азоту (N2O). Коефіцієнти викидів виража-
ються через масу розглянутого ПГ на одиницю
енергії палива. Коефіцієнти викидів для CH4 та
N2O є функцією технології ЦТ, тоді як для CO2
залежать лише від типу та кількості витраченого
палива. Коли паливом є електроенергія, коефіці-
єнти викидів CH4 та N2O вважаються нульовими,
тоді як CO2 – вважається рівним 202 кг/МВт‧год,
тому що враховуються викиди СО2 при виробни-
41
Програмно-інформаційний комплекс моделювання систем теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
цтві електроенергії. Щоб порівняти викиди ПГ
за різними сценаріями, річні викиди еквівалентів
вуглекислого газу (CO2eq) визначаються за допо-
могою рівняння:
Emission of CO2eq = 100i i fEF GWP Q ,
де EFi – коефіцієнт викидів парникового газу i, кг/
МВт‧год; GWP100i – потенціал глобального поте-
пління за 100 років за рахунок газу i; GWP100 для
CH4 дорівнює 28, для N2O – 265, а для CO2 – 1;
Qf – кількість використаного палива, кг/МВт‧год.
Коефіцієнти викидів можуть змінюватися від
країни до країни. Список коефіцієнтів викидів
CO2eq для спожитої електроенергії в країнах ЄС-
28 міститься в [7].
Використовуючи вищевикладене як вихідні
дані, в розробленому програмно-інформаційному
комплексі застосована модель оптимізації режи-
мів експлуатації теплогенеруючих потужностей,
яка відноситься до класу оптимізаційних задач –
Optimal Unit Commitment of Power System (задач
оптимального завантаження генеруючих потуж-
ностей енергосистем) із критерієм мінімізації ви-
трат на виробництво, накопичення та споживання
теплової та електроенергії. В загальному вигляді
математична модель складається з критерію опти-
мальності та обмежень. Критерій оптимальності
(1) – мінімальні витрати на виробництво, накопи-
чення та споживання теплової електроенергії при
дотриманні точного покриття графіку теплового
навантаження (2). Суворо виконуються техноло-
гічні обмеження на режими використання тепло-
генеруючих агрегатів, накопичувачів теплової
енергії (PTES) та елементів теплової мережі.
T G
Gen Gen Start Start
tg tg tg tg
t g
P c S c
ara g gr Gen Gen Ch e Start Start
tptes tptes tptes tp
PTES
Ch e
pte
tes tptes tptes
s
P c c S cP min , (1)
arg
G
Gen Gen Ch e Loss
tg tptes tpt
PTES
ptes
es t
g
P P PP
( , ); ;DLP s t t T (2)
де: T – період (час у годинах); G, PTES – множи-
на генеруючих та накоп ичуючих потужностей;
P – потужність: Gen – генерації, Charge – нако-
пичення, Loss – втрат, МВт; S – кількість стартів
теплоагрегату; c – вартість, $/МВт‧год; DLP(s, t)
теплове навантаження, МВт.
За рахунок того, що у моделі враховано спе-
цифічні особливості роботи теплогенеруючих та
накопичувальних потужностей автономної сис-
теми теплопостачання: встановлені потужності
складових енергосистеми, граничні можливості
зміни потужності агрегатів накопичення та гене-
рації теплової енергії, математична оптимізацій-
на модель має переваги адекватного моделюван-
ня режимів використання агрегатів.
Модель реалізована на мові алгебраїчного мо-
делювання MathProg, що реалізована в середови-
щі моделювання COIN-OR PuLP [4]. Викорис-
тання моделі дозволило дослідити можливості
оптимізованої диспетчеризації теплогенеруючих
потужностей, а також генеруючих та резервних
потужностей накопичувачів тепла великої єм-
ності в складі роботи автономної системи тепло-
постачання, меж допустимих значень параметрів
генеруючих і накопичуючих потужностей, при
яких можлива стійка збалансована робота систе-
ми теплопостачання.
Для визначення оптимальних режимів ви-
користання генеруючих та накопичуючих по-
тужностей при покритті графіків теплових на-
вантажень без використання і з використанням
накопичувачів при різних значеннях сумарного
та пікових навантажень було використано новий
розроблений автором програмно-інформаційний
комплекс, який дає можливість погодинного мо-
делювання та дослідження оптимальних режи-
мів функціонування теплових агрегатів автоном-
них систем теплопостачання.
3. Результати та обговорення
Україна має значні запаси неосвоєних міс-
цевих енергоресурсів у вигляді відновлюваних
джерел енергії, природного газу з некондиційних
родовищ, гідроенергії малих річок та ін. [8].
Проекти на основі комплексного використання
відновлюваних джерел енергії – геотермальної,
сонячної та вітрової – дозволяють створювати ав-
тономні системи теплопостачання з мінімальним
використанням сторонніх джерел енергії.
Розроблено програмно-інформаційний комп-
лекс для моделювання функціонування автономних
систем теплопостачання, що дозволяє забезпечити
оптимальний вибір агрегатів та режимів їх експлуа-
тації, які забезпечуватимуть вироблення та перероз-
поділ енергії відповідно до графіка споживачів.
За допомогою програмно-інформаційного
комплексу, що дає можливість погодинного мо-
делювання режимів теплових агрегатів автоном-
них систем теплопостачання, виконано моделю-
вання оптимізованих режимів експлуатації сис-
теми теплопостачання для котеджного селища на
базі місцевих енергоресурсів та з мінімальним
використанням сторонніх джерел енергії. Вико-
ристання програмно-інформаційного комплексу
дозволило розрахувати параметри, що забезпе-
чують оптимізоване покриття графіка теплового
навантаження котеджного селища на базі місце-
вих енергоресурсів з мінімальним використан-
ням сторонніх джерел енергії на прикладі про-
42
В. ДЕНИСОВ
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
гнозованих значень встановленої теплової по-
тужності енергоагрегатів та графіку температури
навколишнього середовища для обраної доби
20 березня 2018 року.
Обсяг сумарного теплового навантаження за
обрану добу склав 131,55 МВт‧год, максимальне
навантаження на 10-гу годину – 6,17 МВт‧год,
мінімальне навантаження на години 1-4 та 24 –
4,94 МВт‧год.
Нижче представлено значення найбільш ва-
гомих параметрів, що були використані при роз-
рахунках в процесі математичного моделювання.
Географічне положення – Київська область
України.
Тип району – ґрунтова ділянка/новий район.
Площа котеджного селища 3,1 км2 з низькою
щільністю житлової забудови 2,6 км2 та публіч-
ним простором 0,5 км2 . Кількість котеджів 44.
Річна потреба в теплі 39,9 ГВт‧год.
Нагрівачі базового та резервного навантаження:
– котельня на природному газі (GAS) з
встановленою потужністю 2,7 МВт;
– геотермальна свердловина (GEO) потуж-
ністю 1 МВт;
– реверсивні теплові насоси (HP) встанов-
лена потужність 0,2 МВт_ел та 1 МВт_теп;
– вітрова станція (WIND) з перетворюва-
чем електрики в тепло 2,5 МВт;
– сонячний колектор (SUN_collector) по-
тужністю 2,5 МВт;
– накопичувач теплової енергії (PTES), що
має ємність 50 МВт‧год та потужність 1 МВт.
Обмін тепловою енергією з мережею:
− річний відбір тепла (нетто) – 39,9 ГВт‧год;
− тепло конденсації, що вводиться в мере-
жу – 14,6 ГВт·год/рік;
− річні втрати тепла від мережі –
3,62 ГВт‧год/рік;
− доступне відхідне тепло – 40,0 ГВт‧год;
− відхідне тепло, що вводиться в мережу –
22,7 ГВт‧год;
− річне виробництво тепла – 12,8 ГВт‧год/рік.
Приклад результатів моделювання з викорис-
танням графіка теплового навантаження для об-
Tаблиця. Фактичне погодинне теплове навантаження та теплова потужність (МВт)
теплоагрегатів 20 березня 2018 року
Го
ди
ни
Н
ав
ан
та
-
ж
ен
ня
Га
зо
ва
ко
те
ль
ня
Ге
от
ер
ма
ль
на
св
ер
дл
ов
ин
а
Те
пл
ов
ий
на
со
с
Н
ак
оп
ич
ув
ач
,
ро
зр
яд
Н
ак
оп
ич
ув
ач
,
за
ря
д
С
он
яч
ни
й
ко
ле
кт
ор
В
іт
ро
ва
ст
ан
ці
я
% ВД
Е
%
Г
аз
ов
а
ко
те
ль
ня
В
ар
ті
ст
ь
У.
О
.
1 4,93 2,65 1,00 1,00 0,00 –0,02 0,00 0,31 47 54 179,61
2 4,93 2,70 1,00 1,00 0,02 0,00 0,00 0,21 45 55 182,04
3 4,93 2,70 1,00 1,00 0,00 –0,19 0,00 0,42 49 55 184,66
4 4,93 2,27 1,00 1,00 0,00 –0,02 0,00 0,69 55 46 162,34
5 5,16 2,48 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,68 52 48 171,54
6 5,38 2,38 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 1,00 56 44 167,23
7 5,61 2,70 1,00 1,00 0,21 0,00 0,02 0,68 48 48 186,06
8 5,83 2,67 1,00 1,00 0,00 0,00 0,28 0,88 54 46 180,22
9 6,06 2,63 1,00 1,00 0,00 0,00 0,39 1,04 57 43 178,16
10 6,17 1,98 1,00 1,00 0,00 0,00 0,59 1,60 68 32 149,01
11 6,06 1,15 1,00 1,00 0,00 0,00 1,09 1,82 81 19 111,56
12 5,83 0,37 1,00 1,00 0,00 –0,07 1,90 1,63 95 6 77,97
13 5,61 0,20 1,00 1,00 0,00 –0,17 1,98 1,60 100 4 71,94
14 5,61 0,74 1,00 1,00 0,00 0,00 1,50 1,37 87 13 93,18
15 5,83 1,46 1,00 1,00 0,00 0,00 1,31 1,06 75 25 125,77
16 5,94 1,64 1,00 1,00 0,00 0,00 0,34 1,96 72 28 133,97
17 5,94 2,70 1,00 1,00 0,24 0,00 0,08 0,92 50 45 186,86
18 5,83 1,95 1,00 1,00 0,00 0,00 0,01 1,87 67 33 147,82
19 5,61 1,84 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 1,77 67 33 142,68
20 5,38 2,14 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 1,24 60 40 156,43
21 5,16 1,83 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 1,33 65 35 142,29
22 4,93 1,43 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 1,50 71 29 124,55
23 4,93 1,52 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 1,41 69 31 128,6
24 4,93 0,87 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 2,06 82 18 99,35
43
Програмно-інформаційний комплекс моделювання систем теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
Рис. 2. Залежність питомої вартості теплопостачання від співвідношення потужності ВДЕ
та газової генерації
Рис. 1. Фактичне погодинне теплове навантаження та теплова потужність (МВт) теплоагрегатів
раної доби 20 березня 2018 року представлено в
таблиці та на рис. 1.
Залежність питомої вартості теплопоста-
чання (У.О./МВт‧год) від співвідношення (%)
потужності ВДЕ та газової генерації представ-
лено на рис. 2.
Отримані результати свідчать про зниження
питомої вартості погодинного теплопостачання
зі збільшенням частини теплової енергії, що по-
ставляється за рахунок ВДЕ, і відповідно, зни-
женням частини газової, а в загальному випадку
будь-якої іншої генерації на технологіях викоп-
44
В. ДЕНИСОВ
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
ного палива, в загальному обсязі тепло забезпе-
чення. Таким чином, підтверджується ефектив-
ність використання ВДЕ на базі місцевих енер-
горесурсів у складі системи теплопостачання
котеджного селища.
Приклад робочого аркуша програмно-інфор-
маційного комплексу представлено на рис. 3.
Висновки
Проєкти на основі комплексного викорис-
тання відновлюваних джерел енергії дозволя-
ють створювати автономні системи теплопос-
тачання з мінімальним використанням сторон-
ніх джерел енергії.
Розроблено новий програмно-інформаційний
комплекс для моделювання режимів функціону-
вання автономних систем теплопостачання, який
дозволяє дослідити параметри використання те-
плоагрегатів, виявити допустимі межі їх експлу-
атації та забезпечити оптимальне стійке функці-
онування системи теплопостачання при умові за-
безпечення вироблення та перерозподілу енергії
відповідно до графіка споживання.
За допомогою розробленого нового про-
грамно-інформаційного комплексу, який дає
можливість погодинного моделювання та до-
слідження оптимальних режимів функціону-
вання теплових агрегатів автономних систем
теплопостачання, виконано моделювання
оптимізованих режимів експлуатації автоном-
ної системи теплопостачання для котеджного
селища на базі місцевих енергоресурсів та з
мінімальним використанням сторонніх дже-
рел енергії.
Посилання
1. Svend Frederiksen, & Sven Werner. (2013). District
Heating and Cooling. Professional Publishing Svc.,
586 pp, ISBN 9144085303, 9789144085302.
2. Marco Cozzini, Simone Buff a, Ilyes Ben Hassine,
Jacopo Vivian. Fifth generation, low temperature,
high exergy district heating and cooling networks.
European Union’s Horizon 2020, 2018, 48 pp.
3. Pre-design support tool for low temperature DHC
networks (manual). URL: http://www.fl exynets.eu/en/
Results.
4. SolverStudio. URL: https://solverstudio.org/ (дата
звернення: 16.08.2022).
5. Frederiksen, S. & Werner, S. (2013). District
Heating and Cooling. 1st ed.
6. Werner, S. (2006). European Heating Index. 10th
International Symposium on District Heating and
Cooling, 2006.
7. Moro, A. & Lonza, L. (2017). Electricity carbon
intensity in European Member States: Impacts on
GHG emissions of electric vehicles. Transportation
Research Part D: Transport and Environment. https://
doi.org/10.1016/j.trd.2017.07.012
8. Шурчкова Ю.О., Підручна А.О. Економічна ефек-
тивність систем геотермального теплопостачання в
залежності від тарифів на теплоту та електроенергію.
Проблеми загальної енергетики. 2020. Вип. 2(61).
C. 43―50. https://doi.org/10.15407/pge2020.02.043.
Рис. 3. Приклад робочого аркуша програмно-інформаційного комплексу
45
Програмно-інформаційний комплекс моделювання систем теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
SOFTWARE AND INFORMATION COMPLEX FOR DISTRICT HEAT
SUPPLY SYSTEMS MODELING
Viktor Denysov, https://orcid.org/0000-0002-3297-1114
Institute of General Energy of NAS of Ukraine, Antonovycha Str., 172, Kyiv, 03150,
Ukraine
e-mail: info@ienergy.kiev.ua
Corresponding author: visedp@gmail.com
Abstract. Software and information complex for modeling of the heat supply systems
functioning, which allows ensuring the optimal selection of aggregates and their oper-
ation modes. It will ensure the production and redistribution of energy in accordance
with the schedule of consumers. Simulation of optimized operating modes of a self-suffi -
cient heat supply system for a cottage village based on local energy resources and with
minimal use of external energy sources was performed. The use of the software and in-
formation complex made it possible to calculate the parameters that provide optimized
coverage of the heat load schedule of the cottage village based on local energy resourc-
es. The simulation performed using the example of the predicted values of the installed
thermal capacity of the power units and the actual ambient temperature schedule. The
developed new software and information complex provides an opportunity for hourly
simulation and research of optimal modes of operation of heat units of autonomous heat
supply systems. In the developed software and information complex, a model of optimi-
zation of operating modes is applied, which belongs to the class of problems of optimal
loading of generating capacities of power systems with the criterion of minimizing costs
for production, accumulation and consumption of heat and electricity. An example of
simulation results using the heat load schedule for the selected day of March 20, 2018
is given. The obtained results indicate a decrease in the specifi c cost of hourly heat sup-
ply with an increase in the part of thermal energy supplied at the expense of renewable
energy sources, and accordingly, a decrease in the part of gas, and in the general case
of any other generation based on fossil fuel technologies, in the total volume of heat
supply. Thus, the eff ectiveness of the use of renewable energy sources based on local
energy resources as part of the heat supply system of the cottage village confi rmed.
Keywords: autonomous heat supply, effi ciency of renewable energy sources based on
local energy resources.
References
1. Svend Frederiksen, & Sven Werner. (2013). District
Heating and Cooling. Professional Publishing Svc.,
586 pp, ISBN 9144085303, 9789144085302.
2. Marco Cozzini, Simone Buffa, Ilyes Ben Has-
sine, Jacopo Vivian. Fifth generation, low tem-
perature, high exergy district heating and cooling
networks. European Union’s Horizon 2020, 2018,
48 pp.
3. Pre-design support tool for low temperature DHC
networks (manual). URL: http://www.fl exynets.eu/en/
Results.
4. SolverStudio. URL: https://solverstudio.org/ (Last
accessed: 16.08.2022).
5. Frederiksen, S. & Werner, S. (2013). District Heat-
ing and Cooling. 1st ed.
6. Werner, S. (2006). European Heating Index. 10th
International Symposium on District Heating and
Cooling, 2006.
7. Moro, A. & Lonza, L. (2017). Electricity carbon
intensity in European Member States: Impacts on
GHG emissions of electric vehicles. Transportation
Research Part D: Transport and Environment. https://
doi.org/10.1016/j.trd.2017.07.012
8. Shurchkova, Yu.A., & Pidruchna, А.О. (2020). Re-
newed technical– and– economic estimation of the effi -
ciency of realization of projects of using geothermal en-
ergy. The Problems of General Energy, 2(61),43–50 [in
Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/pge2020.02.043
Надійшла до редколегії: 14.09.2022
|
| id | systemreorg-article-570 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:18:13Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/67/153567e70391e83be890dee2be7e8967.pdf |
| spelling | systemreorg-article-5702026-07-18T12:57:42Z Software and information complex for district heat supply systems modeling Програмно-інформаційний комплекс моделювання систем теплопостачання Denysov , Viktor autonomous heat supply, efficiency of renewable energy sources based on local energy resources автономне теплопостачання, ефективність відновлюваних джерел енергії на базі місцевих енергоресурсів Software and information complex for modeling of the heat supply systems functioning, which allows ensuring the optimal selection of aggregates and their operation modes. It will ensure the production and redistribution of energy in accordance with the schedule of consumers. Simulation of optimized operating modes of a self-sufficient heat supply system for a cottage village based on local energy resources and with minimal use of external energy sources was performed. The use of the software and information complex made it possible to calculate the parameters that provide optimized coverage of the heat load schedule of the cottage village based on local energy resources. The simulation performed using the example of the predicted values of the installed thermal capacity of the power units and the actual ambient temperature schedule. The developed new software and information complex provides an opportunity for hourly simulation and research of optimal modes of operation of heat units of autonomous heat supply systems. In the developed software and information complex, a model of optimization of operating modes is applied, which belongs to the class of problems of optimal loading of generating capacities of power systems with the criterion of minimizing costs for production, accumulation and consumption of heat and electricity. An example of simulation results using the heat load schedule for the selected day of March 20, 2018 is given. The obtained results indicate a decrease in the specific cost of hourly heat supply with an increase in the part of thermal energy supplied at the expense of renewable energy sources, and accordingly, a decrease in the part of gas, and in the general case of any other generation based on fossil fuel technologies, in the total volume of heat supply. Thus, the effectiveness of the use of renewable energy sources based on local energy resources as part of the heat supply system of the cottage village confirmed. Надано опис розробленого програмно-інформаційного комплексу для моделювання систем теплопостачання, що дозволяє забезпечити оптимальний вибір агрегатів та режимів їх експлуатації, які забезпечуватимуть вироблення та перерозподіл теплової енергії відповідно до графіка споживачів. Виконано моделювання оптимізованих режимів експлуатації автономної системи теплопостачання для котеджного селища на базі місцевих енергоресурсів та з мінімальним використанням сторонніх джерел енергії. Використання програмно-інформаційного комплексу дозволило розрахувати параметри, що забезпечують оптимізоване покриття графіка теплового навантаження котеджного селища на базі місцевих енергоресурсів на прикладі прогнозованих значень встановленої теплової потужності енергоагрегатів та фактичного графіку температури навколишнього середовища. Розроблений новий програмно-інформаційний комплекс дає можливість погодинного моделювання та дослідження оптимальних режимів функціонування теплових агрегатів автономних систем теплопостачання. В розробленому програмно-інформаційному комплексі застосована модель оптимізації режимів експлуатації, яка відноситься до класу задач оптимального завантаження генеруючих потужностей енергосистем із критерієм мінімізації витрат на виробництво, накопичення та споживання теплової та електроенергії. Наведено приклад результатів моделювання з використанням графіка теплового навантаження для обраної доби 20 березня 2018 року. Отримані результати свідчать про зниження питомої вартості погодинного теплопостачання зі збільшенням частини теплової енергії, що поставляється за рахунок відновлюваних джерел енергії, і відповідно, зниженням частини газової, а в загальному випадку будь-якої іншої генерації на технологіях викопного палива, в загальному обсязі теплозабезпечення. Таким чином, підтверджується ефективність використання відновлюваних джерел енергії на базі місцевих енергоресурсів у складі системи теплопостачання котеджного селища. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022-10-19 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/570 10.15407/srenergy2022.01.038 System Research in Energy; No. 1 (70) (2022): System Research in Energy; 38-45 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (70) (2022): Системні дослідження в енергетиці; 38-45 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/570/499 Copyright (c) 2022 Viktor Denysov https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | autonomous heat supply efficiency of renewable energy sources based on local energy resources Denysov , Viktor Software and information complex for district heat supply systems modeling |
| title | Software and information complex for district heat supply systems modeling |
| title_alt | Програмно-інформаційний комплекс моделювання систем теплопостачання |
| title_full | Software and information complex for district heat supply systems modeling |
| title_fullStr | Software and information complex for district heat supply systems modeling |
| title_full_unstemmed | Software and information complex for district heat supply systems modeling |
| title_short | Software and information complex for district heat supply systems modeling |
| title_sort | software and information complex for district heat supply systems modeling |
| topic | autonomous heat supply efficiency of renewable energy sources based on local energy resources |
| topic_facet | autonomous heat supply efficiency of renewable energy sources based on local energy resources автономне теплопостачання ефективність відновлюваних джерел енергії на базі місцевих енергоресурсів |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/570 |
| work_keys_str_mv | AT denysovviktor softwareandinformationcomplexfordistrictheatsupplysystemsmodeling AT denysovviktor programnoínformacíjnijkompleksmodelûvannâsistemteplopostačannâ |