Storskalig modellering av distributionsnät

Hur bygger man en dynamisk simulatormodell av ett fjärrvärmenät som innehåller 46 000 rör, 9 000 kunder och har en utbredning på 20 km inom rimlig tid och kostnad?

Det är ganska uppenbart att det skulle ta för lång tid att bygga modellen för hand och väldigt sårbart för att göra fel. Detta problem ställdes EU-projektet OPTi inför när det startades. Optimation antog utmaningen att försöka bygga simulatormodellen. Modellen skulle dessutom uppfylla ett antal kriterier för att vara användbar i de olika scenarios som skulle undersökas. Däribland reglering av differentialtryck på bestämda punkter i nätet, temperaturutbredning i nätet beroende på flödet och ett antal förluster i rören. Andra aktörer i projektet arbetade med pilotmodeller av specifika kunder där inomhusklimat och utetemperatur spelade in.

Som testanläggning i OPTI utsågs Luleå Energis hela fjärrvärmenät

Med utgångspunkt från att alla rör och kunder i hela nätet finns lagrat i GIS (Geografiskt InformationsSystem) tillsammans med hur rör och kunder är kopplade till varandra så fanns förutsättningarna att på automatisk väg skapa en modell. En modell är per definition en förenkling av verkligheten. Därför kan man också anta att modellen går att förenkla ytterligare så länge den ändå tillräckligt bra beskriver verkligheten. Från GIS överförs data på rör, kunder och knutpunkter till en egen SQL-databas där sedan data kan bearbetas med ett antal förenklingsalgoritmer. Till exempel kan flera rör i serie räknas om till ett längre rör och villaområden med likadant förbrukningsmönster förenklas till endast en förbrukare. Pilotmodellerna och mätpunkterna reserverades så att de förblev unika. När alla önskade förenklingar är utförda konverteras innehållet i databasen till en modell i det format som simuleringsprogrammet behöver.

Med hjälp av ett Graphical User Interface kan man generera och granska modellen steg för steg till färdig modell. Modellen kan sedan inspekteras visuellt i Dymola och vid behov ändras manuellt.

I dynamiska modeller kan du studera och interagera med modellen

För att använda en dynamisk modell behövs även ett kommunikations-gränssnitt. Det finns möjlighet att välja mellan flera olika gränssnitt, i OPTi valdes att jobba med FMI (Functional Mock-Up Interface) för kommunikationen mellan modeller.

I en dynamisk modell går det att studera fenomen och interagera med modellen på ett sätt som inte är möjligt med statiska modeller. I OPTi har modellen använts till bland annat överordnad styrning, optimering av framledningskurvor och optimering av användarflexibilitet (demand response). Samma metodik kan användas för vilket storskaligt distributionsnät som helst.

Den största vinsten är att en ny modell enkelt kan genereras inom några timmar med hjälp av några knapptryckningar om man exempelvis vill studera hur en föreslagen ny ledning skulle påverka systemet.

Läs mer om projektet här