How to combine energy modeling tools and net modeling into one combined tool
Translated title
Hvorledes kan energi modellerings værktøjer samt net modellering kombineres til et samlet modellerings værktøj
Authors
Skyum, Michael ; Petersen, Kevin Skov
Term
4. Term
Publication year
2020
Submitted on
2020-06-02
Pages
82
Abstract
Dette speciale undersøger, hvordan energisystemmodellering og fjernvarmenetmodellering kan samles i én samlet tilgang ved at udnytte de komplementære styrker i eksisterende værktøjer. Med afsæt i forventet øget andel af fluktuerende vedvarende energi og elektrificering af varmesektoren frem mod 2030 analyseres behovet for fleksibilitet og koordination, særligt via termiske energilagre (TES). Arbejdet kortlægger begrænsninger og styrker ved TERMIS (net-hydraulik og termisk adfærd) og energyPRO (systemdrift og disponering) og fokuserer på sæsonlagring med pit termisk energilager. To delspørgsmål styrer undersøgelsen: (1) hvordan flere temperaturlag i et lagdelt varmelager kan beregnes og udnyttes til bedre optimering, og (2) hvordan resultater fra et udvalgt ledningsnet i TERMIS kan genskabes i en Excel-model som grundlag for at koble net- og systemmodeller. Med data udtrukket fra TERMIS udvikles Excel-modeller til temperaturudvikling i lageret (både isoleret og under opladning) samt til nettab, tryktab og hydraulik. Resultaterne viser, at udviklingen i temperaturlag kan beregnes og, hvis den implementeres i et energimodelværktøj, kan understøtte forbedrede driftsstrategier og øget fleksibilitet, herunder vurdering af booster-løsninger. Netmodellen viser, at TERMIS-resultater kan efterlignes, om end nøjagtigheden afhænger af korrekte beregninger af varmetab og trykgradienter i rør. Afslutningsvis vises, at et energisystem kan opstilles, hvor flow i ledningsnettet sætter rammerne for varmepumpens produktion og opladning af lageret. Specialet peger dermed på potentialet for at kombinere styrkerne i TERMIS og energyPRO i et samlet værktøj målrettet fremtidens sektorkoblede energisystem.
This thesis examines how to bring energy system modeling and district heating network modeling into a single approach by leveraging the complementary strengths of existing tools. Motivated by projections toward 2030 with higher shares of variable renewable energy and electrification of heating, it focuses on the need for flexibility and coordinated operation, especially via thermal energy storage (TES). The work maps limitations and strengths of TERMIS (network hydraulics and thermal behavior) and energyPRO (system dispatch and operation) and emphasizes seasonal storage, notably pit thermal energy storage. Two sub-questions guide the study: (1) how to calculate and use multiple temperature layers in a stratified TES to improve optimization, and (2) how to reproduce results from a selected pipeline network in TERMIS within an Excel model as a basis for coupling network and system models. Using data extracted from TERMIS, Excel-based models were developed for TES temperature evolution (both in isolation and during charging) and for network heat losses, pressure drops, and hydraulics. The results show that temperature layer development can be calculated and, if implemented in a system model, could enable improved operational strategies and greater flexibility, including assessment of booster options. The network modeling indicates that TERMIS outputs can be approximated, although accuracy depends on using appropriate formulations for pipe heat loss and pressure gradients. Finally, the study demonstrates an energy system setup in which pipeline flows constrain and inform heat pump production and TES charging. Overall, the thesis highlights the potential to combine the strengths of TERMIS and energyPRO into an integrated tool suited to future sector-coupled energy systems.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents