Evaluation of the optimal solar fraction for a district heating system

Abstract

In this paper the problem of getting formulas for calculating the optimal share of cogeneration within a heat supply system for a consumption zone / node is considered. Optimization criterion-the minimum of the total discounted cost during the study period, related to the considered sources of energy (cogeneration units and hot water boilers). The consumption regime is presented by the annual classified heat load curve, described analytically by Sochinsky-Rossander equation. The applied mathematical model takes into account the evolution over time of a series of parameters such as the selling price of the electricity produced, the purchase price of fuel and other factors. In addition, several approaches to the problem are considered-for different operating regimes of energy sources. The obtained analytical expressions to determine the optimal share of cogeneration were tested, demonstrating a coincidence of the results with those got by applying the method of evaluation and comparison of variants.

În această lucrare este abordată problema promovării energiei termice solare în sistemele de termoficare și determinării fracției optime solare în structura surselor de căldură integrate în sistem. În ciuda unui trecut sovietic nefast al acestei tehnologii, e cazul de a promova cu insistență o nouă generație de sisteme de termoficare (generația a patra), lipsite de neajunsurile din trecut, ca piloni ai viitorului sistem energetic decarbonizat și bazat pe utilizarea surselor regenerabile de energie și deșeurilor reciclabile de căldură. Problema stabilirii fracției solare, integrate într-un sistem de termoficare este o problemă complexă de optimizare. Chiar dacă radiația solară este gratuită și disponibilă practic peste tot tehnologia și infrastructura solară (colectoarele solare, rezervoarele de căldură, acumulatoarele subterane de căldură, pompele pentru circulația agentului de lucru, pompele de căldură pentru descărcare etc.) sunt suficient de costisitoare. În baza aplicării criteriului cheltuielilor totale minime a fost dezvoltat un model matematic tehnico-economic, care a permis de a obține o expresie analitică de calcul al fracției optime solare, pe de-o parte, și cotei cazanelor de apă fierbinte pe gaze naturale sau biomasă pe de altă parte. Această evaluare a fost realizată atât pe dimensiunea putere, cât și energiei. Calculele numerice realizate demonstrează utilitatea aplicării acestui instrument analitic în studiile de prefezabilitate a sistemelor solare de termoficare.