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区域供热故障检测和诊断的智能方法：当前趋势、挑战和机遇
摘要：本文全面介绍了区域供热系统中最先进的智能故障检测和诊断技术。维护高效的区域供热系统至关重要，因为故障会导致热量损失增加、客户不适和运营成本增加。智能故障检测和诊断可以利用人工智能或机器学习自动识别和诊断故障行为。在我们的调查中，我们回顾并讨论了过去 12 年发表的 57 篇论文，强调了最近的趋势，确定了当前的研究差距，讨论了当前技术的局限性，并为该领域的未来研究提供了建议。虽然人们对这个话题的兴趣越来越浓厚，而且过去五年也取得了很大的进步，但缺乏开源的高质量标记数据严重阻碍了进展。未来的研究应该旨在探索迁移学习、领域自适应和半监督学习，以提高当前的性能。此外，研究人员应该使用以数据为中心的方法来增加对区域供热数据的了解，为未来区域供热的故障检测和诊断奠定坚实的基础。
Silo AI 利用 iTwin 平台为芬兰的水和区域供热系统运营商试行智能、数据驱动的资产优化服务
Silo AI 在芬兰为水和区域供热系统运营商试行智能数据驱动资产优化服务 利用 iTwin 平台将网络可视化工作量减少了 50%，从而改善了资产维护计划和能源效率 • Silo AI 为城市管道运营商开发并试行了一种智能数据驱动资产优化解决方案。 • 这项服务称为 Silo Flow，可以预测管道泄漏并确定区域供热系统的潜在冷却优势。 • 利用 iTwin 平台促进数据集成并提供整个管道网络的整体可视化。 • Silo Flow 将使客户网络的能源效率、性能和生产力提高几个百分点。 利用人工智能优化城市管道基础设施系统 作为北欧最大的私人人工智能 (AI) 实验室，Silo AI 开发可定制的、由 AI 驱动的解决方案和产品，实现城市基础设施、能源和物流的智能监控和预测。为了提高芬兰供水和区域供热网络的性能、可靠性和能源效率，Silo AI 发起了一个项目，为城市管道运营商开发一种智能、数据驱动的资产优化服务。Silo AI 业务开发主管 Harri Kaukovalta 表示：“很大一部分供水和区域供热网络即将到期，漏水不仅给网络运营商和社会带来了高昂的成本，也给管道网络客户带来了不适。”网络性能低下和泄漏增加了燃料消耗和水浪费，这不仅对商业不利，而且对环境也不利。Silo AI 与赫尔辛基环境服务局 HSY 和芬兰最大的电网运营商之一合作试行他们的解决方案，使这些系统运营商能够提供更可持续的能源服务，从而优化区域供热资产的性能并消除管道泄漏。Kaukovalta 说：“供热和供水的可靠性对人们有直接影响。”该系统优化服务名为 Silo Flow，可帮助预测网络故障并优先进行主动资产维护，以避免昂贵的维修和潜在的网络关闭，确保高效可靠的服务，同时最大限度地减少对环境的影响。分散的数据妨碍整体网络概览芬兰维护着超过 16,000 公里的区域供热管道。Kaukovalta 说：“尽管芬兰的区域供热系统维护得很好，但平均每 10 公里网络每年就会发生一次泄漏。”水网也是如此。Silo AI 试图利用人工智能和数据分析来查明容易发生泄漏的区域并优先进行管道维护改造。然而，管道优化和管道运行需要结合多种数据源和数据格式，从这些数据中分析出的数据和结果
热化学储能与区域供热相结合——瑞典案例研究
摘要：利用高温固体循环实施电力热化学储能 (TCES) 将使能源系统受益，因为它能够吸收可变可再生能源 (VRE) 并将其转化为可调度的热能和电能。本文以瑞典为例，介绍了 TCES 综合区域供热 (DH) 生产过程，评估了其技术适用性，并讨论了一些实际意义和其他实施方案。针对九种特定场景计算了装有铁基氧化还原回路的生物质电厂的质量和能量流，这些场景说明了其在可变性和价格不同的发电组合下的运行。此外，还研究了两种电解槽（低温和高温版本）的使用情况。结果表明，对于瑞典而言，所提出的方案在技术上是可行的，能够利用现有的区域供热厂满足全国区域供热需求，估计工艺能源效率（电能转化为热能）为 90%。结果还表明，对于瑞典整个区域供热厂的改造，中间方案所需的铁库存约为 280 万吨，分别占国家储量的 0.3% 和国家工业年冶金产量的 11.0%。除了可调度的热量外，该过程还会产生大量不可调度的热量，尤其是在使用低温电解槽的情况下。增加的发电能力使该过程能够满足热量需求，同时降低本文计算的充电侧最大容量。
带有钻孔季节性热能储存的区域供热制冷系统的设计优化
钻孔热能存储系统的优化设计可以确保满足其技术经济目标。当前的设计优化方法要么采用不适合数值优化的详细建模，要么使用不考虑操作条件的简化模型。本文提出了一种面向优化的模型和非凸优化公式，与文献中的其他研究不同，它可以考虑季节性存储大小和温度对其容量、损耗、传热速率以及连接热泵或冷却器的效率的影响。该方法应用于一个案例研究，考虑了两种情况：仅存储冷却产生的热量和集成太阳能热发电。结果表明，随着电力二氧化碳强度分布、冷却需求和碳排放价格等边界条件的变化，不仅最佳季节性存储规模会发生变化，其最佳运行条件也会发生变化。在标准边界条件下，二氧化碳排放量的潜在减少量有限（最多 6.7%），但冷却需求的增加和二氧化碳强度季节性变化的增强导致排放量减少 27.1%。太阳能发电的整合率进一步提高到43.7%，而年成本则略有增加，仅为6.1%。
用于电动汽车供热的高性能固体介质储热系统：概念验证和实验测试
摘要：减少全球二氧化碳排放量需要采取跨部门措施来减少化石能源消耗并加强可再生能源的扩张。实现这一目标的一个要素是热能存储系统。由于它们具有时间解耦操作，因此可以提高各种工业和发电厂流程中的系统效率和灵活性。在电力和热力领域，此类解决方案已在商业上可用于大规模应用或专注于各种研发项目，但在运输领域则大多是新事物。通过将现有概念专门转移到电池电动汽车的供热要求，也可以在运输领域实现效率改进。其想法是通过先前电加热的热能存储系统在寒冷季节为车内提供所需的热量。因此，可以节省电池容量，并增加车辆的有效行驶里程。这一概念的基本先决条件是高系统存储密度和高性能，这必须与商用电池供电的 PTC 元件相适应。与大规模应用相比，这带来了新的挑战和设计解决方案，最终需要在车辆典型规格下进行概念验证和实验测试。首次开发并建设性地实现了一种基于陶瓷蜂窝、集成加热丝和双壁隔热储存容器的新型热能存储系统。该存储系统满足供热的所有要求，达到了高系统存储和功率密度，并且由于其高灵活性，允许双功能操作使用：循环存储和传统加热模式。在集中存储操作中，在充电期间通过加热丝电产生高温热量，并通过热辐射有效地传输到陶瓷蜂窝。在放电期间（驾驶），存储的热能由旁路控制系统用于在高热输出下在规定温度下加热内部空间。系统测量活动和成功的模型验证证实，充电期间电加热功率高达 6.8 kW，放电期间供热功率超过 30 分钟，热输出功率为 5 kW。尽管目前基础设施和试验台存在限制，但仍可达到 155 Wh/kg 的高系统存储密度，且放电出口温度恒定。与电池供电的加热系统相比，所开发的热能存储系统的实验结果证实，由于其高性能、操作灵活性和低成本材料，该系统具有出色的竞争力。
用于区域供热的地下热能储存
摘要 全球变暖是能源领域面临的最大挑战和最重要的问题之一。随着社会对能源的需求不断增加，必须继续减少对环境的影响才能实现全球目标。通过重新利用现有基础设施并将其转化为热能储存，可以显著加速城市能源所需的脱碳。在当今的瑞典，最常见的热源是区域供热，约占所有供热的 50%。在向更可持续的社会和能源系统转型的过程中，区域供热一直被认为是一种有效的解决方案，而且现在仍然如此。区域供热网络允许使用原本会被浪费的能源。我们代表 Norrenergi AB 进行了这项研究，目的是填补有关 Saltsjötunnel 和 Solnaverket 岩洞热水储存潜力的现有知识空白。在这项研究中，Saltsjötunnel 和岩洞被评估为潜在的热水热能储存。通过进行彻底的文献综述以及数值模拟和计算，评估了隧道和岩洞作为热能储存的用途。结果表明，Saltsjötunnel 内很难出现热分层，同时提出并讨论了将洞穴用作混合储存器的替代用途。岩石洞穴更适合转换为热能储存器，但应进行进一步研究以制定最佳策略。进行的研究还表明，在初始阶段，两个储存器预计都会有大量热量损失，并且在最初几年会急剧下降，大约 10 年后趋于稳定。虽然本研究中评估的两种能源/燃料（电力和颗粒）以及 Norrenergi 购买的能源/燃料都带有绿色标签，但进一步分析表明，电力对环境的影响最小。研究得出结论，将现有的地下洞穴转换为热能储存器可能会对 Norrenergi 的供热和供冷可持续性产生积极贡献。如果是这样，它将允许更有效地利用市政资产，储存多余的热量并以可持续的方式最大限度地减少碳密集型 DH 生产。因此，对于其他基于区域供热的城市能源系统而言，这可以看作是一种值得考虑的缓解气候影响的有趣技术。
考虑组件非设计特性的区域供热和制冷混合能源系统的优化，努力实现最佳压缩空气储能集成
摘要：本文研究了包括风力涡轮机、内燃机和绝热压缩空气储能系统的混合能源综合体的优化设计。提出了一种新颖的双层优化策略，用于基于技术经济考虑优化系统各组件的容量和运行功率。本文介绍了储能系统组件部分负荷运行对最佳额定功率和工作策略的影响的信息和讨论。事实证明，非设计特性对混合系统的效率和经济性产生了巨大的负面影响。当系统在部分负荷条件下运行时，压缩空气储能系统的效率在夏季降低约 21%，在冬季降低约 8.9%。实施所提出的双层优化策略时，系统的运行成本显着降低。
披露 2050 年欧洲 1.5 ◦ C 气候目标下剩余二氧化碳预算下奥地利区域供热的热密度
这项工作的核心目标是将综合模型 GENeSYS-MOD 生成的不同欧洲脱碳情景的成本效益供热从国家级缩小到奥地利的社区级，从而揭示 2050 年区域供热的热密度。我们假设区域供热包括地热、合成气、氢气、废物和大型热泵作为可再生热源。结果确定了 2050 年奥地利 68 个社区的区域供热，占社区总数的 6%。我们发现 GENeSYS-MOD 结果能够涵盖区域供热的当地趋势，因为预计在当地层面的热密度中有很大一部分达到了表明经济可行性的值。应进一步研究如何将当地确定的区域供热和热密度以反馈回路的形式返回到更综合的模型（例如 GENeSYS-MOD）中。这允许在大型上层模型中细化假设，从而提高欧洲层面路径的合理性和现实性。 © 2022 作者。由 Elsevier Ltd. 出版。这是一篇根据 CC BY 许可协议开放获取的文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。
丹麦马斯塔尔基于太阳能和季节性坑储的区域供热案例研究
增加 PTES 的规模可以大大降低成本。丹麦第一个大型（10,000 立方米）坑式储能示范系统位于 Marstal，其成本几乎是当今最大的季节性储能系统的三倍，后者于 2015 年在 Vojens 建成，成本仅为 24 欧元/立方米。建议在计算容量为 100,000 立方米或更大的坑式储能系统的成本时使用约 30 欧元/立方米的基准。 季节性储能是一种非常经济有效的方式，可以充分利用其他可再生能源产生的剩余电力。例如，风能每年平均为丹麦的发电量贡献了高达 40% 的电力 8，如果将这种丰富的间歇性能源与热泵的季节性储能相结合，则可以带来多重好处。 为了提高效率，最好通过热泵将季节性储能系统连接到区域供热网。这样可以降低全年的储能温度，从而减少热量损失。 对于太阳能区域供热厂的生产，配电网络的回水温度必须较低。解决方案可能是在消费者变电站安装较小的存储系统。
低碳供热系统案例研究
考虑到这一策略，我们再次审查了技术，选择安装 VRF 热回收系统。该系统是模块化的，因此当我们更新和翻新建筑物的其他部分时，可以将它们添加到新的供暖系统中。所选的制造商是唯一一家提供控制所有风机盘管的单个分支控制箱的制造商。这允许每个单元同时加热和冷却，允许通过两个管道将主管道安装到分支控制箱。所有其他热回收系统制造商都需要额外的管道（三管系统）和每个室内单元的单独分支控制箱，以同时提供加热和冷却。该系统还允许一个模块化室外机用于所有 15 个室内机。