Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Distributed wireless control strategies for district heating substations
Luleå University of Technology, Department of Computer Science, Electrical and Space Engineering, Embedded Internet Systems Lab.
2009 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The overall fuel efficiency of district heating could clearly be improved by using new strategies for measurement and control. The potential for improvement is on the order of several percent. Keeping in mind that district heating makes up ~50% of the Swedish heating market (5 billion euro total turnover) which in turn is about 1% of the total world market, such improvements would be of global importance both from financial and environmental viewpoints.The energy transfer from the distribution network to space heating and tap water systems is done at a district heating substation. To maximize energy effciency in the district heating network and minimize primary fuel source usage, it is essential to have maximum utilization of produced heat. This means that a large temperature drop (Delta T) across the substation is of utmost importance. This is related to the fact that the same amount of heat energy can be transferred with a decreased flow, if the temperature difference (Delta T) between incoming and returning water is increased. This makes Delta T a very important factor in making district heating more effcient.Today, substation control systems focuses on indoor comfort and do not generally consider Delta T, since it is not measured by the control system, however, Delta T is measured by the energy meter used for billing.This thesis proposes an alternative way to control a district heating substation, wherein wireless sensor and actuator technology together with a service oriented architecture are used. This technology allows different devices, such as the energy meter, circulation pump, and control valve, to share information without restrictions and thus increase the control possibilities.To test the new control strategies, a complex thermodynamic computer model of a building with an included district heating substation was developed for simulation. The thermodynamic model was complemented with models of battery-powered wireless devices to predict the sensor lifetime. A field experiment was also carried out wherewireless platforms were retrofitted into commercially available components used in district heating substations. The complete setup is currently mounted in a villa for continued research.The results of my research so far have proved that there is great potential for increasingDelta T and for additional services if new sensor technology is applied.

Abstract [sv]

Genom förbättrade mät- och reglerstrategier kan energieffektiviteten i fjärrvärmenät förbättras med flera procent. Då Sveriges värmemarknadsvärde idag uppgår till ca 5 miljarder euro, varav ca 50% utgörs av fjärrvärme, vilket vidare utgör ca 1% av den totala världsmarknaden för fjärrvärme, skulle sådana förbättringar utgöra substantiella vinster ur både finansiell och miljömässig synvinkel.Värmeöverföringen från fjärrvärmenätet till den slutliga användningen, så som rumsuppvärmning och varmvattenproduktion, görs i en så kallad fjärrvärmecentral. För att maximera energieffektiviteten i fjärrvärmenätet, och minska den primära bränsleanvänd-ningen, är det viktigt att utnyttja den levererade värmeenergin på bästa möjliga sätt i fjärrvärmecentralen. Detta betyder med andra ord att avkylningen, Delta T, över fjärrvärme-centralen skall eftersträvas att hållas så hög som möjligt. Detta hänger ihop med att samma mängd energi kan överföras med mindre volym vatten om Delta T ökas. Detta gör Delta T till en mycket viktig faktor i processen att energieffektivisera fjärrvärmenäten.Dagens fjärrvärmecentral-reglersystem fokuserar enbart på att upprätthålla en god inomhuskomfort, och tar ej hänsyn till att samtidigt maximera avkylningen. Reglersystemet har vanligtvis ej heller någon vetskap om temperaturer eller flöden på primärsidan (fjärrvärmenätets sida) av fjärrvärmecentralen, denna information finns dock tillgänglig i energimätaren, som används för debitering av energianvändning. I dagsläget finns normalt dock inte någon kommunikation mellan energimätare och reglersystem.I denna avhandling föreslås ett alternativt sätt att reglera fjärrvärmecentraler där trådlös sensorteknik i kombination med SOA (Service Oriented Architecture) används. Denna teknik tillåter olika enheter, t.ex. energimätare, cirkulationspump och reglerventil att kommunicera utan restriktioner, och på så sätt öka reglermöjligheterna.För att på ett smidigt sätt kunna testa nya reglerstrategier har en termodynamisk datormodell föreställande ett hus kopplat till ett fjärrvärmenät utvecklats och anpassats för verklighetstrogen simulering. Den termodynamiskamodellen har också kompletterats med modeller över strömförbrukning hos sensorplattformarna, vilket ger ett mycket bra verktyg för att prediktera batterilivslängden av sensorerna. Ett initialt fältförsök, där sensorplattformar har eftermonterats i befintliga fjärrvärmecentralsenheter (t.ex. energimätare och reglerventil) har också utförts. Denna specialutrustade fjärrvärmecentral har monterats i en villa för fortsatta tester.Resultaten av min forskning så här långt visar på att det finns en stor potential för ökat Delta T i fjärrvärmenäten. Möjligheterna till nya energitjänster visar sig också vara stor, speciellt när trådlös sensornätverksteknik kan förenkla och utgöra kostnadseffektiva lösningar.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2009. , 102 p.
Series
Licentiate thesis / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1757
Research subject
Industrial Electronics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-17739Local ID: 4f1bdb60-e14d-11dd-8529-000ea68e967bISBN: 978-91-86233-06-8OAI: oai:DiVA.org:ltu-17739DiVA: diva2:990744
Note
Godkänd; 2009; 20090113 (gusjon); LICENTIATSEMINARIUM Ämnesområde: Industriell elektronik Examinator: Professor Jerker Delsing, Luleå tekniska universitet Tid: Fredag den 20 februari 2009 kl 10.00 Plats: A 1514 Demostudion, Luleå tekniska universitetAvailable from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2490 kB)8 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2490 kBChecksum SHA-512
48e904fec2141e95f73c4147cbea91a385502c752d5ddf0f71cfd2dbfe81a8f1cce0af65d3b510792c2388a8067b2e776df82032266d92e700b810c67357dab5
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Gustafsson, Jonas
By organisation
Embedded Internet Systems Lab

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 8 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 1 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link