Generation and supply optimisation of a power plant and DHC network

Resum

El present doctorat es focalitza en l’optimització de l’operació d’una planta híbrida que cobreix la demanda d’una xarxa de districte de fred i calor (DHC). Aquesta tesi busca estratègies de subministrament energètic òptim, les quals són una forma econòmica i prometedora d’augmentar l’eficiència energètica i reduir els costos de subministrament de xarxes de districte. Per assolir els objectius, aquesta tesi ha desenvolupat eines de predicció del preu elèctric del mercat Espanyol i la demanda tèrmica les quals s’han integrat en un simulador energètic. El simulador permet definir estratègies de generació optimitzant el mix energètic per tal d’aconseguir minimitzar els costos d’energia i maximitzar la fracció d’energia renovable. El resultat és una optimització de l’operació de la planta de cogeneració i la integració del camp solar. La planta objecte d’estudi és Parc Bit, ubicada a Mallorca, Espanya. La planta pot generar calor, fred i electricitat. Així doncs, la planta obté beneficis de la venta d’electricitat a la xarxa i del subministrament energètic a la xarxa de districte. Per maximitzar aquests beneficis ´es necessari el desenvolupament d’algoritmes que proporcionin estratègies de generació que s’ajustin a les corbes de demanda. S’ha desenvolupat un sistema de gestió energètica que proporciona al responsable de la planta estratègies de generació òptima. Aquesta eina s’ha desenvolupat amb la col·laboració del Politècnic de Torino i és capaç d’optimitzar plantes multi energia en diferents horitzons temporals. El simulador necessita informació de la demanda tèrmica y elèctrica, les condicions climàtiques, la configuració de la planta i el funcionament dels generadors a diferents càrregues. El resultat de l’eina proporciona la programació de generació, els consums d’energia primària i els beneficis totals per l’horitzó temporal considerat. S’ha desenvolupat una eina de predicció de preus elèctrics de mercat i la demanda tèrmica de la xarxa de districte basada en dos models: ARIMAX i xarxes neuronals. Aquesta informació s’ha integrat en l’eina d’optimització per determinar futures estratègies de generació. Addicionalment, es desenvolupa un predictor d’energia solar que s’integra a l’optimitzador. D’aquesta manera es maximitza la fracció solar evitant coincidències innecessàries amb la generació tèrmica dels motors de cogeneració. Les pèrdues tèrmiques en la xarxa de districte s´on considerades part de la demanda a subministrar per la planta de generació. Per això, l’objectiu d’aquesta tesi és millorar el sistema de comunicació de la xarxa per poder adquirir informació dels consumidors tèrmics de manera fiable. La informació adquirida facilita a l’operador l’optimització de la temperatura de subministrament. A més, la possibilitat de modificar la temperatura de subministrament permet als generadors, generar energia d’una manera més eficient. Els generadors energètics milloren la seva eficiència quan les condicions d’operació són menys restrictives. Per una altra banda, aquestes estratègies busquen reduir les pèrdues energètiques modificant la temperatura de subministrament dins els seus límits. Utilitzant conjuntament l’ajustament de temperatura de subministrament i la massa tèrmica de la xarxa de districte, la xarxa pot ser utilitzada com emmagatzemant energètic.