Nad innowacyjnym systemem monitorowania węzłów cieplnych pracują inżynierowie z Politechniki Krakowskiej. Na podstawie bieżących danych obliczy opór cieplny osadów, gromadzących się na powierzchniach wymienników ciepła i umożliwi precyzyjne planowanie prac serwisowych. Dzięki temu – zamiast reagować na awarie – sieć ciepłownicza będzie umiała wyprzedzać ich wystąpienie.
System pozwoli się uporać z jednym z najczęściej występujących w praktyce zagrożeń dla sprawności sieci ciepłowniczych – osadami gromadzącymi się na powierzchniach wymienników ciepła. Z ich powodu straty podczas dostaw energii mogą sięgać nawet kilkunastu procent w skali roku. Innowacyjne rozwiązanie, nad którym pracują naukowcy z Politechniki Krakowskiej, pozwoli przewidzieć, kiedy czyszczenie wymienników ciepła jest najbardziej potrzebne. To krok w stronę predykcyjnego zarządzania siecią – z mniejszymi stratami energii, niższymi kosztami i większą niezawodnością dostaw dla mieszkańców.
Politechnika Krakowska odpowiada za opracowanie podstaw naukowo-technicznych dla nowego rozwiązania oraz modele obliczeniowe. Instytut „Miękinia” dostarcza narzędzi informatycznych, z kolei MPEC będzie implementował system i weryfikował w praktyce jego działanie – informuje prof. Dawid Taler, kierownik politechnicznego zespołu projektowego.
Nad nową metodyką czyszczenia wymienników pracuje wraz z nim zespół ekspertów z Katedry Energetyki oraz Katedry Procesów Cieplnych Ochrony Powietrza i Utylizacji Odpadów Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Krakowskiej.
Algorytmy powiedzą, kiedy czyścić węzły cieplne
Węzły cieplne to serce systemu dystrybucji energii. Odpowiadają za przekazanie ciepła z sieci miejskiej do instalacji w budynkach. W trakcie wieloletniej eksploatacji na powierzchniach wymienników osadzają się zanieczyszczenia (m.in. kamień czy produkty korozji), co prowadzi do spadku sprawności, wzrostu oporów przepływu i wyższych kosztów eksploatacji. Obecnie większość działań serwisowych opiera się na okresowych przeglądach lub interwencjach po awarii. Gdy – przykładowo – wymiennik w węźle ciepłej wody użytkowej stopniowo zarasta kamieniem, awaria ujawnia się dopiero wtedy, gdy mieszkańcy zgłaszają spadek temperatury lub gdy drastycznie rosną opory przepływu. W praktyce oznacza to, że wymiennik często czyści się za późno lub za wcześnie. Obecnie brakuje na rynku powszechnie dostępnych metod pozwalających na ilościową ocenę stopnia zanieczyszczenia wymiennika w trybie online. Nowe rozwiązanie ma to zmienić.
Innowacyjny system będzie na bieżąco „widzieć”, że rośnie opór cieplny osadów i automatycznie zasygnalizuje, że teraz lub za jakiś czas czyszczenie będzie niezbędne. Pozwoli to uniknąć strat ciepła i energii, obniży koszty utrzymania sieci i dostaw ciepła.
Dzięki analizie standardowo mierzonych parametrów, takich jak temperatury na wlocie i wylocie, przepływy czy różnice ciśnień, system będzie wyznaczać opór cieplny osadów w czasie rzeczywistym i porównywać go ze stanem „czystego” wymiennika – mówi dr hab. inż. Karol Kaczmarski z Politechniki Krakowskiej.
W praktyce oznacza to, że operator sieci otrzyma narzędzie do podejmowania decyzji nie „na wyczucie”, lecz na podstawie twardych danych opisujących rzeczywisty stopień zanieczyszczeń.
Część badawcza projektu polega na opracowaniu podstaw naukowych rozwiązania oraz zaawansowanych algorytmów systemu monitorowania – dodaje dr hab. inż. Karol Kaczmarski.
W ramach projektu naukowcy opracują sposób obliczania oporu cieplnego warstwy osadów w płytowych wymiennikach ciepła, w oparciu o pomiary temperatur, strumieni przepływu i analizę matematyczną procesu wymiany ciepła. Na terenie Politechniki Krakowskiej powstanie specjalistyczne stanowisko badawcze do badań cieplno-przepływowych węzłów cieplnych, które umożliwi eksperymentalną weryfikację modeli matematycznych węzłów cieplnych. Opracowane modele zostaną sprawdzone najpierw w laboratorium, a następnie – w końcowej fazie projektu – na prototypowych węzłach zainstalowanych w sieci ciepłowniczej Krakowa.
Mniej paliw, mniej zanieczyszczeń, niższe koszty
Konsorcjum realizujące projekt tworzą trzy podmioty. Rola Politechniki Krakowskiej koncentruje się na wsparciu naukowo-badawczym oraz na eksperckiej wiedzy ,,know-how”. Instytut Zrównoważonej Energii „Miękinia” tworzy narzędzia informatyczne i aplikację do wizualizacji danych, umożliwiając prezentację kluczowych parametrów pracy węzłów: temperatur, strumienia ciepła, współczynnika przenikania ciepła, oporu cieplnego osadów i bieżącego stopnia zanieczyszczenia. Z kolei Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej S.A. w Krakowie (lider) odpowiada za wdrożeniową część projektu – od implementacji nowych algorytmów sterowania węzłami cieplnymi, przez wybór lokalizacji i budowę sześciu prototypowych węzłów w różnych częściach Krakowa, aż po ich testy w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych. Po roku testów system będzie gotowy do ewentualnego szerszego wdrożenia. Jakie konkretne korzyści przyniesie dla Krakowian.
Mniejsze straty ciepła w wymiennikach oznaczają niższe zużycie wszystkich rodzajów paliw, a tym samym redukcję emisji zanieczyszczeń do atmosfery i obniżenie kosztów eksploatacji – przekonuje dr hab. inż. Karol Kaczmarski.
Przejście z modelu serwisowania okresowego na model predykcyjny sprawi, że działania konserwacyjne będą wykonywane dokładnie wtedy, gdy są rzeczywiście potrzebne, a nie według sztywnego harmonogramu.
Dla odbiorców końcowych oznacza to przede wszystkim większą niezawodność dostaw ciepła – ograniczenie ryzyka nagłych awarii i przerw w dostawie ciepłej wody niezbędnej do ogrzewania. Z perspektywy zarządcy sieci, nowe narzędzie umożliwi racjonalne planowanie przeglądów i czyszczeń z wyprzedzeniem, co pozwoli optymalnie rozłożyć nakłady serwisowe i uniknąć interwencji awaryjnych – podkreśla prof. Dawid Taler.
Całkowita wartość przedsięwzięcia to blisko 4 mln zł, z czego ponad 2,3 mln zł pochodzi z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Wartość dofinansowania na prace prowadzone na PK to ponad 1,3 mln zł.
MK, źródło: PK