Op 4 juli verdedigde Bram van der Heijde aan de KU Leuven zijn doctoraat over de “Optimale integratie van thermische energieopslag en -conversie in vierde generatie thermische netten”.
Deze doctoraatsverhandeling onderzoekt de optimale integratie van thermische energieopslag en conversiesystemen in warmtenetten, Thermische energieopslag, in de vorm van warmte of koude, zal een sleutelrol spelen in toekomstige energiesystemen, waarin hernieuwbare en restenergiebronnen het grootste deel van de energievraag dekken.
Opslagsystemen kunnen het tijdsverschil tussen de beschikbaarheid van die energie en de vraag ernaar overbruggen, wat cruciaal is voor variabele en seizoensgebonden energiebronnen. De lagere temperaturen in de nieuwste generatie warmtenetten bieden mogelijkheden voor strikt hernieuwbare systemen (zoals zonthermische collectoren en geothermie) en energienetten met warmtepompen.
Optimalisatie en simulatie
Bram van der Heijde ontwikkelde voor dit doctoraat een optimalisatie-algoritme om de optimale grootte van welbepaalde componenten in het warmtenet te bepalen. Het eerste deel van de dissertatie concentreert zich op simulatiemodellen voor het thermisch en hydraulisch gedrag van transportleidingen in warmtenetten. Het resultaat is een vereenvoudigd optimalisatiemodel met de belangrijkste effecten om dit gedrag te beschrijven. Een aantal aannames beperken de rekentijd.
Het tweede deel beschrijft bijkomende optimalisatiemodellen voor thermische energieopslagsystemen en energieconversiesystemen. Het sluitstuk van de doctoraatsverhandeling combineert alle eerder beschreven modellen in één groot optimalisatieprobleem. Daarbij is het operationele aspect van cruciaal belang, omwille van de ingewikkelde interactie tussen verschillende onderdelen in het systeem.
Toolbox “modesto”
Dit doctoraat maakt gebruik van de nieuwe toolbox “modesto” (“multi-objective district energy systems toolbox for optimization”), ontwikkeld aan de KU Leuven door Annelies Vandermeulen en Bram van der Heijde. Het vormt de onderste laag van de optimalisatie voor het opstellen en oplossen van optimale regelproblemen voor warmtenetten. Daarboven komt een evolutionair algoritme dat alle ontwerp-mogelijkheden afspeurt voor meerdere doelfuncties zoals minimale kost, energie, uitstoot,... Om de rekentijd te beperken selecteert het model representatieve dagen.
Het algoritme wordt toegepast op een denkbeeldig stadsverwarmingsnet, gebaseerd op de werkelijke ruimtelijke structuur van woonhuizen in de stad Genk. De simulatie is duidelijk in staat om optimale ontwerpen te selecteren. Uit dit doorgerekende voorbeeld blijkt ook dat seizoensopslag voor thermische energie nagenoeg onmisbaar zal zijn in toekomstige hernieuwbare energiesystemen: alle resulterende ontwerpopties bevatten grote volumes seizoensopslag.
Meer informatie
