Advanced

To analyse measurements is to know!

Gadd, Henrik LU (2014)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Fjärrvärme är ett centraliserat uppvärmningssystem där varmt vatten distribueras i ett rörnätverk och används främst till byggnadsuppvärmning och för att värma varmvatten. Fjärrvärme finns i alla länder på norra halvklotet men har störst marknadsandel i Norden och Baltikum. I Sverige används fjärrvärme för att värma c:a 60% av all byggnadsyta. Två stora fördelar med fjärrvärmesystem, ur ett energisystemperspektiv, är att man kan generera både el och värme med en verkningsgrad på över 90%, och att man har en stor flexibilitet vad gäller vilka energikällor man kan använda. Främst är det energikällor som annars är svåra att använda i enskilda byggnader, så som t ex avfall och träflis men även att... (More)
Popular Abstract in Swedish

Fjärrvärme är ett centraliserat uppvärmningssystem där varmt vatten distribueras i ett rörnätverk och används främst till byggnadsuppvärmning och för att värma varmvatten. Fjärrvärme finns i alla länder på norra halvklotet men har störst marknadsandel i Norden och Baltikum. I Sverige används fjärrvärme för att värma c:a 60% av all byggnadsyta. Två stora fördelar med fjärrvärmesystem, ur ett energisystemperspektiv, är att man kan generera både el och värme med en verkningsgrad på över 90%, och att man har en stor flexibilitet vad gäller vilka energikällor man kan använda. Främst är det energikällor som annars är svåra att använda i enskilda byggnader, så som t ex avfall och träflis men även att man kan ta tillvara överskottsvärme från industrier eller geotermisk värme.

Fjärrvärmesystem brukar traditionellt delas upp i tre delar: produktion, fjärrvärmenät och fjärrvärmecentral. Produktion är där värme genereras och kan komma från en mängd olika källor. Fjärrvärmenätet består av två parallella isolerade rör som levererar hett vatten till byggnader och transporterar tillbaka det avkylda vattnet till produktionen. Fjärrvärmecental är där värmen överförs från fjärrvärmenätet till byggnadens värmesystem och är normalt placerade inne i de anslutna byggnaderna. Eftersom de anslutna byggnaderna värmesystem påverkar fjärrvärmesystemet måste man även inkludera byggnadernas värmesystem vid en optimering av fjärrvärmesystemen. Den svagaste punkten i dagens system är just fjärrvärmecentralerna och byggnadernas värmesystem. En viktig del i detta arbete har varit att identifiera fel i dessa och resultaten visar att i c:a 75% av de analyserade byggnaderna kan fel identifieras.

I varje fjärrvärmecentral finns en värmemätare som används för att mäta hur mycket värme varje kund använder. Från och med 2015 kommer alla värmemätare att läsas av automatiskt på grund av att det kommer att vara lag på att debitering av värme skall baseras på verklig förbrukning och inte som tidigare, baserat på uppskattad användning. Detta innebär i sin tur att alla svenska fjärrvärmebolag kommer att ha tillgång till stora mängder mätdata från de anslutna byggnaderna. I detta arbete har mätvärden för värmeleveranser till 146 fjärrvärmecentraler analyserats. Dessutom har totala värmeleveransen till hela fjärrvärmenätet i 20 olika fjärrvärmenät analyserats.

I denna avhandling har dessa mätvärden använts i två syften. Dels att analysera värmelastvariationer, på dygns- och årsbasis, i fjärrvärmecentraler och i hela fjärrvärmesystem. Dels att identifiera fel i byggnadernas värmesystem och fjärrvärmecentraler.

Vad gäller dygns- och årsvariationer visar resultaten att skillnaderna mellan olika fjärrvärmenät mycket små, medan skillnaden mellan olika byggnader är stora. Det beror på fjärrvärmenätets utjämnande effekt som brukar benämnas sammanlagring och beror på att effekttoppar i olika byggnader är spridda både i tiden och geografiskt i fjärrvärmenätet.

Resultaten från den andra delen av arbetet visar att mätvärden från värmemätare kan användas för att identifiera fel. Detta skulle t ex kunna leda till att servicebesök kan utföras efter behov istället för som idag planeras efter almanackan. Fel som uppträder både i fjärrvärmecentraler och byggnadsuppvärmningssystemen kan ha flera olika ursprung t ex:

i. Komponenter som har slutat fungera helt eller delvis.

ii. Komponenter som är felaktigt dimensionerade eller felaktigt installerade.

iii. Felaktiga inställningar i styrsystem.

Det kan med andra ord både vara fel på den fysisk utrustning och komponenter och fel som beror på den mänskliga faktorn.

I detta arbete har alla analyser utförts manuellt. Om man skall använda det praktiskt på fjärrvärmeföretagen måste de automatiseras annars kommer kostnaderna för mantid bli större än nyttan. (Less)
Abstract
Renewable energy sources dominated the world energy supply until the beginning of the 20th century, when fossil energy became the dominant energy source worldwide. Today, fossil fuels contribute to over 80% of world energy supply. But there are two major reasons why fossil energy use has to stop. First, fossil energy is limited and will not last forever. Second, emissions of carbon dioxide change the climate with a risk for huge changes in the conditions of life for a large part of the world. A conversion back to renewables is necessary, but must be done at a major increased efficiency compared to the pre-fossil era. This change in energy supply is occurring, and district heating can play a major role in a renewable energy supply system.... (More)
Renewable energy sources dominated the world energy supply until the beginning of the 20th century, when fossil energy became the dominant energy source worldwide. Today, fossil fuels contribute to over 80% of world energy supply. But there are two major reasons why fossil energy use has to stop. First, fossil energy is limited and will not last forever. Second, emissions of carbon dioxide change the climate with a risk for huge changes in the conditions of life for a large part of the world. A conversion back to renewables is necessary, but must be done at a major increased efficiency compared to the pre-fossil era. This change in energy supply is occurring, and district heating can play a major role in a renewable energy supply system. However, in order to stay compatible, district heating technology has to develop to increase system efficiency. Traditionally, district heating systems are divided in three parts: heat generation, distribution, and substations, but from a system point of view the system border has to be put in the climate shell of the connected buildings. Heat supply and distribution have been contentiously supervised and controlled by the district heating operators. The secondary heating systems in the heated building have building control systems in various extents and managed by the building operators. But, to increase system efficiency, all parts of the system have to be included in the optimisation. Automatic meter reading systems that up through 2015 will be installed in all district heating substations in Sweden can be used to overcome the lack of information to optimise the entire district heating system. This work is an initial analysis of substations and secondary systems using hourly meter readings. District heating systems are rather homogenous from a heat load point of view while the attached buildings are heterogeneous. The heterogeneity is what makes fault detection for district heating customers so difficult. The most difficult is not to detect what is wrong but to know what is right. To know what is right, knowledge of each individual customer is necessary. In this study, it is estimated that 75% of all connected customers have fault in substations and secondary systems. In today’s district heating systems, this is compensated for by increased supply temperature. In future district heating systems with essential lower distribution temperatures, this will not be an available option. Continuous commissioning of substations will be necessary to detect faults quickly. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Dr Dahlquist, Erik, Departmens ofy Energy, Building and Environment; Scool of Buisness, Society and Engineering; Mälardalen University
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
District heating, Hourly meter readings, fault detection, Low return temperature, temperature difference.
pages
98 pages
defense location
Lecture hall M:B; M-building, Ole Römers väg 1, Lund University, Faculty of Engineering, LTH.
defense date
2014-12-17 13:15
ISSN
0282-1990
language
English
LU publication?
yes
id
a6de36cb-68b6-4f4c-9335-cb95a57026b9 (old id 4811901)
date added to LUP
2014-11-24 10:15:35
date last changed
2016-09-19 08:45:01
@phdthesis{a6de36cb-68b6-4f4c-9335-cb95a57026b9,
  abstract     = {Renewable energy sources dominated the world energy supply until the beginning of the 20th century, when fossil energy became the dominant energy source worldwide. Today, fossil fuels contribute to over 80% of world energy supply. But there are two major reasons why fossil energy use has to stop. First, fossil energy is limited and will not last forever. Second, emissions of carbon dioxide change the climate with a risk for huge changes in the conditions of life for a large part of the world. A conversion back to renewables is necessary, but must be done at a major increased efficiency compared to the pre-fossil era. This change in energy supply is occurring, and district heating can play a major role in a renewable energy supply system. However, in order to stay compatible, district heating technology has to develop to increase system efficiency. Traditionally, district heating systems are divided in three parts: heat generation, distribution, and substations, but from a system point of view the system border has to be put in the climate shell of the connected buildings. Heat supply and distribution have been contentiously supervised and controlled by the district heating operators. The secondary heating systems in the heated building have building control systems in various extents and managed by the building operators. But, to increase system efficiency, all parts of the system have to be included in the optimisation. Automatic meter reading systems that up through 2015 will be installed in all district heating substations in Sweden can be used to overcome the lack of information to optimise the entire district heating system. This work is an initial analysis of substations and secondary systems using hourly meter readings. District heating systems are rather homogenous from a heat load point of view while the attached buildings are heterogeneous. The heterogeneity is what makes fault detection for district heating customers so difficult. The most difficult is not to detect what is wrong but to know what is right. To know what is right, knowledge of each individual customer is necessary. In this study, it is estimated that 75% of all connected customers have fault in substations and secondary systems. In today’s district heating systems, this is compensated for by increased supply temperature. In future district heating systems with essential lower distribution temperatures, this will not be an available option. Continuous commissioning of substations will be necessary to detect faults quickly.},
  author       = {Gadd, Henrik},
  issn         = {0282-1990},
  keyword      = {District heating,Hourly meter readings,fault detection,Low return temperature,temperature difference.},
  language     = {eng},
  pages        = {98},
  school       = {Lund University},
  title        = {To analyse measurements is to know!},
  year         = {2014},
}