Mathematical model for the aggregation of large district heating networks

The paper exhibits parts of the scientific work on the methods for the aggregation of complex district heating (DH) network mathematical models in order to solve them more efficiently due to hydraulic and thermal simulations. Algorithms have been developed to deal with simplification of two most typical arrangements in DH distribution networks, i.e. pipe serial branches and pipe intersecting forks. To validate their usefulness, the algorithms have been used in the test case study DH network model of Sterkrade, Germany. An aggregation degree of ca. 30% has been achieved according to the stepwise application of the algorithms. Several simulation tests have been performed to compare the original network model with the aggregated one. Errors of the aggregation process have been established and evaluated, proving high accuracy of steady-state simulation results. Some general principles of the aggregation have also been derived, which may help future implementation of the developed methods within large DH systems, both in Germany and Poland [1].

---

Praca opisuje część badań naukowych, poświęconych metodom agregacji modeli matematycznych złożonych sieci ciepłowniczych w celu uproszczenia ich rozwiązywania w trakcie symulacji cieplno-przepływowych sieci. Opracowano algorytmy do agregacji dwóch najbardziej typowych układów sieciowych, tj. połączenia szeregowego rurociągów oraz węzłów rozpływowych. W celu przetestowania przydatności algorytmów uruchomiono je dla modelu sieci ciepłowniczej w Starkrade w Niemczech i otrzymano stopień jej agregacji sięgający 30%. Wykonano szereg obliczeń symulacyjnych w celu oszacowania różnic w wynikach pomiędzy pełnym a zagregowanym modelem matematycznym sieci i uzyskano dużą zbieżność wyników symulacji statycznych w obu przypadkach. Na tej podstawie opracowano wnioski dotyczące ogólnych zasad agregacji, co może być pomocne we wdrożeniu opracowanych metod w systemach ciepłowniczych w Niemczech i w Polsce.