Bulletin of the Russian Academy of Sciences. EnergeticsBulletin of the Russian Academy of Sciences. EnergeticsИзвестия Российской академии наук. Энергетика0002-33103034-6495The Russian Academy of Sciences66023410.31857/S0002331024050017ArticlesСтатьиResearch ArticleMethodological provisions to the formation and the ensuring of efficiency and reliability of district-distributed heating systemsМетоды и модели формирования и обоснования эффективности и надежности централизованно-распределенных теплоснабжающих системStennikovV. A.СтенниковВ. А.
Russian Federation
sva@isem.irk.ruPostnikovI. V.ПостниковИ. В.
Russian Federation
postnikov@isem.irk.ruMednikovaE. E.МедниковаЕ. Е.
Russian Federation
isem348@mail.ruMelentiev Energy Systems Institute SB RASФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук151020245Izvestiâ Akademii nauk SSSR. Ènergetika31422022025Copyright ©; 2024, Российская академия наук2024Российская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0002-3310/article/view/660234

This study proposes a methodology for solving two problems of optimal development of district heating systems: analysis of efficiency areas and reliability of heat supply. In solving both problems, we adopt a nodal approach, which allows us to get detailed results that are most suitable to the real-world conditions. Based on the proposed methods and models, we develop an algorithm for transforming existing district heating systems into district-distributed heating systems with prosumers implemented into the network to serve the loads that fall outside the range of efficient operation of a district heating system. Wherein, the distributed sector is formed based on a prosumer that has its own generation, covering part of its own heat load and providing an additional functional and time redundancy for the system. As a result, conclusions and directions for further research are formulated.

Предлагается методология решения задач оптимального развития теплоснабжающих систем: анализа зон эффективности и надежности теплоснабжения потребителей. При решении обеих задач применяется узловой подход, позволяющий получать наиболее детализированные результаты, максимально адаптированные к реальным условиям. На основе предложенных методов и моделей разработан алгоритм трансформации существующих теплоснабжающих систем в централизованно-распределенные системы с имплементацией просьюмеров (активных потребителей) для покрытия нагрузки, выходящей за границы эффективности централизованного теплоснабжения.

district-distributed heating systemsprosumerradius of effective heat supplyreliability of heat supplyindices of nodal reliabilityцентрализованно-распределенная теплоснабжающая системапросьюмеррадиус эффективного теплоснабжениянадежность теплоснабженияпоказатели узловой надежностиМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of science and higher education of the Russian FederationFWEU-2021-0002Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 1987.Lund H., Østergaard P., Chang M., et al. The status of 4th generation district heating: Research and results. Energy, 2018, Vol. 164, pp. 147–159.Revesz A., Jones P., Dunham C., et al. Developing novel 5th generation district energy networks. Energy, 2020, Vol. 201, 117389.Kallert A., Egelkamp R., Bader U., et al. A multivalent supply concept: 4th Generation District Heating in Moosburg an der Isar. Energy Reports, 2021, Vol. 7(4), pp. 110–118.Pakere I., Gravelsins A., Lauka D., et al. Linking energy efficiency policies toward 4th generation district heating system. Energy, 2021, Vol. 234, 121245.Brange L., Englund J., Lauenburg P. Prosumers in district heating networks – A Swedish case study. Applied Energy, 2016, Vol. 164, pp. 492–500.Zinsmeister D., Licklederer T., Christange F., et al. A comparison of prosumer system configurations in district heating networks. Energy Reports, 2021, Vol. 7(4), pp. 430–439.Gross M., Karbasi B., Reiners T., et al. Implementing prosumers into heating networks. Energy, 2021, Vol. 230, 120844.Pipiciello M., Caldera M., Cozzini M., et al. Experimental characterization of a prototype of bidirectional substation for district heating with thermal prosumers. Energy, 2021, Vol. 223, 120036.Федеральный закон от 27.07.2010 №190-ФЗ (ред. от 29.12.2014) “О теплоснабжении”.Якимов Л.К. Предельный радиус действия теплофикации. Тепло и сила, 1931, № 9, С. 8–10.Семенов В.Г., Разоренов Р.Н. Экспресс-анализ зависимости эффективности транспорта тепла от удалённости потребителей. Новости теплоснабжения, 2006, № 6, С. 36–38.Папушкин В.Н. Радиус теплоснабжения. Хорошо забытое старое. Новости теплоснабжения, 2010, № 9, С. 44–49.Чичирова Н.Д., Ахметова И.Г. Оценка эффективного радиуса систем централизованного теплоснабжения города Казани. Труды Академэнерго, 2016, № 1, С. 89–95.Папушкин В.Н., Полянцев С.О., Щербаков А.П., Храпков А.А. Методика расчета радиуса эффективного теплоснабжения для схем теплоснабжения. Электронный ресурс “РосТепло.ру”. URL: https://www.rosteplo.ru/Npb_files/npb_shablon.php?id=1601 (дата обращения 21.07.2022).Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. Москва: Наука, 1985.Penkovskii A., Stennikov V., Mednikova E., Postnikov I. Search for a market equilibrium of Cournot-Nash in the competitive heat market. Energy, 2018, Vol. 161, pp. 193–201.Приказ Минэнерго России № 565, Минрегиона России № 667 от 29.12.2012 “Об утверждении методических рекомендаций по разработке схем теплоснабжения”.Медникова Е.Е., Стенников В.А., Постников И.В. Разработка методики оценки эффективности присоединения новых потребителей к теплоснабжающей системе. Промышленная энергетика, 2018, № 2, С. 13–20.Стенников В.А., Медникова Е.Е., Постников И.В. и др. Разработка методики расчета радиуса эффективного теплоснабжения. Промышленная энергетика, 2017, № 11, С. 25–32.Stennikov V., Iakimetc E. Optimal planning of heat supply systems in urban areas. Energy, 2016, Vol. 110, pp. 157–165.Stennikov V., Mednikova E., Postnikov I., Penkovskii A. Optimization of the effective heat supply radius for the district heating systems. Environmental and Climate Technologies, 2019, Vol. 23(2), pp. 207–221.Сеннова Е.В., Смирнов А.В., Ионин А.А. и др. Надежность систем теплоснабжения. Новосибирск: Наука, 2000.Postnikov I., Stennikov V. Modifications of probabilistic models of states evolution for reliability analysis of district heating systems. Energy Reports, 2020, Vol. 6, pp. 293–298.СНиП 41-02-2003 “Тепловые сети'. М.: Министерство регионального развития Российской Федерации, 2012.Стенников В.А., Постников И.В. Комплексный анализ надежности теплоснабжения потребителей. Известия РАН. Энергетика, 2011, № 2, С. 107–121.Stennikov V.A., Postnikov I.V. Methods for the integrated reliability analysis of heat supply. Power Technology and Engineering, 2014, Vol. 47(6), pp. 446–453.Stennikov V.A., Postnikov I.V. Methodological support for a comprehensive analysis of fuel and heat supply reliability. In: “Sustaining power resources through energy optimization and engineering”) by ed. Vasant P. and Voropai N.I. Hershey PA: Engineering Science Reference (an imprint of IGI Global), 2016.Postnikov I. Application of the Methods for Comprehensive Reliability Analysis of District Heating Systems. Environmental and Climate Technologies, 2020, Vol. 24(3), pp. 145–162.Postnikov I., Stennikov V., Mednikova E., Penkovskii A. Methodology for optimization of component reliability of heat supply systems. Applied Energy, 2018, Vol. 227, pp. 365–374.Postnikov I., Stennikov V., Penkovskii A. Prosumer in the district heating systems: Operating and reliability modeling. Energy Procedia, 2018, Vol. 10, pp. 2530–2535.Penkovskii A., Stennikov V., Kravets A. Bi-level modeling of district heating systems with prosumers. Energy Reports, 2020, Vol. 6(2), pp. 89–95.Стенников В.А., Постников И.В., Пеньковский А.В. Методы и модели оптимального управления теплоснабжающими системами с активными потребителями тепловой энергии. Известия Российской академии наук: Энергетика, 2021, № 3, С. 12–23.Стенников В.А., Пеньковский А.В., Кравец А.А. Двухуровневое моделирование теплоснабжающих систем с учетом активных потребителей. Промышленная энергетика, 2021, № 6, С. 10–19.