Väitös systeemi- ja operaatiotutkimuksen alalta, M.Sc. Zichan Xie

Väitöskirjan nimi: Dynamic Modeling of District Heating Network Based on Discrete Event Simulation

Väittelijä: Zichan Xie 
Vastaväittäjä: professori Henrik Saxén, Åbo Akademi
Kustos: professori Risto Lahdelma, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Lämmitys ja jäähdytys ovat välttämättömiä arjessamme, ja ne kuluttavat lähes puolet EU:n energiasta. Vaikka kaukolämpöjärjestelmät tarjoavat tehokkaan tavan hyödyntää uusiutuvia energialähteitä ja vähentää päästöjä, ne tuottavat vain noin 8 % maailman lämmöntarpeesta. Merkittävä haaste on reaaliaikaisen seurannan ja älykkään ohjauksen puute, mikä rajoittaa järjestelmän tehokkuutta ja ympäristöystävällisyyttä.
Tässä tutkimuksessa kehitimme nopean, tarkan ja joustavan simulointimallin kaukolämpöverkostoille. Innovatiivinen lähestymistapamme hyödyntää diskreettiä tapahtumasimulointia (DES) muuttuvin aikavälein. Laskentaa dynaamisesti säätämällä ja keskittymällä vain kriittisiin järjestelmän muutoksiin malli saavuttaa sekä laskennallisen tehokkuuden että luotettavuuden.
DES-malli validoitiin käyttämällä mittauksia kolmesta todellisesta sovelluksesta: yhdestä putkesta, puumaisesta verkostosta ja silmukkaisesta verkostosta. Keskeiset tulokset osoittavat, että mallimme pystyy simuloimaan 186 putken silmukkaisen kaukolämpöverkon 85 päivän toiminnan vain 0,29 sekunnissa, pitäen lämpötilapoikkeamat 80 lämmönjakokeskuksessa alle 1,15 Kelvin-asteessa.
Tämä tehokas DES-malli tarjoaa operaattoreille välineen:
• Reaaliaikaiseen järjestelmän seurantaan ja toimintatilan tunnistamiseen
• Vianmääritykseen ja toiminnallisten ongelmien ratkaisemiseen
• Verkoston päivittämiseen ja suorituskyvyn arviointiin
• Ohjausstrategioiden testaamiseen ja parantamiseen
• Uusiutuvan energian integroinnin suunnitteluun
Mallin yhdistelmä tarkkuudesta ja laskennallisesta tehokkuudesta mahdollistaa nopean skenaarioanalyysin ja järjestelmän optimoinnin, tukien älykkäämpää päätöksentekoa kaukolämpöverkkojen toiminnassa.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc