project

WarmteStad Groningen: digitale tweeling voor warmtecentrale

Warmtestad Groningen breidt het warmtenet in hun stad uit. Zij staan daarbij voor de uitdaging om verduurzaming door te voeren op een snelle en kosteneffectieve manier. In de nieuwe Warmtecentrale Zernike brengen zij meerdere warmtebronnen en warmteopslag opties bij elkaar om dit te bereiken. KWR kan de ontwikkeling van de Warmtecentrale Zernike in samenwerking met Warmtestad gebruiken als ‘living lab’. De onderzoekers van het KWR-team Energie en Circulaire Systemen maken daartoe een zogeheten digitale tweeling van het systeem. Deze digitale tweeling maakt het mogelijk om het ontwerp van de warmtecentrale te evalueren, om de besturing ervan te optimaliseren en om leerpunten te formuleren voor toekomstige, vergelijkbare warmtecentrales.

WarmteStad ontwikkelt het warmtenet in de stad Groningen: het al aangelegde net wordt in de komende jaren sterk uitgebreid, van 3.000 naar 10.000 woningequivalenten. Zij staan daarmee ook voor de uitdaging om verduurzaming door te voeren op snelle en kosteneffectieve wijze. Voor de nieuwe Warmtecentrale Zernike, die de warmte zal leveren, heeft Warmtestad een innovatieve multibron-strategie ontwikkeld, met restwarmte van twee datacenters en zonthermische warmte. Om zonthermie en restwarmte optimaal te benutten is het bovendien belangrijk dat warmteoverschotten in de zomer kunnen worden opgeslagen en gebruikt in de winter. Hiervoor beschikt de warmtecentrale over een groot buffervat en zelfs een ondergrondse warmteopslag. WarmteStad is verantwoordelijk voor de koppeling en de realisatie van de warmtecentrale, als schakel tussen de duurzame warmtebronnen en de levering aan het warmtenet.

Ontwikkeling van digitale tweeling door KWR

KWR kan de ontwikkeling van de Warmtecentrale Zernike in nauwe samenwerking met Warmtestad gebruiken als ‘living lab’. De onderzoekers van het team Energie en Circulaire Systemen maken daartoe een zogeheten digitale tweeling van het systeem, waarmee ‘wat-als-analyses’ en toekomstverkenningen worden uitgevoerd. Door middel van de digitale tweeling kan KWR het ontwerp van de warmtecentrale evalueren. Bovendien kan de besturing van de centrale worden geoptimaliseerd Daarmee werkt KWR aan een strategie voor ontwerp en aansturing van toekomstige, vergelijkbare systemen met meerdere duurzame bronnen, energie conversie stappen en ondergrondse warmteopslag.

Voordelen van een digitale tweeling

De combinatie van meerdere (lage) temperatuurbronnen en opslag binnen warmtenetten is nog relatief nieuw. Daarom zijn er (nog) amper geschikte, integrale modellen voor ontwerp en aansturing beschikbaar. Voor het ontwikkelen van een optimale strategie voor ontwerp en besturing zijn warmtebedrijven nu aangewezen op lering uit de praktijk van bestaande systemen. Daarmee stuiten zij op verschillende problemen:

  • Elk ontwerp is locatie-specifiek en uniek wat betreft de combinatie en integratie van warmtebronnen en –opslag.
  • Het toetsen van verschillende scenario’s, zoals een strenge winter of bewolkte zomer, is niet mogelijk op korte termijn, omdat de data niet voorhanden zijn.
  • Een ondergrondse warmteopslag kent een meerjarig systeemgeheugen, waardoor effecten van ingrepen pas op lange termijn duidelijk worden.
  • In het echte systeem zijn aanpassingen in de besturing moeilijk of riskant, omdat het warmtebedrijf de leveringszekerheid moet waarborgen.
  • Verschillende vormen van besturing kunnen niet onder dezelfde omstandigheden worden getest; de omgeving verandert immers voortdurend.

Met een digitale tweeling kunnen effecten van verschillende scenario’s, ontwerpen en stuurprofielen (set-points) wel doorgerekend worden.