GT-07 Optimalisering av industrielle varmevekslernettverk

Motivasjon og relevans

Gjennom Parisavtalen er det fastsatt en internasjonal avtale som skal sørge for at verdens land klarer å begrense klimaendringene. Innovasjoner som forbedrer energieffektiviteten til industrielle prosesser spiller avgjørende roller for å redusere utslippene av CO₂ og motvirke klimaendringene. En viktig del av denne energieffektiviseringen er effektiv integrering av varme hvor varme blir gjenvunnet fra prosesser med høy temperatur til å varme opp andre prosesser som trenger varme, og tilsvarende med kjøling fra kalde prosesser. Denne varmeintegreringen reduserer behovet for eksterne energikilder slik at man blant annet kan brenne mindre fossile brensler.

Bakgrunn

Integrering av varme er en viktig del av å forbedre energieffektiviteten i industrielle prosesser. For å optimalisere varmeintegreringen må man designe et nettverk av varmevekslere og å finne det optimale varmevekslernettverket er en krevende oppgave. CompHENS er et Julia basert open-source optimaliseringsverktøy for varmevekslernettverk utviklet av SINTEF og NTNU. I design av et varmevekslernettverk er det flere faktorer som påvirker designet: man ønsker å bygge så få varmevekslere som mulig og at varmevekslerne skal ha et lite areal samtidig som man ønsker å bruke minst mulig ekstern energi. Å finne den optimale avveiningen mellom disse tre i et system med mange kalde og varme prosesser kan bli svært vanskelig og gir et komplisert optimaliseringsproblem. I Indheap prosjektet ser vi på å optimalisere driften til fabrikker med fleksibel produksjon og vi skal blant annet designe et varmevekslernettverk for fleksibel drift inkludert et varmelager for en fabrikken. For å løse dette utvider vi funksjonaliteten i CompHENS til å designe et varmevekslernettverk som skal være optimalt for denne typen fabrikker.

Oppgave

Arbeidet knyttes til videreutvikling og testing av et optimaliseringsverktøy (CompHENS) for å håndtere utfordringer knyttet til fleksibel drift av varmevekslernettverket. Kandidaten forventes å sette seg inn i hvordan verktøyet fungerer, gjøre endringer i verktøyet og utføre tester av hvordan det oppdaterte verktøyet fungerer. Det er en fordel om arbeidet kan videreføres i en prosjekt- og masteroppgave.

Oppgaven består i å:

• Sette seg inn i CompHENS verktøyet (utviklet i JuMP/Julia)
• Utføre nødvendige endringer i verktøyet
• Utføre tester av det oppdaterte verktøyet på relevante problemer
• Dokumentere arbeidet i en rapport

Oppgaven knyttes til prosjektet "IndHEAP" ved SINTEF Energi

Forutsetninger

Det er en fordel at sommerforskeren har kjennskap til (eller evne til å sette seg inn i):

• Programmering (fortrinnsvis Julia, men Python er tilstrekkelig)
• Termodynamikk
• Basiskunnskaper om varmeveksling
• Optimering

Hovedveileder: Håvard Falch

Medveileder: Rahul Anantharaman