Modeling of cooling towers under heat recovery
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2018-12-10
Department
Major/Subject
Energy Technology
Mcode
ENG21
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
en
Pages
82 + 8
Series
Abstract
The European Organization for Nuclear Research (CERN) has agreed on a commitment to minimize the environmental impact of the wide range of activities the Laboratory carries out. A key measure is waste heat recovery (WHR), as approximately 75 % of the power consumed in the electricity intensive particle accelerator complex, is dissipated to the sky as waste heat by cooling towers. A project for installing waste heat recovery to the cooling system of the Large Hadron Collider (LHC) at LHC point 8 has started and is expected to be operational in the beginning of 2020, after the second LHC long shutdown in 2018-2019. The operation of WHR causes a risk of temperature transients in case of unexpected WHR shutdowns. A dynamic simulation model of the cooling towers is needed to verify robustness against these temperature transients. In this Thesis, a thorough literature review of existing evaporative cooling tower modeling methods is performed, and the hybrid modeling method presented by Jin & al. (2007), is implemented to simulate the cooling towers at LHC point 8. The developed model is validated against real operational data. To the authors knowledge, this study is the first published use case of this evaporative cooling tower modeling method. A selection of anticipated sudden WHR shutdown scenarios are simulated in virtual commissioning environment with real programmable logic controller (PLC) to verify robustness of the cooling system against sudden temperature transients. A conclusion is that the cooling towers and their current control scheme is sufficient in dampening the anticipated temperature transients. This knowledge allows the WHR installation project to proceed.Euroopan hiukkasfysiikan tutktimuskeskuksella CERN:illä on tavoitteenaan minimoida laboration aktiviteettien ympäristövaikutukset. Tämän tavoitteen saavuttamisessa lämmön talteenotto (LTO) on tärkeässä roolissa, sillä energiaintensiivisessä hiukkaskiihdytinkompleksissa noin 75 prosenttia käytetystä sähkötehosta haihdutetaan taivaalle jäähdytystornien kautta hukkalämpönä. Toisen pitkän käyttökaton aikana vuosina 2019 - 2020 suuren hadronitörmäyttimen (LHC) pisteelle 8 asennetaan lämmön talteenottojärjestelmä. Lämmön talteenoton käyttö aiheuttaa riskin lämpötilavaihteluiden syntymiselle, jos hukkalämmön vastaanotto katkeaa äkillisesti. Dynaaminen jäähdytystornien simulaointimalli tarvitaan suuren hadronitörmäyttimen toiminnan kannalta kriittisen jäähdytysjärjestelmän luotettavuuden varmistamiseksi. Tässä diplomityössä esitellään kattava kirjallisuuskatsaus jäähdytystornien mallinusmenetelmistä ja implementoidaan Jin & al. (2007) julkaisema hybridi-menetelmä LHC pisteen 8 jäähdytystornien simuloimiseksi. Malli validoidaan järjestelmästä mitattua dataa vasten. Tehdyn kirjallisuusselvityksen perusteella tämä diplomityö on ensimmäinen julkaisu, jossa tätä jäähdystornien mallinusmenetelmää sovelletaan käytössä olevan järjestelmän simuloimiseen. Järjestelmän lämpötilatransienttien vaimmenuskyvyn tutkimiseksi jäähdytystornimallilla simuloidaan eri vuodenaikoina odetettavissa olevia lämmön talteenoton pysähtymisiä virtual commissioning -ympäristössä, jossa todellinen ohjelmoitava logiikka (Programmable Logic Controller PLC) ohjaa mallia. Simulointien tulokset osoittavat, että nykyinen jäähdytyskapasiteetti ja ohjauslogiikka vaimentavat odotettavissa olevia transientteja tehokkaasti. Tämän tiedon perusteella lämmön talteenottoprojekti voi edetä.Description
Supervisor
Vuorinen, VilleThesis advisor
Schofield, BradKeywords
jäähdytystorni, lämmön talteeotto, dynaaminen mallintaminen, parametrioptimointi, CERN
