WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |
  • Создание методической базы, позволяющей осуществлять постановку задач и реализацию решений, связанных с организацией совместной работы источников на единые тепловые сети и обеспечивающей их эффективное функционирование.
  • Разработка технических направлений преобразования структуры систем, технологического обновления источников, тепловых сетей и установок потребителей, их оснащения автоматизированными системами измерения, регулирования и управления производством, транспортом и потреблением тепловой энергии.
  • Проведение содержательных исследований по преобразованию теплоснабжающих систем для совместной работы теплоисточников и формирование на их основе практических рекомендаций по повышению эффективности ТСС.

Эффект, получаемый при переходе к совместной работе теплоисточников на общие тепловые сети, имеет множество проявлений, среди них: улучшение комфортных условий у потребителей, снижение удельного расхода топлива; увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении; снижение расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя; сокращение суммарного резерва котлотурбинного оборудования, уменьшение затрат на повышение надежности. Кроме того, существует множество косвенных эффектов, таких как повышение технического уровня систем, практическая реализация потенциала энергосбережения, снижение негативного воздействия на окружающую среду.

В современных крупных ТСС затраты в тепловые сети по величине сопоставимы с затратами в источники тепловой энергии. Кроме того, они фактически реализуют ту экономию, которая получается на источниках тепла. Это обуславливает значительное взаимовлияние всех элементов на принимаемые решения, что отмечается во всех крупных ТСС.

Исследования экономической эффективности совместной работы источников тепловой энергии на общие тепловые сети, проведенные по системе теплоснабжения микрорайона Ново-Ленино г. Иркутска, показали, что технология совместной работы ИТ эффективна в течение всего года. Вместе с тем максимальный эффект достигается при температурах наружного воздуха выше -20°С, при которых система работает наибольшее время в году. Суммарная экономическая эффективность такой работы ТСС достигает 22% ежегодных затрат.

Полученная по результатам серии оптимизационных расчетов зависимость затрат в систему в целом, источники и тепловые сети от вариантов распределения тепловых нагрузок между ИТ для данной ТСС приведена на рисунке 1. Из графика видно, что существующее распределение тепловых нагрузок и зон действия ИТ (т. В) по затратам в тепловые сети и теплоисточники не является оптимальным, хотя и не относится к наиболее дорогим решениям. При раздельном поиске оптимума по источникам решение соответствует т. А, по тепловым сетям - т. D на графике. Вместе с тем оптимальный вариант, полученный при совместном решении задачи находится в т. С. Эффективность такой оптимизации для данной ТСС может достигать более 120 млн. руб. Проведенные исследования показывают, что поиск оптимального решения по организации параллельной работы источников должен осуществляться в комплексе по источникам и тепловым сетям в едином вычислительном процессе.

Состав задач, представляющих проблему совместной работы источников на единые тепловые сети, подходы и методы их решения приведены на рисунке 2. Рассматриваемая проблема может быть сведена к задачам оптимальной загрузки источников, оптимизации схемы и параметров тепловых сетей. Эффективным способом, объединяющим решение этих задач, является методический подход, основанный на применении избыточной расчетной схемы системы и методов параметрической оптимизации.

Содержательная постановка проблемы

В объединенной системе, работающей с несколькими источниками тепла, необходимо определить мероприятия по ее реконструкции, а также параметры новых элементов, которые обеспечили бы организацию совместной работы источников на единые тепловые сети. При этом максимально должна учитываться существующая часть системы и режимы ее функционирования.

Рисунок 1 – Изменение эксплуатационных затрат в систему, источники и тепловые сети

в зависимости от распределения тепловой нагрузки района между источниками

Заданными являются пространственное размещение теплоисточников, их типоразмеры и состав оборудования, схема тепловой сети, с выделением существующей и новой частей, дискретный набор диаметров труб и другого оборудования.

Задача заключается в поиске:

• оптимального распределения тепловой нагрузки между источниками (последовательности их включения в работу и графика загрузки оборудования) в зависимости от изменения температуры наружного воздуха;

• «узких» мест в тепловых сетях и рациональных способов их реконструкции (расширение, демонтаж, изменение типа источников тепла; замена, усиление участков теплопроводов, сооружение насосных станций (НС) и других элементов тепловых сетей), а также в оптимизации параметров новых элементов системы с целью реализации совместной работы теплоисточников;

• эффективных направлений реконструкции и построения ТСС в части включения в систему источников тепла, последовательности изменения их производительности и зон действия; прокладки новых трасс тепловых сетей их схемы и параметров; схем и типов присоединения потребителей тепла.

Рисунок 2 – Структуризация проблемы совместной работы теплоисточников

Решения должны удовлетворять предъявляемым техническим требованиям и минимальным затратам на развитие и эксплуатацию системы.

Математическая формулировка задачи

Найти минимум целевой функции в виде приведенных дисконтированных по времени затрат:

(1)

где,, – приведенные (дисконтированные) затраты в источники тепла, тепловые сети и на дополняющую электроэнергию (тыс. руб.).

Целевая функция (1) рассчитывается с учетом обслуживания капитала, полученного в виде кредита для реализации предлагаемых решений:

, (2)

где К – капитальные вложения (тыс. руб.); И – ежегодные издержки (тыс. руб.); а – коэффициент приведения, являющийся фактически коэффициентом ежегодного возврата капитала.

Затраты в источники тепла складываются из капитальной составляющей, дисконтированной по времени, условно-постоянных затрат на эксплуатацию и обслуживание ИТ и затрат на топливо (тыс. руб.):

, (3)

где – удельные капитальные вложения в -ый источник тепла (тыс. руб./Гкал/ч), определяемые в зависимости от типоразмера источника (); - производительность -ого источника (Гкал/ч); – условно-постоянные затраты на обслуживание и эксплуатацию -го источника тепла (тыс. руб./год); – нормативный коэффициент ежегодных отчислений; – стоимость топлива для -го ИТ (тыс. руб./т у.т.); – расход топлива на -ом ИТ в период времени (т у.т./ч); – производительность -го источника в период (Гкал/ч); - продолжительность периода (час).

Здесь – подмножество узлов-потребителей, узлов-источников, входящие в общее множество узлов ; – подмножества существующих и вновь проектируемых участков сети; – подмножество участков с существующими и новыми НС.

Затраты в тепловые сети (тыс. руб.) включают затраты на прокладку, реконструкцию, эксплуатацию и обслуживание тепловых сетей (,тыс. руб.), затраты на сооружение и эксплуатацию насосных станций (,тыс. руб.), затраты на электроэнергию (,тыс. руб.), используемую для перекачки теплоносителя и затраты на компенсацию тепловых потерь (,тыс. руб.).

. (4)

Постоянная составляющая затрат по тепловым сетям определяется в соответствии с выражением:

, (5)

где – удельные капитальные вложения в строительство и реконструкцию тепловых сетей (тыс. руб./м) в зависимости от диаметра трубопровода на -м участке ТС; li – длина i-го участка ТС (м); – условно-постоянные эксплуатационные затраты по тепловым сетям (тыс. руб./год); – нормативный коэффициент ежегодных отчислений.

Постоянная составляющая затрат по насосным станциям равна:

, (6)

где – коэффициент, зависящий от размерности величин; – удельные капитальные вложения в строительство и реконструкцию НС на -ом участке в зависимости от ее типоразмера (тыс. руб./МВт); – условно-постоянные эксплуатационные затраты в насосную станцию (тыс. руб./год); - нормативный коэффициент ежегодных отчислений.

Затраты на электроэнергию, затрачиваемую на перекачку теплоносителя по системе в каждый период, рассчитываются по следующей зависимости:

,, (7)

где – стоимость электрической энергии (руб./МВтч); – расход сетевой воды на -ом участке в период (т/ч); – действующий напор насосной станции на -ом участке в период (м вод. ст.); – число часов работы насосной станции на -ом участке в период (час в период ); – КПД насосной станции на -ом участке в период.

Затраты на тепловые потери по системе в каждый период определяются в соответствии с выражением:

,, (8)

где – стоимость тепловой энергии (руб./Гкал); – удельные теплопотери на -м участке, соответствующие типу изоляции трубопровода и способу его прокладки (Гкал/м).

Затраты на электроэнергию (), обеспечивающую приведение вариантов к равному энергетическому эффекту, равны произведению предельного уровня тарифа на электроэнергию (, руб./МВт·ч) на ее объем (, МВт·ч):

. (9)

Система условий и ограничений включает:

  • Уравнения материального (в узлах) и энергетического (в независимых контурах) баланса, а также замыкающие соотношения, которые описывают сетевую часть теплоснабжающих систем и представляются в следующем виде:

для подающего трубопровода

, (10)

для обратного трубопровода

, (11)

где – матрица соединений для линейно независимых узлов размерностью ;, – векторы расходов теплоносителя на участках сети в подающем и обратном трубопроводах в период (т/ч); – вектор расходов теплоносителя в узлах на отопление и вентиляцию в период (т/ч); – вектор расходов теплоносителя в узлах на ГВС в период (т/ч);, – векторы давлений теплоносителя в узлах тепловой сети подающего и обратного трубопроводов в период (м вод. ст.);, – векторы перепада давлений теплоносителя на ветви в подающем и обратном трубопроводе в период (м вод. ст.);, ;, – векторы действующих напоров НС на ветви в подающем и обратном трубопроводах в период (м вод. ст.);, – векторы потерь давления теплоносителя на ветви в подающем и обратном трубопроводах в период (м вод. ст.).

  • Зависимость потерь давления теплоносителя на -ой ветви от его расхода представляется следующим выражением:

,, (12)

,,, (13)

где – коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости труб на -ом участке; – коэффициент местных потерь на -ом участке.

  • Условия выбора и дискретности:

диаметров труб для новых участков и способа реконструкции для существующих участков тепловой сети:

(14)

где, – дискретный набор диаметров труб для прокладки новых участков и способов реконструкции существующих участков ТС;

типоразмеров новых НС и способов реконструкции существующих НС:

(15)

где, – дискретный набор типоразмеров вновь сооружаемых НС и возможные способы реконструкции существующих насосных станций.

типоразмеров источников тепла:

(16)

где, – дискретный набор типоразмеров вновь сооружаемых ИТ и возможные способы реконструкции существующих источников тепла.

  • Удельные капитальные вложения:

на прокладку новых участков ТС:

,,, (17)

в реконструкцию существующих участков ТС:

,,, (18)

в сооружение новых насосных станций:

,,, (19)

в реконструкцию существующих насосных станций:

,,, (20)

в сооружение новых источников тепла:

,,, (21)

в реконструкцию существующих источников тепла:

,,,(22)

  • Технические условия и ограничения:

на давления теплоносителя в узлах:

,,, (23)

,,. (24)

на скорости течения теплоносителя по ветви (м/с):

,,, (25)

,,, (26)

где скорость течения теплоносителя в трубопроводе определяется зависимостью:

,, (27)

,. (28)

на перепад давления теплоносителя у потребителей (м вод. ст.):

,, (29)

,, (30)

на перепад температур теплоносителя у потребителя (оС):

,, (31)

,, (32)

где и– температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах.

на производительность источников тепловой энергии (Гкал/ч):

,,, (33)

где – производительность -го источника в период (Гкал/ч); – теплоемкость теплоносителя ();, – нижнее и верхнее ограничения на производительность -го источника, зависящие от типоразмера источника тепла (Гкал/ч).

Температура теплоносителя в подающем трубопроводе (,оС) зависит от температуры наружного воздуха (,оС), принятого способа регулирования отпуска и потребления тепловой энергии () и схемы подключения потребителей к тепловым сетям ():

,,. (34)

Температура теплоносителя в обратном трубопроводе (,оС) зависит от температуры наружного воздуха (,оС), температуры сетевой воды в подающем трубопроводе (), принятого способа регулирования отпуска и потребления тепловой энергии () и схемы подключения потребителей к тепловым сетям ():

,,. (35)

Условие выбора схемы подключения потребителей представляется в виде:

,,,. (36)

Условие выбора способа регулирования отпуска и потребления тепловой энергии записывается в следующем виде:

,,,, (37)

где, – множество вариантов схем включения потребителей в тепловую сеть и способов регулирования отпуска и потребления тепла.

Сформулированная выше общая математическая модель нелинейного программирования принципиально не может быть полностью формализована и решена с помощью одного универсального метода, поскольку содержит ряд неформализуемых положений и процедур. Анализ и исследование поставленной проблемы позволили заменить ее комплексом отдельных относительно самостоятельных задач с дальнейшей их увязкой в едином вычислительном процессе. Это позволяет разнести его по времени, вмешиваться в его ход и производить корректировку решения, учитывая индивидуальные особенности систем. Рассматриваемая проблема в результате декомпозиции может быть представлена следующими задачами.

Задача оптимального распределения тепловой нагрузки между источниками предполагает определение последовательности и уровня загрузки теплоисточников в зависимости от температуры наружного воздуха, изменяющейся в течение отопительного и неотопительного периодов.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»