WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Для каждого источника записывается экономическая характеристика, представляющая зависимость затрат (, тыс. руб.) от величины его производительности (, Гкал/ч) в каждый момент времени (). Она включает в себя условно-постоянные и условно-переменные затраты и может быть записана в следующем виде:

=, (38)

Формулируемая задача сводится к поиску решения соответствующего минимальному значению функции суммарных затрат по всем n источникам рассматриваемой системы:

(39)

при выполнении следующих условий и ограничений:

,,, (40)

где – суммарная тепловая нагрузка района теплоснабжения, зависящая от температуры наружного воздуха (Гкал/ч).

Для решения задачи применяется метод множителей Лагранжа, согласно которому целевая функция может быть представлена в следующем виде:

, (43)

где и - множители Лагранжа.

Задача (38)-(40) является задачей выпуклого программирования, поэтому система оптимальности записывается в следующем виде:

, (44)

,, (45)

,, (46)

С учетом выражений (38) величина предельных издержек будет иметь следующий вид:

, (48)

Поскольку для систем теплоснабжения является строго неотрицательной величиной, то из уравнения (45), получаем что. При этих условиях выражение (44) преобразуется к виду:

, (49)

В соответствии с выше описанным получаем, что предельные издержки равны:

, (50)

Выразив из (49) величину и подставив ее в уравнение (46) получаем выражение для предельных издержек системы в целом:

. (51)

Из изложенного следует, что оптимальным будет решение, для которого предельные издержки всех работающих станций равны между собой, а множитель Лагранжа (), являющийся двойственной переменной, соответствует значению оптимальных предельных издержек.

Задача оптимизации схемы и параметров системы предполагает определение оптимальной схемы и параметров (диаметров трубопроводов, насосных станций и т.п.) тепловой сети. Для решения этой задачи используется методический подход, основанный на предварительном задании «избыточной» схемы системы (рисунок 3а). «Избыточная» схема представляет собой совокупность всех допустимых вариантов конфигурации тепловой сети, размещения источников тепла и потребителей с учетом ограничений по прокладке трубопроводов и расположению источников на месте.

Развитие этого подхода позволило совместить решение задач оптимального распределения тепловой нагрузки между источниками тепловой энергии и оптимального развития и реконструкции тепловой сети, составляющих общую проблему организации совместной работы источников тепловой энергии на единые тепловые сети.

а)

б)

Рисунок 3 – Избыточная схема теплоснабжающей системы

С этой целью «избыточная» схема дополняется фиктивным узлом и подмножеством фиктивных связей (рисунок 3б), соединяющих его с узлами, в которых расположены источники. Фиктивным связям ставятся в соответствие затраты по источникам, расположенным в инцидентных узлах. Затраты, представляющие зависимость от величины производительности, могут быть представлены как в виде функции, так и в табличном виде.

С учетом изложенного поставленная задача может быть сведена к задаче поиска наивыгоднейшего потокораспределения на заданной «избыточной» схеме. Ее решение позволяет найти уточненное распределение нагрузок между источниками тепла, учитывающее затраты в источники, тепловую сеть, схему тепловой сети, мероприятия по ее реконструкции и оптимальные параметры.

Для оптимизации параметров ТС древовидной структуры применяется метод динамического программирования (ДП), а кольцевых сетей – метод многоконтурной оптимизации (МКО), разработанные в ИСЭМ. Они позволяют учитывать индивидуальные особенности системы и ее элементов, существующее состояние, технические ограничения и логические условия. Расчет потокораспределения обеспечивает реализуемость принимаемых решений и работоспособность системы при эксплуатации.

Автор участвовал в отработке, развитии и адаптации алгоритма решения поставленной задачи, проведении содержательных исследований, в разработке методики практического применения вычислительного инструмента для расчета реальных ТСС.

Задача анализа режимов функционирования ТСС и оценки ее работоспособности решается на основе расчета потокораспределения, которое описывается системой линейных балансовых уравнений (аналогов I и II законов Кирхгофа) и нелинейных замыкающих соотношений (2-4). Разработанные в ИСЭМ методы решения данной задачи реализованы в виде информационно-вычислительной системы «АНГАРА», которая хорошо учитывает сетевую специфику, имеет развитый интерфейс и максимально отражает потребности практики расчета потокораспределения в ТСС.

Комплексная методика и алгоритм решения проблемы состоит из последовательности поэтапного решения перечисленных выше задач и взаимоувязки, получаемых на каждом этапе результатов. Укрупненно она может быть представлена следующими этапами:

1. Подготовка и формирование «избыточной» схемы системы.

2. Расширение «избыточной» схемы фиктивным узлом и фиктивными связями, число которых соответствует количеству источников тепла.

3. Определение последовательности распределения тепловой нагрузки между источниками и расчет их технико-экономических показателей путем оптимизации загрузки ИТ по интервалам отопительного периода в зависимости от температуры наружного воздуха.

4. Для каждого теплоисточника строится зависимость затрат от его производительности в соответствии с полученным графиком загрузки в виде таблицы или аналитического выражения.

5. Каждой фиктивной ветви «избыточной» схемы ставится в соответствие зависимость затрат от производительности источника, расположенного в инцидентном узле.

6. Для рассматриваемых интервалов отопительного и неотопительного периодов оптимизируется схема тепловой сети и ее параметры с учетом оптимальной загрузки источников.

7. По результатам оптимизационных расчетов формируется схема и параметры тепловой сети.

8. Выполняются поверочные расчеты на различные варианты загрузки источников и режимы функционирования системы (нормальные и аварийные).

9. При необходимости осуществляется корректировка схемы и параметров тепловой сети.

10. Рассчитываются критерии экономической эффективности и технические характеристики системы, анализируется финансовая реализуемость полученных решений.

Ввиду сложности решения рассматриваемой проблемы, связанной с переходом на количественные методы регулирования отпуска тепла и работой источников с плавающими зонами их обслуживания и необходимостью выполнения большого количества расчетов по приведенной методике возникает вопрос об ее упрощении.

Проведенные многочисленные исследования на реальных и стилизованных схемах ТСС показали, что в большинстве случаев достаточно провести две серии расчетов по определению параметров ТС – для режима начала (конца) отопительного периода и расчетных условий. При этом для новых ТСС выбор параметров тепловых сетей осуществляется при расчете режима с минимальными расходами теплоносителя для начала (окончания) отопительного периода. Они фиксируются, а затем производится их корректировка на расчетный (максимальный зимний) режим. В данном случае имеют место минимальные значения капитальных вложений в тепловые сети и минимальные дисконтированные ежегодные затраты.

В случае реконструкции существующей системы теплоснабжения с целью организации совместной работы источников мероприятия по реконструкции сетей определяются раздельно для режима начала отопительного периода и расчетных условий. По их результатам формируется итоговое решение, которое включает наибольшие значения диаметров теплопроводов и других параметров. Эти исследования позволили разработать экспресс-методику решения рассматриваемой проблемы, которая эффективна для большинства ТСС.

Предложенная методика решения рассматриваемой проблемы, реализуется в рамках развитой диалоговой вычислительной системы (ДВС). Она включает пять ПВК и имеет несколько уровней, построенных по иерархическому принципу. При переходе от одного уровня к другому осуществляется конкретизация задач и расширяется их перечень.

Переход к новым принципам построения систем предполагает иерархическую структуру систем на основе деления транзитных, магистральных и распределительных ТС с помощью узлов управления, создание структурной и параметрической избыточности ТС, обеспечивающей взаиморезервирование ИТ, тепловых сетей, их управляемость в нормальных и аварийных режимах, а также разделение источников тепла, тепловых сетей и теплопотребляющих установок потребителей на гидравлически независимые контуры с использованием теплообменников, автоматики и систем регулирования.

Перечисленные структурные преобразования ТСС создают необходимые условия для внедрения энергоэффективных технологий функционирования систем и осуществления системно-технологических преобразований. К их числу могут быть отнесены: переход от качественного к качественно-количественному и количественному регулированию с переменными расходами теплоносителя; снижение максимальной температуры теплоносителя при сохранении и даже увеличении фактически используемого перепада температур; понижение давления сетевой воды во всех звеньях системы.

Техническое переоснащение систем включает следующий комплекс мероприятий: реконструкция и сооружение ТС на базе современных конструкций и технологий прокладки теплопроводов с системой оперативного контроля, управления и диагностики их состояния, использование шаровой, дисковой и другой запорно-регулирующей арматуры с электроприводом и дистанционным управлением; внедрение системы автоматики и регулирования, приборов учета и измерения с созданием на их базе автоматизированной системы диспетчерского управления; широкое применение на источниках, в тепловых сетях и у потребителей автоматизированных тепловых пунктов с пластинчатыми теплообменниками, системами управления и регулирования.

Реализация данных направлений фактически означает переход на новые инновационные технологии эксплуатации отечественных теплоснабжающих систем, которые позволят повысить эффективность производства электрической и тепловой энергии, сократить потери тепла и теплоносителя, увеличить долговечность оборудования и трубопроводов, сделают возможным привлечение для совместной работы не только крупные, но также нетрадиционные и возобновляемые источники тепла. Так, снижение температуры подаваемой сетевой воды на 1С увеличивает выработку электрической энергии на ТЭЦ на 0,1-0,3%, а потери тепла в ТС при этом сокращаются примерно на 0,3% от его отпуска в сеть.

Выбор комплекса конкретных мероприятий может быть осуществлен с помощью предложенного в настоящей работе методического обеспечения. Они должны быть положены в основу перспективных планов развития теплоснабжения городов и населенных пунктов.

Практическая апробация методических и программных разработок проводилась в исследовании целого ряда реальных проектов. Одним из них является проект «Комплексной реконструкции теплоснабжающей системы Центрального и Адмиралтейского районов Санкт-Петербурга».

В отличие от традиционных работ основная направленность настоящего проекта связана с повышением эффективности, надежности и качества теплоснабжения потребителей на основе инновационных технологий и оборудования, обеспечивающих передовой уровень функционирования ТСС.

Рассматриваемый район обеспечивается теплом от 6 ТЭЦ, 8 крупных и 141 средних и мелких котельных. Все теплоисточники работают раздельно, каждый на свою зону. Системы имеют те же, что и большинство ТСС страны, недостатки, которые приводят к неудовлетворительному комфорту, низкой надежности и эффективности. Суммарная тепловая нагрузка района на уровне 2025 г. составит более 1830 Гкал/ч.

Все множество возможных вариантов развития системы было представлено в виде «избыточной» схемы (рисунок 4), исследование которой с помощью описанного выше методического и вычислительного инструментария позволило получить общесистемные рекомендации по совершенствованию ТСС. Предложенные мероприятия по реконструкции системы и зоны действия источников в расчетном режиме, выделенные жирными линиями, отражены на рисунке 4. Ряд полученных рекомендаций имеют универсальный характер и могут быть предложены для других систем. Согласно этим рекомендациям повышение эффективности, надежности и управляемости ТСС Центрального и Адмиралтейского районов г. Санкт-Петербурга возможно при выполнении конкретных мероприятий, среди которых выделяются следующие:

1. Рациональное построение структуры системы, включая число, тип и мощность источников, конфигурацию схемы сетей, схемы подключения источников и потребителей к ТС. Сооружение новой ТЭЦ и сохранение в эксплуатации 3-х существующих ТЭЦ, при этом два наиболее удаленных ИТ переключаются на тепловые нагрузки прилегающих к ним районов, одна ТЭЦ демонтируется, более 40 неэкономичных котельных закрываются.

2. Реализация предложенных мероприятий по реконструкции тепловых сетей (рисунок 4) с созданием минимальной избыточности, обеспечивающей резервирование и управление теплогидравлическими режимами в нормальных и аварийных ситуациях, а также позволяющей организовать совместную работу ИТ.

3. Оснащение ТСС автоматизированными узлами управления и средствами телемеханики, ориентированными на создание АСДУ ТП.

4. Совместная работа источников тепла на единые тепловые сети, обеспечивающая повышение эффективности ТСС, надежности и качества теплоснабжения.

5. Внедрение качественно-количественного регулирования отпуска тепла с независимой схемой подключения нагрузок отопления, вентиляции и закрытой системой горячего водоснабжения.

6. Организация эффективных теплогидравлических режимов работы системы, фактически реализующих инновационные технологии функционирования ТСС.

Рисунок 4 – Избыточная схема ТСС и рекомендации по ее реконструкции г. Санкт-Петербурга

В отличие от традиционного подхода был найден вариант развития системы, который отсутствовал среди намечаемых для расчета. Он фактически сочетает в себе наилучшие из предлагаемых решений, учитывает все технические и прочие условия и ограничения.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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