Содержание к диссертации
Введение
1. К исследованию основных направлений в области оптимального использования теплоисточников в системе централизованного теплоснабжения крупных городов 10
1.1. Краткая характеристика основных элементов системы теплоснабжения 11
1.2. Технико-экономическая эффективность системы теплоснабжения 15
1.3. Пути повышения эффективности работы системы централизованного теплоснабжения 26
2. Теплоисточники, как элементы системы централизованного теплоснабжения крупного города. Оценка затрат на топливо при различных способах их загрузки. Зона эффективного действия ТЭЦ ... 27
2.1. Постановка задачи 27
2.2. Математическая модель ТЭЦ для оценки технически достижимой экономичности ее работы (на примере Омской ТЭЦ-5) 28
2.2.1. Выбор параметров оптимизации 30
2.2.2. Общий подход к формулировке математической модели ТЭЦ 40
2.2.3. Методика решения предложенной математической модели... 53
2.2.4. Математическая модель ТЭЦ (на примере Омской ТЭЦ-5) 59
2.2.5. Экспериментальная проверка достоверности результатов, получаемых при расчете математической модели Омской ТЭЦ-5 69
2.2.6. Исследование математической модели Омской ТЭЦ-5 78
2.3. Математическая модель котельной для оценки достижимой эко номичности работы 107
2.4. Зона эффективного действия ТЭЦ 111
2.4.1. Зона эффективного действия ТЭЦ (на примере Северного луча Омской ТЭЦ-5) 118
2.4.2. Определение влияния повышенных потерь тепла через изоляцию на размеры зоны эффективного действия ТЭЦ 122
2.4.3. Влияние параметров цикла паротурбинной установки и температурного графика отпуска тепла на размеры зоны эффективного действия ТЭЦ 124
2.4.4. Определение зависимости величины отпуска тепла по заданной тепловой сети на величину удельных тепловых затрат и потерь на 1 Гкал потребления 127
3. Задача оптимального распределения тепловых и электрических агрузок между энергоисточниками города. Определение оптимального взаимодействия системы энергоснабжения городах объединенной электроэнергетической системой 131
3.1. Постановка задачи 131
3.2. Модель системы энергоснабжения для определения минимально-возможных затрат на топливо при ограниченном объеме потребления продукции 137
3.3. Модель системы энергоснабжения для определения максимума разницы между величиной выручки от продаж тепло- и электроэнергии и условно-переменными затратами 142
3.4. Исследование математических моделей системы энергоснабжения (на примере некоторых теплоисточников энергосистемы ОАО АК ЭиЭ «Омскэнерго») 146
3.4.1. Определение оптимального годового распределения тепловых нагрузок 147
3.4.2. Определение оптимального взаимодействия с объединенной электроэнергетической системой 161
3.4.3. Определение экономического эффекта от помесячного перераспределения тепловых нагрузок между теплоисточниками, работающими на общие тепловые сети 172
3.5. Основные выводы по главе 183
4. Повышение эффективности работы системы централизованного теплоснабжения путем исключения из работы неконкурентоспособных теплоисточников 185
4.1. Постановка задачи 185
4.2. Методические основы определения эффекта от передачи тепловой нагрузки от районной котельной в крупную систему центра- ф лизованного теплоснабжения, имеющую в своем составе ТЭЦ 186
4.3. Пример выполнения расчета эффективности передачи тепловой нагрузки от котельной в систему централизованного теплоснаб жения, имеющую в своем составе ТЭЦ 190
Основные результаты и выводы 212
Библиографический список 213
- Технико-экономическая эффективность системы теплоснабжения
- Математическая модель ТЭЦ для оценки технически достижимой экономичности ее работы (на примере Омской ТЭЦ-5)
- Математическая модель котельной для оценки достижимой эко номичности работы
- Модель системы энергоснабжения для определения максимума разницы между величиной выручки от продаж тепло- и электроэнергии и условно-переменными затратами
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Основными источниками теплоснабжения промышленных центров и городов в настоящее время являются паротурбинные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные, работающие на органическом топливе. При централизованном теплоснабжении возникает вопрос об областях применения ТЭЦ и котельных.
Применяемые в практике методы решения задач по выбору оптимального управления источниками тепла, тепловых сетей и в целом систем централизованного теплоснабжения в основном базируются на ручном счете, при этом все больше вступают в противоречие различные рекомендуемые предложения. Системы энергоснабжения городов имеют не только внутренние связи, определяемые характером протекающих в них процессов производства и передачи тепловой и электрической энергии, но и внешние, а именно: участие в топливно-энергетическом балансе района, связь с объединенной электроэнергетической системой (ОЭЭС) и др.
Для повышения эффективности использования теплоисточников в существующей системе централизованного теплоснабжения необходимо учитывать, как внутреннюю структуру производства энергии, так и влияние внешних факторов, например, стоимость электроэнергии в ОЭЭС.
Поскольку система теплоснабжения представляет собой совокупность разных по своему характеру объектов, появляется целесообразность разработки «индивидуальных» математических моделей для каждого из них и специальной модели, которая учитывала бы в совокупности свойства этих объектов. В результате необходимо разрабатывать иерархию моделей, при помощи которых станет возможным снижение текущих затрат на обеспечение энергоснабжения. Таким образом, задача использования теплоисточников в существующей системе централизованного теплоснабжения носит оптимизационный характер и является актуальной.
В соответствии с Федеральным законом РФ от 03.04.96 № 28-ФЗ "Об энергосбережении" /67/ разработка теоретических аспектов и методов интенсивного энергосбережения является актуальной задачей для современных теплоэнергетических систем.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование относительной экономической эффективности ТЭЦ и котельных в существующей системе централизованного теплоснабжения.
При проведении исследований были выбраны следующие направления:
определение предельной дальности транспортировки тепла от ТЭЦ, соответствующее равенству экономии, получаемой на ТЭЦ от
комбинированного производства тепловой и электрической энергии, и затрат на транспортировку теплоносителя до потребителя и обратно с учетом потерь тепла;
определение взаимной эффективности работы ТЭЦ и котельных в существующих системах централизованного теплоснабжения и определение роли каждого из теплоисточников для заданного района энергоснабжения.
При разработке методов оценки должны быть учтены следующие факторы:
виды топлива, используемого теплоисточником, и их стоимость;
параметры отпуска тепловой энергии в сеть и характеристика тепловой сети;
реальные характеристики оборудования, установленного на теплоисточниках;
величина тепловой и электрической нагрузок для данного района энергоснабжения;
стоимость покупки электроэнергии из ОЭЭС с учетом затрат на ее транспорт и технические ограничения существующих линий электропередач.
Методы исследований базируются на системном подходе к объекту и предмету исследований и включают:
расчеты термодинамических циклов паросиловых установок;
расчеты гидравлических сетей;
математическое моделирование процесса расширения пара в проточной части турбин для расчета фактических энергетических характеристик в зависимости от заданных условий работы;
методы математической оптимизации (симплекс-метод, метод ветвей и границ, адаптивные алгоритмы) для расчета фактически достижимой экономичности работы ТЭЦ и системы энергоснабжения.
При выполнении исследований использовалось специализированное программное обеспечение: Borland Delphi 6.0, iLog OPL Studio 2.1.2, Excel XP.
Достоверность научных положений и выводов подтверждена расчетами с использованием математических моделей при помощи программных средств на ЭВМ, а также сравнением фактических технико-экономических показателей с полученными результатами при расчете предложенных математических моделей.
Научная новизна:
1) разработаны математические модели, позволяющие производить планирование для достижения оптимальных технико-экономических показателей работы как конкретных энергетических предприятий - ТЭЦ и котельных, так и всей системы рассматриваемого района энергоснабжения;
2) разработана методика оценки эффекта от экономичного распределения тепловой нагрузки между теплоисточниками на основе предложенной математической модели;
3) предложена методика расчета зоны эффективного действия ТЭЦ в системе централизованного теплоснабжения, которая может быть использована для определения экономического эффекта при сопоставлении экономии топлива от комбинированной выработки энергии на ТЭЦ и затрат на передачу тепловой энергии с учетом необходимых затрат электроэнергии и потерь тепла с утечками и через изоляцию;
4) разработан алгоритм определения экономического эффекта от передачи тепловой нагрузки муниципальных и промышленно-отопительных котельных на ТЭЦ, а также от ликвидации неэкономичных котельных.
Практическая ценность. Разработанные математические модели позволяют оптимизировать режим работы промышленно-отопительной ТЭЦ, а также производить оптимальное распределение нагрузок между теплоисточниками в системе централизованного теплоснабжения. Разработанные модели в значительной степени носят универсальный характер и могут быть применены в различных теплоэнергетических системах регионов страны. На основе предложенных моделей разработан программный комплекс «Оптимизация режимов системы энергоснабжения».
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на III Всероссийской internet-конференции «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках» (г. Тамбов, 2001 г.), научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития энергетики Казахстана» (Экибастузский инженерно-технический институт им. акад. Сатпаева, 2001 г.), научно-технических семинарах кафедры «Теплоэнергетика» ОмГУПС (г. Омск, 2000-2002 г.), региональном семинаре «Омские экономические чтения» (Омская государственная общественная научная библиотека им. Пушкина - Центральная научная библиотека Омского научного центра СО РАН (г. Омск, 2002 г.), научно-техническом семинаре кафедры «Теплоэнергетика» ОмГТУ (г. Омск, 2003 г.).
Технико-экономическая эффективность системы теплоснабжения
При рассмотрении систем теплоснабжения желательно уточнить терминологию некоторых понятий. Под термином теплофикация понимается совместное производство электрической и тепловой энергии в комбинированном цикле на ТЭЦ, работающих в составе систем централизованного теплоснабжения (СЦТ). Под понятием СЦТ подразумевается снабжение тепловой энергией потребителей посредством передачи от источников тепла независимо от их ти па (ТЭЦ, котельные и проч.) до отдельных жилых, общественно-административных и промышленных центров.
Вследствие более высокого значения КИТТ на котельной может возникнуть ощущение более высокой эффективности использования котельных для нужд теплоснабжения, что является одной из наиболее опасных негативных тенденций в развитии современной теплоэнергетики. Передача тепловой нагрузки от ТЭЦ на котельные может привести к увеличению конденсационной выработки электроэнергии с более низким КИТТ, что снижает энергетическую, а в итоге и экономическую эффективность работы системы энергоснабжения и приводит к росту тарифов.
В общем случае эффективность применения ТЭЦ и котельных в СЦТ определяют соотношение тепловой и электрической нагрузок, количественный и качественный состав установленного оборудования.
Существенную неоднозначность в принятии решений об управлении системой теплоснабжения, содержащей ТЭЦ и котельные, вносят условия их работы - непостоянство тепловых и электрических нагрузок в течение года, месяца, недели, дня.Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) сезонная нагрузка; 2) круглогодичная нагрузка.
Изменения сезонной нагрузки зависят, главным образом, от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т. п.
Основную роль играет наружная температура. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки (рис. 1.4) /57/. К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Каждый из указанных видов нагрузки не имеет круглогодичного характера. К круглогодичной нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водоснабжение. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, главным образом связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья, работа которых имеет сезонный характер.
График технологической нагрузки зависит от профиля производственных предприятий и режима их работы, а график нагрузки горячего водоснабжения — от благоустройства жилых и общественных зданий, состава населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммунальных предприятий. Технологическая нагрузка и горячее водоснабжение в отличие от сезонной нагрузки весьма слабо зависят от наружной температуры.
Эти нагрузки имеют переменный суточный график (рис. 1.5). Годовые графики технологической нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения также в определенной мере зависят от времени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям теплопроводов и производственных трубопроводов.
Аналогично с тепловой наблюдается существенная неравномерность графика электрической нагрузки. Значит, при оптимизации работы системы энергоснабжения необходимо решать задачу увязки графиков тепловой и электрической нагрузок.Таким образом, задача оптимизации систем теплоснабжения представляет большую методическую сложность в связи с тем, что эти системы, являющиеся подсистемами больших систем энергетики, непрерывно развиваются во времени и характеризуются многофакторной зависимостью экономических показателей как от схемы, типа оборудования и режима работы системы централизованного теплоснабжения, так и от структуры оборудования и режима работы энергетической системы в целом.
Теме повышения эффективности работы системы энергоснабжения уделялось достаточно много внимания ведущими учеными и специалистами - Ан-дрющенко А.И., Бутаков И.Н., Веников В.А., Громов Н.И., Зингер Н.М., Ме-лентьев Н.А., Сеннова Е.В., Смирнов И.А., Соколов Е.Я., Филиппова Т.А., Хрилев Л.С, Шубин Е.П. и др.Вопросы выбора оптимальных направлений развития системам теплоснабжения городов явились предметом широких исследований ряда авторов.
Внимание уделялось вопросам повышения эффективности как источников теплоснабжения /5, 12, 21, 36, 57, 60, 68, 71/, так и рассмотрению эффек тивности всей системы теплоснабжения /54/. Причем наибольшее внимание уделялось вопросам развития теплоэнергетических систем городов с учетом роста тепловых и электрических нагрузок /5, 36/. Также рассматривались вопросы управления работой электроэнергетических систем /12/.
Ясно, что вопросам развития систем энергоснабжения уделялось существенно большее внимание вследствие постоянного роста нагрузок, и полного использования уже имеющегося оборудования в течение большей части суток. В связи с этим имеются особенности и в терминологии - например, фраза «использование турбоустановок в переменных режимах» означает их работу с неполной нагрузкой (ниже номинальной).
Задачам управления существующими системами энергоснабжения и определения роли теплоисточников в существующей системе централизованного теплоснабжения уделялось существенно меньше внимания из-за сложности и многообразия внутренних и внешних взаимосвязей. Для получения результатов, отражающих происходящие в системе энергоснабжения процессы, необходимо выполнять всесторонний учет влияющих параметров, к которым следует отнести: виды топлива, используемые теплоисточниками и их стоимость; параметры отпуска тепловой энергии в сеть и характеристики тепловой сети; реальные характеристики оборудования, установленного на теплоисточниках; величина тепловой и электрической нагрузок для данного района энергоснабжения; стоимость покупки (продажи) электроэнергии в ОЭЭС с учетом затрат на ее
Математическая модель ТЭЦ для оценки технически достижимой экономичности ее работы (на примере Омской ТЭЦ-5)
Основными тепловыми электрическими станциями на органическом топливе являются паротурбинные электростанции, которые делятся на конденсационные (КЭС), вырабатывающие только электрическую энергию, и теплофикационные (ТЭЦ), предназначенные для выработки электрической и тепловой энергии /49, 52/. Для организации рационального энергоснабжения особенно большое значение имеет теплофикация, являющаяся наиболее совершенным методом централизованного теплоснабжения и одним из основных путей снижения удельного расхода топлива на выработку электрической энергии.
Под термином теплофикация понимается централизованное теплоснабжение на базе комбинированной, т. е. совместной выработки теплоты и электрической энергии. В комбинированной выработке заключается основное отличие теплофикации от так называемого раздельного метода теплоэнергоснабже-ния, когда электрическая энергия вырабатывается на конденсационных тепловых электростанциях (КЭС), а теплота — в котельных.
Основной энергетический эффект теплофикации заключается в замене теплоты, вырабатываемой при раздельном энергоснабжении в котельных, отработавшей теплотой, отведенной из теплосилового цикла электростанции, благодаря чему на электростанции ликвидируется бесполезный отвод теплоты в окружающую среду при превращении химической энергии топлива в электрическую /57/.
Определение минимально-возможных затрат на топливо на ТЭЦ в зависимости от заданных нагрузок является сложной задачей вследствие необходи мости производства двух видов продукции - тепловой и электрической энергии, производство которых тесно взаимосвязано технологическим процессом. К тому же в процессе производства обычно принимают участие несколько паротурбинных установок, имеющих различные технические и экономические характеристики. Для снижения затрат при производстве необходимо производить учет этих характеристик, на основании этого осуществлять распределение нагрузок между агрегатами ТЭЦ, приводящее к наименьшим затратам топлива. Решение такой задачи называется внутристанционнои оптимизацией режима работы ТЭЦ.
Внутристанционная оптимизация режимов позволяет получить экономию ресурса (в данном случае топлива) за счет выбора состава и режима работы агрегатов. Предполагается при этом, что станция работает с заданными нагрузками и выполняются все заданные ограничения.Внутристанционные задачи особенно актуальны на стадии оперативного планирования и управления режимами станций, они характеризуются разнообразием и большим количеством системных и станционных ограничений /13/.
Целью выполнения данного исследования является определение состава оборудования, находящегося в работе, и выбора оптимальных режимов их использования, приводящих к минимальному расходу топлива. То есть необходимо проверить техническую возможность удовлетворения заданных нагрузок и определить минимально возможные затраты на топливо при этих условиях. В качестве исходных данных для выполнения оптимизационных расчетов будем использовать следующие показатели.
Необходимо отметить, что постановка задачи носит чисто статический (не динамический) характер, что вполне допустимо для оценки затрат средств на топливо.
Для проведения оптимизационных расчетов необходимо составить математическую модель ТЭЦ, учитывающую наиболее значимые связи, а для этого необходимо рассмотреть общую схему работы паротурбинной ТЭЦ и выявить те параметры производственного процесса, изменением которых будет достигаться существенное изменение режима работы ТЭЦ, и, соответственно, изменение целевой функции.
Изобразим объект управления в виде черного ящика (рис. 2.1). Параметры режима разделим на несколько категорий. Будем различать входные (Хь Х2, ... Хп) и выходные параметры (Yb Y2, Ym). Кроме того, разделим параметры (входные и выходные) на управляемые и неуправляемые. К последним относятся те параметры, которыми мы не можем управлять (погода, нагрузка энергосистемы), или не хотим управлять, переводя их в неуправляемые.
При разработке математической модели очень важно правильно выбрать управляемые парметры. Выбираемые параметры должны быть: представительными, т.е. точно характеризовать производственный процесс;связанными с целевой функцией;высокочувствительными и существенными; несущественные и малочувствительные параметры лучше перевести в категорию неуправляемых или в ограничения;составляющими простые соотношения, но усложняющими модель;измеримыми (неизмеримые параметры относят к внешним факторам)Рассмотрим принцип работы паротурбинной ТЭЦ. На паротурбинных электростанциях реализуется классический цикл паросиловой установки (цикл Ренкина) представленный на рис. 2.2.
Математическая модель котельной для оценки достижимой эко номичности работы
Будем считать, что в качестве исходных данных для определения технически достижимой экономичности работы котельной в статике заданы расчетная тепловая нагрузка (Qp), которая характеризуется температурой наружного воздуха, а также известны собственные нужды котельной в тепле (QCH ). Известен температурный график отпуска тепла в сеть. Фактическая тепловая нагрузка определяется по следующей схеме.1. Определяем расчетный расход сетевой воды на котельной:Дж где С в - теплоемкость воды. С в = 4,19 10Tlmax И 2тах СООТВЄТСТВЄННО раСЧЄТНЬІЄ ТЄМПЄратурЬІ В ПрЯМОЙ Иобратной линиях тепловой сети;2. Согласно температурному графику определяется температура в прямой (ТО и обратной (Т2) линиях тепловой сети (учет срезки и излома температурного графика);3. Рассчитывается фактическая тепловая нагрузка:котНа котельной имеются некоторое количество котлоагрегатов - п(i = l,n ). Для каждого из котлов имеется некоторое количестворежимов- mj (i = l,n ; j = l,rrij ), которые характеризуются тепловой на грузкой и видом (маркой) используемого топлива . Количество режимов, в которых может работать котлоагрегат, определяется существующей режимной картой. В качестве параметров режима работы котлоагрегата примем его теп При возможности работы котлоагрегата более чем на одном виде (марке) топлива лопроизводительность в режиме (Qj0T) и затраты на топливо при работе котло агрегата в режиме, которые будем определять по формуле:где г]у0Т - КПД і-го котлоагрегата брутто при работе в j-том режиме согласно режимным картам;S-гопл _ стоимость топлива на котельной, р./т у.т.;4,19 7000 106 - тепловой эквивалент тонны условного топлива; Вследствие дискретности в исходных данных (необходимо выбрать режимы котлоагрегатов из некоторого представленного множества) для формализации математической модели, необходимо ввести переменные для возможности фиксации режима работы котельной. Поэтому введем целочисленные переменные, принимающие следующие значения:1, если і - тый котлоагрегат работает в j - том режиме; ОКОТесли і - тый котлоагрегат не работает в j - том режиме. Целевая функция, выражает суммарные затраты на топливо:1. Выработка тепла на котельной должна быть не менее необходимогоотпуска тепла плюс собственные нужды котельной:
Как видно, представленная модель является линейной и ее решениедолжно производиться с помощью методов дискретной оптимизации.Решение предложенной математической модели производилось при помощи библиотеки оптимизационных компонентов OPL Studio фирмы iLog. Проведение расчетов с помощью указанного оптимизатора требует наличия сформированной матрицы исходных данных в специальном формате. Для организации удобной работы и возможности быстрого проведения расчетов специально была разработана программа, выполняющая следующие функции:1) Сбор и хранение исходных данных;2) Формирование матрицы исходных данных;3) Интерпретация и сохранение полученного решения.
При построении энергоэкономической характеристики по аналогии с п. 2.2.6 получены решения представленные на рис. 2.20. Для построения энергоэкономической характеристики использовались данные об основном оборудовании Омской Кировской районной котельной (прил. 7).Зависимость затрат на топливо носит линейный характер, что объясняется процессом производства тепла на котельной, т.е. прямым преобразованием химической энергии топлива в тепловую. Рис. 2.20. Зависимость затрат на топливо на котельной от присоединенной тепловой нагрузки при различных температурах наружного воздуха
Как известно, наиболее экономичным вариантом теплоснабжения является теплофикация /9/, но при этом большое значение имеет плотность тепловой нагрузки, которую необходимо обеспечивать. Так, при увеличении плотности тепловой нагрузки снижаются удельные потери в тепловых сетях и затраты на перекачку теплоносителя. В случае если же плотность тепловой нагрузки невелика, то увеличивающиеся затраты на компенсацию потерь тепла и теплоносителя в тепловых сетях, а также затраты на его перекачку приводят к повышению относительной эффективности районных котельных и даже индивидуальных источников теплоснабжения. Однако, в настоящее время не существует методики для оценки эффекта получаемого при теплоснабжении потребителей на основе комбинированной выработки энергии и при учете затрат связанных с транспортировкой тепловой энергии, поэтому, ее необходимо разработать /30, 33/. Автором предложена методика выполнения такого расчета. Необходимые исходные данные, а также принципиальные положения выполнения такого расчета представлены ниже.
Исходные данные для определения зоны эффективного действия ТЭЦ 1. При наличии транзитной передачи тепла: - диаметр транзитной линии D ; - длина транзитной линии LTp; - суммарная тепловая расчетная тепловая нагрузка передаваемая по транзитной линии - при расчете считаем, что способ прокладки транзитной тепловой сети - надземный; 2. Для магистральной линии тепловой сети: - диаметр магистральной лини DMar; - длина магистральной линии LMar; - расчетная тепловая нагрузка QMar; - способ прокладки магистральной тепловой сети; 3. Для распределительной (внутриквартальной) тепловой сети: - суммарная длина тепловых сетей Ьраспред; - средневзвешенный диаметр распределительной тепловой сети Dpacnpefl; - способ прокладки распределительных тепловых сетей; 4. Температурный график отпуска тепла - Ti/T2; 5. Климатические данные - средняя температура воздуха за отопительный период tH.cp.; - расчетная температура систем отопления tH.p.; - средняя температура холодной воды в течение отопительного периода tx(M.; - среднегодовая температура грунта на глубине заложения тепловых сетей (при их наличии) Ц.; 6. Потери напора у потребителя АРпотр; 7. Тип компенсаторов температурных расширений (для всех участков тепловых сетей); 8. Конденсационный КПД ТЭЦ ЛкЭЦ 5 9. Теплофикационный КПД ТЭЦ г эц. 1. При выполнении расчета считаем, что нагрузка распределена вдоль трассы магистральных тепловых сетей равномерно. Уточним: тепловые потребители1, характеризующиеся некоторой расчетной тепловой нагрузкой Qn0T Под тепловым потребителем здесь будем понимать всех потребителей присоединенных к распределительной тепловой сети. Тогда тепловая нагрузка Qn0T будет равна сумме всех полезных тепловых нагрузок распределительной тепловой сети. Таким образом, задавшись таким предположением можно определить не _ Q -пот обходимую дальность транспортировки тепла L = AL; 2. Потери тепла через изоляцию (QH3) трубопроводов тепловой сети рассчитываются по методике /39/, изложенной в /26/, при этом считаем, что температура воздуха равна средней температуре за отопительный период; 3. При расчете потерь тепла с утечками (Qyr) считаем, что температура во ды у утечек в среднем равна Т1+Т2 4. Величина потерь теплоносителя определяется по методике /39/: GyT=0,25%-(VceT+VcJ; 5. Падение давления теплоносителя при транспортировке (по длине и с местными сопротивлениями) рассчитываются по методике СНиП /55/; 6. Потери напора у потребителя принимаются равными постоянной величине АРпотр = const; 7. При расчете потерь тепла с утечками теплоносителя и через тепловую изоляцию трубопроводов в распределительных (внутриквартальных) теплосетях укрупненно принимаем диаметр Ьраспред и средневзвешенный диаметр Dpacnpefl распределительных тепловых сетей по удельным показателям, полученным в результате расчета нескольких примеров; 114 8. Затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя определяются по величине суммарного падения давления в тепловой сети и у потребителей теп 9. Выработка электроэнергии на тепловом потреблении определяется по формуле NT = —, где q - удельная выработка электроэнергии на тепловом по q треблении, которая рассчитывается по формуле /43/ q = 2 к (по _п2)"г1эл.мех Здесь h0, h2 и hK - соответственно энтальпии острого пара, пара в камере теплофикационного отбора и энтальпия конденсата пара теплофикационного отбора; Лэлмех. - электромеханический КПД турбоустановки; 10. Экономия топлива на 11. Экономия топлива при транспортировке тепла на расстояние L можно определить по формуле АВ = АВТЭЦ— —, где гу и лтп - со Лк Лк.у Лт.п ответственно КПД котельных установок нетто и КПД теплового потока на ТЭЦ; 12. Для каждого километра теплотрассы (отдельно для прямой и обратной линий тепловой сети) отдельно рассчитывается расход теплоносителя (для учета изменения скорости движения теплоносителя вследствие потерь с утечками), потери теплоносителя, потери тепла через изоляцию (для учета снижения температуры теплоносителя по длине), потери напора (вследствие изменения скорости движения теплоносителя); 13. При расчете считаем, что оптимальная скорость движения теплоносителя по трассе 1,5 м/с, поэтому при снижении расхода теплоносителя по мере удаления от ТЭЦ диаметр теплотрассы будет уменьшаться (при достижении
Модель системы энергоснабжения для определения максимума разницы между величиной выручки от продаж тепло- и электроэнергии и условно-переменными затратами
Максимальное значение разницы между величиной выручки на продаже тепло- и электроэнергии и условно-переменными затратами соответствует максимуму прибыли компании АО-энерго, или, по крайней мере минимизации убытков. Отличие данной математической модели от предыдущей заключается в возможности реализации собственной продукции (электроэнергии) на внешнем рынке. Поведение компании АО-энерго, соответствующее оптимуму целевой функции при определенных условиях, несколько отличается от поведения полученного в результате решения предыдущей модели - модель стремится к наибольшей загрузке оборудования. Например, в случае если себестоимость выработки электроэнергии по топливной составляющей ниже, чем предложенная цена закупа, или при значительной тепловой загрузке ТЭЦ, при которой выработка электроэнергии на тепловом потреблении превосходит потребности собственного рынка, что вполне соответствует климатическим особенностям сибирской зимы.
В основном для записи математической модели используются те же обозначения, что и для предыдущей модели. Опишем только лишь отличия в обозначениях и при проведении расчетов.
Известна максимальная величина покупки (Этахпок) и продажи(Этахпрод) электроэнергии в ОЭЭС в виде технических ограничений, а такжецена энергии при покупке (Спок ) и продаже (Спрод ) в ОЭЭС. Величину по купки электроэнергии из ОЭЭС будем обозначать Эпок , а величину продажи- Эпрод . При этом затраты на покупку электроэнергии рассчитываем по формуле: S033C = C33C -3330% а выручку от продажи энергии в ОЭЭС:
В = Спрод Эпрод Выручка от продажи соответственно тепловой и элек трической энергии на собственном рынке: В р = QCTenjI и B f =Э-СЭЛЭН . Здесь Степл и Сэлэн - установленные тарифы соответственно на тепловую электрическую энергию, a Q и Э - соответственно величины продажи (потребления) тепла и электроэнергии на внутреннем рынке.
Исходя из температуры наружного воздуха и особенностей отпуска тепла от теплоисточников (срезка или излом температурного графика) определяется действительный отпуск тепла. Обозначим их как QT3Ll и QK0T соответственно для ТЭЦ и котельных.
Целевую функцию упрощенно можно записать в следующем виде:здесь ] В - суммарная выручка от реализации продукции. Складывается из выручки на внутреннем и внешнем рынках;X S - суммарные затраты на производство и получение продукции.С учетом принятых обозначений целевая функция будет иметь вид:Ограничения:1. Выработка электроэнергии на собственных ТЭЦ и покупка / продажа вОЭЭС должны обеспечивать заданную нагрузку:2. Необходимо обеспечить теплом всех потребителей:3. Из представленных режимов работы для каждого энергообъекта можно выбрать только один режим:3.1.Для каждой ТЭЦ:
В случае если для теплоисточника задана нижняя граница по присоединеннойтепловой нагрузке, тогда ограничения 3.16 и 3.17 примут вид:3.3.Для ТЭЦ:3.4.Для котельной:5. Ограничения на область допустимых значений:переменные для выбора способа взаимодействия с ОЭЭС - Эпок и ЭдД .
Оптимальному (максимальному) значению целевой функции математической модели соответствует условие равенства нулю одной из этих величин.Рассмотрим это на примере. Пусть Эзэс = 300 МВт, 3 c= 100 МВт, а цены на покупки и продажу энергии соответственно равны:
В этом случае разница между затратами на покупку и выручкой от продажи энергии составит:AS! = С0зэс -Ээкэс -Сззс -330f =280-300-150-100 = 69000 /.Хотя в действительности необходимо купить из ОЭЭС толькоЭэкэс = 300-100 = 200 МВт. Что соответствует затратам: Сэкэс -Ээкэс = 280-200 = 56000 Р . Таким образом, величина избыточных затрат составит13000 Р/ . Величину избыточных затрат можно определить по формуле:ASj = тіп(зззс, Эззс ) (сзэс - C3f)= 100-(280-150)= 13000 Таким образом, ситуация при неравенстве нулю выражения Эпок ,Эпрод J не соответствует оптимуму.
Представленные выше математические модели позволяют выбрать оптимальное поведение (управление) системы энергоснабжения при изменяющихся рыночных и ситуативных условиях. Решения математических моделей опреде 146 лят оптимальную стратегию поведения компании АО-энерго на рынке производства электроэнергии.
Произведем исследование математических моделей системы энергоснабжения региона на примере г. Омска. Для этого определим оптимальное распределение тепловых нагрузок между Омской ТЭЦ-5, Кировской районной ко-тельной (КРК) и ТЭЦ-2 (работает в режиме котельной). Их взаимное расположение и связи по тепловым сетям показаны на рис. 2.23. В основу исходных данных положены условия работы АК «Омскэнерго» в течение 2001 года, а также анализ потребления электроэнергии в предыдущие годы /27, 73/.
К сожалению, условия не позволяют произвести оценку эффективности математической модели системы энергоснабжения, реализующей агрессивную стратегию (не только покупка, но и продажа электроэнергии в ОЭЭС) вследствие энергодефицитности Омского региона8, поэтому математическая модель, реализующая агрессивную стратегию, предлагается исключительно для иллюстрации подхода к решаемой проблеме.Все расчеты будут производиться при помощи математической модели, реализующей защитную стратегию.
