Введение к работе
Актуальность работы. Потребление энергии в нашей стране, как и во всем мире, неуклонно возрастает и, прежде всего, для теплоснабжения зданий и сооружений. На сегодняшний день теплоэнергетика находится в сложном положении, во-первых, чрезвычайно медленная реконструкция фондов сохраняет высокие потери и низкий уровень безопасности, что, в конечном счете, осложняет процесс перехода отрасли на новый уровень, во-вторых, незначительно развитие и использование проектов, имеющих экономически и экологически эффективные показатели. В настоящее время газовое топливо стало одним из наиболее широко применяемых видов топлива. В большом количестве существующих котельных твердое топливо заменено газовым. Разработка проектов применения сжиженных углеводородных газов (СУГ), а именно, пропан - бутановой смеси, как стартового, резервного или основного вида топлива для промышленных котельных малой и средней мощности, была начата в 2004 году. Система эксплуатации котельных установок на сжиженном углеводородном газе (СУГ) является более перспективной в экономическом плане, по сравнению с использованием ряда типов котельных на стандартных видах топлива. Отличительной чертой данных котельных установок является отсутствие подходящего газопровода и использование резервуаров для хранения СУГ. Для оптимизации работы системы котельных на СУГ, снижения затрат на эксплуатацию, одним из основных факторов которых является система поставок и контроль расхода топлива, необходимо осуществлять своевременное планирование и поставку СУГ той или иной котельной установке. Так же следует сказать, что при использовании большого количества котельных для теплоснабжения удаленных от городской местности объектов, данный вопрос становится более актуальным. Определять время полного расхода топлива на котельной установке можно расчетным способом, используя методы прогнозирования. Адекватные прогнозные значения могут составить основную информацию для осуществления эффективной процедуры планирования и принятия решения при определении оптимального времени поставки СУГ. Прогнозные значения могут быть получены на основе временных рядов данных. Поскольку в зависимости от типа котельной установки, ее мощности, присоединенной мощности, количества резервуаров, время расхода топлива отличается, расчеты занимают длительное время, и возникает необходимость периодического перерасчета для каждого объекта.
Так же, помимо оптимизации работы котельных, связанной с увеличением времени работы котельной между поставками топлива, необходимо эффективно управлять и локальными ресурсами каждой котельной в частности. СУГ в резервуарах находится в состоянии двух фаз, для работы котлоагрегатов необходима газовая фаза, а при использовании жидкого СУГ в процедуре подачи по технологии необходимо осуществить два цикла регазификации. Учитывая тот факт, что СУГ сильно расширяется (из четырех литров СУГ получается 1 м3 газовой фазы), можно сказать, что исключение ситуации понижения температуры жидкой фазы в одном резервуаре может быть достигнуто посредством отбора жидкой фазы СУГ с другого резервуара, её регазификации и помещением в первый. Повышение давления газовой фазы, таким образом, уменьшит процесс испарения жидкой фазы топлива, что, в свою очередь, остановит процесс охлаждения резервуара.
Для выполнения данных задач и оптимизации всех перечисленных процессов лицу принимающему решение (ЛПР) необходимо оперировать точными данными, что осуществимо за счет использования системы поддержки принятия решений (СППР). Так же система распределенного использования котельных установок на СУГ нуждается в централизованном контроле. Реализация такой возможности может быть осуществима за счет использования диспетчерского контроля, создание модуля SCADA-системы. Разработка такой системы является перспективной, поскольку позволяет увеличить время работы котельных на более экономичном и экологичном топливе, что, безусловно, является актуальным на сегодняшний день.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и алгоритмов обработки информации при управлении котельными установками на СУГ на основе прогнозирования расхода и времени поставки топлива для снижения затрат, количества поставок топлива и увеличения времени работы котельной между поставками топлива.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
-
Анализ методов оптимального топливоснабжения для котельных установок на СУГ.
-
Разработка методов оптимизации управления топливоснабжением котельных установок.
-
Разработка методов и алгоритмов функционирования основных подсистем СППР при управлении топливоснабжением котельных установок.
-
Разработка алгоритмического и программного комплекса СППР для обеспечения оптимального управления топливоснабжением котельных установок.
Объект исследований – система управления топливоснабжением котельных установок на сжиженном углеводородном газе.
Предмет исследований – методы обработки информации и алгоритмы принятия решений при управлении котельными установками на СУГ.
Методы исследований. Решение поставленных задач базируется на применении комплекса методов системного анализа, математической статистики, регрессионного анализа, прогнозирования, технико-экономического анализа, теории принятия решений.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
-
Разработаны модели прогнозирования расхода СУГ котельными установками, основанные на временных рядах данных.
-
Предложены новые методы оптимального управления топливоснабжением котельных установок на сжиженном углеводородном газе, основанные на данных прогнозирования расхода топлива и расчетах оптимального времени поставки СУГ, позволяющие сократить количество поставок топлива.
-
Впервые предложены методы и алгоритмы эксплуатации оборудования, основанные на контроле использования фаз топлива в резервуаре позволяющие снизить затраты на обслуживание котельных установок на СУГ.
-
На основе предлагаемых методов обработки информации и алгоритмов их реализации разработана система поддержки принятия решений, обеспечивающая выбор для ЛПР решений, повышающих эффективность управления топливоснабжением котельных на СУГ.
Практическая значимость диссертационной работы:
-
На основе анализа особенностей функционирования системы теплоснабжения, использующей котельные установки на СУГ, определены приоритетные задачи прогнозирования расхода топлива и последующего определения времени поставки, а так же пути их решения.
-
Предложены методы и алгоритмы обработки информации, основанные на прогнозировании рядов динамики расхода топлива.
-
Предложены методы и алгоритмы контроля и эксплуатации оборудования котельной установки, основанные на использовании и контроле газовой фазы СУГ для обеспечения работы котлоагрегатов.
-
Разработанные схемы и алгоритмы функционирования системы поддержки принятия решений, для осуществления диспетчерского контроля введены в эксплуатацию в ОАО «ВМУС-2». На основе полученных результатов диссертационного исследования разработаны методические рекомендации для данной организации по оптимизации работы котельных установок, использующих СУГ в качестве топлива.
-
Ожидаемый экономический эффект от внедрения в ОАО «ВМУС-2» составит 475 тыс. руб. в год.
Обоснованность, достоверность научных положений основываются в использовании в качестве теоретической и методологической базы трудов ведущих ученых, в области системного анализа, подтверждаются соответствием результатов теоретических исследований и практических данных, а так же внедрением разработанной системы поддержки принятия решений для оптимального управления котельными установками на СУГ в ОАО «ВМУС-2».
Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных, всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: V Международная научно-практическая конференция «Совершенствование подготовки IT-специалистов по направлению «Прикладная информатика» для инновационной экономики», г. Москва 2009 год; VI Международная научная конференция «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений», г. Владикавказ 2010 год; Научно - практическая конференция «Молодые ученые в решение актуальных проблем науки», г. Владикавказ 2010 год; II Международная научно - практическая конференция «Молодые ученые в решение актуальных проблем науки», г. Владикавказ 2011 год.
Личный вклад автора. Основные научные положения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в
т. ч. 2 работы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ для публикации основных научных результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 74 наименования, и содержит 127 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 15 таблиц и 2 приложения.
Похожие диссертации на Исследование и разработка системы оптимального управления топливоснабжением котельных установок на СУГ
