Введение к работе
t
Актуальность проблемы
Тепловые электрические станции (ТЭС) играют и будут играть важную роль как в электроснабжении, так и в теплоснабжении промышленных и коммунально-бытовых потребителей нашей страны. Поэтому проблема повышения экономической эффективности режимов функционирования ТЭС является одной из важнейших проблем энергетики. Она не может быть решена без обоснованного выбора параметров, определяющих режимы работы ТЭС. Задачи оптимизации режимов ТЭС возникают как при оперативном управлении работой электрических станций, так и на различных стадиях проектирования ТЭС и планирования развития электроэнергетических систем. При этом основным способом решения является использование современных методов математического моделирования и оптимизации дискретных и непрерывных параметров теплоэнергетических объектов.
Основы применения таких методов для исследования теплоэнергетических установок и ТЭС заложены в работах школы Сибирского энергетического института, ( Л. А. Мелентьев, Г. Б. Левенталь, Л. С. Попырпн, С. М. Каплун, Ю. В. Наумов). Оригинальные подходы к моделированию и исследованию теплоэнергетических установок (ТЭУ) развиты в работах ЦНИИКА (Ф. А. Вульман, Н. С. Хорьков), в ИПМаш Украинской академии наук (А. А. Шубенко-Шубин, А. А. Палагин), в ГТШ (Г. Б. Усынин), в ИПЭ Белоруссой академии наук (В. П. Бубнов), в МИФИ (В. В. Хромов) и в ряде других организаций. Подходы к оптимизации параметров ТЭУ, основанные на аналитических методах оптимизации, использованы в работах СПИ (А. И. Андрюшенко, Р. 3 Аминов) и в работах НПО ЦКТИ (П. А. Андреев, М. И. Гринман и Ю. В. Смолкин). Исследователями пройден путь от изучения достаточно простых энергоустановок, как правило, паротурбинных, до более сложных объектов ( парогазовые установки, многоконтурные паротурбинные установки АЭС, многоцелевые ТЭУ и др.), от использования довольно упрошенных математических моделей и методов исследования до многоуровневых, иерархически организованных моделей и комбинированных методов схемно-параметрической оптимизации, В области принятия инженерных решений по вновь проектируемому оборудованию значительные успехи достигнуты в Сибирском энергетическом институте (СЭИ) по созданию взаимосвязанной совокупности методов' математического моделирования и схемно-параметрическойі.оптимизации сложных ТЭУ, разработаны система машинного построения программ (СМПП-ПК) и программные средства решения широкого спектра оптимизационных задач. В последние десятилетия научный интерес устремился к созданию автоматизированных систем, предназначенных для повышения эффективности управления функционирующими отдельными агрегатами и тепловыми электрическими станциями в целом. Работами ряда зарубежных и отечественных ученых по проблемам оптимизации параметров функционирования отдельных элементов и станции ( А. И. Андрюшенко, В. М. Горнштейн, В. Н. Рузанков, Ю. М. Хлебалин, V. Grkovic,..1, Loines) созданы предпосылки для формирования концепции оптимизации режимов функционирования тепловых' станций. Дальнейшие усилия должны быть сконцентрированы на методологических, технологических и системных аспектах этой проблемы. В СЭИ СО РАН, в
других организациях страны и за рубежом к настоящему времени накоплен богатый опыт математического моделирования и оптимизационных исследований в теплоэнергетике, имеются значительные методические проработки, существуют разнообразные математические модели и приемы проведения оптимизационных исследований ( В. М. Боровков, А. М. Клер, М. В. Сидулов, С. К. Скрипкин, В.И. Щербич). Однако . принципиальные особенности сложных теплоэнергетических .объектов, какими являются ТЭС: многопродуктовость производства (тепловая и электрическая энергии), изменение тепловых нагрузок в течение года, разнотипность состава основного оборудования и сложность технологических схем - ограничивают применение известных методов математического моделирования и оптимизации. Это послужило,основанием для выполнения данной работы, в первую очередь, в той ее части, которая касается разработки постановок и методов решения задач для оптимизации режимов функционирования ТЭС. Автором диссертационной работы и руководимым ею коллективом научных сотрудников выполнены работы по выделению оптимизационных задач, разработке эффективных методов их решения с последующим анализом получаемых решений, созданию программного комплекса и его применения в решении ряда проблем управления режимами функционирования ТЭС. Результаты этих-, работ отражены в данной диссертации.
Основными целями диссертационной работы являются:
-
постановка взаимосогласованных задач схемно-параметрической оптимизации режимов функционирования ТЭС, в том числе теплоэлектроцентралей (ТЭЦ);
-
разработка методов и алгоритмов для решения задач моделирования и оптимизации, позволяющих существенно повысить обоснованность решений, принимаемых при оперативном управлении ТЭЦ, и увеличить технико-экономическую эффективность эксплуатации данных установок;
-
создание программно-вычислительного комплекса, реализующего на ЭВМ разработанный подход и проведение оптимизационных исследований ряда теплоэнергетических объектов.
В диссертации впервые получены, составляют предмет научной новизны и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:
Шодход к. проблемам настройки математической модели ТЭУ на фактическое состояние оборудования и оценивания состояния функционирования установки по набору замеров, проведенных в нескольких режимах эксплуатации, основанный на решении совместной задачи идентификации параметров оборудования и оценивания состояния функционирования ТЭУ.
2,Методика статистической оценки точности решения совместной задачи идентификации параметров оборудования и оценивания состояния функционирования ТЭУ и оценки его чувствительности к погрешности измерений.
3 .Эффективный метод «с памятью» для решения задач нелинейного программирования при оптимизации непрерывных параметров теплоэнергетических установок, основанный на сочетании методов погружения и возможных направлений.
4.Постановка и метод решения задач смешанного типа (оптимизация непрерывных и дискретных параметров при совместном выборе параметров работающего оборудования и его состава).
5.Подход к оптимизации при согласовании работы ТЭЦ в нескольких режимах эксплуатации.
6 Подход к оптимизации режимов работы ТЭЦ в составе электроэнергетической системы.
7.Программно-вычислительный комплекс для автоматизации процесса решения задач оптимизации при управлении работой ТЭЦ.
Практическая ценность
' Разработанные автором методические подходы, математические задачи и методы значительно расширяют" возможности оптимального выбора параметров функционирования теплоэлектростанции, увеличивают глубину и комплексность оптимизационного анализа, позволяют задавать наиболее экономичный режим работы ТЭС в рамках внешних условий и с учетом текущего состояния оборудования. Методические результаты диссертационной работы получили практическую реализацию в работах СЭИ СО РАН и Иркутскэнерго по оптимизации режимов работы Ново-Иркутской ТЭЦ (1993-1996 гг.); в работах СЭИ СО РАН и Магаданэнерго по сопоставлению стратегий развития энергетики Магаданской области (1995-1996 г.г.), в выполнении международного проекта ТАСИС «Экологически чистое энергоснабжение региона» (1995-1997гг). '"
Теоретические, методические и прикладные' результаты диссертации нашли непосредственное применение в фундаментальных исследованиях СЭИ СО АН СССР по госбюджетным темам «Комплексная оптимизация схем и параметров новых типов теплосиловых установок», «Разработка методов математического моделирования и технико-экономического исследования сложных энергетических и энерготехнологических установок».
Апробация работы
Задачи, методы и основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались: на Ученом совете, Секциях Ученого совета и научных семинарах СЭИ; на семинарах в ИрВЦ, на VIII, XV конференциях молодых ученых СЭИ СО АН СССР (Иркутск, 1976, 1984 г.г.) на Всесоюзном симпозиуме «Фактор неопределенности при принятии оптимальных решений в больших системах энергетики» (Иркутск, 1974 г.), на Расширенном заседании секции Центрального управления НТОЭ и ЭП «Методические основы научных исследований в энергетике» (Ленинград, 1977 г.), на VI Всесоюзной школе по методам оптимизации и теории управления (Минск, 1975 г), на Всесоюзном симпозиуме «Системы энергетики - тенденции развития 'и' методы управления» (Иркутск, 1980 г.), Всесоюзном симпозиуме «Системы энергетики: управление развитием и функционированием» (Иркутск, 1985 г.), на Всесоюзном семинаре «Методы комплексной оптимизации установок по преобразованию тепловой и атомной энергии в электрическую» (Иркутск, 1985 г., Обнинск, 1986 г., Иваново, 1988 г.), на VII Сибирской школе-семинаре по методам оптимизации и их приложениям (Иркутск, 1986 г.), на Республиканской научно-техшпескон конференции «Математическое моделирование процессов и конструкций энергетических и транспортных турбинных установок в системах их
автоматизированного проектирования» (Харьков, 1988 г.), на Международном форуме по тепло- и массообмену (Сараево, Югославия, 1989 г.), на Всесоюзном симпозиуме «Современные проблемы системных исследований в энергетике» (Иркутск, 1990 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании «Перспективы научно-технического прогресса энергетического оборудования» (Ленинград, 1991 г.), на Региональном научно-техннческом5семинаре «Новые технологии и научные разработки в энергетике)» (Новосибирск, 1994 г.), на 10-ой Байкальской школе-семинаре «Методы оптимизации... и их. ^приложения» (Иркутск, 1995 г.), на Всероссийской конференции с международным участием «Энергетика России в переходный период: проблемы и научные основы развития и управления» (Иркутск, 1995 г.), на Международном механико-инженерном конгрессе (Питтцбург, США, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, из них главы в шести монографиях, двенадцать в центральных журналах и зарубежных изданиях, шесть в сборниках и трудах международных, всесоюзных (всероссийских) и республиканских симпозиумов, конференций и совещаний.
Состав и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем - 164 страницы, из них: 127 страниц основного текста, 15 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 185 наименований.
