Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОБУДУВАННЯ ім. А.М. ПІДГОРНОГО

УДК 697.34

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ ЦЕНТРАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ КОМП'ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Спеціальність 05.14.06 - технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Андрєєв Олександр Юрійович

Харків 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківській національній академії міського господарства Міністерства освіти України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Стоянов Фелікс Анатолійович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри інформатики.

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, професор Маляренко Віталіі Андрійович, Харківська національна академія міського господарства, науковий керівник Центру енергозберігаючих технологій;

кандидат технічних наук, доцент Неміровський Ілля Абрамович, Національний технічний університет “ХПІ”, доцент кафедри електричних станцій.

Захист дисертації відбудеться « 29 » мая 2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.180.02 в Інституті проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України за адресою: 61046, м. Харків, вул.Пожарського 2/10.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України за адресою: 61046, м. Харків, вул.Пожарського 2\10.

Автореферат розісланий «18» квітня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук В.С. Марінін

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Раціональне використання паливно-енергетичних ресурсів - один з головних принципів економічної політики будь-якої держави. Для України, в зв'язку з недостатньою кількістю власних енергоресурсів, це питання національної безпеки та економічної незалежності країни.

В таких умовах централізоване теплопостачання отримало широке розповсюдження по всій території України. Одним із найбільш дієвих заходів підвищення економічної ефективності систем централізованого теплопостачання (СЦТ) є використання системи раціонального управління технологічними процесами, що протікають у них.

Управління СЦТ з використанням температурного графіка ускладнюється тим, що робоче навантаження на котельню відрізняється високою нерівномірністю в часі, викликаною змінами температури зовнішнього повітря та навантаження гарячого водопостачання та вентиляції. Із-за часу транспортного запізнення теплоносія (ТЗТ) розрахункова кількість тепла буде надходити в опалюваний район не в момент її виробництва, а з відповідним зсувом у часі. Ігнорування перехідних процесів в системі, викликаних ступінчастою зміною навантаження, призводить до значного росту втрат у процесі управління СЦТ в часі. В зв'язку з цим набуває особливої актуальності задача створення програмних комплексів раціонального управління режимами відпуску тепла в СЦТ з урахуванням ТЗТ, яка нерозривно пов'язана з підвищенням енергоефективності систем теплопостачання.

Розроблені в роботі малозатратні технології раціонального управління виробництвом та транспортуванням теплової енергії в СЦТ дозволяють дбайливо використовувати енергоресурси та виділяти зекономлені кошти на модернізацію СЦТ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота виконана автором у 2004ч2007 роках у відповідності з “Програмою розвитку та реформування житлово-комунального господарства Харківської області на 2003-2010 рр.” (розділ теплопостачання). Напрям, мета та задачі дисертаційної роботи відповідають змісту Державної програми України наукового напряму 04.06 - „Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”.

Мета і завдання дослідження

Метою даної роботи є підвищення енергоефективності СЦТ шляхом раціонального управління режимами відпуску тепла за допомогою розроблених алгоритмів та комп'ютерних програм, які враховують транспортне запізнення теплоносія.

Для досягнення поставленої мети необхідно здійснити:

- аналіз факторів, що впливають на ефективність роботи теплоенергетичного обладнання СЦТ в умовах транспортного запізнення теплоносія;

- математичний опис загальної задачі оптимального управління режимами відпуску тепла в СЦТ з урахуванням транспортного запізнення теплоносія та її декомпозицію;

- розробку програмного комплексу раціонального управління процесом відпуску тепла при ступінчастій зміні навантаження в СЦТ;

- аналіз перехідних теплових процесів у системі в різних режимах роботи СЦТ;

- експериментальне підтвердження адекватності формалізованих перехідних теплових процесів в СЦТ реальним процесам, що відбуваються в системі.

Об'єктом дослідження є система централізованого теплозабезпечення.

Предметом дослідження є система раціонального управління технологічними процесами в СЦТ.

Методи дослідження. Використовуються методи системного та числового аналізу, методи математичної обробки результатів чисельного та натурного експериментів, а також експериментальні методи оцінки режимних характеристик енергогенеруючих агрегатів СЦТ.

Наукова новизна одержаних результатів:

- визначені основні фактори, що впливають на ефективність роботи СЦТ в умовах транспортного запізнення теплоносія (ТЗТ);

- вперше розроблені методика, алгоритм, програмний комплекс (ПК) та пакети режимних карт для вирішення задачі раціонального управління технологічними процесами в СЦТ з урахуванням транспортного запізнення теплоносія;

- удосконалена методика, алгоритми та комп'ютерні програми оцінки навантаження на теплоенергетичне обладнання СЦТ з врахуванням реальних факторів експлуатації;

- проведено аналіз впливу геометричних та режимних характеристик системи на вибір раціональних режимів роботи СЦТ.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблена методика управління технологічними процесами в СЦТ в режимі реального часу із застосовуванням стандартних програмних комплексів (наприклад EURECA, EXCEL та інші);

- запропонована система раціонального управління СЦТ в режимі реального часу та методика складання пакетів технологічних режимних карт, що дозволяє ліквідувати “перетопи” і “недотопи”, пов'язані з транспортним запізненням теплоносія;

- розроблені та впроваджені в ЗАТ “Електроцентраль-3” пакети режимних карт для вибору оптимальних навантажень на енергогенеруюче обладнання (акт впровадження від 20.04.2007);

- розроблено програмний комплекс для визначення технічних характеристик теплових мереж, що забезпечують мінімальну вартість теплової енергії, виробленої протягом опалювального сезону та рівність часу ТЗТ для різних ТРС.

Особистий внесок здобувача:

- здійснено математичний опис загальної задачі раціонального керування режимами відпуску тепла в СЦТ з урахуванням ТЗТ [1,2];

- проведено аналіз основних факторів, що впливають на ефективність роботи СЦТ в умовах транспортного спізнення теплоносія [3];

- розроблена автоматизована система оптимального проектування та управління СЦТ з використанням програмних комплексів та пакетів режимних технологічних карт для якісного та кількісно-якісного підходів до керування [4,5,6]. При цьому розглядались як опалювальні котельні [4,5,6] так і ТЕЦ [1].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися: на науково-технічних конференціях ХДТУБіА (м. Харків, 2005 р. - 2006 р.); на XIII міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, освіта, здоров'я”, Харків, 19ч20 травня 2005 р.; та на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Проблеми та перспективи енерго-, ресурсозбереження житлово-комунального господарства”, м. Алушта, АР Крим, 25ч28 вересня 2005 р.

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладено в 6 наукових роботах: учбовому посібнику з грифом Міністерства освіти та науки України, п'яти друкованих роботах, чотири із яких опубліковано у спеціалізованих виданнях, що входять до переліку ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох глав, висновків, переліку використаних літературних джерел з 103 найменувань на 13 сторінках та додатків на 2 сторінках. Робота вміщує 114 сторінок машинописного тексту, 65 рисунків, 9 таблиць, всього 139 сторінок.

теплопостачання теплоенергетичний теплоносій централізований

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, наведені мета та основні завдання досліджень, охарактеризовані новизна, теоретична та практична цінність отриманих результатів, наведені дані про апробацію та публікацію основних наукових положень, які вміщує дисертація.

У першій главі розглянуто стан, проблеми розвитку та реабілітації систем централізованого теплопостачання в Україні. Фізичне та моральне старіння енергетичного обладнання привело до того, що витрати на виробництво і транспортування теплової енергії набагато перевищують показники розвинутих держав. Викладені основні практичні шляхи розвитку та підвищення ефективності СЦТ. Подальший розвиток та реабілітація СЦТ в умовах України -- актуально та необхідно.

Реалізація напрямків розвитку СЦТ потребує значних фінансових вкладень, тому в напрямку підвищення ефективності роботи систем треба шукати, в першу чергу, малозатратні методи та дії, що можуть принести економічний ефект при незначних капіталовкладеннях, яким і є розроблена в даній роботі система раціонального управління СЦТ, що враховує час ТЗТ.

Розглянуті загальні питання розробки систем управління технологічними процесами: вибір критеріїв якості, класу управління, математична постановка задач оптимізації та інше. Задачі оптимізації СЦТ підрозділяються на два класи: задачі проектування та задачі управління технологічними процесами, вирішення яких веде до підвищення енергоефективності СЦТ.

На основі розгляду літературних джерел подано аналіз існуючих концепцій вирішення задач оптимального (раціонального) управління СЦТ. Розглянуті задачі вирішуються без врахування перехідних теплових процесів, виникаючих в СЦТ, при східчастій зміні навантаження на джерелі при зміні температури зовнішнього повітря . Також припускається, що температура теплоносія, яка відповідає новому навантаженню встановлюється миттєво в усіх елементах системи.

Робота СЦТ в змінному режимі в умовах зміни та відсутності врахування ТЗТ призводить до “перетопів” (додатковим втратам енергії) та “недотопів” (некомфортним умовам у споживачів).

Після розгляду цих робіт та критичного аналізу сучасного стану проблеми, було сформовано склад основних завдань, які необхідно розв'язати для розкриття мети дисертації.

У другій главі задача раціонального управління технологічними процесами у СЦТ реалізується з врахуванням ТЗТ, спричиненого східчастою зміною навантаження. Обчислювальний комплекс, що розроблено для її розв'язання, дозволяє розглядати СЦТ довільної конфігурації за різного складу обладнання котельних, теплових мереж, районів що опалюються (ОР), а також різних засобів регулювання якісно-кількісного та якісного.

Спрощена схема системи, що розглядається у роботі, надана на рис. 1. СЦТ складається з:

- опалювальної котельні, на якій встановлено і котлів ПТВМ-100 (і=) з різними економічними характеристиками;

- теплової мережі, до якої належать k дільниць трубопроводів (k=) де (k-номер дільниці);

- трьох районів що опалюються та теплорозподільчих станцій, що обслуговують їх.

Час ТЗТ для різних ОР приймається однаковим, тобто де - час обороту теплоносія у системі.

У зв'язку з цим у главі поставлено та розв'язано дві взаємопов'язані задачі оптимального (раціонального) управління технологічними процесами у СЦТ.

Перша задача - вибір оптимальних розмірів трубопроводів (), що забезпечують мінімум сумарних втрат енергії у системі (у коштовному вимірі) на протязі опалювального сезону () та виконання умови (1).

Математична постановка цієї задачі виглядає наступним чином.

Знайти де область Щ визначається умовою (1).

Ця задача розв'язується на двох ієрархічних рівнях.

На першому рівні обчислюються величини, що входять до області Щ. Далі розв'язується задача другого рівня, де з області Щ обираються значення, для яких цільова функція досягає мінімуму. Ця задача розв'язується методами нелінійного математичного програмування (НМП). Знаючи величини розходів теплоносія у трубопроводах та їхні діаметри, нескладно обчислити період обороту теплоносія у мережі.

Друга задача також розв'язується на двох ієрархічних рівнях.

На першому рівні обчислюється величина загального навантаження на котельну для якісного та якісно-кількісного регулювання, яке забезпечує комфортні умови у споживачів в ОР на протязі періоду регулювання після східчастої зміни навантаження на котельню, що відповідає зміні від до. Характер цього перехідного процесу показано на рис. 2., де:

- _о - момент часу, в який східчасто змінилося навантаження на котельню (годин);

- , - величини температур теплоносія (C), що обчислені з використанням існуючих залежностей, та відповідають;

- , - величини температур теплоносія (C), що відповідають;

- ,;- величини температур теплоносія на входе и виході з ОР (C) та теплове навантаження на цей район на протязі періоду регулювання (МВт);

- , - величини теплових навантажень (МВт), обчислені з використанням наданих залежностей для и, такі, що забезпечують комфортний стан в ОР за вказаних ;

- середнє навантаження в ОР з урахуванням перехідного процесу за період (МВт);

Зауважимо, що величина визначається різницею осереднених температур зовнішнього повітря на ділянках до та після моменту східчастої зміни навантаження на котельню.

Перехідний процес відбувається наступним чином. В момент (рис. 2) східчасто змінюється навантаження на котельню у зв'язку з підвищенням на. Тоді на графіку на рис.2 в інтервалі від ф = 0 до температури , і навантаження на ОР залишаються незмінними і відповідають температурі зовнішнього повітря до східчастого зменшення навантаження.

Через інтервал температура на вході в ОР дорівнюватиме температурі на виході з котельної в момент східчастого зменшення навантаження на неї, а температура на виході з ОР буде визначатися наданим температурним графіком за умови дотримання припущення про сталість температури в приміщеннях, що опалюються, а також умови про те, що вітраті в магистральніх трубопроводних мережах відносятся безпосередно до ОР.

Далі, на кожному наступному періоді (рис.2) температура наближається до; до , а до. Аналізуючи дані, наведені на рис.2, можна зробити наступні висновки.

Дійсна кількість теплоти, що підведена до ОР за період з урахування перехідного процесу, складає величину. Кількість теплоти, яку необхідно підвести в ОР за період , щоб забезпечити комфортний стан (за) складає величину.

Оскільки >, то в даному випадку, має місце «перетоп» і, відповідно, додаткові втрати у СЦТ, величина яких складає, або, у відносному вигляді.

Як приклад, на рисунках 3-5 приведені розрахункові залежності величини “перетопу ” від, та.

Щоб уникнути «перетопу», за допомогою спеціально розробленого алгоритму визначається величина навантаження на котельню, яка забезпечить комфортний стан у споживачів в ОР.

Далі приступаємо до розв'язання задачі другого ієрархічного рівня, ціль якої - знайти такі величини навантажень на кожний окремий i-й котел, щоб цільова функція (втрати енергії у системі у поточний момент часу у вартісному поданні) досягла мінімуму і щоб при цьому сума всіх (i =), де n-загальна кількість котлів, дорівнювала.

Математична постановка задачі мaє вигляд.

Знайти

i =, (3)

де область ? визначається співвідношенням

Задача розв'язується за допомогою стандартних обчислювальних комплексів (наприклад, Excel, Eureca) без залучення спеціальних програм, доступ до яких сильно ускладнений у реальній практиці експлуатації СЦТ. Величина визначається співвідношенням де - навантаження на окремі опалювальні котли (МВт);

- сумарні теплові та гідравлічні втрати у вартісному вимірі у кожному котлі (грн/МДж).

Величини обчислюються шляхом апроксимації результатів розрахунків зробленних на базі пусконалагоджувальних випробувань за допомогою спеціально розробленого обчислювального комплексу.

Під час обчислення враховуються втрати з вихідними газами, на дуттьові вентилятори, на прокачування теплоносія через котли. Також враховується ціна палива та електроенергії.

На рис.6 як приклад надана залежність для i=, яка для котла №1 виглядає наступним чином

де

Коефіцієнти визначалися шляхом апроксимації даних, що наведені на рис.6. Аналогічно формувалися залежності... Підставивши залежності у (5) та розв'язавши задачу нелінійного математичного програмування, знаходимо оптимальні значення...

Для випадку, що розглядається, загальне навантаження на опалювальну котельну розподіляється наступним чином: 94,46 МВт; 45,53 МВт. Звичайно, більші оптимальні навантаження припадають на котли з більшою економічною ефективністю.

Адекватність наведених вище математичних розрахунків реальним процесам, що відбуваються у СЦТ, підтверджується результатами експериментальних досліджень, що були проведені на натурному об'єкті.

Температури та та витрати теплоносія замірялися на вході та виході з системи. Усі прилади пройшли випробування на спеціальному стенді виробництва фірми «Danfoss». Випробування відбувалися для наступного варіанту вихідних даних: = -14,6 С?; = -14,6 + 9,5 = -5,1 С?. Результати експериментальних досліджень надані на рис.7.

Максимальне відхилення експериментальних даних від розрахункових не перевищило ~ 6%. Таким чином, можна зробити висновок, що прийняті під час розробки алгоритмів розрахунку припущення не спричинили значних погрішностей отриманих результатів розв'язання задачі раціонального управління СЦТ за умов ТЗТ.

На жаль, у ряді випадків ще має місце нестача комп'ютерної техніки, висококваліфікованих кадрів та обмежені фінансові можливості ускладнюють реалізацію розглянутих вище методів у реальній практиці управління тепловими процесами в СЦТ. У зв'язку з цим було розроблено пакет технологічних карт, що дозволив для заданих вихідних даних , , визначити теплове навантаження на котельню, яке забезпечить комфортні умови у споживачів в ОР на протязі періоду регулювання після східчастої зміни навантаження на котельню, що відповідає зміні від до. Як приклад одна з цих карт для Т=24 години надана в табл. 1.

На базі даних табл.1 проведена апроксимація, в результаті якої, отримана наступна залежність, що дозволяє отримати інформацію шляхом спрощених розрахунків раціонального навантаження на котельню с урахуванням ТЗТ.

У третій главі розглядається задача раціонального управління енергогенеруючим обладнанням теплоелектроцентралі (ТЕЦ) з врахуванням ТЗТ, що супроводжує східчасту зміну навантаження в системі. Запропоновано методику та ПК для розв'язання задачі раціонального управління піковою котельнею в складі теплофікаційної системи.

Розв'язання оптимізаційної задачі з одночасним дослідженням усіх інформаційних зв'язків у технічній системі, що розглядається, утруднено через складність цільової функції та системи обмежень, великої кількості змінних величин. Тому загальна задача розбивається на низку локальних взаємопов'язаних задач різних ієрархічних рівней.

На першому рівні для заданої визначаеться величина кількісті теплоти, МДж, яку необхідно виробити на пікових водогрійних котлах за період , щоб забезпечити максимум коефіцієнта теплофікації б та комфортні умови в ОР.

На другому ієрархічному рівні обчислюється величина загального навантаження на пікову котельню на протязі періоду регулювання Т, що забезпечує величину, яка обчислена на першому рівні з урахуванням часу транспортного спізнення теплоносія.

На третьому ієрархічному рівні розв'язується задача пошуку таких значень навантажень на окремі пікові котли, і=, щоб цільова функція досягла мінімуму і щоб виконувалось рівняння.

У четвертій главі розв'язується задача управління технологічними процесами у СЦТ, у якій час ТЗТ різниться для різних ОР. Як приклад, обрана СЦТ, до складу якої входять котельна з сьома котлами ПТВМ-100 та три ТРС з трьома ОР, що обслуговуються цими ТРС. Перехідний процес розглядається окремо для циклічного руху теплоносія на ділянках мережі між котельною та окремими ТРС. Величини ТЗТ для них складають = 4,76 годин, = 4,4 годин, = 5,09 годин. На рис.8 надані залежності величини «перетопу» у системі від теплового навантаження на котельню для = -20 С? та = 10 С°. Якщо за навантаження на котельню прийняти величину , що відповідає =-10 С? та обчислену за температурним графіком (точка А на рис.8), то «перетоп» становитиме ? 7% в ОР №1, №2 та ?9% у ОР №3.

Сумарне навантаження, за якого в усіх ОР (ОР-1, ОР-2 та ОР-3) відсутній «недотоп», а максимальний «перетоп» не перевищує 2 %, становить 530,8 МВт (точка В на рис.8). Ця точка відповідає для ТРС 1 та ТРС 2 відсутності «перетопу» та «недотопу», тобто =530,8 МВт. У точці D на тому ж рисунку «перетоп» повністю відсутній для усіх ОР, але має місце істотній «недотоп» у першому та другому ОР. Його величина складає ?2%.

У зв'язку з цим за робочу доцільно обрати точку С, в якій «недотоп» в районах 1 та 2 дорівнює ? 1,1 %, а «перетоп» в районі 3 також несуттєвий (? 1,2 %). Така величина «недотопу» суттєво не вплине на формування некомфортних умов в ОР, а величина «перетопу» не спричинить значного зростання втрат у СЦТ. Таким чином, = = 520 МВт.

Згідно приведеного алгоритму були розраховані витрати від “перетопу” для одній з систем теплопостачання м. Харківа, складеної з 11 опалюваних районів. Задача вирішувалась для наступних данних: =752 кг\с; 6 години; =24 години, что відповідає реальній зміні температури в грудні месяці 2007 року.

Проведені розрахунки показали, что розрахункова величина “перетопу” досягла =190080 МДж.

Використання розробленого алгоритму і програмного комплексу для раціонального управління СЦТ в режимі реального часу в умовах ТЗТ дозволяє по одному з вводів котельноі зєкономити в день суму рівну в грошовому вимірі ~6805 грн.

Висновки

1. Встановлено, що існуючі методи управління системами централізованного теплопостачання не забезпечують раціонального використання температурного потенціалу теплоносія за високої динаміки зміни температури навколишнього середовища, що вимагає розробки більш довершених підходів до рішення цієї задачі на основі введення в алгоритм розрахунку додаткових умов: транспортного запізнення теплоносія і оптимізації розподілу навантажень між теплогенеруючими агрегатами СЦТ.

2. Показано, що при виборі сумарного навантаження на теплогенеруючі агрегати, що забезпечують комфортні умови в районах, що опалюються, необхідно враховувати не тільки температуру зовнішнього повітря у поточний момент часу, але і передісторію формування температурного графіка і режими теплогенерації, а також час проходження теплоносія через мережу.

3. Здійснено математичний опис загальної задачі управління раціональною експлуатацією джерел теплової енергії з урахуванням транспортного запізнення теплоносія, проведена ії декомпозиція на ряд локальних задач різніх ієрархічних рівней, що дозволяє скоротити час розв'язання задачі управління і реалізувати її в реальному масштабі часу.

4. Розроблені алгоритм, програмний комплекс і пакети технологічних режимних карт для розв'язання задачі раціонального управління СЦТ різних типів (включаючи котельні і ТЕЦ) в режимі реального часу в умовах ТЗТ.

5. Запропонована методика вибору технічних характеристик теплових мереж, що забезпечує мінімізацію втрат енергії протягом опалювального сезону і однаковий час запізнення теплоносія для різних ОР, та дозволяє уникнути розрегулювання системи при роботі на змінних режимах і зменшує сумарні енергетичні втрати.

6. Розв'язана задача розподілу навантажень між окремими енергогенеруючими агрегатами СЦТ з мінімізацією втрат енергії в системі за допомогую стандартніх обчислювальних комплексов, що дозволяє знизити сумарні енергетичні втрати в СЦТ.

7. Встановлено, що якбі розбіжнисті в часі транспортного запізнення теплоносія для різних ОР не перевищує 30 %, то вибір раціонального навантаження на задану систему, при якому забезпечується мінімальне відхилення від заданого температурного режиму в ОР, може здійснюватися по усереднених значеннях часу ТЗТ.

8. Адекватність розроблених математичних алгорітмов реальним процесам, що протікають в СЦТ, підтверджується результатами експериментальних досліджень, проведених на натурному об'єкті.

9. Річний економічний ефект від впровадження програмних комплексів і пакетів режимних карт для раціонального управління СЦТ складає ~ 305 тис. гривень.

10. Матеріали дисертаційної роботи використовуються при викладанні учбового курсу та виконанні курсових проектів студентами Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури.

Список опублікованих робіт з теми дисертації

1. Оптимальное управление централизованными системами теплоснабжения с учетом транспортного запаздывания теплоносителя: Учебное пособие для ВУЗов / [С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев, Л.П. Шевченко]. Харьков: Золотые страницы, 2006. 143 с.

2. С.Ю. Андреев. Переходные тепловые процессы в системе теплоснабжения при ступенчатом изменении тепловой нагрузки на котельную / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Містобудування та територіальне планування: Науч.-техн. сб. К.: КНУБА, 2005. № 20. С. 17-25.

3. С.Ю. Андреев. Анализ влияния режимных характеристик системы теплоснабжения на управление отпуском теплоты при транспортном запаздывании теплоносителя / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБіА, ХОТВАБУ, 2005. №32. С. 140-146.

4. С.Ю. Андреев. Рациональное управление системой теплоснабжения при ступенчатом изменении нагрузки на котельную / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Містобудування та територіальне планування: Науч.-техн. сб. К.: КНУБА, 2005. № 21. С. 3-9.

5. С.Ю. Андреев. Методы решения задач оптимального управления для зависимых и независимых систем теплоснабжения / С.Ю. Андреев, А.Ю. Андреев // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБіА, ХОТВАБУ, 2006. №37. С. 159-165.

6. С.Ю. Андреев. Оптимальное управление системой теплоснабжения с подмешиванием теплоносителя на ТРС при ступенчатом изменении нагрузки на котельную / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Проблеми та перспективи енерго-, ресурсозбереження житлово-комунального господарства: Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції.- Алушта: ХОП НТГ КГ та ПО, ХНАМГ, 2005. С. 37-39.

Анотація

Андрєєв О.Ю. Підвищення ефективності роботи централізованих систем теплопостачання з використанням комп'ютерних технологій. Дисертація є рукописом на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, Харків, 2008.

У дисертації розглядається процес раціонального управління системами централізованного теплопостачання різних типів з урахуванням транспортного запізнення теплоносія, що спричинене східчастою зміною теплового навантаження. Розроблені алгоритм і програмно-обчислювальний комплекс для реалізації задачі раціонального управління СЦТ в режимі реального часу. Показано, що розв'язання цієї задачі без врахування часу ТЗТ призводить до суттєвого зростання втрат у системі, що досягають 20 ч 25 %.

Здійснено декомпозицію загальної оптимізаційної задачі на низку локальних оптимізаційних задач на окремих ієрархічних рівнях. Під час декомпозиції на окремі рівні виносяться наступні задачі: задача вибору оптимальних розмірів діаметрів магістральних теплопроводів; задача вибору раціонального навантаження на котельну, що забезпечить комфортний стан в ОР; задача вибору раціонального навантаження на окремі енергогенеруючі агрегати (котли, парогенераторі і т.п.), що розв'язується методами нелінійного математичного програмування і т.і.

Результати наданих досліджень впроваджені у виробництво.

Ключові слова: раціональне управління технологічними процесами, система теплопостачання, транспортне запізнення теплоносія, опалювальна котельна, магістральний теплопровід, теплорозподільча станція.

Аннотация

Андреев А.Ю. Повышение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения с использованием компьютерных технологий. Диссертация является рукописью на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. - Институт проблем машиностроения им. А.М. Подгорного НАН Украины, Харьков, 2008.

Диссертация посвящена актуальной проблеме повышения энергоэффективности СЦТ путем рационального управления режимами отпуска теплоты с помощью разработанных алгоритмов и компьютерных программ, учитывающих транспортное запаздывание теплоносителя.

При выборе суммарной нагрузки на теплогенерирующие агрегаты, обеспечивающей комфортные условия в отапливаемых районах (ОР), необходимо учитывать не только температуру наружного воздуха в текущий момент времени, но и предысторию формирования температурного графика и режимы теплогенерации в интервале времени, предшествующем рассматриваемому, а также время прохождения теплоносителя через отопительную сеть.

Осуществлено математическое описание общей задачи оптимального (рационального) управления режимами отпуска теплоты в СЦТ с учетом транспортного запаздывания теплоносителя, вызванного ступенчатым изменением нагрузки в системе. Проведена декомпозиция общей оптимизационной задачи на ряд локальных (на отдельных иерархических уровнях). Окончательное решение реализуется в процессе обмена информацией между уровневыми моделями, что позволяет существенно сократить время решения задачи управления и реализовать его в режиме реального времени.

Показано, что при ступенчатом уменьшении нагрузки на котельную расчет последующей рациональной нагрузки необходимо проводить с учетом ТЗТ в системе. В противном случае имеет место значительный «перетоп» (достигающий 20 ч 25 %) и соответствующие потери энергии в системе. При ступенчатом увеличении нагрузки в аналогичном случае имеет место «недотоп», сопровождающийся резким ухудшением условий в ОР по отоплению и горячему водоснабжению.

Предложен алгоритм, программный комплекс и пакеты технологических режимных карт для решения задачи рационального управления технологическими процессами в СЦТ при ступенчатом изменении тепловой нагрузки. Программный комплекс позволяет решать задачу для различных схем тепловых сетей в условиях качественного и качественно-количественного регулирования путем введения исходных данных, соответствующих рассматриваемому объекту. Это позволяет оперативно использовать предлагаемый комплекс при управлении СЦТ различных типов (включая котельные и ТЭЦ) в режиме реального времени.

Разработан программный комплекс для определения технических характеристик тепловых сетей, обеспечивающих минимальную стоимость тепловой энергии, производимой в течении отопительного сезона и равенство времени ТЗТ для различных ТРС, что обеспечивает отсутствие разрегулировки системы при работе на переменных режимах. Задача решается методами нелинейного математического программирования.

Усовершенствованы методика, алгоритмы и компьютерные программы оценки нагрузки на теплоэнергетическое оборудование СЦТ с учетом реальных факторов эксплуатации.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили адекватность формализованных в диссертации переходных тепловых процессов в СЦТ реальным процессам.

Результаты представленных в диссертации исследований внедрены в производство.

Ключевые слова: рациональное управление технологическими процессами, система теплоснабжения, транспортное запаздывание теплоносителя, отопительная котельная, магистральный теплопровод, теплораспределительная станция.

Annotation

Andreyev Olexander. Computer-based improvement of centralized heating systems efficiency. The present thesis is a manuscript to complete for earning a candidate of technical science, the specialty 05.14.06 - technical thermal physics and industrial heat power engineering. -A.M. Podgorny Institute for the Problems in Machinery of the Ukrainian National Academy of Science, Kharkiv, 2008.

The thesis concerns rational control of heating systems coming in all shapes given the heat-carrier transport delay caused by heat load stepwise change. The algorithm and computer program are developed to provide the heating system real-time processing. It is proved that omitting of the heat-carrier transport delay when solving this task causes growth of losses in the system, as essential as up to 20 ч 25 %.

Decomposition of the general optimization task into a number of the local optimization tasks on the separate hierarchical levels is carried out. The tasks fixed on the separate levels owing to decomposition are follows:

- to select the heating main optimum sizes of diameters evaluation;

- to select the rational heat load on the boiler plant providing a comfortable condition in the heating regions;

- to select the rational heat load on the particular heat generating units (boilers, steam generators etc.) which is solved by the methods of non-linear programming etc.

The results of the given researches are introduced into the industry.

Keywords: procedure optimum control, heating system, heat-carrier transport delay, boiler plant, heating main, heat transfer station.

Размещено на Allbest.ru

...