Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Мурманский государственный технический университет»

Анализ режимов работы систем теплоснабжения объектов коммунальной энергетики

А.М. Прохоренков

Н.М. Качала

г. Мурманск

В работе приведены результаты исследования характера процессов, протекающих в тепловых сетях, а также определены факторы, оказывающие существенное влияние на нагрузку котельных, и задачи системы управления теплоснабжением города для обеспечения потребителей необходимым количеством тепловой энергии, при возможно минимальных затратах на выработку и передачу этой энергии. Для решения задач снижения потерь при передаче тепловой энергии в тепловых сетях предлагается осуществлять функции оценки планируемой нагрузки и формирования задания на выработку тепловой энергии тепловыми станциями, используя методы ситуационного управления на базе нечеткой логики.

В закрытых системах централизованного теплоснабжения регулирование подачи теплоносителя потребителям осуществляется через центральные тепловые пункты (ЦТП) по утвержденному администрацией города температурному графику, отражающему в статике зависимость между температурой наружного воздуха Т_и и температурами прямой Т_кп и обратной Т_ко сетевой воды. Температурный график сетевой воды для отопительной котельной «Северная» города Мурманска приведен на рис. 1. Из опыта эксплуатации систем теплоснабжения известно, что на практике не удается обеспечить полного выполнения отопительного графика. Это объясняется рядом причин, в том числе случайным характером потребления горячей воды пользователями. Последняя причина может быть проиллюстрирована, к примеру, графиками изменения давления (рис. 2) и температуры (рис. 3) горячей воды для ЦТП № 1, которые взяты из архива системы диспетчерского контроля и управления ЦТП г. Мурманска.

Проведенные исследования характера процессов, протекающих в системах теплоснабжения, показали, что процессы изменения давления (рис. 2) можно считать стационарными. Тогда как процессы изменения температуры (рис. 3) являются или нестационарными по математическому ожиданию (например, изменение прямой и обратной температур котельной и квартальной воды), или нестационарными по дисперсии - температура воды на горячее водоснабжение. В этой связи, характер этих процессов должен учитываться при проектировании и эксплуатации систем автоматического управления теплоснабжением [4].

Наиболее значимой причиной невыполнения температурного графика является влияние нагрузки по горячему водоснабжению на температуру обратной сетевой воды [1].

На рис. 4 представлен типичный график изменения температуры Т_кп прямой и Т_ко обратной сетевой воды на коллекторе котельной. Температура прямой сетевой воды Т_кп, несмотря на ее зависимость от температуры наружного воздуха, в течение суток изменяется незначительно. Так, например, за 15.01.12 колебания Т_кп происходят в границах трех градусов, т.е. отклонения от среднего значения Т_кп составляют примерно ±1,5 ^ОС при расчетном значении по температурному графику 65 ^ОС. В то же время диапазон колебаний температуры обратной сетевой воды Т_ко составляет 8,8 ^ОС при расчетном диапазоне по температурному графику 28 ^ОС, т.е. суточные колебания Т_ко достигают примерно 30 процентов этого диапазона.

Причина таких колебаний температуры обратной сетевой воды кроется в принципах работы существующих систем управления ЦТП г. Мурманска. Известно, что при отсутствии разбора горячей воды, в таких ЦТП, наблюдается явление «натопа» отапливаемых помещений, в результате чего температура обратной сетевой воды повышается [6]. На графике (рис. 4) хорошо видно, что при отсутствии забора горячей воды в ночное время температура обратной сетевой воды к шести часам утра заметно повышается и постепенно понижается к вечеру (минимум Т_ко в районе 20-21 часа).

Температурный график (см. рис. 1) является линейной статической моделью системы теплоснабжения и не отражает имеющие в ней место сложные динамические процессы, обусловленные разнородностью потребителей, распределенностью подключений тепловой нагрузки вдоль тепловых сетей, двухступенчатым подогревом горячей воды. Перечисленные причины приводят к запаздыванию реакции температуры обратной сетевой на возмущение по температуре прямой воды, которое может быть выявлено при сравнительном анализе сглаженных часовых данных по температуре прямой и обратной сетевой воды (рис. 4). Температура прямой сетевой воды Т_кп 15.01.12 примерно в 16:00 начала расти. Спустя 8 часов, начала расти температура обратной сетевой воды Т_ко. Такой же характер реакции Т_ко наблюдается и 16 января, время запаздывания здесь несколько иное - чуть больше 9 часов. Разницу во времени запаздывания можно объяснить различным временем суток. В первом случае - время вечернее, когда наблюдается интенсивный отбор горячей воды и, соответственно, переходные процессы протекают быстрее. Во втором случае - середина рабочего дня и расход воды более стабильный.

Существующие проблемы увязки графиков подачи и использования теплоты, нестационарный характер изменения метеоусловий и нагрузки потребителя, различные тепловые режимы у потребителей, необходимость упреждающего управления отпуска тепла с учетом метеоусловий при ограничениях на энергоресурсы предопределяют интеллектуализацию систем управления теплоснабжением.

В отличие от существующей практики, за основу управления объектами в основных эксплуатационных режимах предлагается использование методов ситуационного управления. Система принятия решений реализуется на базе советующих систем с нечеткой логикой в классе «ситуация - стратегия управления - действие» [2, 4]. Нечеткая логика используется здесь для формализации нечетких понятий, определяющих нагрузку котельной, режимы работы промежуточных ступеней управления при централизованном теплоснабжении [5]. К таким понятиям относятся нечеткие лингвистические переменные сезон, месяц, день недели, время суток, температура наружного воздуха, скорость ветра.

Для проверки работоспособности нечеткого подхода, используемого для решения задачи оценки ситуации при формировании заданий на управление тепловыми станциями (ТС), была разработана модель блока оценки ситуации. В зависимости от сезона, времени суток, дня недели, а также характеристик наружной среды, блоком оценки ситуаций осуществляется расчет технического состояния, необходимой производительности источников тепловой энергии. Такой подход позволяет решать проблемы экономии топлива от теплофикации, увеличивать степень загрузки основного оборудования, осуществлять эксплуатацию котлов в режимах с оптимальными (наилучшими) значениями КПД [5].

тепловой энергия котельная теплоснабжение

Заключение