Daar is 'n groot termiese kragsentrale. Dit werk soos gewoonlik: dit verbrand gas, genereer hitte vir die verhitting van huise en elektrisiteit vir die algemene netwerk. Die eerste taak is verhitting. Die tweede is om alle opgewekte elektrisiteit op die groothandelmark te verkoop. Soms verskyn sneeu selfs in koue weer met 'n helder lug, maar dit is 'n newe-effek van die werking van koeltorings.
Die gemiddelde termiese kragsentrale bestaan uit 'n paar dosyn turbines en ketels. As die vereiste volumes elektrisiteit en hitte-opwekking presies bekend is, kom die taak daarop neer om brandstofkoste te verminder. In hierdie geval kom die berekening daarop neer om die samestelling en persentasie laai van turbines en ketels te kies om die hoogste moontlike doeltreffendheid van toerusting se werking te bereik. Die doeltreffendheid van turbines en ketels hang sterk af van die tipe toerusting, bedryfstyd sonder herstelwerk, bedryfsmodus en nog baie meer. Daar is nog 'n probleem wanneer jy, gegewe bekende pryse vir elektrisiteit en volumes hitte, moet besluit hoeveel elektrisiteit om op te wek en te verkoop om die maksimum wins te kry om op die groothandelmark te werk. Dan is die optimaliseringsfaktor - wins en toerustingdoeltreffendheid - baie minder belangrik. Die gevolg kan 'n situasie wees waar die toerusting heeltemal ondoeltreffend werk, maar die hele volume elektrisiteit wat opgewek word, kan met 'n maksimum marge verkoop word.
In teorie is dit alles lankal duidelik en klink dit pragtig. Die probleem is hoe om dit in die praktyk te doen. Ons het begin met simulasiemodellering van die werking van elke stuk toerusting en die hele stasie as 'n geheel. Ons het na die termiese kragsentrale gekom en begin om die parameters van al die komponente te versamel, hul werklike eienskappe te meet en hul werking in verskillende modusse te evalueer. Op grond daarvan het ons akkurate modelle geskep om die werking van elke stuk toerusting te simuleer en dit vir optimaliseringsberekeninge gebruik. As ek vorentoe kyk, sal ek sê dat ons ongeveer 4% van werklike doeltreffendheid gekry het bloot as gevolg van wiskunde.
Het gebeur. Maar voordat ek ons besluite beskryf, sal ek praat oor hoe die CHP werk vanuit die oogpunt van besluitnemingslogika.
Basiese dinge
Die hoofelemente van 'n kragsentrale is ketels en turbines. Die turbines word aangedryf deur hoëdrukstoom, wat weer elektriese kragopwekkers laat roteer, wat elektrisiteit produseer. Die oorblywende stoomenergie word vir verhitting en warm water gebruik. Ketels is plekke waar stoom geskep word. Dit neem baie tyd (ure) om die ketel te verhit en die stoomturbine te versnel, en dit is 'n direkte verlies aan brandstof. Dieselfde geld vir lasveranderinge. Jy moet vooraf vir hierdie dinge beplan.
WKK-toerusting het 'n tegniese minimum, wat 'n minimum, maar stabiele bedryfsmodus insluit, waarin dit moontlik is om voldoende hitte aan huise en industriële verbruikers te verskaf. Tipies hang die vereiste hoeveelheid hitte direk af van die weer (lugtemperatuur).
Elke eenheid het 'n doeltreffendheidskurwe en 'n punt van maksimum bedryfsdoeltreffendheid: by so en so 'n las verskaf so en so 'n ketel en so en so 'n turbine die goedkoopste elektrisiteit. Goedkoop - in die sin van minimale spesifieke brandstofverbruik.
Die meeste van ons gekombineerde hitte- en kragsentrales in Rusland het parallelle verbindings, wanneer alle ketels op een stoomkollektor werk en alle turbines ook deur een kollektor aangedryf word. Dit voeg buigsaamheid by wanneer toerusting gelaai word, maar bemoeilik die berekeninge baie. Dit gebeur ook dat die stasietoerusting in dele verdeel word wat op verskillende versamelaars met verskillende stoomdrukke werk. En as jy die koste vir interne behoeftes byvoeg - die werking van pompe, waaiers, koeltorings en, laat ons eerlik wees, saunas reg buite die heining van die termiese kragsentrale - dan sal die duiwel se bene breek.
Die eienskappe van alle toerusting is nie-lineêr. Elke eenheid het 'n kurwe met sones waar doeltreffendheid hoër en laer is. Dit hang af van die las: by 70% sal die doeltreffendheid een wees, by 30% sal dit anders wees.
Die toerusting verskil in eienskappe. Daar is nuwe en ou turbines en ketels, en daar is eenhede van verskillende ontwerpe. Deur toerusting korrek te kies en dit optimaal te laai by punte van maksimum doeltreffendheid, kan jy brandstofverbruik verminder, wat lei tot kostebesparings of groter marges.
Hoe weet die WKK-aanleg hoeveel energie dit nodig het om te produseer?
Beplanning word drie dae vooruit uitgevoer: binne drie dae word die beplande samestelling van die toerusting bekend. Dit is die turbines en ketels wat aangeskakel sal word. Relatief gesproke weet ons dat vyf ketels en tien turbines vandag sal werk. Ons kan nie ander toerusting aanskakel of die beplande een afskakel nie, maar ons kan die las vir elke ketel van minimum na maksimum verander, en krag vir turbines verhoog en verlaag. Die stap van maksimum na minimum is van 15 tot 30 minute, afhangend van die stuk toerusting. Die taak hier is eenvoudig: kies die optimale modusse en onderhou dit, met inagneming van operasionele aanpassings.
Waar kom hierdie samestelling van toerusting vandaan? Dit is bepaal op grond van die resultate van handel op die groothandelmark. Daar is 'n mark vir krag en elektrisiteit. In die kapasiteitsmark dien vervaardigers ’n aansoek in: “Daar is sulke en sulke toerusting, dit is die minimum en maksimum kapasiteit, met inagneming van die beplande onderbreking vir herstelwerk. Ons kan 150 MW teen hierdie prys lewer, 200 MW teen hierdie prys en 300 MW teen hierdie prys.” Dit is langtermyntoepassings. Aan die ander kant dien groot verbruikers ook versoeke in: "Ons het soveel energie nodig." Spesifieke pryse word bepaal by die kruising van wat energieprodusente kan verskaf en wat verbruikers bereid is om te neem. Hierdie vermoëns word vir elke uur van die dag bepaal.
Tipies dra 'n termiese kragsentrale ongeveer dieselfde las die hele seisoen: in die winter is die primêre produk hitte, en in die somer is dit elektrisiteit. Sterk afwykings word meestal geassosieer met een of ander ongeluk by die stasie self of by aangrensende kragsentrales in dieselfde pryssone van die groothandelmark. Maar daar is altyd skommelinge, en hierdie skommelinge beïnvloed die ekonomiese doeltreffendheid van die aanleg grootliks. Die vereiste krag kan geneem word deur drie ketels met 'n las van 50% of twee met 'n las van 75% en kyk watter is meer doeltreffend.
Marginaliteit hang af van markpryse en die koste van elektrisiteitsopwekking. Op die mark kan pryse so wees dat dit winsgewend is om brandstof te verbrand, maar dit is goed om elektrisiteit te verkoop. Of dit kan wees dat jy op 'n spesifieke uur tot die tegniese minimum moet gaan en verliese moet verminder. Jy moet ook onthou oor die reserwes en koste van brandstof: aardgas is gewoonlik beperk, en bo-limiet gas is merkbaar duurder, om nie van brandstofolie te praat nie. Dit alles vereis presiese wiskundige modelle om te verstaan watter aansoeke ingedien moet word en hoe om op veranderende omstandighede te reageer.
Hoe dit gedoen is voor ons aangekom het
Amper op papier, gebaseer op die nie baie akkurate eienskappe van die toerusting nie, wat baie verskil van die werklike. Onmiddellik nadat die toerusting getoets is, sal dit op sy beste plus of minus 2% van die feit wees, en na 'n jaar - plus of minus 7-8%. Toetse word elke vyf jaar uitgevoer, dikwels minder gereeld.
Die volgende punt is dat alle berekeninge in verwysingsbrandstof uitgevoer word. In die USSR is 'n skema aangeneem toe 'n sekere konvensionele brandstof oorweeg is om verskillende stasies te vergelyk wat brandstofolie, steenkool, gas, kernopwekking, ensovoorts gebruik. Dit was nodig om die doeltreffendheid in die papegaaie van elke kragopwekker te verstaan, en die konvensionele brandstof is daardie einste papegaai. Dit word bepaal deur die kaloriewaarde van die brandstof: een ton standaardbrandstof is ongeveer gelyk aan een ton steenkool. Daar is omskakelingstabelle vir verskillende tipes brandstof. Byvoorbeeld, vir bruinkool is die aanwysers amper twee keer so sleg. Maar kalorie-inhoud hou nie verband met roebels nie. Dit is soos petrol en diesel: dit is nie 'n feit dat as diesel 35 roebels kos, en 92 32 roebels, diesel meer doeltreffend sal wees in terme van kalorie-inhoud nie.
Die derde faktor is die kompleksiteit van die berekeninge. Konvensioneel, gebaseer op die werknemer se ervaring, word twee of drie opsies bereken, en meer dikwels word die beste modus gekies uit die geskiedenis van vorige tydperke vir soortgelyke vragte en weerstoestande. Natuurlik glo werknemers dat hulle die mees optimale modusse kies, en glo dat geen wiskundige model hulle ooit sal oortref nie.
Ons kom. Om die probleem op te los, berei ons 'n digitale tweeling voor - 'n simulasiemodel van die stasie. Dit is wanneer ons, met behulp van spesiale benaderings, alle tegnologiese prosesse vir elke stuk toerusting simuleer, stoom-water- en energiebalanse kombineer en 'n akkurate model van die werking van die termiese kragsentrale verkry.
Om die model te skep gebruik ons:
- Ontwerp en spesifikasies van die toerusting.
- Eienskappe gebaseer op die resultate van die nuutste toerustingtoetse: elke vyf jaar toets en verfyn die stasie die eienskappe van die toerusting.
- Data in die argiewe van geoutomatiseerde prosesbeheerstelsels en rekeningkundige stelsels vir alle beskikbare tegnologiese aanwysers, koste en hitte- en elektrisiteitsopwekking. Veral data van meetstelsels vir hitte- en elektrisiteitsvoorsiening, sowel as van telemeganika-stelsels.
- Data van papierstrook- en sirkeldiagramme. Ja, sulke analoogmetodes vir die opneem van toerusting se bedryfsparameters word steeds by Russiese kragsentrales gebruik, en ons digitaliseer dit.
- Papierlogboeke by stasies waar die hoofparameters van die modusse voortdurend aangeteken word, insluitend dié wat nie deur die sensors van die outomatiese prosesbeheerstelsel aangeteken word nie. Die lynstaanman loop elke vier uur rond, skryf die lesings oor en skryf alles in 'n log neer.
Dit wil sê, ons het datastelle gerekonstrueer oor wat in watter modus gewerk het, hoeveel brandstof voorsien is, wat die temperatuur en stoomverbruik was, en hoeveel termiese en elektriese energie by die uitset verkry is. Uit duisende sulke stelle was dit nodig om die eienskappe van elke nodus te versamel. Gelukkig kon ons hierdie Data Mining-speletjie lankal speel.
Dit is uiters moeilik om sulke komplekse voorwerpe met behulp van wiskundige modelle te beskryf. En dit is selfs moeiliker om aan die hoofingenieur te bewys dat ons model die stasie se bedryfsmodusse korrek bereken. Daarom het ons die pad geneem om gespesialiseerde ingenieurstelsels te gebruik wat ons in staat stel om 'n model van 'n termiese kragsentrale op te stel en te ontfout gebaseer op die ontwerp en tegnologiese eienskappe van die toerusting. Ons het Termoflow-sagteware van die Amerikaanse maatskappy TermoFlex gekies. Nou het Russiese analoë verskyn, maar destyds was hierdie spesifieke pakket die beste in sy klas.
Vir elke eenheid word sy ontwerp en hoof tegnologiese kenmerke gekies. Die stelsel laat jou toe om alles in groot detail te beskryf, beide op die logiese en fisiese vlak, tot by die aandui van die mate van neerslae in die hitteruilerbuise.
As gevolg hiervan word die model van die termiese stroombaan van die stasie visueel beskryf in terme van energietegnoloë. Tegnoloë verstaan nie programmering, wiskunde en modellering nie, maar hulle kan die ontwerp van 'n eenheid, die insette en uitsette van eenhede kies en parameters daarvoor spesifiseer. Dan kies die stelsel self die mees geskikte parameters, en die tegnoloog verfyn dit om maksimum akkuraatheid vir die hele reeks bedryfsmodusse te verkry. Ons het 'n doelwit vir onsself gestel - om 'n modelakkuraatheid van 2% vir die belangrikste tegnologiese parameters te verseker en dit bereik.
Dit blyk nie so maklik te wees nie: die aanvanklike data was nie baie akkuraat nie, so ons het vir die eerste paar maande om die termiese kragsentrale geloop en die huidige aanwysers met die hand van die drukmeters afgelees en die model ingestel op die werklike toestande. Eers het ons modelle van turbines en ketels gemaak. Elke turbine en ketel is geverifieer. Om die model te toets, is 'n werkgroep saamgestel en verteenwoordigers van die termiese kragsentrale is daarby ingesluit.
Toe het ons al die toerusting in 'n algemene skema saamgestel en die WKK-model as 'n geheel ingestel. Ek moes werk doen, want daar was baie teenstrydige data in die argiewe. Ons het byvoorbeeld modusse gevind met 'n algehele doeltreffendheid van 105%.
Wanneer jy 'n volledige stroombaan saamstel, neem die stelsel altyd die gebalanseerde modus in ag: materiaal, elektriese en termiese balanse word saamgestel. Vervolgens evalueer ons hoe alles wat saamgestel is, ooreenstem met die werklike parameters van die modus volgens aanwysers van die instrumente.
Wat het gebeur
Gevolglik het ons 'n akkurate model van die termiese kragsentrale se tegniese prosesse ontvang, gebaseer op die werklike kenmerke van die toerusting en historiese data. Dit het voorspellings moontlik gemaak om meer akkuraat te wees as gebaseer op toetskenmerke alleen. Die resultaat is 'n simulator van werklike aanlegprosesse, 'n digitale tweeling van 'n termiese kragsentrale.
Hierdie simulator het dit moontlik gemaak om "wat as ..." scenario's te ontleed op grond van gegewe aanwysers. Hierdie model is ook gebruik om die probleem van die optimalisering van die werking van 'n regte stasie op te los.
Dit was moontlik om vier optimaliseringsberekeninge te implementeer:
- Die stasieskofbestuurder ken die hittetoevoerskedule, die stelseloperateur se opdragte is bekend, en die elektrisiteitstoevoerskedule is bekend: watter toerusting watter vragte sal neem om maksimum marges te kry.
- Kies die samestelling van toerusting gebaseer op die markprysvoorspelling: vir 'n gegewe datum, met inagneming van die vragskedule en voorspelling van buitelugtemperatuur, bepaal ons die optimale samestelling van die toerusting.
- Die indiening van aansoeke op die mark 'n dag vooruit: wanneer die samestelling van die toerusting bekend is en daar 'n meer akkurate prysvoorspelling is. Ons bereken en dien 'n aansoek in.
- Die balanseringsmark is reeds binne die huidige dag, wanneer die elektriese en termiese skedules vasgestel is, maar verskeie kere per dag, elke vier uur, word handel op die balanseringsmark geloods, en jy kan 'n aansoek indien: “Ek vra jou om by te voeg 5 MW tot my vrag.” Ons moet die aandele van bykomende laai of aflaai vind wanneer dit die maksimum marge gee.
toets
Vir korrekte toetsing moes ons die standaardlaaimodusse van die stasietoerusting vergelyk met ons berekende aanbevelings onder dieselfde toestande: toerustingsamestelling, vragskedules en weer. In die loop van 'n paar maande het ons vier tot ses uur intervalle van die dag gekies met 'n stabiele skedule. Hulle het na die stasie gekom (dikwels in die nag), gewag dat die stasie die bedryfsmodus bereik, en dit eers dan in die simulasiemodel bereken. As die stasieskof-toesighouer met alles tevrede was, is die bedryfspersoneel gestuur om die kleppe te draai en die toerustingmodusse te verander.
Die voor- en na-aanwysers is ná die tyd vergelyk. Gedurende spitstye, dag en nag, naweke en weeksdae. In elke modus het ons besparings op brandstof behaal (in hierdie taak hang die marge af van brandstofverbruik). Toe het ons heeltemal oorgeskakel na nuwe regimes. Daar moet gesê word dat die stasie vinnig in die doeltreffendheid van ons aanbevelings geglo het, en teen die einde van die toetse het ons toenemend opgemerk dat die toerusting werk in die modusse wat ons voorheen bereken het.
Projek uitkoms
Fasiliteit: WKK met kruisverbindings, 600 MW elektriese krag, 2 400 Gcal termiese krag.
Span: CROC - sewe mense (tegnologiese kundiges, ontleders, ingenieurs), CHPP - vyf mense (sakekundiges, sleutelgebruikers, spesialiste).
Implementeringstydperk: 16 maande.
Resultate:
- Ons het die besigheidsprosesse geoutomatiseer om regimes te handhaaf en op die groothandelmark te werk.
- Volskaalse toetse uitgevoer wat die ekonomiese effek bevestig.
- Ons het 1,2% brandstof bespaar as gevolg van die herverdeling van vragte tydens bedryf.
- Het 1% brandstof bespaar danksy korttermyn-toerustingbeplanning.
- Ons het die berekening van stadiums van toepassings op die DAM geoptimaliseer volgens die kriterium van maksimalisering van marginale wins.
Die finale effek is ongeveer 4%.
Die beraamde terugbetalingstydperk van die projek (ROI) is 1–1,5 jaar.
Om dit alles te implementeer en te toets, moes ons natuurlik baie prosesse verander en nou saamwerk met beide die bestuur van die termiese kragsentrale en die opwekkingsmaatskappy as geheel. Maar die resultaat was beslis die moeite werd. Dit was moontlik om 'n digitale tweeling van die stasie te skep, optimaliseringsbeplanningsprosedures te ontwikkel en 'n werklike ekonomiese effek te verkry.
Bron: will.com