Ang simulation sa operasyon sa usa ka tinuod nga thermal power plant aron ma-optimize ang mga mode: singaw ug matematika

Adunay usa ka dako nga thermal power plant. Naglihok kini sama sa naandan: nagsunog kini og gas, nagpatunghag kainit alang sa pagpainit sa mga balay ug elektrisidad alang sa kinatibuk-ang network. Ang unang buluhaton mao ang pagpainit. Ang ikaduha mao ang pagbaligya sa tanang namugna nga kuryente sa wholesale market. Usahay, bisan sa bugnaw nga panahon, ang niyebe makita sa ilawom sa usa ka tin-aw nga kalangitan, apan kini usa ka epekto sa operasyon sa mga cooling tower.

Ang kasagaran nga thermal power plant naglangkob sa duha ka dosena nga mga turbine ug boiler. Kung tukma nga nahibal-an ang gikinahanglan nga gidaghanon sa elektrisidad ug kainit, nan ang buluhaton moabut aron maminusan ang gasto sa gasolina. Sa kini nga kaso, ang kalkulasyon moabut sa pagpili sa komposisyon ug porsyento sa pagkarga sa mga turbine ug boiler aron makab-ot ang labing kataas nga posible nga kahusayan sa operasyon sa kagamitan. Ang kaepektibo sa mga turbine ug boiler kusganong nagdepende sa tipo sa kagamitan, oras sa pag-opera nga wala’y pag-ayo, mode sa pag-opera ug daghan pa. Adunay lain nga problema kung, tungod sa nahibal-an nga mga presyo sa elektrisidad ug kadaghan sa kainit, kinahanglan nimo nga magdesisyon kung pila ang elektrisidad nga makuha ug ibaligya aron makuha ang labing taas nga ganansya gikan sa pagtrabaho sa wholesale nga merkado. Pagkahuman ang hinungdan sa pag-optimize - ganansya ug kahusayan sa kagamitan - dili kaayo hinungdanon. Ang resulta mahimo nga usa ka sitwasyon diin ang mga ekipo naglihok sa hingpit nga dili epektibo, apan ang tibuok nga gidaghanon sa kuryente nga namugna mahimong ibaligya uban sa maximum margin.

Sa teoriya, kining tanan dugay nang klaro ug nindot tan-awon. Ang problema mao kung unsaon pagbuhat niini sa praktis. Gisugdan namo ang simulation modeling sa operasyon sa matag piraso sa ekipo ug sa tibuok estasyon sa kinatibuk-an. Miabut kami sa planta sa thermal power ug nagsugod sa pagkolekta sa mga parameter sa tanan nga mga sangkap, pagsukod sa ilang tinuod nga mga kinaiya ug pagtimbang-timbang sa ilang operasyon sa lainlaing mga paagi. Pinasukad niini, naghimo kami og tukma nga mga modelo aron masundog ang operasyon sa matag piraso sa kagamitan ug gigamit kini alang sa mga kalkulasyon sa pag-optimize. Sa pagtan-aw sa unahan, isulti ko nga nakakuha kami mga 4% sa tinuud nga kahusayan tungod lamang sa matematika.

Nahitabo. Apan sa dili pa ihulagway ang among mga desisyon, hisgutan nako kung giunsa ang paglihok sa CHP gikan sa punto sa panglantaw sa lohika sa paghimog desisyon.

Panguna nga mga butang

Ang mga nag-unang elemento sa usa ka planta sa kuryente mao ang mga boiler ug turbine. Ang mga turbine gipadagan sa taas nga presyur nga alisngaw, nga nagpatuyok sa mga electric generator, nga nagpatunghag elektrisidad. Ang nahabilin nga kusog sa singaw gigamit alang sa pagpainit ug init nga tubig. Ang mga boiler maoy mga dapit diin gihimo ang alisngaw. Nagkinahanglan kini og daghang oras (oras) aron mapainit ang boiler ug mapadali ang steam turbine, ug kini usa ka direkta nga pagkawala sa gasolina. Ingon usab niana ang mga pagbag-o sa load. Kinahanglan nimo nga planohon kini nga mga butang nga daan.

Ang mga ekipo sa CHP adunay teknikal nga minimum, nga naglakip sa usa ka minimum, apan stable nga operating mode, diin posible nga makahatag og igong kainit sa mga balay ug industriyal nga mga konsumidor. Kasagaran, ang gikinahanglan nga gidaghanon sa kainit direkta nagdepende sa panahon (temperatura sa hangin).

Ang matag yunit adunay usa ka kurba sa kahusayan ug usa ka punto sa labing kataas nga kahusayan sa pag-operate: sa ingon ug ingon nga usa ka load, ang ingon ug ingon nga usa ka boiler ug ingon ug ingon usa ka turbine naghatag sa labing barato nga kuryente. Barato - sa diwa sa gamay nga piho nga konsumo sa gasolina.

Kadaghanan sa among hiniusa nga init ug mga planta sa kuryente sa Russia adunay managsama nga koneksyon, kung ang tanan nga mga boiler naglihok sa usa ka kolektor sa singaw ug ang tanan nga mga turbine gipaandar usab sa usa ka kolektor. Nagdugang kini nga pagka-flexible kung nagkarga sa mga kagamitan, apan labi ka komplikado ang mga kalkulasyon. Nahitabo usab nga ang kagamitan sa istasyon gibahin sa mga bahin nga naglihok sa lainlaing mga kolektor nga adunay lainlaing mga presyur sa singaw. Ug kung imong idugang ang mga gasto alang sa internal nga mga panginahanglanon - ang operasyon sa mga bomba, mga bentilador, mga cooling tower ug, matinud-anon, mga sauna sa gawas mismo sa koral sa thermal power plant - nan ang mga bitiis sa yawa mabali.

Ang mga kinaiya sa tanan nga kagamitan dili linear. Ang matag yunit adunay kurba nga adunay mga sona diin ang kahusayan mas taas ug ubos. Nagdepende kini sa pagkarga: sa 70% ang kahusayan mahimong usa, sa 30% kini lahi.

Ang mga ekipo lahi sa mga kinaiya. Adunay bag-o ug daan nga mga turbine ug boiler, ug adunay mga yunit nga lainlain ang disenyo. Pinaagi sa husto nga pagpili sa mga ekipo ug pagkarga niini nga labing maayo sa mga punto nga labing taas nga kahusayan, mahimo nimong makunhuran ang pagkonsumo sa gasolina, nga nagdala sa pagtipig sa gasto o labi ka labi nga mga margin.

Giunsa pagkahibalo sa planta sa CHP kung pila ka kusog ang kinahanglan nga makuha niini?

Ang pagplano gihimo tulo ka adlaw nga abante: sulod sa tulo ka adlaw ang giplano nga komposisyon sa mga ekipo nahibal-an. Kini ang mga turbine ug boiler nga i-on. Sa relatibo nga pagsulti, nahibal-an namon nga lima ka boiler ug napulo ka mga turbine ang molihok karon. Dili nato ma-on ang ubang mga ekipo o mapalong ang giplano, apan mahimo natong usbon ang load sa matag boiler gikan sa minimum ngadto sa maximum, ug madugangan ug mapakunhod ang gahum sa mga turbine. Ang lakang gikan sa labing taas hangtod sa labing gamay gikan sa 15 hangtod 30 minuto, depende sa piraso sa kagamitan. Ang tahas dinhi yano ra: pilia ang labing kamalaumon nga mga mode ug ipadayon kini, nga gikonsiderar ang mga pag-adjust sa operasyon.

Diin gikan kini nga komposisyon sa mga ekipo? Gitino kini base sa mga resulta sa trading sa wholesale market. Adunay merkado alang sa kuryente ug elektrisidad. Sa merkado sa kapasidad, ang mga tiggama nagsumite usa ka aplikasyon: "Adunay ingon ug ingon nga kagamitan, kini ang labing gamay ug labing kataas nga kapasidad, nga gikonsiderar ang giplano nga pagkaguba alang sa pag-ayo. Makahatag kami og 150 MW sa kini nga presyo, 200 MW sa kini nga presyo, ug 300 MW sa kini nga presyo. Kini mga dugay nga aplikasyon. Sa laing bahin, ang dagkong mga konsumedor nagsumite usab og mga hangyo: "Kinahanglan namon ang daghang kusog." Ang mga piho nga presyo gitino sa intersection kung unsa ang mahatag sa mga prodyuser sa enerhiya ug kung unsa ang andam nga kuhaon sa mga konsumedor. Kini nga mga kapasidad gitino alang sa matag oras sa adlaw.

Kasagaran, ang usa ka thermal power plant nagdala sa gibana-bana nga parehas nga karga sa tanan nga panahon: sa tingtugnaw ang panguna nga produkto mao ang kainit, ug sa ting-init kini ang elektrisidad. Ang kusog nga mga pagtipas kasagarang nalangkit sa usa ka matang sa aksidente sa estasyon mismo o sa kasikbit nga mga planta sa kuryente sa samang presyo nga sona sa wholesale market. Apan adunay kanunay nga pag-usab-usab, ug kini nga mga pag-usab-usab nakaapekto kaayo sa ekonomikanhon nga kahusayan sa tanum. Ang gikinahanglan nga gahum mahimong makuha sa tulo ka boiler nga adunay load nga 50% o duha nga adunay load nga 75% ug tan-awa kung unsa ang mas episyente.

Ang marginality nagdepende sa presyo sa merkado ug sa gasto sa pagpatunghag elektrisidad. Sa merkado, ang mga presyo mahimong ingon nga kini mapuslanon sa pagsunog sa gasolina, apan maayo ang pagbaligya sa kuryente. O tingali nga sa usa ka partikular nga oras kinahanglan nimo nga moadto sa minimum nga teknikal ug putlon ang mga pagkawala. Kinahanglan usab nimong hinumdoman ang bahin sa mga reserba ug gasto sa gasolina: ang natural nga gas kasagarang limitado, ug ang labaw sa limitasyon nga gas labi ka mahal, labi na ang lana sa gasolina. Kining tanan nanginahanglan ug tukma nga mga modelo sa matematika aron masabtan kung unsang mga aplikasyon ang isumite ug kung unsaon pagtubag sa nagbag-o nga mga kahimtang.

Giunsa kini gibuhat sa wala pa kami moabut

Hapit sa papel, base sa dili kaayo tukma nga mga kinaiya sa mga ekipo, nga lahi kaayo gikan sa aktwal nga mga. Diha-diha dayon human sa pagsulay sa mga ekipo, sa labing maayo, sila mahimong plus o minus 2% sa kamatuoran, ug human sa usa ka tuig - plus o minus 7-8%. Ang mga pagsulay gihimo matag lima ka tuig, kasagaran dili kaayo kanunay.

Ang sunod nga punto mao nga ang tanan nga mga kalkulasyon gihimo sa reference fuel. Sa USSR, ang usa ka laraw gisagop sa diha nga ang usa ka conventional fuel giisip nga itandi sa lain-laing mga estasyon sa paggamit sa lana, coal, gas, nukleyar nga kaliwatan, ug uban pa. Kinahanglan nga masabtan ang kaepektibo sa mga parrot sa matag generator, ug ang naandan nga sugnod mao ang parrot. Gitino kini sa calorific value sa sugnod: ang usa ka tonelada nga standard fuel mao ang gibana-bana nga katumbas sa usa ka tonelada nga karbon. Adunay mga lamesa sa pagkakabig alang sa lainlaing klase sa gasolina. Pananglitan, alang sa brown nga karbon ang mga timailhan halos doble nga dili maayo. Apan ang sulud sa kaloriya wala’y kalabotan sa mga rubles. Sama kini sa gasolina ug diesel: dili usa ka kamatuoran nga kung ang diesel nagkantidad og 35 ka rubles, ug ang 92 nagkantidad og 32 ka rubles, nan ang diesel mahimong mas episyente sa mga termino sa kaloriya nga sulod.

Ang ikatulo nga hinungdan mao ang pagkakomplikado sa mga kalkulasyon. Sa naandan, base sa kasinatian sa empleyado, duha o tulo ka mga kapilian ang kalkulado, ug mas kanunay ang labing kaayo nga paagi gipili gikan sa kasaysayan sa miaging mga panahon alang sa parehas nga mga karga ug kahimtang sa panahon. Natural, ang mga empleyado nagtuo nga sila nagpili sa labing kamalaumon nga mga paagi, ug nagtuo nga walay modelo sa matematika nga labaw pa kanila.

Moabot mi. Aron masulbad ang problema, nag-andam kami usa ka digital twin - usa ka modelo sa simulation sa estasyon. Kini kung, gamit ang mga espesyal nga pamaagi, gisundog namon ang tanan nga mga proseso sa teknolohiya alang sa matag piraso sa kagamitan, gihiusa ang mga balanse sa alisngaw-tubig ug enerhiya ug makakuha usa ka tukma nga modelo sa operasyon sa thermal power plant.

Aron mahimo ang modelo nga among gigamit:

• Disenyo ug mga detalye sa mga ekipo.
• Mga kinaiya nga gibase sa mga resulta sa pinakabag-o nga mga pagsulay sa ekipo: matag lima ka tuig ang mga pagsulay sa estasyon ug gipino ang mga kinaiya sa mga ekipo.
• Mga datos sa mga archive sa mga automated nga sistema sa pagkontrol sa proseso ug mga sistema sa accounting alang sa tanan nga anaa nga mga teknolohikal nga indikasyon, gasto ug init ug pagmugna sa elektrisidad. Sa partikular, ang datos gikan sa mga sistema sa pagsukod alang sa kainit ug suplay sa kuryente, ingon man gikan sa mga sistema sa telemekanika.
• Data gikan sa papel nga gilis ug pie chart. Oo, ang ingon nga analogue nga mga pamaagi sa pagrekord sa mga parameter sa pag-operate sa kagamitan gigamit gihapon sa mga planta sa kuryente sa Russia, ug gi-digitize namon kini.
• Ang mga troso sa papel sa mga estasyon diin ang mga nag-unang mga parameter sa mga mode kanunay nga natala, lakip ang mga wala natala sa mga sensor sa automated nga sistema sa pagkontrol sa proseso. Ang lineman maglakaw-lakaw matag upat ka oras, isulat pag-usab ang mga pagbasa ug isulat ang tanan sa usa ka log.

Sa ato pa, gi-reconstruct namo ang mga data set kung unsa ang nagtrabaho sa unsa nga mode, kung unsa kadaghan ang gasolina nga gihatag, kung unsa ang temperatura ug konsumo sa singaw, ug kung unsa kadaghan ang thermal ug elektrikal nga enerhiya nga nakuha sa output. Gikan sa libu-libo sa ingon nga mga set, kinahanglan nga kolektahon ang mga kinaiya sa matag node. Maayo na lang kay dugay na ming nakaduwa niining Data Mining game.

Ang paghulagway sa ingon nga komplikado nga mga butang gamit ang mga modelo sa matematika lisud kaayo. Ug labi pa nga lisud nga pamatud-an sa punoan nga inhenyero nga ang among modelo husto nga nagkalkula sa mga mode sa pag-operate sa istasyon. Busa, among gikuha ang dalan sa paggamit sa mga espesyal nga sistema sa engineering nga nagtugot kanamo sa pag-assemble ug pag-debug sa usa ka modelo sa usa ka thermal power plant base sa disenyo ug teknolohikal nga mga kinaiya sa mga ekipo. Gipili namo ang Termoflow software gikan sa American company nga TermoFlex. Karon ang mga analogue sa Russia nagpakita, apan nianang panahona kini nga partikular nga pakete mao ang labing kaayo sa klase niini.

Alang sa matag yunit, gipili ang disenyo ug panguna nga mga kinaiya sa teknolohiya. Gitugotan ka sa sistema nga ihulagway ang tanan sa daghang detalye sa lohikal ug pisikal nga lebel, hangtod sa pagpakita sa lebel sa mga deposito sa mga tubo sa heat exchanger.

Ingon usa ka sangputanan, ang modelo sa thermal circuit sa istasyon gihulagway nga biswal sa mga termino sa mga technologist sa enerhiya. Ang mga teknologo wala makasabut sa programming, matematika ug pagmodelo, apan mahimo nilang pilion ang disenyo sa usa ka yunit, ang mga input ug output sa mga yunit ug ipiho ang mga parameter alang kanila. Pagkahuman ang sistema mismo ang nagpili sa labing angay nga mga parameter, ug gipino kini sa technologist aron makuha ang labing kadaghan nga katukma alang sa tibuuk nga mga mode sa pag-operate. Nagtakda kami usa ka katuyoan alang sa among kaugalingon - aron masiguro ang katukma sa modelo nga 2% alang sa panguna nga mga parameter sa teknolohiya ug nakab-ot kini.

Kini nahimo nga dili sayon ​​​​buhaton: ang inisyal nga datos dili kaayo tukma, mao nga sa unang magtiayon nga mga bulan naglakaw kami sa palibot sa thermal power plant ug gibasa sa mano-mano ang kasamtangan nga mga indikasyon gikan sa mga pressure gauge ug gipahiangay ang modelo sa aktuwal nga mga kondisyon. Una naghimo kami og mga modelo sa mga turbine ug boiler. Ang matag turbine ug boiler gipamatud-an. Aron sulayan ang modelo, usa ka working group ang gihimo ug ang mga representante sa thermal power plant gilakip niini.

Dayon among gitigum ang tanan nga mga ekipo ngadto sa usa ka kinatibuk-ang laraw ug gipahiangay ang modelo sa CHP sa kinatibuk-an. Kinahanglan kong buhaton ang pipila ka trabaho tungod kay adunay daghang nagkasumpaki nga datos sa mga archive. Pananglitan, nakit-an namon ang mga mode nga adunay kinatibuk-ang kahusayan nga 105%.

Kung mag-assemble ka sa usa ka kompleto nga sirkito, kanunay nga gikonsiderar sa sistema ang balanse nga mode: ang mga balanse sa materyal, elektrikal ug thermal giipon. Sunod, gisusi namon kung giunsa ang tanan nga gitigum katumbas sa aktwal nga mga parameter sa mode sumala sa mga timailhan gikan sa mga instrumento.

Unsay nahitabo

Ingon usa ka sangputanan, nakadawat kami usa ka tukma nga modelo sa mga teknikal nga proseso sa thermal power plant, pinasukad sa aktwal nga mga kinaiya sa kagamitan ug datos sa kasaysayan. Gitugotan niini ang mga panagna nga mas tukma kaysa gibase sa mga kinaiya sa pagsulay lamang. Ang resulta mao ang usa ka simulator sa tinuod nga mga proseso sa tanom, usa ka digital nga kaluha sa usa ka thermal power plant.

Kini nga simulator nagpaposible sa pag-analisar sa "unsa kaha kung ..." nga mga senaryo base sa gihatag nga mga timailhan. Kini nga modelo gigamit usab aron masulbad ang problema sa pag-optimize sa operasyon sa usa ka tinuod nga istasyon.

Posible nga ipatuman ang upat ka kalkulasyon sa pag-optimize:

1. Nahibal-an sa manager sa pagbalhin sa estasyon ang iskedyul sa suplay sa kainit, nahibal-an ang mga mando sa operator sa sistema, ug nahibal-an ang iskedyul sa suplay sa elektrisidad: unsang kagamitan ang kuhaon kung unsang mga karga aron makuha ang labing kadaghan nga margin.
2. Pagpili sa komposisyon sa mga ekipo base sa forecast sa presyo sa merkado: alang sa usa ka gihatag nga petsa, nga gikonsiderar ang iskedyul sa pagkarga ug pagtagna sa temperatura sa gawas sa hangin, among gitino ang kamalaumon nga komposisyon sa mga ekipo.
3. Pagsumite sa mga aplikasyon sa merkado usa ka adlaw nga abante: kung nahibal-an ang komposisyon sa mga ekipo ug adunay mas tukma nga forecast sa presyo. Among kuwentahon ug isumiter ang aplikasyon.
4. Ang pagbalanse sa merkado naa na sa sulod sa karon nga adlaw, kung ang mga eskedyul sa elektrisidad ug thermal gitakda, apan daghang beses sa usa ka adlaw, matag upat ka oras, ang pagpamaligya gilunsad sa merkado sa pagbalanse, ug mahimo nimong isumite ang usa ka aplikasyon: "Gihangyo ko ikaw nga idugang 5 MW sa akong load.” Kinahanglan naton pangitaon ang mga bahin sa dugang nga pagkarga o pagdiskarga kung kini naghatag sa labing taas nga margin.

Mga Pagsulay

Alang sa husto nga pagsulay, kinahanglan namon nga itandi ang standard nga mga mode sa pagkarga sa kagamitan sa istasyon sa among gikalkula nga mga rekomendasyon sa ilawom sa parehas nga mga kondisyon: komposisyon sa kagamitan, iskedyul sa pagkarga ug panahon. Sulod sa pipila ka bulan, gipili namo ang upat ngadto sa unom ka oras nga agwat sa adlaw nga adunay lig-on nga eskedyul. Miabut sila sa estasyon (kasagaran sa gabii), naghulat sa istasyon nga makaabot sa operating mode, ug dayon gikalkulo kini sa modelo sa simulation. Kung ang superbisor sa pagbalhin sa estasyon natagbaw sa tanan, nan ang mga kawani sa pag-opera gipadala aron ibalik ang mga balbula ug usbon ang mga mode sa kagamitan.

Ang sa wala pa ug pagkahuman sa mga timailhan gitandi pagkahuman sa kamatuoran. Sa peak times, adlaw ug gabii, weekend ug weekdays. Sa matag mode, nakab-ot namon ang pagtipig sa gasolina (sa kini nga buluhaton, ang margin nagdepende sa pagkonsumo sa gasolina). Dayon mibalhin kami sa hingpit ngadto sa bag-ong mga rehimen. Kinahanglang isulti nga ang estasyon dali nga mituo sa pagka-epektibo sa among mga rekomendasyon, ug sa pagtapos sa mga pagsulay labi namon nga namatikdan nga ang kagamitan naglihok sa mga mode nga among gikalkula kaniadto.

Resulta sa proyekto

Pasilidad: CHP nga adunay cross connections, 600 MW nga kuryente, 2 Gcal nga thermal power.

Team: CROC - pito ka mga tawo (mga eksperto sa teknolohiya, analista, mga inhenyero), CHPP - lima ka mga tawo (mga eksperto sa negosyo, mga yawe nga tiggamit, mga espesyalista).
Panahon sa pagpatuman: 16 ka bulan.

Resulta:

• Awtomatiko namon ang mga proseso sa negosyo sa pagpadayon sa mga rehimen ug pagtrabaho sa pakyawan nga merkado.
• Naghimo og bug-os nga mga pagsulay nga nagpamatuod sa epekto sa ekonomiya.
• Nakatipig kami og 1,2% nga gasolina tungod sa pag-apod-apod sa mga karga sa panahon sa operasyon.
• Gitipigan ang 1% nga gasolina salamat sa mubo nga pagplano sa kagamitan.
• Gi-optimize namo ang kalkulasyon sa mga yugto sa mga aplikasyon sa DAM sumala sa sukdanan sa pagpa-maximize sa marginal profit.

Ang katapusan nga epekto mao ang mahitungod sa 4%.

Ang gibanabana nga payback period sa proyekto (ROI) maoy 1–1,5 ka tuig.

Siyempre, aron mapatuman ug masulayan kining tanan, kinahanglang usbon namo ang daghang mga proseso ug magtinabangay pag-ayo sa pagdumala sa thermal power plant ug sa generating company sa kinatibuk-an. Apan takos gayod ang resulta. Posible ang paghimo usa ka digital nga kambal sa estasyon, paghimo mga pamaagi sa pagplano sa pag-optimize ug pagkuha usa ka tinuud nga epekto sa ekonomiya.

Source: www.habr.com