{"id":54492,"date":"2019-12-27T00:00:00","date_gmt":"2019-12-26T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika"},"modified":"2020-02-18T14:02:30","modified_gmt":"2020-02-18T11:02:30","slug":"modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/da\/blog\/administrirovanie\/modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika","title":{"rendered":"Modellering af driften af et reelt varmev\u00e6rk for at optimere driftsregimer: damp og matematik","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Modellering
\n
\nDer er et stort kraftv\u00e6rk. Det fungerer som normalt: br\u00e6nder gas, genererer varme til opvarmning af boliger og elektricitet til det offentlige net. Den prim\u00e6re opgave er opvarmning. Den sekund\u00e6re er at s\u00e6lge al den producerede elektricitet p\u00e5 engrosmarkedet. Nogle gange, i frostvejr med klart himmel, falder der sne, men det er en bivirkning af k\u00f8let\u00e5rnenes drift.<\/p>\n

Et gennemsnitligt kraftv\u00e6rk best\u00e5r af et par dusin turbiner og kedler. Hvis de n\u00f8dvendige m\u00e6ngder elektricitet og varme er pr\u00e6cist kendt, reduceres opgaven til at minimere br\u00e6ndstofomkostningerne. I dette tilf\u00e6lde handler beregningen om valget af sammens\u00e6tning og belastningsprocent for turbiner og kedler for at opn\u00e5 den h\u00f8jst mulige effektivitet af udstyret. Turbiner og kedlers effektivitet afh\u00e6nger st\u00e6rkt af udstyrets type, driftstid uden reparation, driftsmode og mange andre faktorer. Der er ogs\u00e5 en anden opgave, hvor man ved de kendte elpriser og m\u00e6ngder varme skal beslutte, hvor meget elektricitet man skal producere og s\u00e6lge for at opn\u00e5 maksimal fortjeneste p\u00e5 engrosmarkedet. I s\u00e5 fald har optimeringsfaktoren \u2013 fortjeneste og udstyrs effektivitet \u2013 meget mindre betydning. Resultatet kan v\u00e6re en tilstand, hvor udstyret arbejder helt ineffektivt, men hele den producerede m\u00e6ngde elektricitet kan s\u00e6lges med maksimal margin. <\/p>\n

I teorien er det hele l\u00e6nge blevet klart og lyder smukt. Problemet er, hvordan man g\u00f8r det i praksis. Vi begyndte at simulere driften af hver enkelt udstyrsenhed og hele stationen som helhed. Vi kom til kraftv\u00e6rket og begyndte at samle parametre for alle noder, m\u00e5le deres faktiske egenskaber og vurderede driften i forskellige tilstande. P\u00e5 baggrund af disse data skabte vi pr\u00e6cise modeller til at simulere driften af hver enkelt udstyrsenhed og brugte dem til optimeringsberegninger. For at springe til konklusion kan jeg sige, at vi opn\u00e5ede en reel effektivitet p\u00e5 omkring 4 % blot ved hj\u00e6lp af matematik.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Det lykkedes. Men f\u00f8r jeg beskriver vores l\u00f8sninger, vil jeg fort\u00e6lle, hvordan kraftv\u00e6rket fungerer set fra beslutningstagningens logik. <\/p>\n

Grundl\u00e6ggende ting<\/h3>\n

\nDe grundl\u00e6ggende elementer i et kraftv\u00e6rk er kedler og turbiner. Turbinerne drives af h\u00f8jtryksdamp, som igen f\u00e5r generatorerne til at rotere og producere elektricitet. Resterne af dampens energi bruges til opvarmning og varmt vand. Kedlerne er de steder, hvor dampen produceres. Det tager meget lang tid (timer) at opvarme kedlen og accelerere dampturbinen, og dette er direkte br\u00e6ndstoftab. Det samme g\u00e6lder ved \u00e6ndringer i belastningen. Disse ting skal planl\u00e6gges p\u00e5 forh\u00e5nd. <\/p>\n

Udstyret p\u00e5 kraftvarmev\u00e6rker har et teknisk minimum, som inkluderer en minimal, men stabil driftsmode, der kan sikre tilstr\u00e6kkelig varme til husene og industrikunderne. Den n\u00f8dvendige m\u00e6ngde varme afh\u00e6nger normalt direkte af vejret (lufttemperaturen). <\/p>\n

Hver enhed har en effektivitetkurve og et punkt for maksimal effektivitet: ved en given belastning kan en bestemt kedel og en bestemt turbine levere den billigste elektricitet. Billig i betydningen med det mindste br\u00e6ndstofforbrug. <\/p>\n

De fleste kraftvarmev\u00e6rker i Rusland er med parallelle forbindelser, hvor alle kedler arbejder p\u00e5 en dampkollektor, og alle turbiner ogs\u00e5 f\u00e5r forsyning fra den samme kollektor. Dette tilf\u00f8jer fleksibilitet ved belastningen af udstyret, men komplicerer beregningerne betydeligt. Det er ogs\u00e5 almindeligt, at stationens udstyr er opdelt i dele, der arbejder p\u00e5 forskellige kollektor med forskelligt damppres. Hvis man ogs\u00e5 medregner omkostningerne til interne behov \u2013 drift af pumper, ventilatorer, k\u00f8let\u00e5rne og, hvad skal man sige, saunaer lige bag kraftv\u00e6rkets gr\u00e6nse \u2013 s\u00e5 bliver det virkelig kompliceret.<\/p>\n

Egenskaberne for alt udstyr er ikke-line\u00e6re. Hver enhed har en kurve med zoner, hvor effektiviteten er h\u00f8jere eller lavere. Det afh\u00e6nger af belastningen: ved 70 % vil effektiviteten v\u00e6re \u00e9n, ved 30 % en anden. <\/p>\n

Udstyret adskiller sig i egenskaber. Der er nye og gamle turbiner og kedler, samt enheder af forskellige konstruktioner. Ved korrekt valg af udstyr og optimal belastning ved de maksimale effektivitetspunkter kan man reducere br\u00e6ndstofforbruget, hvilket f\u00f8rer til besparelser eller st\u00f8rre margin. <\/p>\n

\"Modellering
\n<\/p>\n

Hvordan ved kraftvarmev\u00e6rket, hvor meget energi der skal produceres?<\/h3>\n

\nPlanl\u00e6gning sker op til tre dage i forvejen: inden for tre dage bliver den planlagte sammens\u00e6tning af udstyr kendt. Det er de turbiner og kedler, der vil blive aktiveret. For at sige det enkelt, ved vi, at i dag vil fem kedler og ti turbiner v\u00e6re i drift. Vi kan ikke t\u00e6nde for andet udstyr eller slukke for det planlagte, men vi kan \u00e6ndre belastningen for hver kedel fra minimum til maksimum, og for turbinerne justere og reducere effekten. Overgangen fra maksimum til minimum er fra 15 til 30 minutter afh\u00e6ngigt af udstyrsenheden. Her er opgaven enkel: at v\u00e6lge de optimale driftsformer og opretholde dem med hensyn til operationelle justeringer. <\/p>\n

\"Modellering
\n
\nHvor kom denne sammens\u00e6tning af udstyr fra?<\/b> Den blev fastsat som resultat af budgivningen p\u00e5 detWholesale marked. Der findes et marked for kapacitet og elektricitet. P\u00e5 kapacitetsmarkedet indsender producenterne en ans\u00f8gning: \"Der findes s\u00e5 og s\u00e5 meget udstyr; her er de minimale og maksimale kapaciteter med hensyn til planlagt vedligeholdelse. Vi kan levere 150 MW til denne pris, 200 MW til den pris og 300 MW til en anden pris.\" Dette er langsigtede ans\u00f8gninger. P\u00e5 den anden side sender store forbrugere ogs\u00e5 anmodninger: \"Vi har brug for s\u00e5 meget energi.\" Specifikke priser fasts\u00e6ttes i \u00f8jeblikket for krydsningen af, hvad energiproducenterne kan levere, og hvad forbrugerne \u00f8nsker at tage. Disse kapaciteter fasts\u00e6ttes for hver time af d\u00f8gnet.<\/p>\n

\"Modellering
\n
\nNormalt har kraftv\u00e6rket en nogenlunde ensartet belastning hele s\u00e6sonen: om vinteren er den prioriterede vare varme, mens det om sommeren er elektricitet. Store afvigelser er oftest forbundet med h\u00e6ndelser p\u00e5 selve stationen eller p\u00e5 tilknyttede kraftv\u00e6rker i den samme priszone p\u00e5 detailmarkedet. Men der er altid svingninger, og disse svingninger har stor indflydelse p\u00e5 stationens \u00f8konomiske effektivitet. Den n\u00f8dvendige kapacitet kan opn\u00e5s ved tre kedler med en belastning p\u00e5 50 % eller to med en belastning p\u00e5 75 %, og se, hvad der i denne sammenh\u00e6ng er mere effektivt. <\/p>\n

Marginen afh\u00e6nger af priserne p\u00e5 markedet og produktionsomkostningerne for elektricitet. P\u00e5 markedet kan priserne justeres s\u00e5ledes, at det er rentabelt at br\u00e6nde br\u00e6ndstof af, men s\u00e6lge elektricitet godt. Det kan ogs\u00e5 v\u00e6re, at man i bestemte timer skal g\u00e5 ned til teknisk minimum for at begr\u00e6nse tab. Man skal desuden huske p\u00e5 lagrene og br\u00e6ndstofomkostningerne: den samme naturgas er normalt begr\u00e6nset, og overlimit gas er betydeligt dyrere, for ikke at tale om fyringsolie. Alt dette kr\u00e6ver pr\u00e6cise matematiske modeller for at forst\u00e5, hvilke anmodninger der skal sendes, og hvordan man skal reagere p\u00e5 skiftende omst\u00e6ndigheder. <\/p>\n

Hvordan det blev gjort f\u00f8r vi kom.<\/h3>\n

\nPraktisk talt p\u00e5 papir baseret p\u00e5 ikke meget pr\u00e6cise specifikationer for udstyret, som kan have stor afvigelse fra det faktiske. Umiddelbart efter udstyrets test vil de i bedste fald v\u00e6re plus-minus 2 % fra fakta, og allerede efter et \u00e5r \u2013 plus-minus 7-8 %. Tests udf\u00f8res hver femte \u00e5r, ofte sj\u00e6ldnere.<\/p>\n

Det n\u00e6ste punkt er, at alle beregninger foretages i betinget br\u00e6ndstof. I USSR blev der vedtaget et system, hvor man beregnede en slags betinget br\u00e6ndstof til sammenligning af forskellige kraftv\u00e6rker, der k\u00f8rte p\u00e5 fyringsolie, kul, gas, atomkraft osv. Man skulle forst\u00e5 effektiviteten i 'parrots' for hver generator, og det betingede br\u00e6ndstof er netop den 'parrot'. Det bestemmes af br\u00e6ndstoffets kalorieindhold: \u00e9n ton betinget br\u00e6ndstof svarer cirka til \u00e9n ton stenkul. Der findes omregningstabeller for forskellige br\u00e6ndstoftyper. For eksempel er parametrene for brune kul n\u00e6sten dobbelt s\u00e5 d\u00e5rlige. Men kalorieindholdet har ikke noget at g\u00f8re med rubler. Det er ligesom benzin og diesel: det er ikke sikkert, at hvis diesel koster 35 rubler, og 92 benzin koster 32 rubler, s\u00e5 vil diesel v\u00e6re mere effektivt i kalorieindhold. <\/p>\n

Den tredje faktor er kompleksiteten af beregningerne. Betinget p\u00e5 baggrund af medarbejderens erfaring beregnes to-tre muligheder, oftere v\u00e6lges det bedste regime fra historien fra tidligere perioder med lignende belastninger og vejrforhold. Selvf\u00f8lgelig tror medarbejderne, at de v\u00e6lger de mest optimale regimer og anser, at ingen matematiske modeller nogensinde vil overg\u00e5 dem. <\/p>\n

Vi ankommer. For at l\u00f8se opgaven forbereder vi en digital tvilling \u2014 en simuleringsmodel af anl\u00e6gget. Det er her, vi ved hj\u00e6lp af s\u00e6rlige metoder simulerer alle teknologiske processer for hver enkelt enhed af udstyret, analyserer dampvand- og energibalance og f\u00e5r en pr\u00e6cis model for driften af kraftv\u00e6rket. <\/p>\n

Til oprettelse af modellen bruger vi: <\/p>\n