Estas granda termocentralo. Ĝi funkcias kiel kutime: ĝi bruligas gason, generas varmon por hejti domojn kaj elektron por la ĝenerala reto. La unua tasko estas hejtado. La dua estas vendi la tutan generitan elektron sur la pogranda merkato. Foje, eĉ en malvarma vetero, neĝo aperas sub klara ĉielo, sed tio estas kromefiko de la funkciado de malvarmigaj turoj.
La meza termika centralo konsistas el kelkaj dekduoj da turbinoj kaj vaporkaldronoj. Se la bezonataj volumoj de elektro kaj varmogenerado estas precize konataj, tiam la tasko venas al minimumigi fuelkostojn. En ĉi tiu kazo, la kalkulo konsistas en elekti la konsiston kaj procenton de ŝarĝo de turbinoj kaj vaporkaldronoj por atingi la plej altan eblan efikecon de funkciado de ekipaĵo. La efikeco de turbinoj kaj vaporkaldronoj forte dependas de la speco de ekipaĵo, funkciada tempo sen riparoj, funkcianta reĝimo kaj multe pli. Estas alia problemo kiam, donitaj konatajn prezojn por elektro kaj volumoj de varmo, vi devas decidi kiom da elektro generi kaj vendi por akiri la maksimuman profiton de laborado sur la pogranda merkato. Tiam la optimumiga faktoro - profito kaj ekipaĵefikeco - estas multe malpli grava. La rezulto povas esti situacio kie la ekipaĵo funkcias tute malefike, sed la tuta kvanto de elektro generita povas esti vendita kun maksimuma marĝeno.
En teorio, ĉio ĉi delonge estas klara kaj sonas bele. La problemo estas kiel fari tion praktike. Ni komencis simulan modeladon de la funkciado de ĉiu ekipaĵo kaj la tuta stacio entute. Ni venis al la termika centralo kaj komencis kolekti la parametrojn de ĉiuj komponantoj, mezuri iliajn realajn karakterizaĵojn kaj taksi ilian funkciadon en malsamaj reĝimoj. Surbaze de ili, ni kreis precizajn modelojn por simuli la funkciadon de ĉiu ekipaĵo kaj uzis ilin por optimumigaj kalkuloj. Rigardante antaŭen, mi diros, ke ni akiris ĉirkaŭ 4% de reala efikeco simple pro matematiko.
Okazis. Sed antaŭ ol priskribi niajn decidojn, mi parolos pri kiel funkcias la CHP el la vidpunkto de decida logiko.
Bazaj aferoj
La ĉefaj elementoj de elektrocentralo estas kaldronoj kaj turbinoj. La turbinoj estas movitaj per altprema vaporo, kiu siavice turnas elektrajn generatorojn, kiuj produktas elektron. La restanta vaporenergio estas uzata por hejtado kaj varma akvo. Kaldronoj estas lokoj kie kreiĝas vaporo. Necesas multe da tempo (horoj) por varmigi la vaporkaldronon kaj akceli la vaporturbinon, kaj ĉi tio estas rekta perdo de fuelo. La sama validas por ŝarĝŝanĝoj. Vi devas antaŭplani ĉi tiujn aferojn.
CHP-ekipaĵo havas teknikan minimumon, kiu inkluzivas minimuman, sed stabilan operacian reĝimon, en kiu eblas provizi sufiĉan varmegon al hejmoj kaj industriaj konsumantoj. Tipe, la postulata kvanto da varmo rekte dependas de la vetero (aera temperaturo).
Ĉiu unuo havas efikeckurbon kaj punkton de maksimuma operacia efikeco: ĉe tia kaj tia ŝarĝo, tia kaj tia kaldrono kaj tia kaj tia turbino provizas la plej malmultekostan elektron. Malmultekosta - en la signifo de minimuma specifa fuelkonsumo.
La plej multaj el niaj kombinitaj varmegaj kaj elektrocentraloj en Rusio havas paralelajn konektojn, kiam ĉiuj vaporkaldronoj funkcias per unu vaporkolektilo kaj ĉiuj turbinoj ankaŭ estas funkciigitaj per unu kolektilo. Ĉi tio aldonas flekseblecon dum ŝarĝo de ekipaĵo, sed multe komplikas la kalkulojn. Okazas ankaŭ, ke la stacia ekipaĵo estas dividita en partoj, kiuj funkcias per malsamaj kolektantoj kun malsamaj vaporpremoj. Kaj se vi aldonas la kostojn por internaj bezonoj - la funkciado de pumpiloj, ventoliloj, malvarmigaj turoj kaj, ni estu honestaj, saŭnoj tuj ekster la barilo de la termika centralo - tiam la kruroj de la diablo rompiĝos.
La karakterizaĵoj de ĉiuj ekipaĵoj estas neliniaj. Ĉiu unuo havas kurbon kun zonoj kie efikeco estas pli alta kaj pli malalta. Ĝi dependas de la ŝarĝo: ĉe 70% la efikeco estos unu, ĉe 30% ĝi estos malsama.
La ekipaĵo diferencas en karakterizaĵoj. Estas novaj kaj malnovaj turbinoj kaj vaporkaldronoj, kaj ekzistas unuoj de malsamaj dezajnoj. Ĝuste elektante ekipaĵon kaj ŝarĝante ĝin optimume ĉe punktoj de maksimuma efikeco, vi povas redukti fuelkonsumon, kio kondukas al kostŝparo aŭ pli grandaj marĝenoj.
Kiel la CHP-fabriko scias kiom da energio ĝi bezonas por produkti?
Planado estas farita tri tagojn anticipe: ene de tri tagoj la planita konsisto de la ekipaĵo iĝas konata. Ĉi tiuj estas la turbinoj kaj vaporkaldronoj, kiuj estos ŝaltitaj. Relative parolante, ni scias, ke kvin vaporkaldronoj kaj dek turbinoj funkcios hodiaŭ. Ni ne povas ŝalti aliajn ekipaĵojn aŭ malŝalti la planitan, sed ni povas ŝanĝi la ŝarĝon por ĉiu kaldrono de minimumo al maksimumo, kaj pliigi kaj malpliigi potencon por turbinoj. La paŝo de maksimumo al minimumo estas de 15 ĝis 30 minutoj, depende de la ekipaĵo. La tasko ĉi tie estas simpla: elektu la optimumajn reĝimojn kaj konservu ilin, konsiderante funkciajn ĝustigojn.
De kie ĉi tiu konsisto de ekipaĵo venis? Ĝi estis determinita surbaze de la rezultoj de komerco sur la pogranda merkato. Estas merkato por potenco kaj elektro. En la kapacita merkato, fabrikantoj prezentas peton: "Estas tia kaj tia ekipaĵo, ĉi tiuj estas la minimumaj kaj maksimumaj kapacitoj, konsiderante la planitan malfunkcion por riparoj. Ni povas liveri 150 MW ĉe ĉi tiu prezo, 200 MW ĉe ĉi tiu prezo, kaj 300 MW ĉe ĉi tiu prezo." Ĉi tiuj estas longdaŭraj aplikoj. Aliflanke, grandaj konsumantoj ankaŭ prezentas petojn: "Ni bezonas tiom da energio." Specifaj prezoj estas determinitaj ĉe la intersekciĝo de tio, kion energiproduktantoj povas provizi kaj kion konsumantoj pretas preni. Ĉi tiuj kapabloj estas determinitaj por ĉiu horo de la tago.
Tipe, termika centralo portas proksimume la saman ŝarĝon dum la tuta sezono: vintre la ĉefa produkto estas varmo, kaj somere ĝi estas elektro. Fortaj devioj plej ofte rilatas al ia akcidento ĉe la stacio mem aŭ ĉe apudaj elektrocentraloj en la sama prezzono de la pogranda merkato. Sed ĉiam estas fluktuoj, kaj ĉi tiuj fluktuoj multe influas la ekonomian efikecon de la planto. La postulata potenco povas esti prenita de tri kaldronoj kun ŝarĝo de 50% aŭ du kun ŝarĝo de 75% kaj vidu kiu estas pli efika.
Marĝeneco dependas de merkatprezoj kaj la kosto de elektroproduktado. Sur la merkato, prezoj povas esti tiaj, ke estas profite bruligi brulaĵon, sed estas bone vendi elektron. Aŭ povas esti, ke en aparta horo vi devas iri al la teknika minimumo kaj tranĉi perdojn. Vi ankaŭ devas memori pri la rezervoj kaj kosto de fuelo: natura gaso estas kutime limigita, kaj superlima gaso estas rimarkeble pli multekosta, sen mencii fueloleon. Ĉio ĉi postulas precizajn matematikajn modelojn por kompreni kiujn aplikaĵojn sendi kaj kiel respondi al ŝanĝiĝantaj cirkonstancoj.
Kiel ĝi estis farita antaŭ ol ni alvenis
Preskaŭ sur papero, bazita sur la ne tre precizaj trajtoj de la ekipaĵo, kiuj tre diferencas de la realaj. Tuj post testi la ekipaĵon, en la plej bona kazo, ili estos pli aŭ minus 2% de la fakto, kaj post jaro - pli aŭ minus 7-8%. Testoj estas faritaj ĉiujn kvin jarojn, ofte malpli ofte.
La sekva punkto estas, ke ĉiuj kalkuloj estas faritaj en referenca brulaĵo. En Sovetunio, skemo estis adoptita kiam certa konvencia fuelo estis konsiderita kompari malsamajn staciojn uzante fueloleon, karbon, gason, atomgeneradon, ktp. Necesis kompreni la efikecon en la papagoj de ĉiu generatoro, kaj la konvencia brulaĵo estas tiu sama papago. Ĝi estas determinita de la varmovaloro de la brulaĵo: unu tuno da norma fuelo estas proksimume egala al unu tuno da karbo. Estas konvertaj tabloj por malsamaj specoj de fuelo. Ekzemple, por bruna karbo la indikiloj estas preskaŭ duoble pli malbonaj. Sed kaloria enhavo ne rilatas al rubloj. Estas kiel benzino kaj dizelo: ne estas fakto, ke se dizelo kostas 35 rublojn, kaj 92 kostas 32 rublojn, tiam dizelo estos pli efika laŭ kaloria enhavo.
La tria faktoro estas la komplekseco de la kalkuloj. Konvencie, surbaze de la sperto de la dungito, du aŭ tri opcioj estas kalkulitaj, kaj pli ofte la plej bona reĝimo estas elektita el la historio de antaŭaj periodoj por similaj ŝarĝoj kaj veterkondiĉoj. Nature, dungitoj kredas, ke ili elektas la plej optimumajn reĝimojn, kaj kredas, ke neniu matematika modelo iam superos ilin.
Ni venas. Por solvi la problemon, ni preparas ciferecan ĝemelon - simulan modelon de la stacio. Jen kiam, uzante specialajn alirojn, ni simulas ĉiujn teknologiajn procezojn por ĉiu ekipaĵo, kombinas vapor-akvan kaj energian bilancojn kaj akiras precizan modelon de funkciado de la termika centralo.
Por krei la modelon ni uzas:
- Dezajno kaj specifoj de la ekipaĵo.
- Karakterizaĵoj bazitaj sur la rezultoj de la plej novaj ekipaĵtestoj: ĉiujn kvin jarojn la stacidomo testas kaj rafinas la karakterizaĵojn de la ekipaĵo.
- Datumoj en la arkivoj de aŭtomataj procezkontrolaj sistemoj kaj kontadaj sistemoj por ĉiuj disponeblaj teknologiaj indikiloj, kostoj kaj varmo kaj elektroproduktado. Aparte, datumoj de mezursistemoj por varmo kaj elektroprovizo, same kiel de telemekanikaj sistemoj.
- Datumoj de papera strio kaj tortdiagramoj. Jes, tiaj analogaj metodoj de registra ekipaĵo funkcianta parametroj ankoraŭ estas uzataj ĉe rusaj elektrocentraloj, kaj ni ciferecigas ilin.
- Paperaj ŝtipoj ĉe stacioj, kie la ĉefaj parametroj de la reĝimoj estas konstante registritaj, inkluzive de tiuj, kiuj ne estas registritaj de la sensiloj de la aŭtomata proceza kontrola sistemo. La liniludanto ĉirkaŭpaŝas ĉiujn kvar horojn, reverkas la legaĵojn kaj notas ĉion en protokolo.
Tio estas, ni rekonstruis datumajn arojn pri kio funkciis en kia reĝimo, kiom da fuelo estis provizita, kia temperaturo kaj vaporkonsumo estis, kaj kiom da termika kaj elektra energio akiris ĉe la eligo. El miloj da tiaj aroj, estis necese kolekti la karakterizaĵojn de ĉiu nodo. Feliĉe, ni povis ludi ĉi tiun Data Mining-ludon dum longa tempo.
Priskribi tiajn kompleksajn objektojn uzante matematikajn modelojn estas ekstreme malfacila. Kaj estas eĉ pli malfacile pruvi al la ĉefinĝeniero, ke nia modelo ĝuste kalkulas la funkciajn reĝimojn de la stacio. Sekve, ni prenis la vojon uzi specialajn inĝenierajn sistemojn, kiuj ebligas al ni kunveni kaj sencimigi modelon de termika centralo bazita sur la dezajno kaj teknologiaj trajtoj de la ekipaĵo. Ni elektis la programaron Termoflow de la usona kompanio TermoFlex. Nun aperis rusaj analogoj, sed tiutempe ĉi tiu aparta pakaĵo estis la plej bona en sia klaso.
Por ĉiu unuo, ĝia dezajno kaj ĉefaj teknologiaj karakterizaĵoj estas elektitaj. La sistemo permesas vin priskribi ĉion tre detale kaj sur la logika kaj fizika niveloj, ĝuste ĝis indiki la gradon de deponaĵoj en la varmointerŝanĝaj tuboj.
Kiel rezulto, la modelo de la termika cirkvito de la stacio estas priskribita vide laŭ energiaj teknologoj. Teknologoj ne komprenas programadon, matematikon kaj modeladon, sed ili povas elekti la dezajnon de unuo, la enigojn kaj elirojn de unuoj kaj specifi parametrojn por ili. Tiam la sistemo mem elektas la plej taŭgajn parametrojn, kaj la teknologo rafinas ilin por akiri maksimuman precizecon por la tuta gamo de operaciaj modoj. Ni starigis celon por ni mem - certigi modelan precizecon de 2% por la ĉefaj teknologiaj parametroj kaj atingis ĉi tion.
Ĉi tio montriĝis ne tiel facila por fari: la komencaj datumoj ne estis tre precizaj, do dum la unuaj du monatoj ni ĉirkaŭiris la termikan centralon kaj mane legis la nunajn indikilojn de la premomezuriloj kaj agordis la modelon al la. realaj kondiĉoj. Unue ni faris modelojn de turbinoj kaj vaporkaldronoj. Ĉiu turbino kaj vaporkaldrono estis kontrolitaj. Por testi la modelon, laborgrupo estis kreita kaj reprezentantoj de la termika centralo estis inkluzivitaj en ĝi.
Poste ni kunvenis ĉiujn ekipaĵojn en ĝeneralan skemon kaj agordis la CHP-modelon entute. Mi devis fari iom da laboro ĉar estis multaj kontraŭdiraj datumoj en la arkivoj. Ekzemple, ni trovis reĝimojn kun ĝenerala efikeco de 105%.
Kiam vi kunvenas kompletan cirkviton, la sistemo ĉiam konsideras la ekvilibran reĝimon: materialaj, elektraj kaj termikaj ekvilibroj estas kompilitaj. Poste, ni taksas kiel ĉio kunvenita respondas al la realaj parametroj de la reĝimo laŭ indikiloj de la instrumentoj.
Kio okazis
Kiel rezulto, ni ricevis precizan modelon de la teknikaj procezoj de la termika centralo, bazita sur la realaj karakterizaĵoj de la ekipaĵo kaj historiaj datumoj. Tio permesis al prognozoj esti pli precizaj ol bazite sur testkarakterizaĵoj sole. La rezulto estas simulilo de realaj plantprocezoj, cifereca ĝemelo de termika centralo.
Ĉi tiu simulilo ebligis analizi "kio se..." scenaroj bazitaj sur donitaj indikiloj. Ĉi tiu modelo ankaŭ estis utiligita por solvi la problemon de optimumigado de la funkciado de reala stacio.
Estis eble efektivigi kvar optimumigajn kalkulojn:
- La stacia deĵormanaĝero scias la varmprovizohoraron, la komandoj de la sistemfunkciigisto estas konataj, kaj la elektroprovizohoraro estas konata: kiu ekipaĵo prenos kiujn ŝarĝojn por akiri maksimumajn marĝenojn.
- Elektante la konsiston de ekipaĵo surbaze de la merkatpreza prognozo: por difinita dato, konsiderante la ŝarĝan horaron kaj prognozon de ekstera aera temperaturo, ni determinas la optimuman konsiston de la ekipaĵo.
- Sendu aplikojn sur la merkato tage anticipe: kiam la konsisto de la ekipaĵo estas konata kaj estas pli preciza prezo-prognozo. Ni kalkulas kaj sendas peton.
- La ekvilibra merkato jam estas ene de la nuna tago, kiam la elektraj kaj termikaj horaroj estas fiksitaj, sed plurfoje tage, ĉiujn kvar horojn, komercado estas lanĉita sur la ekvilibra merkato, kaj vi povas prezenti peton: "Mi petas vin aldoni. 5 MW al mia ŝarĝo." Ni devas trovi la agojn de plia ŝarĝo aŭ malŝarĝo kiam ĉi tio donas la maksimuman marĝenon.
Testoj
Por ĝusta testado, ni bezonis kompari la normajn ŝarĝajn reĝimojn de la staciaj ekipaĵoj kun niaj kalkulitaj rekomendoj sub la samaj kondiĉoj: ekipaĵo-konsisto, ŝarĝhoraroj kaj vetero. Dum kelkaj monatoj, ni elektis kvar ĝis ses horajn intervalojn de la tago kun stabila horaro. Ili venis al la stacidomo (ofte nokte), atendis, ke la stacidomo atingos operacian reĝimon, kaj nur tiam kalkulis ĝin en la simula modelo. Se la stacia deĵorkontrolisto estis kontentigita pri ĉio, tiam la operacianta personaro estis sendita por turni la valvojn kaj ŝanĝi la ekipaĵreĝimojn.
La antaŭaj kaj postaj indikiloj estis komparitaj post la fakto. Dum pinttempoj, tage kaj nokte, semajnfinoj kaj labortagoj. En ĉiu reĝimo, ni atingis ŝparojn pri fuelo (en ĉi tiu tasko, la marĝeno dependas de fuelkonsumo). Tiam ni tute ŝanĝis al novaj reĝimoj. Oni devas diri, ke la stacio rapide kredis je la efikeco de niaj rekomendoj, kaj ĉe la fino de la testoj ni ĉiam pli rimarkis, ke la ekipaĵo funkcias en la reĝimoj, kiujn ni antaŭe kalkulis.
Projektorezulto
Instalaĵo: CHP kun krucaj konektoj, 600 MW da elektra potenco, 2 Gcal da termika potenco.
Teamo: CROC - sep homoj (teknologiaj fakuloj, analizistoj, inĝenieroj), CHPP - kvin homoj (komercaj fakuloj, ĉefaj uzantoj, specialistoj).
Efektivperiodo: 16 monatoj.
Rezulto:
- Ni aŭtomatigis la komercajn procezojn de konservado de reĝimoj kaj laborado sur la pogranda merkato.
- Faritaj plenskalaj testoj konfirmante la ekonomian efikon.
- Ni ŝparis 1,2% de brulaĵo pro la redistribuo de ŝarĝoj dum funkciado.
- Ŝparis 1% de fuelo danke al mallongdaŭra ekipaĵplanado.
- Ni optimumigis la kalkulon de etapoj de aplikoj sur la DAM laŭ la kriterio de maksimumigi marĝenan profiton.
La fina efiko estas ĉirkaŭ 4%.
La laŭtaksa repago periodo de la projekto (ROI) estas 1-1,5 jaroj.
Kompreneble, por efektivigi kaj testi ĉion ĉi, ni devis ŝanĝi multajn procezojn kaj proksime labori kaj kun la administrado de la termika centralo kaj la generanta kompanio entute. Sed la rezulto certe valoris ĝin. Eblis krei ciferecan ĝemelon de la stacio, evoluigi optimumajn planajn procedurojn kaj akiri realan ekonomian efikon.
fonto: www.habr.com