{"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\/es\/blog\/administrirovanie\/modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika","title":{"rendered":"Modelado del funcionamiento de una central el\u00e9ctrica real para optimizar los modos: vapor y matem\u00e1ticas","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Modelado
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\nHay una gran central t\u00e9rmica. Funciona como de costumbre: quema gas, produce calor para calentar casas y electricidad para la red general. La primera tarea es la calefacci\u00f3n. La segunda, vender toda la electricidad producida en el mercado mayorista. A veces, a\u00fan en fr\u00edo con cielo despejado, cae nieve, pero esto es un efecto secundario del funcionamiento de las torres de enfriamiento.<\/p>\n

Una central t\u00e9rmica promedio consta de un par de docenas de turbinas y calderas. Si se conocen con precisi\u00f3n los vol\u00famenes necesarios de producci\u00f3n de electricidad y calor, la tarea se reduce a minimizar los costos de combustible. En este caso, el c\u00e1lculo se basa en la selecci\u00f3n de la composici\u00f3n y el porcentaje de carga de turbinas y calderas para lograr la m\u00e1xima eficiencia operativa del equipo. La eficiencia de turbinas y calderas depende en gran medida del tipo de equipo, del tiempo de funcionamiento sin reparaci\u00f3n, del modo de operaci\u00f3n y muchas otras cosas. Existe tambi\u00e9n otra tarea, en la que, dada la informaci\u00f3n sobre los precios de la electricidad y los vol\u00famenes de calor, se debe decidir cu\u00e1nta electricidad producir y vender para obtener la m\u00e1xima ganancia en el mercado mayorista. En este caso, el factor de optimizaci\u00f3n \u2014la ganancia y la eficiencia del equipo\u2014 tiene mucha menos importancia. El resultado puede ser un r\u00e9gimen en el que el equipo opera de manera absolutamente ineficiente, pero todo el volumen de electricidad producida se puede vender con el m\u00e1ximo margen. <\/p>\n

En teor\u00eda, todo esto est\u00e1 claro y suena bonito. El problema es c\u00f3mo hacerlo en la pr\u00e1ctica. Comenzamos la simulaci\u00f3n del funcionamiento de cada unidad de equipo y de toda la estaci\u00f3n en su conjunto. Fuimos a la central t\u00e9rmica y comenzamos a recopilar par\u00e1metros de todos los nodos, midiendo sus caracter\u00edsticas reales y evaluando su funcionamiento en diferentes modos. Sobre esta base, creamos modelos precisos para simular el funcionamiento de cada unidad de equipo y los utilizamos para c\u00e1lculos de optimizaci\u00f3n. Adelant\u00e1ndome, dir\u00e9 que logramos un aumento real de aproximadamente el 4 % en la eficiencia simplemente gracias a las matem\u00e1ticas.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Lo logramos. Pero antes de describir nuestras soluciones, contar\u00e9 c\u00f3mo funciona la central t\u00e9rmica desde el punto de vista de la l\u00f3gica de toma de decisiones. <\/p>\n

Cosas b\u00e1sicas<\/h3>\n

\nLos elementos principales de una central el\u00e9ctrica son las calderas y las turbinas. Las turbinas son impulsadas por vapor de alta presi\u00f3n, que a su vez hace girar los generadores el\u00e9ctricos, produciendo electricidad. El exceso de energ\u00eda del vapor se utiliza para calefacci\u00f3n y agua caliente. Las calderas son los lugares donde se genera vapor. El calentamiento de la caldera y la aceleraci\u00f3n de la turbina de vapor requieren mucho tiempo (horas), lo que conlleva una p\u00e9rdida directa de combustible. Lo mismo ocurre con los cambios de carga. Es necesario planificar estas cosas con antelaci\u00f3n. <\/p>\n

El equipo de la central termoel\u00e9ctrica tiene un m\u00ednimo t\u00e9cnico, que incluye un modo de operaci\u00f3n m\u00ednimo, pero estable, que puede proporcionar una cantidad suficiente de calor a hogares y consumidores industriales. Por lo general, la cantidad necesaria de calor depende directamente del clima (temperatura del aire). <\/p>\n

Cada unidad tiene una curva de eficiencia y un punto de m\u00e1xima eficiencia: a cierta carga, cierta caldera y cierta turbina producen electricidad de la manera m\u00e1s econ\u00f3mica. Econ\u00f3mica en el sentido de que tiene el menor consumo espec\u00edfico de combustible. <\/p>\n

La mayor\u00eda de las centrales termoel\u00e9ctricas en Rusia tienen conexiones en paralelo, donde todas las calderas funcionan para un solo colector de vapor y todas las turbinas tambi\u00e9n se alimentan de un solo colector. Esto a\u00f1ade flexibilidad a la carga del equipo, pero complica mucho los c\u00e1lculos. Tambi\u00e9n hay ocasiones en que el equipo de la estaci\u00f3n se divide en partes que funcionan en diferentes colectores con diferentes presiones de vapor. Y si a\u00f1adimos los gastos de necesidades internas, como el funcionamiento de bombas, ventiladores, torres de refrigeraci\u00f3n y, para no ocultarlo, saunas justo detr\u00e1s de la valla de la central, entonces ya ser\u00eda muy complicado.<\/p>\n

Las caracter\u00edsticas de todo el equipo son no lineales. Cada unidad tiene una curva con zonas donde la eficiencia es m\u00e1s alta y m\u00e1s baja. Esto depende de la carga: a un 70 % de carga, la eficiencia ser\u00e1 una, y a un 30 % ser\u00e1 otra. <\/p>\n

El equipo var\u00eda en sus caracter\u00edsticas. Hay turbinas y calderas nuevas y viejas, y hay unidades de diferentes dise\u00f1os. Al seleccionar adecuadamente el equipo y cargarlo de manera \u00f3ptima en los puntos de m\u00e1xima eficiencia, se puede reducir el consumo de combustible, lo que lleva a un ahorro de costos o a una mayor rentabilidad. <\/p>\n

\"Modelado
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\u00bfC\u00f3mo sabe la central termoel\u00e9ctrica cu\u00e1nta energ\u00eda necesita producir?<\/h3>\n

\nLa planificaci\u00f3n se realiza con tres d\u00edas de antelaci\u00f3n: tres d\u00edas antes se conoce la composici\u00f3n del equipo programado. Estas son las turbinas y calderas que estar\u00e1n activas. En t\u00e9rminos simples, sabemos que hoy funcionar\u00e1n cinco calderas y diez turbinas. No podemos encender otro equipo o apagar el programado, pero podemos cambiar la carga de cada caldera desde el m\u00ednimo hasta el m\u00e1ximo, y en las turbinas, aumentar y disminuir la potencia. El cambio de m\u00e1ximo a m\u00ednimo toma entre 15 y 30 minutos, dependiendo de la unidad de equipo. Aqu\u00ed la tarea es sencilla: elegir los modos \u00f3ptimos y mantenerlos teniendo en cuenta los ajustes operativos. <\/p>\n

\"Modelado
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\n\u00bfDe d\u00f3nde proviene esta composici\u00f3n de equipo?<\/b> Se determin\u00f3 a partir de los resultados de las subastas en el mercado mayorista. Hay un mercado de potencia y de electricidad. En el mercado de potencia, los productores presentan ofertas: \"Hay tal equipo, estas son las potencias m\u00ednima y m\u00e1xima teniendo en cuenta el mantenimiento programado. Podemos ofrecer 150 MW a este precio, 200 MW a este precio, y 300 MW a este precio\". Estas son ofertas a largo plazo. Por otro lado, los grandes consumidores tambi\u00e9n presentan solicitudes: \"Necesitamos tanta energ\u00eda\". Los precios espec\u00edficos se determinan en el momento en que se cruzan las capacidades que los productores de energ\u00eda pueden ofrecer y lo que los consumidores quieren comprar. Estas capacidades se determinan para cada hora del d\u00eda.<\/p>\n

\"Modelado
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\nPor lo general, las centrales t\u00e9rmicas mantienen una carga aproximadamente constante durante toda la temporada: en invierno, el producto prioritario es el calor, y en verano, la electricidad. Las fuertes desviaciones suelen estar relacionadas con alg\u00fan tipo de accidente en la propia planta o en plantas el\u00e9ctricas adyacentes dentro de la misma zona de precios del mercado mayorista. Pero siempre hay fluctuaciones, y estas fluctuaciones afectan significativamente la eficiencia econ\u00f3mica de la operaci\u00f3n de la planta. La potencia necesaria se puede obtener con tres calderas funcionando al 50 % de su carga o con dos al 75 %, observando cu\u00e1l de ellas es m\u00e1s eficiente. <\/p>\n

La rentabilidad depende de los precios del mercado y del costo de producci\u00f3n de energ\u00eda. En el mercado, los precios pueden darse de tal manera que resulte rentable quemar combustible, pero vender bien la electricidad. Puede suceder tambi\u00e9n que, en un momento dado, sea necesario reducirse al m\u00ednimo t\u00e9cnico y minimizar p\u00e9rdidas. Tambi\u00e9n es importante tener en cuenta las reservas y el costo del combustible: el gas natural, por ejemplo, suele estar limitado, y el gas excesivo es significativamente m\u00e1s caro, sin mencionar el fuel\u00f3leo. Todo esto requiere modelos matem\u00e1ticos precisos para entender qu\u00e9 solicitudes presentar y c\u00f3mo reaccionar a las circunstancias cambiantes. <\/p>\n

C\u00f3mo se hac\u00eda antes de nuestra llegada<\/h3>\n

\nPr\u00e1cticamente en papel, con caracter\u00edsticas del equipo que no son muy precisas, con una gran variaci\u00f3n respecto a la realidad. Inmediatamente despu\u00e9s de las pruebas del equipo, en el mejor de los casos, tendr\u00e1n un margen de m\u00e1s o menos 2 % respecto a la realidad, y ya despu\u00e9s de un a\u00f1o, m\u00e1s o menos 7-8 %. Las pruebas se realizan cada cinco a\u00f1os, a menudo con menor frecuencia.<\/p>\n

El siguiente punto es que todos los c\u00e1lculos se realizan en un combustible condicional. En la URSS se adopt\u00f3 un esquema en el que se consideraba un cierto combustible condicional para comparar diferentes estaciones que utilizan fuel\u00f3leo, carb\u00f3n, gas, generaci\u00f3n nuclear, etc. Se necesitaba entender la eficiencia de cada generador en \"papagayos\", y el combustible condicional es precisamente ese \"papagayo\". Se determina por el poder calor\u00edfico del combustible: una tonelada de combustible condicional equivale aproximadamente a una tonelada de carb\u00f3n mineral. Existen tablas de conversi\u00f3n para diferentes tipos de combustible. Por ejemplo, para el carb\u00f3n lignito, los indicadores son casi el doble de desfavorables. Pero el poder calor\u00edfico no est\u00e1 relacionado con los rublos. Es como la gasolina y el diesel: no es un hecho que si el diesel cuesta 35 rublos y el 92 cuesta 32 rublos, el diesel ser\u00e1 m\u00e1s eficiente en t\u00e9rminos de poder calor\u00edfico. <\/p>\n

El tercer factor es la complejidad de los c\u00e1lculos. Condicionalmente, bas\u00e1ndose en la experiencia del empleado, se calculan dos o tres opciones, y m\u00e1s a menudo se elige el modo mejor de los per\u00edodos anteriores para cargas y condiciones clim\u00e1ticas similares. Naturalmente, los empleados creen que eligen los modos m\u00e1s \u00f3ptimos y consideran que ning\u00fan modelo matem\u00e1tico los superar\u00e1 jam\u00e1s. <\/p>\n

Llegamos. Para resolver la tarea, preparamos un gemelo digital: un modelo de simulaci\u00f3n de la estaci\u00f3n. Esto implica que, mediante enfoques especiales, simulamos todos los procesos tecnol\u00f3gicos para cada unidad de equipos, equilibramos los balances de vapor y energ\u00eda y obtenemos un modelo preciso del funcionamiento de la central t\u00e9rmica. <\/p>\n

Para crear el modelo, utilizamos: <\/p>\n