On suur TÄTS. See töötab nagu tavaliselt: põletab gaasi, toodab soojust kodude kütmiseks ja elektrit üldvõrgule. Esimene ülesanne on küte. Teine — müüa kogu toodetud elekter hulgiturul. Mõnikord, kui külm ja selge taevas, ilmub lund, kuid see on jahutusornamentide töö kõrvaltoime.
Keskmine TÄTS koosneb paarist tosinast turbiinist ja katlast. Kui on täpselt teada vajalikud elektri ja soojuse tootmisajad, siis ülesanne seisneb kütusekulude minimeerimises. Sel juhul arvutamine tähendab turbiinide ja katelde kooseisude ja koormuse protsentide valimist, et saavutada seadmete võimalikult kõrge efektiivsus. Turbiinide ja katelde efektiivsus sõltub tugevalt seadme tüübist, tööajast ilma remondita, töörežiimist ja paljust muust. On ka teine ülesanne, kus teadaolevate elektrihindade ja soojuse mahtude juures tuleb otsustada, kui palju elektrit toota ja müüa, et saada maksimaalne kasum hulgiturul. Siis on optimeerimise teguriks kasum ja seadmete efektiivsus, millel on palju väiksem tähendus. Tulemus võib olla režiim, kus seade töötab täiesti ebaefektiivselt, kuid kogu toodetud elektrihulk on võimalik müüa maksimaalse marginaaliga.
Teoorias on see kõik ammu selge ja kõlab kaunilt. Probleem on selles, kuidas seda praktikas teha. Me alustasime iga seadme ja kogu jaama töö simulatsiooni modelleerimist. Käisime TÄTS-is ja hakkasime koguma kõigi elementide parameetreid, mõõtes nende tegelikke omadusi ja hindades tööd erinevates režiimides. Nende alusel lõime täpsed mudelid iga seadme töö simuleerimiseks ja kasutasime neid optimeerimisarvutustes. Eelnevalt võib öelda, et saime 4% reaalsest efektiivsusest lihtsalt matemaatika abil.
See õnnestus. Kuid enne meie lahenduste kirjelduse juurde asumist räägin, kuidas TÄTS töötab otsustusloogika vaatenurgast.
Põhilised asjad
Jaama peamised elemendid on katlad ja turbiinid. Turbiinid pöörduvad kõrgsurveauru tõttu, pöörates omakorda elektrigeneraatoreid, mis toodavad elektrienergiat. Aurujääkide energia kasutatakse küttesüsteemide ja kuuma vee jaoks. Katlad on kohad, kus auru toodetakse. Katla soojendamine ja auruturbiini käivitamine võtab väga palju aega (tunde), mis toob endaga kaasa kütuse otsekadusid. Sama kehtib koormuse muutmise kohta. Selliseid asju tuleb ette planeerida.
TÜV tehase seadmetel on tehniline miinimum, mis hõlmab minimaalset, kuid stabiilset töörežiimi, mille käigus saab pakkuda piisavalt soojust kodudele ja tööstuslikele tarbijatele. Üldjuhul sõltub vajalik soojus suures osas ilmast (õhutemperatuurist).
Igal seadmel on efektiivsuse kõver ja maksimaalse tööefektiivsuse punkt: teatud koormuse juures annab teatud katel ja teatud turbiin kõige odavamat elektrienergiat. Odav — mõttes minimaalne kütusekasutuse määr.
Enamik meie Venemaa TÜV-dest on paigaldatud paralleelselt, kus kõik katlad töötavad ühe aurukollektori peal ja kõik turbiinid saavad samuti toidet ühelt kollektorilt. See lisab seadmete koormuse reguleerimise osas paindlikkust, kuid muudab arvutused keeruliseks. Juhtub ka, et jaama seadmed jagatakse osadeks, mis töötavad erinevate kollektorite peal erineva aururõhu juures. Ja kui arvestada sisemiste vajaduste, nagu pumpade, ventilaatoreid, jahutus torne ja küll, esitades saunade kõrvale TÜV-s, kulusid, siis siin läheb asi tõeliselt keeruliseks.
Kogu seadmete omadused on mittelineaarsed. Igal seadmel on kõver, kus efektiivsus on kõrgem ja madalam. See sõltub koormusest: 70% juures on efektiivsus ühte tüüpi, 30% juures - teist tüüpi.
Seadmed erinevad omaduste poolest. On uusi ja vanu turbiine ja katla, on erinevat konstruktsiooni seadmeid. Korralikult valides seadmed ja optimaalselt neid laadides efektiivsuse maksimaalse punktide juures, on võimalik kütusekulu vähendada, mis viib kulude kokkuhoiuni või suurema kasumlikkuseni.
Kust TÜV teab, kui palju energiat toota?
Planeerimine toimub kolme päeva jooksul ette: kolme päeva jooksul selgub planeeritud seadmete koosseis. Need on turbiinid ja katlad, mis aktiveeritakse. Üldiselt teame, et täna töötavad viis katlat ja kümme turbiini. Me ei saa sisse lülitada teisi seadmeid ega välja lülitada planeeritud seadmeid, kuid saame muuta igale katlale koormust minimaalsest maksimumini, ja turbiinide puhul suurendada või vähendada võimsust. Üleminek maksimumilt minimaalsele toimub 15 kuni 30 minuti jooksul, olenevalt seadmest. Siin on ülesanne lihtne: valida optimaalsed režiimid ja hoida neid, arvestades operatiivkorrektsioone.
Kust pärineb see seadmete koosseis? See määratakse välja korraldatud kauplemise tulemuste põhjal. On olemas võimsuse ja elektrienergia turg. Võimsuse turul esitavad tootjad taotluse: „Meil on selline seadmed, siin on minimaalsed ja maksimaalsed võimsused, arvestades plaanilist hooldust. Saame anda 150 MW sellise hinnaga, 200 MW – sellise hinnaga, ja 300 MW – sellise hinnaga“. Need on pikaajalised taotlused. Teiselt poolt esitavad suured tarbijad samuti taotlusi: „Meil on vaja nii palju energiat“. Konkreetsed hinnad määratakse hetkedel, kui tootjad võivad anda ja tarbijad soovivad võtta. Need võimsused määratakse igaks tunniks päevas.
Tavaliselt kannab CHP umbes ühtlast koormust kogu hooaja vältel: talvel on esmatähtis kaupa – soojus, suvel – elektrienergia. Suured kõrvalekalded on enamasti seotud mõne õnnetusega isejaamas või naaberelektrijaamades ühes hinnakategoorias. Kuid alati on kõikumisi, ja need kõikumised mõjutavad tugevalt jaama majanduslikku efektiivsust. Vajaduse korral võib saavutada kolme katla abil 50% koormuse või kahega 75% koormusega ja vaadata, mis on sel juhul efektiivsem.
Marginaalsus sõltub turuhindadest ja elektritootmise üksikkuludest. Turg võib kujundada sellised hinnad, et on kasulik kütust ära põletada, kuid müüa elektrit soodsalt. Võib juhtuda ka, et kindlal hetkel tuleb minna tehnilisse miinimumi ja kärpida kahjumit. Samuti tuleb meeles pidada varude ja kütuse hindade kohta: sama maagaas on tavaliselt piiratud, samas kui ületav maagaas on märkimisväärselt kallim, rääkimata raskest kütusest. Kõik see nõuab täpseid matemaatilisi mudeleid, et mõista, milliseid taotlusi esitada ja kuidas reageerida muutuvatele oludele.
Kuidas see tehti enne meie tulekut
Praktiliselt paberil mitte väga täpsete seadmete omaduste põhjal, mis võivad erineda tegelikest. Koheselt pärast seadmete katsetusi, parimal juhul, on need plus-miinus 2% tegelikkusest, aga aasta pärast - plus-miinus 7-8%. Katseid tehakse iga viie aasta tagant, tihti harvem.
Järgmine punkt on see, et kõik arvutused tehakse tinglikult kütusel. Nõukogude Liidus kehtis skeem, kus arvati mingit tinglikku kütust erinevate jaamade võrreldamiseks, nagu raskekütus, süsi, gaas, ning aatomienergia jne. Pidi välja selgitama iga generaatori efektiivsuse 'papagoide' järgi, ning tinglik kütus just oligi see sama 'papagoid'. Seda määratakse kütuse kalorsuse järgi: üks tonn tinglikku kütust on umbes võrdne ühe tonniga kivisüsi. Erinevate kütusetüüpide konverteerimistabelid on olemas. Näiteks pruuni süsiniku puhul on näitajad peaaegu kaks korda halvemad. Aga kalorsus ei ole seotud rubli väärtusega. See on nagu bensiin ja diisel: ei ole kindel, et kui diisel maksab 35 rubla ja 92. bensiin 32 rubla, et diisel on kalorsuse poolest efektiivsem.
Kolmas tegur on arvutuste keerukus. Tinglikult lähtutakse töötaja kogemusest ja arvutatakse kaks-kolm varianti, sageli valitakse ajaloo põhjal parim režiim sarnaste koormuste ja ilmateenuste jaoks. Loomulikult usuvad töötajad, et nad valivad kõige optimaalsemad režiimid ning arvavad, et mingid matemaatilised mudelid ei suuda neid kunagi üleolevalt ületada.
Me tuleme. Ülesande lahendamiseks valmistame digitaalse kaksiku — simuleeritud mudeli jaamast. See on siis, kui me spetsiaalsete lähenemisviiside abil simuleerime kõik tehnoloogilised protsessid iga seadme puhul, koondame aurustamis- ja energia tasakaalu ning saame TÉC-i töö täpse mudeli.
Mudeli loomiseks kasutame:
- Seadmete konstruktsiooni ja tehnilisi omadusi.
- Omadused viimaste seadmete katsetuste tulemustest: jaamas katsetatakse ja täpsustatakse seadmete omadusi iga viie aasta tagant.
- Andmed ASU TP arhiivides ja kõigis kergesti kättesaadavates tehnoloogiliste näitajate, kütuse ja soojustootmise ning elektri arvestussüsteemides. Eelkõige andmed sooja ja elektri väljastamise arvestussüsteemidest ning telemehaanika süsteemidest.
- Andmed lindiliste ja ringikujuliste paberdiagrammide pealt. Jah, selliseid analooge seadmete tööparameetrite salvestamiseks kasutatakse endiselt Venemaa elektrijaamades ja me digitaliseerime need.
- Paberivihikud jaamades, kus pidevalt registreeritakse põhinäitajad, sealhulgas need, mida ASU TP andurid ei registreeri. Käija jääb igal neljal korral, kopeerib näidud ja kirjutab kõik päevikusse.
See tähendab, et meil on taastatud andmekogud selle kohta, kuidas igas režiimis töötati, kui palju kütust tarniti, milline oli temperatuuri ja auru tarbimise suhe ning kui palju sooja ja elektrienergiat saadi väljundis. Paljude selliste komplektide seast pidime saama iga üksuse omadused. Õnneks oleme juba ammu andmeminimisega harjunud.
Selliste keeruliste objektide kirjeldamine matemaatiliste mudelite abil on äärmiselt keeruline. Ja veelgi keerulisem on tõestada peainsenerile, et meie mudel arvutab jaama töörežiimid õigesti. Seetõttu läksime spetsialiseeritud insenerikomplekside kasutamise teed, mis võimaldavad koostada ja täiustada TÉC-i mudelit seadmete konstruktiivsete ja tehnoloogiliste omaduste põhjal. Valisime Termoflow tarkvara Ameerika ettevõttelt TermoFlex. Praegu on ilmunud Venemaa analoogid, kuid sel hetkel oli just see pakett oma klassis parim.
Iga agregaat valitakse välja selle konstruktsioon ja peamised tehnilised omadused. Süsteem võimaldab kirjeldada kõike väga põhjalikult nii loogilisel kui ka füüsilisel tasandil, kuni soojusvaheti torude setete määrani.
Tulemuseks on jaama soojusdiagrammi mudel, mis on visuaalselt välja toodud energiatehnoloogide terminoloogias. Tehnoloogid ei pruugi olla programmeerimise, matemaatika ja modelleerimise ekspert, kuid nad saavad valida sõlme konstruktsiooni, seadmete sisendid ja väljundid ning määrata nende parameetrid. Edasi valib süsteem ise sobivaimad parameetrid ja tehnoloog selgitab need täpselt välja, et saavutada maksimaalne täpsus igas töörežiimis. Meie eesmärgiks oli saavutada 2% täpsus peamistes tehnoloogilistes parameetrites ja me saavutasime selle.
Kuid selle saavutamine ei olnud nii lihtne: algandmed ei olnud eriti täpsed, seega esimese paari kuu jooksul käisime soojaelektrijaamades ja kirjutasime manomeetritelt käsitsi üles hetke näidud ja kohandasime mudelit tegelike režiimide järgi. Esmalt loodi turbiinide ja katelde mudelid. Iga turbiin ja katel viidi läbi hoolika kontrollimise. Mudeli kontrollimiseks loodi töörühm, kuhu kaasati TPP esindajad.
Seejärel kogusime kogu seadme ühte skeemi ja kohandasime TPP mudelit tervikuna. Töö tegemine osutus vajalikuks, kuna arhiivides leidus palju vastuolulisi andmeid. Näiteks leidsime režiime, kus kogutõhusus oli 105%.
Kuna kogu skeem on kokku pandud, arvutab süsteem alati tasakaalustatud režiimi: koostatakse materiaalsed, elektrilised ja soojusbilansid. Edasi hindame, kuidas kõik koos vastab tegelike režiimiparameetritele mõõturite näitude järgi.
Mis välja tuli
Lõpuks saime täpse TPP protsesside mudeli, mis põhineb seadmete tegelikel omadustel ja ajaloolistel andmetel. See võimaldas ennustada täpsemalt kui ainult katsete omaduste põhjal. Loodud sai jaama reaalse protsessi simulaator, digitaalne kaksik TPP.
Selles simulaatoris on loodud võimalus analüüsideks "mida, kui..." antud parameetrite kohaselt. Samuti kasutati seda mudelit reaalse jaama töö optimeerimise ülesande lahendamiseks.
Saime teostada neli optimeerimisarvutust:
- Jaama vahetuse juht tunneb soojuse puhkuse graafikut, on teada süsteemioperaatori meeskonnad, on teada elektri puhkuse graafik: millist varustust millised koormused võtta, et saavutada maksimaalne marginaalsus.
- Seadmestiku valik turuhinna prognoosi alusel: määrame antud kuupäeval koormusgraafiku ja välisõhu temperatuuri prognoosi arvesse võttes optimaalse seadmete koosseisu.
- Taotlemine turul päev ette: kui seadmete koosseis on paigas ja on olemas täpsem hinnaprognoos. Arvutame ja esitame taotluse.
- Tasakaalustav turg — juba käimasolevate päevade jooksul, kui elektri- ja soojusgraafikud on fikseeritud, kuid mitu korda päevas iga nelja tunni tagant käivitatakse kaubandust tasakaalustaval turul ning saab esitada taotluse: "Palun laadige mind 5 MW võrra juurde." Peame leidma lisakoormuse või mahalaadimise osakaale, kui see toob maksimaalse marginaali.
Katsed
Korreksete katsete jaoks pidime võrreldama jaama seadmete standardkoormuse režiime meie arvutatud soovitustega samaaegsetes tingimustes: seadmete koosseis, koormusgraafikud ja ilmastikuolud. Kaks kuud valisime stabiilse graafikuga nelja–kuu tunni intervallid. Käisime jaamas (tihti öösel), ootasime, kuni jaam jõuab režiimi, ja alles seejärel arvutasime selle simulatsioonimudelis. Kui jaama vahetuse juht oli rahul, saatsime operatiivpersonali klapidele keerama ja seadmete režiime muutma.
Võrdlesime näitajaid enne ja pärast. Tippajal, päeval ja öösel, nädalavahetustel ja tööpäevadel. Igast režiimist saime kütuse kokkuhoidu (selles ülesandes sõltub marginaal kütuse tarbimisest). Siis läksime täielikult uutele režiimidele üle. Tuleb öelda, et jaamas usuti üsna kiiresti meie soovituste efektiivsusesse ning katsete lõpu lähenedes märkasime üha sagedamini, et seadmed töötavad meie varasema arvutuse järgi režiimides.
Projekti tulemus
Objekt: SOOJUSKESKUS ristuvate sidemete ja 600 MW elektrivõimsusega, 2400 Gcal - soojuslik.
Meeskond: KROK - seitse inimest (tehnikaeksperdid, analüütikud, insenerid), SOOJUSKESKUS - viis inimest (ärieksperdid, peamised kasutajad, spetsialistid).
Teostamise aeg: 16 kuud.
Tulemused:
- Automatiseeritud äri protsesside juhtimise ja töö tegemine hulgiturul.
- Viiud läbi reaalmaailma katseid, mis tõendavad majanduslikku mõju.
- Säästetud 1,2% kütust koormuste ümberjaotamise tõttu juhtimise ajal.
- Säästetud 1% kütust tänu lühiajalisele seadmete koostöö planeerimisele.
- Optimeeritud RCV taotluste astete arvutamine maksimaalse marginaalset kasumit saavutamise kriteeriumina.
Lõpptulemus — umbes 4%.
Projekti tasuvuse (ROI) hinnanguline tähtaeg — 1–1,5 aastat.
Muidugi, et seda kõike rakendada ja testida, tuli muuta palju protsesse ja töötada tihedas koostöös nii TPP juhtkonnaga kui ka genereeriva ettevõttega tervikuna. Kuid tulemus oli kindlasti seda väärt. Õnnestus luua jaama digitaalne kaksik, välja töötada optimeerimisplaneerimise protseduurid ja saavutada reaalne majanduslik mõju.
Allikas: habr.com
