{"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\/fr\/blog\/administrirovanie\/modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika","title":{"rendered":"Mod\u00e9lisation du fonctionnement d'une vraie centrale thermique pour optimiser les r\u00e9gimes : vapeur et math\u00e9matiques","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Mod\u00e9lisation
\n
\nIl y a une grande centrale thermique. Elle fonctionne comme d'habitude : br\u00fble du gaz, produit de la chaleur pour le chauffage des maisons et de l'\u00e9lectricit\u00e9 pour le r\u00e9seau g\u00e9n\u00e9ral. La premi\u00e8re t\u00e2che est le chauffage. La seconde consiste \u00e0 vendre toute l'\u00e9lectricit\u00e9 produite sur le march\u00e9 de gros. Parfois, lors de gel\u00e9es sous un ciel clair, la neige appara\u00eet, mais c'est un effet secondaire du fonctionnement des tours de refroidissement.<\/p>\n

Une centrale thermique moyenne se compose de quelques dizaines de turbines et de chaudi\u00e8res. Si les volumes n\u00e9cessaires de production d'\u00e9lectricit\u00e9 et de chaleur sont connus avec pr\u00e9cision, la t\u00e2che se r\u00e9sume \u00e0 minimiser les co\u00fbts de combustible. Dans ce cas, le calcul se concentre sur le choix de la composition et du pourcentage de charge des turbines et des chaudi\u00e8res pour atteindre le rendement \u00e9nerg\u00e9tique le plus \u00e9lev\u00e9. Le rendement des turbines et des chaudi\u00e8res d\u00e9pend fortement du type d'\u00e9quipement, du temps de fonctionnement sans maintenance, du mode de fonctionnement et de bien d'autres facteurs. Il existe aussi un autre probl\u00e8me o\u00f9, avec des prix connus de l'\u00e9lectricit\u00e9 et des volumes de chaleur, il faut d\u00e9terminer combien produire et vendre d'\u00e9lectricit\u00e9 pour obtenir le maximum de profit sur le march\u00e9 de gros. Dans ce cas, le facteur d'optimisation \u2014 le profit et le rendement de l'\u00e9quipement \u2014 est beaucoup moins important. Le r\u00e9sultat peut \u00eatre un mode o\u00f9 l'\u00e9quipement fonctionne de mani\u00e8re absolument inefficace, mais tout le volume d'\u00e9lectricit\u00e9 produit peut \u00eatre vendu avec la marge maximale. <\/p>\n

En th\u00e9orie, tout cela est clair depuis longtemps et sonne bien. Le probl\u00e8me est comment le faire en pratique. Nous avons commenc\u00e9 \u00e0 mod\u00e9liser par simulation le fonctionnement de chaque unit\u00e9 d'\u00e9quipement et de l'ensemble de la centrale. Nous sommes arriv\u00e9s \u00e0 la centrale et avons commenc\u00e9 \u00e0 recueillir les param\u00e8tres de tous les n\u0153uds, en mesurant leurs caract\u00e9ristiques r\u00e9elles et en \u00e9valuant le fonctionnement dans diff\u00e9rents modes. Sur cette base, nous avons cr\u00e9\u00e9 des mod\u00e8les pr\u00e9cis pour simuler le fonctionnement de chaque unit\u00e9 d'\u00e9quipement et les avons utilis\u00e9s pour des calculs d'optimisation. Pour anticiper, je dirai que nous avons gagn\u00e9 environ 4 % d'efficacit\u00e9 r\u00e9elle simplement gr\u00e2ce aux math\u00e9matiques.<\/a><\/noindex><\/p>\n

C'est r\u00e9ussi. Mais avant de d\u00e9crire nos solutions, je vais parler de la fa\u00e7on dont fonctionne une centrale thermique du point de vue de la logique de prise de d\u00e9cision. <\/p>\n

Choses de base<\/h3>\n

\nLes principaux \u00e9l\u00e9ments d'une centrale \u00e9lectrique sont les chaudi\u00e8res et les turbines. Les turbines sont entra\u00een\u00e9es par la vapeur \u00e0 haute pression, faisant ainsi tourner les g\u00e9n\u00e9rateurs \u00e9lectriques qui produisent de l'\u00e9lectricit\u00e9. L'\u00e9nergie r\u00e9siduelle de la vapeur sert au chauffage et \u00e0 l'eau chaude. Les chaudi\u00e8res sont les lieux o\u00f9 la vapeur est g\u00e9n\u00e9r\u00e9e. Le temps n\u00e9cessaire pour chauffer la chaudi\u00e8re et faire d\u00e9marrer la turbine \u00e0 vapeur est tr\u00e8s long (des heures), ce qui entra\u00eene une perte directe de combustible. Il en va de m\u00eame pour les variations de charge. Il est essentiel de planifier ces choses \u00e0 l'avance. <\/p>\n

L'\u00e9quipement de la centrale thermique a un minimum technique, qui inclut un mode de fonctionnement minimum, mais stable, permettant de fournir une quantit\u00e9 suffisante de chaleur aux foyers et aux consommateurs industriels. En g\u00e9n\u00e9ral, la quantit\u00e9 de chaleur n\u00e9cessaire d\u00e9pend directement des conditions climatiques (temp\u00e9rature de l'air). <\/p>\n

Chaque unit\u00e9 a une courbe de rendement et un point de rendement maximal : \u00e0 une certaine charge, telle chaudi\u00e8re et telle turbine produisent l'\u00e9lectricit\u00e9 la moins ch\u00e8re. Moins ch\u00e8re, en termes de consommation sp\u00e9cifique de combustible minimale. <\/p>\n

La plupart des centrales thermiques en Russie fonctionnent sur des connexions parall\u00e8les, o\u00f9 toutes les chaudi\u00e8res alimentent un collecteur de vapeur et toutes les turbines sont \u00e9galement aliment\u00e9es par un seul collecteur. Cela ajoute de la flexibilit\u00e9 dans le chargement de l'\u00e9quipement, mais complique fortement les calculs. Il arrive aussi que l'\u00e9quipement de la centrale soit divis\u00e9 en parties fonctionnant sur diff\u00e9rents collecteurs avec des pressions de vapeur diff\u00e9rentes. Et si l'on ajoute les d\u00e9penses pour les besoins internes - le fonctionnement des pompes, des ventilateurs, des refroidisseurs, et, avouons-le, des saunas juste derri\u00e8re la cl\u00f4ture de la centrale, cela devient vraiment compliqu\u00e9.<\/p>\n

Les caract\u00e9ristiques de tout l'\u00e9quipement sont non lin\u00e9aires. Chaque unit\u00e9 a une courbe avec des zones o\u00f9 le rendement est sup\u00e9rieur ou inf\u00e9rieur. Cela d\u00e9pend de la charge : \u00e0 70 %, le rendement sera l'un, \u00e0 30 %, il sera un autre. <\/p>\n

Les \u00e9quipements diff\u00e8rent par leurs caract\u00e9ristiques. Il existe des turbines et chaudi\u00e8res neuves et anciennes, ainsi que des unit\u00e9s de diff\u00e9rentes conceptions. En choisissant correctement l'\u00e9quipement et en le chargeant de mani\u00e8re optimale aux points de rendement maximal, il est possible de r\u00e9duire la consommation de combustible, ce qui conduit \u00e0 des \u00e9conomies de co\u00fbts ou \u00e0 une plus grande rentabilit\u00e9. <\/p>\n

\"Mod\u00e9lisation
\n<\/p>\n

Comment la centrale thermique sait-elle combien d'\u00e9nergie elle doit produire ?<\/h3>\n

\nLa planification s'effectue pour trois jours \u00e0 l'avance : trois jours avant, la composition pr\u00e9vue des \u00e9quipements devient connue. Ce sont les chaudi\u00e8res et turbines qui seront mises en service. En d'autres termes, nous savons qu'aujourd'hui, cinq chaudi\u00e8res et dix turbines fonctionneront. Nous ne pouvons pas allumer un autre \u00e9quipement ou \u00e9teindre celui pr\u00e9vu, mais nous pouvons ajuster la charge de chaque chaudi\u00e8re entre le minimum et le maximum, et moduler la puissance des turbines. L'\u00e9tape de maximum \u00e0 minimum prend entre 15 et 30 minutes selon l'unit\u00e9 de l'\u00e9quipement. Ici, la t\u00e2che est simple : choisir les modes optimaux et les maintenir en tenant compte des ajustements op\u00e9rationnels. <\/p>\n

\"Mod\u00e9lisation
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\nD'o\u00f9 provient cette composition d'\u00e9quipement ?<\/b> Elle est d\u00e9termin\u00e9e par les r\u00e9sultats des ench\u00e8res sur le march\u00e9 de gros. Il existe un march\u00e9 de la capacit\u00e9 et de l'\u00e9lectricit\u00e9. Sur le march\u00e9 de la capacit\u00e9, les producteurs soumettent une demande : \u00ab Nous avons tel \u00e9quipement, voici les puissances minimale et maximale en tenant compte des arr\u00eats programm\u00e9s pour maintenance. Nous pouvons fournir 150 MW \u00e0 tel prix, 200 MW \u00e0 tel prix, et 300 MW \u00e0 tel prix \u00bb. Ce sont des demandes \u00e0 long terme. D'un autre c\u00f4t\u00e9, de grands consommateurs soumettent \u00e9galement des demandes : \u00ab Nous avons besoin de telle quantit\u00e9 d'\u00e9nergie \u00bb. Les prix sp\u00e9cifiques sont d\u00e9termin\u00e9s au moment de l'intersection entre ce que les producteurs d'\u00e9nergie peuvent fournir et ce que les consommateurs veulent obtenir. Ces capacit\u00e9s sont d\u00e9termin\u00e9es pour chaque heure de la journ\u00e9e.<\/p>\n

\"Mod\u00e9lisation
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\nEn g\u00e9n\u00e9ral, une centrale thermique supporte une charge \u00e0 peu pr\u00e8s constante durant toute la saison : en hiver, le produit prioritaire est la chaleur, tandis qu'en \u00e9t\u00e9, c'est l'\u00e9lectricit\u00e9. De fortes fluctuations sont souvent li\u00e9es \u00e0 des accidents sur la centrale elle-m\u00eame ou sur des centrales \u00e9lectriques voisines dans une m\u00eame zone tarifaire du march\u00e9 de gros. Mais il y a toujours des variations, et ces variations affectent fortement l'efficacit\u00e9 \u00e9conomique de l'exploitation de la centrale. La puissance n\u00e9cessaire peut \u00eatre fournie par trois chaudi\u00e8res avec une charge de 50 % ou deux avec une charge de 75 %, et il convient de voir ce qui est plus efficace dans ce cas. <\/p>\n

La rentabilit\u00e9 d\u00e9pend des prix sur le march\u00e9 et du co\u00fbt de production d'\u00e9lectricit\u00e9. Il se peut que sur le march\u00e9, les prix se forgent de mani\u00e8re \u00e0 ce qu'il soit rentable de br\u00fbler le carburant, mais de bien vendre l'\u00e9lectricit\u00e9. Il se peut aussi qu'\u00e0 un moment donn\u00e9, il faille r\u00e9duire au minimum technique et diminuer les pertes. Il est \u00e9galement n\u00e9cessaire de tenir compte des r\u00e9serves et du co\u00fbt des combustibles : le gaz naturel, par exemple, est g\u00e9n\u00e9ralement limit\u00e9, tandis que le gaz exc\u00e9dentaire est nettement plus cher, sans parler du mazout. Tout cela n\u00e9cessite des mod\u00e8les math\u00e9matiques pr\u00e9cis pour comprendre quelles offres soumettre et comment r\u00e9agir aux circonstances changeantes. <\/p>\n

Comment cela se faisait avant notre arriv\u00e9e<\/h3>\n

\nPratiquement sur papier avec des caract\u00e9ristiques de mat\u00e9riel pas tr\u00e8s pr\u00e9cises, qui r\u00e9v\u00e8lent une grande divergence par rapport aux faits. Imm\u00e9diatement apr\u00e8s les tests de l'\u00e9quipement, dans le meilleur des cas, elles seront de plus ou moins 2 % par rapport \u00e0 la r\u00e9alit\u00e9, et apr\u00e8s un an, cela pourra aller jusqu'\u00e0 7-8 %. Les tests sont r\u00e9alis\u00e9s une fois tous les cinq ans, souvent moins fr\u00e9quemment.<\/p>\n

Le point suivant est que tous les calculs sont effectu\u00e9s en carburant conditionnel. En URSS, un sch\u00e9ma a \u00e9t\u00e9 adopt\u00e9 o\u00f9 un certain carburant conditionnel \u00e9tait utilis\u00e9 pour comparer diff\u00e9rentes centrales fonctionnant au mazout, au charbon, au gaz, \u00e0 la production nucl\u00e9aire, etc. Il fallait comprendre l'efficacit\u00e9 en 'unit\u00e9s' de chaque g\u00e9n\u00e9rateur, et le carburant conditionnel est cette unit\u00e9. Elle est d\u00e9termin\u00e9e par le pouvoir calorifique du carburant : une tonne de carburant conditionnel \u00e9quivaut \u00e0 peu pr\u00e8s \u00e0 une tonne de charbon. Il existe des tables de conversion pour diff\u00e9rents types de combustibles. Par exemple, pour le lignite, les indicateurs sont presque deux fois moins bons. Mais le pouvoir calorifique n'a pas de lien avec les roubles. C'est comme l'essence et le diesel : il n'est pas \u00e9vident que si le diesel co\u00fbte 35 roubles et que le 92 co\u00fbte 32 roubles, alors en termes de pouvoir calorifique, le diesel sera plus efficace. <\/p>\n

Le troisi\u00e8me facteur est la complexit\u00e9 des calculs. Sur la base de l'exp\u00e9rience d'un employ\u00e9, deux ou trois options sont calcul\u00e9es, et le meilleur mode est souvent choisi parmi l'historique des p\u00e9riodes pr\u00e9c\u00e9dentes pour des charges et des conditions m\u00e9t\u00e9orologiques similaires. Naturellement, les employ\u00e9s croient qu'ils choisissent les modes les plus optimaux et estiment qu'aucun mod\u00e8le math\u00e9matique ne pourra jamais les surpasser. <\/p>\n

Nous arrivons. Pour r\u00e9soudre la t\u00e2che, nous pr\u00e9parons un jumeau num\u00e9rique - un mod\u00e8le simul\u00e9 de la centrale. C'est lorsque nous utilisons des approches sp\u00e9ciales pour simuler tous les processus technologiques pour chaque unit\u00e9 d'\u00e9quipement, \u00e9tablissons les bilans de vapeur et d'\u00e9nergie et obtenons un mod\u00e8le pr\u00e9cis du fonctionnement de la centrale thermique. <\/p>\n

Pour cr\u00e9er le mod\u00e8le, nous utilisons : <\/p>\n