{"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\/it\/blog\/administrirovanie\/modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika","title":{"rendered":"Modellazione del funzionamento di una reale centrale termoelettrica per l'ottimizzazione dei regimi: vapore e matematica","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Modellazione
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\nC'\u00e8 una grande centrale termoelettrica. Funziona come al solito: brucia gas, produce calore per il riscaldamento delle abitazioni e elettricit\u00e0 per la rete comune. Il primo compito \u00e8 il riscaldamento. Il secondo \u00e8 vendere tutta l'elettricit\u00e0 prodotta nel mercato all'ingrosso. A volte, durante il freddo con cielo sereno, appare della neve, ma questo \u00e8 un effetto collaterale del funzionamento delle torri di raffreddamento.<\/p>\n

Una centrale termoelettrica media \u00e8 composta da un paio di dozzine di turbine e caldaie. Se i volumi necessari di produzione di energia elettrica e calore sono noti, il compito si riduce alla minimizzazione dei costi del combustibile. In questo caso, il calcolo si riduce alla scelta della composizione e della percentuale di carico delle turbine e delle caldaie per ottenere il massimo rendimento. L'efficienza delle turbine e delle caldaie dipende fortemente dal tipo di attrezzature, dal tempo di funzionamento senza riparazioni, dalla modalit\u00e0 di lavoro e da molte altre variabili. C'\u00e8 anche un'altra problematica, quando a prezzi noti dell'elettricit\u00e0 e volumi di calore bisogna decidere quanto produrre e vendere di elettricit\u00e0 per ottenere il massimo profitto lavorando nel mercato all'ingrosso. In questo caso, il fattore di ottimizzazione \u2014 profitto e rendimento dell'attrezzatura \u2014 ha un'importanza molto minore. Il risultato pu\u00f2 essere una modalit\u00e0 in cui l'attrezzatura funziona in modo completamente inefficiente, ma tutto il volume di elettricit\u00e0 prodotto pu\u00f2 essere venduto con il massimo margine. <\/p>\n

In teoria, tutto questo \u00e8 chiaro da tempo e suona bene. Il problema \u00e8 come realizzarlo nella pratica. Abbiamo avviato una simulazione del funzionamento di ogni singola unit\u00e0 di equipaggiamento e dell'intera stazione nel suo complesso. Siamo andati alla centrale e abbiamo iniziato a raccogliere i parametri di tutti i nodi, misurando le loro caratteristiche reali e valutando il funzionamento in diverse modalit\u00e0. Sulla base di queste informazioni, creavamo modelli precisi per simulare il funzionamento di ogni unit\u00e0 di attrezzatura e li utilizzavamo per calcoli ottimizzati. Anticipando, dir\u00f2 che abbiamo ottenuto circa il 4% di reale efficienza semplicemente grazie alla matematica.<\/a><\/noindex><\/p>\n

\u00c8 stato fatto. Ma prima di descrivere le nostre soluzioni, racconter\u00f2 come funziona una centrale termoelettrica dal punto di vista della logica decisionale. <\/p>\n

Cose di base<\/h3>\n

\nGli elementi principali di una centrale elettrica sono caldaie e turbine. Le turbine vengono messe in movimento dal vapore ad alta pressione, che a sua volta fa girare i generatori elettrici, i quali producono energia elettrica. I residui di energia del vapore vengono utilizzati per riscaldamento e acqua calda. Le caldaie sono i luoghi dove viene prodotto il vapore. Il riscaldamento della caldaia e l'accelerazione della turbina a vapore richiedono molto tempo (ore), e ci\u00f2 comporta perdite dirette di combustibile. Lo stesso vale per il cambiamento di carico. \u00c8 necessario pianificare queste cose in anticipo. <\/p>\n

Le attrezzature delle centrali termoelettriche hanno un minimo tecnico che include un regime di funzionamento minimo, ma stabile, in cui \u00e8 possibile fornire una quantit\u00e0 sufficiente di calore a case e consumatori industriali. Di solito, la quantit\u00e0 necessaria di calore dipende direttamente dalle condizioni climatiche (temperatura dell'aria). <\/p>\n

Ogni unit\u00e0 ha una curva di efficienza e un punto di massima efficienza operativa: a un certo carico, una determinata caldaia e una determinata turbina producono energia elettrica a costo minimo. Economica nel senso di avere un consumo specifico di combustibile minimo. <\/p>\n

La maggior parte delle centrali termoelettriche in Russia ha collegamenti paralleli, dove tutte le caldaie operano su un unico collettore di vapore e tutte le turbine vengono alimentate anche dallo stesso collettore. Questo aggiunge flessibilit\u00e0 al carico delle attrezzature, ma complica notevolmente i calcoli. A volte, l'attrezzatura della centrale \u00e8 divisa in parti che operano su collettori diversi con diverse pressioni del vapore. E se aggiungiamo i costi per le necessit\u00e0 interne \u2013 il funzionamento delle pompe, dei ventilatori, delle torri di raffreddamento e, per non nasconderci dietro un dito, delle saune proprio dietro il muro della centrale \u2013 allora qui veramente ci si complica.<\/p>\n

Le caratteristiche di tutte le attrezzature sono non lineari. Ogni unit\u00e0 ha una curva con zone in cui l'efficienza \u00e8 pi\u00f9 alta o pi\u00f9 bassa. Questo dipende dal carico: al 70% l'efficienza sar\u00e0 una, al 30% sar\u00e0 un'altra. <\/p>\n

Le attrezzature differiscono per caratteristiche. Ci sono turbine e caldaie nuove e vecchie, e ci sono unit\u00e0 di diverse costruzioni. Scegliendo correttamente le attrezzature e caricandole in modo ottimale nei punti di massima efficienza, \u00e8 possibile ridurre il consumo di combustibile, il che porta a risparmi sui costi o a una maggiore marginalit\u00e0. <\/p>\n

\"Modellazione
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Come fa la centrale a sapere quanta energia deve produrre?<\/h3>\n

\nLa pianificazione avviene tre giorni prima: entro 72 ore diventa noto il piano dell'attrezzatura prevista. Si tratta delle turbine e delle caldaie che saranno in funzione. In termini semplici, sappiamo che oggi funzioneranno cinque caldaie e dieci turbine. Non possiamo attivare altra attrezzatura o disattivare quella pianificata, ma possiamo variare per ogni caldaia il carico da un minimo a un massimo, e per le turbine aumentare e diminuire la potenza. Il passaggio dal massimo al minimo varia da 15 a 30 minuti a seconda dell'unit\u00e0 di attrezzatura. Qui il compito \u00e8 semplice: scegliere le modalit\u00e0 ottimali e mantenerle tenendo conto delle correzioni operative. <\/p>\n

\"Modellazione
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\nDa dove proviene questo insieme di attrezzature?<\/b> \u00c8 stato determinato in base ai risultati delle aste sul mercato all'ingrosso. Esiste un mercato della potenza e dell'elettricit\u00e0. Sul mercato della potenza, i produttori presentano una domanda: \u00abC'\u00e8 tale attrezzatura, ecco quali potenze minima e massima considerando la programmazione per la manutenzione. Possiamo fornire 150 MW a questo prezzo, 200 MW a quest'altro prezzo, e 300 MW a tale prezzo\u00bb. Queste sono domande a lungo termine. D'altra parte, i grandi consumatori presentano anch'essi domande: \u00abAbbiamo bisogno di tale energia\u00bb. I prezzi specifici vengono definiti nel momento in cui si incrociano ci\u00f2 che i produttori di energia possono fornire con ci\u00f2 che i consumatori vogliono ricevere. Queste potenze vengono definite per ogni ora della giornata.<\/p>\n

\"Modellazione
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\nDi solito, la centrale termica presenta un carico abbastanza uniforme durante tutta la stagione: in inverno, la priorit\u00e0 \u00e8 il calore, mentre in estate \u00e8 l'elettricit\u00e0. Forti deviazioni sono spesso legate a incidenti nella stessa stazione o in stazioni elettriche adiacenti nella stessa zona di prezzo del mercato all'ingrosso. Tuttavia, ci sono sempre fluttuazioni, e queste fluttuazioni influenzano notevolmente l'efficienza economica dell'operato della stazione. La potenza necessaria pu\u00f2 essere ottenuta con tre caldaie caricate al 50% o due caricate al 75%, e si valuta quale delle due sia pi\u00f9 efficiente. <\/p>\n

La marginalit\u00e0 dipende dai prezzi di mercato e dai costi di produzione dell'energia elettrica. Sul mercato, i prezzi possono collocarsi in modo che sia conveniente bruciare il combustibile, ma vendere bene l'elettricit\u00e0. E pu\u00f2 capitare che in un certo momento sia necessario scendere al minimo tecnico e ridurre le perdite. \u00c8 importante tenere presente le scorte e il costo del combustibile: lo stesso gas naturale \u00e8 solitamente limitato, mentre il gas oltre il limite \u00e8 notevolmente pi\u00f9 costoso, per non parlare del petrolio. Tutto ci\u00f2 richiede modelli matematici precisi per capire quali richieste presentare e come reagire alle circostanze in cambiamento. <\/p>\n

Come si faceva prima del nostro arrivo<\/h3>\n

\nPraticamente su carta, basandosi su caratteristiche non molto precise delle attrezzature, che hanno una grande variazione rispetto ai dati reali. Subito dopo i test delle attrezzature, nel miglior dei casi, saranno pi\u00f9 o meno il 2% rispetto al dato effettivo, e gi\u00e0 dopo un anno - pi\u00f9 o meno il 7-8%. I test vengono condotti una volta ogni cinque anni, spesso anche meno.<\/p>\n

Il prossimo punto \u00e8 che tutti i calcoli vengono effettuati in combustibile convenzionale. In Unione Sovietica \u00e8 stata adottata una scheda in cui veniva considerato un certo combustibile convenzionale per il confronto tra diverse centrali a petrolio, carbone, gas, generazione nucleare e cos\u00ec via. Era necessario comprendere l'efficienza in 'pappagalli' di ogni generatore, e il combustibile convenzionale \u00e8 proprio quel pappagallo. Viene definito dal potere calorifico del combustibile: una tonnellata di combustibile convenzionale equivale a circa una tonnellata di carbone. Ci sono tabelle di conversione per diversi tipi di combustibili. Ad esempio, per il carbone lignitoso i dati sono quasi due volte peggiori. Ma il potere calorifico non \u00e8 legato ai rubli. \u00c8 come la benzina e il diesel: non \u00e8 detto che se il diesel costa 35 rubli e la benzina 92 costa 32 rubli, il diesel sia pi\u00f9 efficace in termini di potere calorifico. <\/p>\n

Il terzo fattore \u00e8 la complessit\u00e0 dei calcoli. Condizionatamente, sulla base dell'esperienza del dipendente, vengono calcolati due o tre varianti, e pi\u00f9 spesso viene scelto il miglior regime dalla storia dei periodi precedenti per carichi e condizioni meteorologiche simili. Naturalmente, i dipendenti credono di scegliere i regimi pi\u00f9 ottimali e ritengono che nessun modello matematico li superer\u00e0 mai. <\/p>\n

Arriviamo. Per risolvere il problema, prepariamo un gemello digitale: un modello di simulazione della centrale. \u00c8 quando, tramite approcci speciali, simuliamo tutti i processi tecnologici per ogni unit\u00e0 di attrezzatura, bilanciamo i flussi di vapore e acqua e otteniamo un modello preciso del funzionamento della centrale elettrica. <\/p>\n

Per creare il modello utilizziamo: <\/p>\n