{"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 vera centrale termoelettrica per ottimizzare i 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 riscaldare le abitazioni ed elettricit\u00e0 per la rete generale. Il primo obiettivo \u00e8 il riscaldamento. Il secondo \u00e8 vendere tutta l'elettricit\u00e0 prodotta sul mercato all'ingrosso. A volte, per\u00f2, quando fa freddo sotto un cielo sereno, compare anche la neve, ma questo \u00e8 un effetto collaterale del funzionamento delle torri di raffreddamento.<\/p>\n

Una centrale termoelettrica media \u00e8 costituita da una coppia di decine di turbine e caldaie. Se si conoscono esattamente i volumi necessari di produzione di energia elettrica e calore, il compito si riduce alla minimizzazione dei costi di combustibile. In questo caso, il calcolo si concentra sulla scelta della composizione e della percentuale di carico delle turbine e delle caldaie per ottenere il massimo rendimento energetico. Il rendimento delle turbine e delle caldaie dipende fortemente dal tipo di attrezzatura, dal tempo di funzionamento senza riparazioni, dalle modalit\u00e0 operative e da molti altri fattori. C'\u00e8 anche un'altra fase in cui, conoscendo i prezzi dell'elettricit\u00e0 e i volumi di calore, occorre decidere quanta energia elettrica produrre e vendere per massimizzare il profitto nel mercato all'ingrosso. In tal caso, il fattore di ottimizzazione \u2014 il profitto e l'efficienza dell'impianto \u2014 hanno un'importanza molto minore. Il risultato pu\u00f2 essere un regime in cui l'impianto opera in modo assolutamente inefficiente, ma l'intero volume di energia elettrica prodotta pu\u00f2 essere venduto con il massimo margine di profitto. <\/p>\n

In teoria, tutto questo \u00e8 gi\u00e0 chiaro e suona bene. Il problema \u00e8 come realizzarlo nella pratica. Abbiamo iniziato la simulazione del funzionamento di ogni singolo pezzo di attrezzatura e dell'intera stazione nel suo complesso. Siamo andati alla centrale elettrica e abbiamo iniziato a raccogliere i parametri di tutti i nodi, misurando le loro reali caratteristiche e valutando il funzionamento in diversi modi. Sulla base di questi abbiamo creato modelli accurati per simulare il funzionamento di ciascun pezzo di attrezzatura e li abbiamo utilizzati per calcoli di ottimizzazione. Anticipando, dir\u00f2 che abbiamo guadagnato circa il 4% di efficienza reale semplicemente grazie alla matematica.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Ce l'abbiamo fatta. Ma prima di descrivere le nostre soluzioni, parler\u00f2 di 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 le caldaie e le turbine. Le turbine vengono azionate da vapore ad alta pressione, facendo girare a loro volta i generatori elettrici, i quali producono energia elettrica. I residui di energia del vapore vengono utilizzati per il riscaldamento e l'acqua calda. Le caldaie sono i luoghi in cui si produce vapore. Il riscaldamento della caldaia e l'accelerazione della turbina a vapore richiedono molto tempo (ore), comportando cos\u00ec perdite dirette di combustibile. Lo stesso vale per la variazione del carico. \u00c8 necessario pianificare queste operazioni in anticipo. <\/p>\n

Le apparecchiature di una centrale termoelettrica hanno un minimo tecnico, che include una modalit\u00e0 operativa minima, ma stabile, che consente di fornire una quantit\u00e0 sufficiente di calore alle abitazioni e agli utenti industriali. Di solito, la quantit\u00e0 necessaria di calore dipende direttamente dalle condizioni atmosferiche (temperature dell'aria). <\/p>\n

Ogni unit\u00e0 ha una curva di rendimento e un punto di massima efficienza operativa: a un determinato carico, una certa caldaia e una certa turbina offrono energia elettrica al minor costo possibile. Economica \u2014 nel senso di avere il minor consumo specifico di combustibile. <\/p>\n

La maggior parte delle centrali termiche in Russia funzionano con collegamenti paralleli, dove tutte le caldaie operano su un unico collettore di vapore e tutte le turbine sono alimentate dallo stesso collettore. Questo offre maggiore flessibilit\u00e0 nel caricamento dell'attrezzatura, ma complica molto i calcoli. A volte, l'attrezzatura della stazione \u00e8 suddivisa in parti che operano su collettori diversi con pressioni di vapore differenti. E se aggiungiamo le spese per i consumi interni \u2014 come il funzionamento di pompe, ventilatori, torri di raffreddamento e, diciamolo, saune proprio oltre la recinzione della centrale \u2014 allora \u00e8 davvero difficile fare i conti.<\/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% un'altra. <\/p>\n

Le attrezzature variano nelle loro caratteristiche. Ci sono turbine e caldaie nuove e vecchie, e unit\u00e0 di diverse costruzioni. Scegliendo correttamente l'attrezzatura e caricandola in modo ottimale nei punti di massimo rendimento, si pu\u00f2 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 con tre giorni di anticipo: il piano per l'attrezzatura prevista \u00e8 noto tre giorni prima. Queste sono le turbine e le caldaie che saranno in funzione. In linea di massima, sappiamo che oggi saranno operativi cinque caldaie e dieci turbine. Non possiamo attivare altre attrezzature o disattivare quelle programmate, ma possiamo modificare il carico di ciascuna caldaia da un minimo a un massimo, mentre per le turbine possiamo aumentare e diminuire la potenza. Il passaggio dal massimo al minimo richiede da 15 a 30 minuti a seconda dell'unit\u00e0 di attrezzatura. Qui il compito \u00e8 semplice: scegliere le modalit\u00e0 ottimali e mantenerle considerando le correzioni operative. <\/p>\n

\"Modellazione
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\nDa dove proviene questa configurazione dell'attrezzatura?<\/b> Si \u00e8 determinato in base ai risultati delle contrattazioni sul mercato all'ingrosso. Esistono il mercato della capacit\u00e0 e quello dell'energia elettrica. Nel mercato della capacit\u00e0, i produttori presentano una richiesta: \"Abbiamo questo tipo di attrezzatura, ecco le capacit\u00e0 minima e massima tenendo conto della manutenzione programmata. Possiamo fornire 150 MW a questo prezzo, 200 MW a quest'altro prezzo, e 300 MW a un prezzo diverso\". Si tratta di richieste a lungo termine. Dall'altra parte, anche i grandi consumatori presentano richieste: \"Abbiamo bisogno di tale quantit\u00e0 di energia\". I prezzi specifici vengono determinati nel momento in cui si incontra ci\u00f2 che i produttori di energia possono offrire e ci\u00f2 che i consumatori vogliono ricevere. Queste capacit\u00e0 sono fissate per ogni ora della giornata.<\/p>\n

\"Modellazione
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\nIn genere, le centrale termiche operano con un carico abbastanza costante durante tutta la stagione: in inverno il prodotto principale \u00e8 il calore, mentre in estate \u00e8 l'elettricit\u00e0. Forti fluttuazioni sono spesso causate da incidenti nella centrale stessa o in impianti elettrici adiacenti nella stessa zona dei prezzi del mercato all'ingrosso. Tuttavia, ci sono sempre delle oscillazioni e queste influenzano notevolmente l'efficienza economica dell'operazione della centrale. La potenza necessaria pu\u00f2 essere raggiunta con tre caldaie caricate al 50% o due caricate al 75%, e bisogna osservare quale di queste opzioni sia pi\u00f9 efficace. <\/p>\n

La marginalit\u00e0 dipende dai prezzi di mercato e dai costi di produzione dell'elettricit\u00e0. Sul mercato, i prezzi possono collocarsi in un modo tale che sia vantaggioso consumare il combustibile, ma vendere l'elettricit\u00e0 pu\u00f2 risultare altrettanto lucroso. In certi momenti, invece, si potrebbe dover ridurre al minimo tecnico per limitare le perdite. \u00c8 anche importante tenere in considerazione le scorte e il costo dei combustibili: il gas naturale, ad esempio, \u00e8 spesso limitato, mentre il gas oltre il limite \u00e8 significativamente pi\u00f9 costoso, senza contare il prezzo del petrolio. Tutto ci\u00f2 richiede modelli matematici precisi per comprendere quali richieste inviare e come reagire alle circostanze in evoluzione. <\/p>\n

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

\nPraticamente su carta con caratteristiche dell'attrezzatura non molto precise, che possono discostarsi notevolmente dalla realt\u00e0. Subito dopo i test dell'attrezzatura, nel migliore dei casi, ci sar\u00e0 una variazione del pi\u00f9 o meno 2% rispetto ai dati reali e gi\u00e0 dopo un anno questa pu\u00f2 arrivare fino al pi\u00f9 o meno 7-8%. I test, in realt\u00e0, vengono eseguiti ogni cinque anni, spesso meno.<\/p>\n

Il punto successivo \u00e8 che tutti i calcoli vengono effettuati in combustibile convenzionale. In URSS \u00e8 stata adottata una scheda in cui si considerava un certo combustibile convenzionale per confrontare diverse stazioni che utilizzano mazuto, carbone, gas, generazione atomica e cos\u00ec via. Era necessario capire l'efficienza in 'unit\u00e0' di ogni generatore, e il combustibile convenzionale rappresenta quella 'unit\u00e0'. Viene stabilita attraverso il potere calorifico del combustibile: una tonnellata di combustibile convenzionale corrisponde a circa una tonnellata di carbone. Esistono tabelle di conversione per diversi tipi di combustibili. Ad esempio, per il carbone lignitico i valori sono quasi due volte peggiori. Ma il potere calorifico non \u00e8 legato ai rubli. \u00c8 come benzina e diesel: non \u00e8 detto che se il diesel costa 35 rubli e la benzina 92 costa 32 rubli, allora per potere calorifico il diesel sar\u00e0 pi\u00f9 efficiente. <\/p>\n

Il terzo fattore \u00e8 la complessit\u00e0 dei calcoli. In linea di massima, sulla base dell'esperienza del personale, vengono calcolate due o tre opzioni, ma pi\u00f9 spesso viene scelto il miglior regime dalla storia dei periodi precedenti per carichi simili e condizioni meteorologiche. Naturalmente, i dipendenti credono di scegliere i regimi pi\u00f9 ottimali e pensano che nessun modello matematico possa mai superarli. <\/p>\n

Arriviamo noi. Per risolvere il problema, prepariamo un gemello digitale \u2014 un modello di simulazione della centrale. Questo significa che, attraverso approcci specializzati, imitiamo tutti i processi tecnologici per ciascun pezzo di attrezzatura, calcoliamo i bilanci di vapore e energia e otteniamo un modello preciso di funzionamento della centrale elettrica. <\/p>\n

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