{"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\/pl\/blog\/administrirovanie\/modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika","title":{"rendered":"Modelowanie pracy rzeczywistej elektrociep\u0142owni dla optymalizacji tryb\u00f3w: para i matematyka","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Modelowanie
\n
\nIstnieje du\u017ca elektrociep\u0142ownia. Dzia\u0142a jak zwykle: spala gaz, produkuje ciep\u0142o do ogrzewania dom\u00f3w oraz energi\u0119 elektryczn\u0105 do og\u00f3lnej sieci. Pierwszym zadaniem jest ogrzewanie. Drugim \u2013 sprzeda\u017c ca\u0142ej wyprodukowanej energii elektrycznej na rynku hurtowym. Czasami, w mro\u017ane dni przy jasnym niebie, pojawia si\u0119 \u015bnieg, ale to jest efekt uboczny dzia\u0142ania ch\u0142odni.<\/p>\n

\u015arednia elektrociep\u0142ownia sk\u0142ada si\u0119 z kilku dziesi\u0119ciu turbin i kot\u0142\u00f3w. Je\u015bli dok\u0142adnie znamy niezb\u0119dne ilo\u015bci produkcji energii elektrycznej i ciep\u0142a, to zadanie sprowadza si\u0119 do minimalizacji koszt\u00f3w paliwa. W takim przypadku obliczenia dotycz\u0105 wyboru sk\u0142adu i procenta wykorzystania turbin i kot\u0142\u00f3w, aby osi\u0105gn\u0105\u0107 maksymalnie wysok\u0105 sprawno\u015b\u0107 pracy urz\u0105dze\u0144. Sprawno\u015b\u0107 turbin i kot\u0142\u00f3w zale\u017cy od rodzaju urz\u0105dze\u0144, czasu pracy bez napraw oraz wielu innych czynnik\u00f3w. Istnieje r\u00f3wnie\u017c inne zadanie, w kt\u00f3rym przy znanych cenach energii elektrycznej i ilo\u015bciach ciep\u0142a nale\u017cy okre\u015bli\u0107, ile energii elektrycznej wyprodukowa\u0107 i sprzeda\u0107, aby uzyska\u0107 maksymalny zysk z dzia\u0142alno\u015bci na rynku hurtowym. Wtedy czynnikiem optymalizacji jest zysk, a sprawno\u015b\u0107 urz\u0105dze\u0144 ma znacznie mniejsze znaczenie. Rezultatem mo\u017ce by\u0107 tryb, w kt\u00f3rym urz\u0105dzenia pracuj\u0105 absolutnie nieefektywnie, ale ca\u0142a wyprodukowana ilo\u015b\u0107 energii elektrycznej mo\u017ce by\u0107 sprzedana z maksymaln\u0105 mar\u017c\u0105. <\/p>\n

Teoretycznie wszystko to jest od dawna jasne i brzmi pi\u0119knie. Problem polega na tym, jak to zrobi\u0107 w praktyce. Zacz\u0119li\u015bmy symulacyjne modelowanie pracy ka\u017cdego urz\u0105dzenia oraz ca\u0142ej stacji. Przybyli\u015bmy do elektrociep\u0142owni i zacz\u0119li\u015bmy zbiera\u0107 parametry wszystkich w\u0119z\u0142\u00f3w, mierz\u0105c ich rzeczywiste charakterystyki i oceniaj\u0105c prac\u0119 w r\u00f3\u017cnych trybach. Na ich podstawie tworzyli\u015bmy dok\u0142adne modele do symulacji pracy ka\u017cdego urz\u0105dzenia i u\u017cywali\u015bmy ich do oblicze\u0144 optymalizacyjnych. Nieco wyprzedzaj\u0105c fakty, powiem, \u017ce zyskali\u015bmy oko\u0142o 4% rzeczywistej efektywno\u015bci tylko dzi\u0119ki matematyce.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Uda\u0142o si\u0119. Ale zanim opisz\u0119 nasze rozwi\u0105zania, opowiem, jak dzia\u0142a elektrociep\u0142ownia z punktu widzenia logiki podejmowania decyzji. <\/p>\n

Podstawowe rzeczy<\/h3>\n

\nG\u0142\u00f3wne elementy elektrowni to kot\u0142y i turbiny. Turbiny nap\u0119dzane s\u0105 par\u0105 o wysokim ci\u015bnieniu, kt\u00f3ra obraca generatory elektryczne, produkuj\u0105c energi\u0119 elektryczn\u0105. Resztki energii pary s\u0105 wykorzystywane do ogrzewania i podgrzewania wody. Kot\u0142y to miejsca, w kt\u00f3rych wytwarzana jest para. Podgrzewanie kot\u0142a i rozkr\u0119cenie turbiny parowej zajmuje du\u017co czasu (godziny), co wi\u0105\u017ce si\u0119 z bezpo\u015brednimi stratami paliwa. To samo dotyczy zmiany obci\u0105\u017cenia. Takie rzeczy nale\u017cy planowa\u0107 z wyprzedzeniem. <\/p>\n

Sprz\u0119t w elektrociep\u0142owniach ma techniczne minimum, kt\u00f3re obejmuje minimalny, ale jednocze\u015bnie stabilny tryb pracy, kt\u00f3ry pozwala zapewni\u0107 wystarczaj\u0105c\u0105 ilo\u015b\u0107 ciep\u0142a dla dom\u00f3w i odbiorc\u00f3w przemys\u0142owych. Zwykle wymagana ilo\u015b\u0107 ciep\u0142a zale\u017cy bezpo\u015brednio od pogody (temperatury powietrza). <\/p>\n

Ka\u017cdy zesp\u00f3\u0142 ma krzyw\u0105 sprawno\u015bci i punkt maksymalnej efektywno\u015bci: przy danym obci\u0105\u017ceniu dany kocio\u0142 i dana turbina produkuj\u0105 najta\u0144sz\u0105 energi\u0119 elektryczn\u0105. Tanie w sensie minimalnego jednostkowego zu\u017cycia paliwa. <\/p>\n

Wi\u0119kszo\u015b\u0107 elektrociep\u0142owni w Rosji dzia\u0142a na zasadzie po\u0142\u0105cze\u0144 r\u00f3wnoleg\u0142ych, gdzie wszystkie kot\u0142y pracuj\u0105 na jeden kolektor pary, a wszystkie turbiny r\u00f3wnie\u017c korzystaj\u0105 z jednego kolektora. Dodaje to elastyczno\u015bci w obci\u0105\u017ceniu sprz\u0119tu, ale znacznie komplikuje obliczenia. Czasami sprz\u0119t stacji dzieli si\u0119 na cz\u0119\u015bci, kt\u00f3re pracuj\u0105 na r\u00f3\u017cnych kolektorach z r\u00f3\u017cnym ci\u015bnieniem pary. A je\u015bli dodamy koszty wewn\u0119trzne \u2014 prac\u0119 pomp, wentylator\u00f3w, ch\u0142odziarek i, co tu ukrywa\u0107, saun tu\u017c za p\u0142otem elektrociep\u0142owni \u2014 to wtedy diabe\u0142 z\u0142ama\u0142by nog\u0119.<\/p>\n

Charakterystyki ca\u0142ego sprz\u0119tu s\u0105 nieliniowe. Ka\u017cdy zesp\u00f3\u0142 ma krzyw\u0105 z obszarami, gdzie sprawno\u015b\u0107 jest wy\u017csza lub ni\u017csza. To zale\u017cy od obci\u0105\u017cenia: przy 70 % sprawno\u015b\u0107 b\u0119dzie inna, przy 30 % \u2014 inna. <\/p>\n

Sprz\u0119t r\u00f3\u017cni si\u0119 charakterystyk\u0105. S\u0105 nowe i stare turbiny oraz kot\u0142y, s\u0105 agregaty r\u00f3\u017cnych konstrukcji. Poprawne dobieranie sprz\u0119tu i optymalne obci\u0105\u017cenie go w punktach maksymalnej sprawno\u015bci mo\u017ce prowadzi\u0107 do zmniejszenia zu\u017cycia paliwa, co z kolei prowadzi do oszcz\u0119dno\u015bci koszt\u00f3w lub wi\u0119kszej mar\u017cy. <\/p>\n

\"Modelowanie
\n<\/p>\n

Sk\u0105d elektrociep\u0142ownia wie, ile energii trzeba wyprodukowa\u0107?<\/h3>\n

\nPlanowanie odbywa si\u0119 na trzy dni do przodu: trzy dni wcze\u015bniej poznajemy planowy zestaw urz\u0105dze\u0144. To s\u0105 te turbiny i kot\u0142y, kt\u00f3re b\u0119d\u0105 w\u0142\u0105czenie. M\u00f3wi\u0105c og\u00f3lnie, wiemy, \u017ce dzisiaj b\u0119dzie pracowa\u0107 pi\u0119\u0107 kot\u0142\u00f3w i dziesi\u0119\u0107 turbin. Nie mo\u017cemy w\u0142\u0105cza\u0107 innego sprz\u0119tu ani wy\u0142\u0105cza\u0107 zaplanowanego, ale mo\u017cemy zmienia\u0107 dla ka\u017cdego kot\u0142a obci\u0105\u017cenie od minimum do maksimum, a w przypadku turbin zwi\u0119ksza\u0107 i zmniejsza\u0107 moc. Przej\u015bcie od maksimum do minimum trwa od 15 do 30 minut, w zale\u017cno\u015bci od jednostki sprz\u0119tu. Zadanie jest proste: wybra\u0107 optymalne tryby i utrzymywa\u0107 je z uwzgl\u0119dnieniem operacyjnych korekt. <\/p>\n

\"Modelowanie
\n
\nSk\u0105d pochodzi ten zestaw urz\u0105dze\u0144?<\/b> Zosta\u0142 okre\u015blony na podstawie wynik\u00f3w przetarg\u00f3w na rynku hurtowym. Istnieje rynek mocy i energii elektrycznej. Na rynku mocy producenci sk\u0142adaj\u0105 wnioski: \"Mamy takie a takie urz\u0105dzenie, oto takie minimalne i maksymalne moce z uwzgl\u0119dnieniem planowego wy\u0142\u0105czenia do remontu. Mo\u017cemy dostarczy\u0107 150 MW w takiej cenie, 200 MW \u2014 w takiej cenie, a 300 MW \u2014 w takiej cenie\". To s\u0105 d\u0142ugoterminowe wnioski. Z drugiej strony, duzi konsumenci r\u00f3wnie\u017c sk\u0142adaj\u0105 wnioski: \"Potrzebujemy tyle energii\". Konkretne ceny okre\u015blane s\u0105 w momencie przeci\u0119cia tego, co producenci energii mog\u0105 dostarczy\u0107, i tego, co konsumenci chc\u0105 otrzyma\u0107. Te moce okre\u015blane s\u0105 na ka\u017cd\u0105 godzin\u0119 dnia.<\/p>\n

\"Modelowanie
\n
\nZazwyczaj Ciep\u0142ownia niesie mniej wi\u0119cej takie samo obci\u0105\u017cenie przez ca\u0142y sezon: zim\u0105 towarem priorytetowym jest ciep\u0142o, a latem \u2014 energia elektryczna. Silne odchylenia najcz\u0119\u015bciej s\u0105 zwi\u0105zane z jakimi\u015b awariami na samej stacji lub na s\u0105siednich elektrowniach w jednej strefie cenowej rynku hurtowego. Ale zawsze wyst\u0119puj\u0105 wahania, kt\u00f3re silnie wp\u0142ywaj\u0105 na efektywno\u015b\u0107 ekonomiczn\u0105 pracy stacji. Potrzebn\u0105 moc mo\u017cna uzyska\u0107 trzema kot\u0142ami z obci\u0105\u017ceniem 50% lub dwoma z obci\u0105\u017ceniem 75% i sprawdzi\u0107, co w tym przypadku jest bardziej efektywne. <\/p>\n

Mar\u017cowo\u015b\u0107 zale\u017cy od cen na rynku oraz koszt\u00f3w wytwarzania energii elektrycznej. Na rynku ceny mog\u0105 kszta\u0142towa\u0107 si\u0119 w taki spos\u00f3b, \u017ce op\u0142aca si\u0119 spali\u0107 paliwo, ale dobrze sprzeda\u0107 energi\u0119 elektryczn\u0105. Mo\u017ce si\u0119 zdarzy\u0107, \u017ce w danym momencie konieczne jest przej\u015bcie na minimalny poziom techniczny i ograniczenie strat. Nale\u017cy r\u00f3wnie\u017c pami\u0119ta\u0107 o zapasach i kosztach paliwa: na przyk\u0142ad gaz ziemny jest zwykle ograniczony, a gaz ponadlimitowy jest znacz\u0105co dro\u017cszy, nie m\u00f3wi\u0105c ju\u017c o oleju opa\u0142owym. Wszystko to wymaga dok\u0142adnych modeli matematycznych, aby rozumie\u0107, jakie zg\u0142oszenia sk\u0142ada\u0107 i jak reagowa\u0107 na zmieniaj\u0105ce si\u0119 okoliczno\u015bci. <\/p>\n

Jak to robiono przed naszym przybyciem<\/h3>\n

\nPraktycznie na papierze na podstawie niezbyt dok\u0142adnych charakterystyk sprz\u0119tu, kt\u00f3re maj\u0105 du\u017c\u0105 rozbie\u017cno\u015b\u0107 wzgl\u0119dem rzeczywistych. Tu\u017c po testach sprz\u0119tu w najlepszym przypadku b\u0119d\u0105 one plus-minus 2% od rzeczywisto\u015bci, a po roku ju\u017c plus-minus 7-8%. Testy przeprowadza si\u0119 co pi\u0119\u0107 lat, cz\u0119sto rzadziej.<\/p>\n

Kolejny aspekt to to, \u017ce wszystkie obliczenia prowadzone s\u0105 w paliwie umownym. W ZSRR przyj\u0119to schemat, w kt\u00f3rym obliczono pewne umowne paliwo do por\u00f3wnania r\u00f3\u017cnych elektrowni na oleju opa\u0142owym, w\u0119glu, gazie, energii atomowej itd. Nale\u017ca\u0142o zrozumie\u0107 efektywno\u015b\u0107 w woranach ka\u017cdego generatora, a umowne paliwo to w\u0142a\u015bnie owe wary. Okre\u015bla si\u0119 je kaloryczno\u015bci\u0105 paliwa: jedna tona paliwa umownego jest w przybli\u017ceniu r\u00f3wna jednej tonie w\u0119gla kamiennego. Istniej\u0105 tabele przelicze\u0144 dla r\u00f3\u017cnych rodzaj\u00f3w paliw. Na przyk\u0142ad dla w\u0119gla brunatnego wska\u017aniki s\u0105 prawie dwa razy gorsze. Ale kaloryczno\u015b\u0107 nie ma zwi\u0105zku z rublem. To jak benzyna i olej nap\u0119dowy: nie ma pewno\u015bci, \u017ce je\u015bli olej nap\u0119dowy kosztuje 35 rubli, a 92-ka kosztuje 32 ruble, to pod wzgl\u0119dem kaloryczno\u015bci olej nap\u0119dowy b\u0119dzie bardziej efektywny. <\/p>\n

Trzeci czynnik to z\u0142o\u017cono\u015b\u0107 oblicze\u0144. Umownie na podstawie do\u015bwiadczenia pracownika oblicza si\u0119 dwa-trzy warianty, a cz\u0119\u015bciej wybiera si\u0119 najlepszy tryb z historii wcze\u015bniejszych okres\u00f3w dla podobnych obci\u0105\u017ce\u0144 i warunk\u00f3w pogodowych. Oczywi\u015bcie pracownicy wierz\u0105, \u017ce wybieraj\u0105 najbardziej optymalne tryby i uwa\u017caj\u0105, \u017ce \u017cadna model matematyczny nigdy ich nie przewy\u017cszy. <\/p>\n

Przychodzimy. Aby rozwi\u0105za\u0107 zadanie, przygotowujemy cyfrowy odpowiednik \u2014 model symulacyjny stacji. To oznacza, \u017ce za pomoc\u0105 specjalnych podej\u015b\u0107 na\u015bladujemy wszystkie procesy technologiczne dla ka\u017cdego elementu sprz\u0119tu, bilansujemy parowo-wodne oraz energetyczne i uzyskujemy dok\u0142adny model dzia\u0142ania ciep\u0142owni. <\/p>\n

Do utworzenia modelu wykorzystujemy: <\/p>\n