Ka një termocentral të madh. Punon si zakonisht: djeg gaz, gjeneron nxehtësi për ngrohjen e shtëpive dhe energji elektrike për rrjetin e përgjithshëm. Detyra e parë është ngrohja. E dyta është të shitet e gjithë energjia elektrike e prodhuar në tregun me shumicë. Ndonjëherë, edhe në mot të ftohtë, bora shfaqet nën një qiell të pastër, por ky është një efekt anësor i funksionimit të kullave ftohëse.
Termocentrali mesatar përbëhet nga nja dy duzina turbinash dhe kaldajash. Nëse vëllimet e nevojshme të prodhimit të energjisë elektrike dhe nxehtësisë dihen saktësisht, atëherë detyra zbret në minimizimin e kostove të karburantit. Në këtë rast, llogaritja zbret në zgjedhjen e përbërjes dhe përqindjes së ngarkimit të turbinave dhe kaldajave për të arritur efikasitetin më të lartë të mundshëm të funksionimit të pajisjeve. Efikasiteti i turbinave dhe kaldajave varet shumë nga lloji i pajisjeve, koha e funksionimit pa riparime, mënyra e funksionimit dhe shumë më tepër. Ekziston një problem tjetër kur, duke pasur parasysh çmimet e njohura për energjinë elektrike dhe vëllimet e ngrohjes, ju duhet të vendosni se sa energji elektrike të prodhoni dhe të shesni në mënyrë që të merrni fitimin maksimal nga puna në tregun me shumicë. Atëherë faktori i optimizimit - fitimi dhe efikasiteti i pajisjeve - është shumë më pak i rëndësishëm. Rezultati mund të jetë një situatë ku pajisjet funksionojnë plotësisht në mënyrë joefikase, por i gjithë vëllimi i energjisë elektrike të prodhuar mund të shitet me diferencë maksimale.
Në teori, e gjithë kjo ka qenë prej kohësh e qartë dhe tingëllon bukur. Problemi është se si ta bëjmë këtë në praktikë. Ne filluam modelimin simulues të funksionimit të secilës pjesë të pajisjes dhe të gjithë stacionit në tërësi. Erdhëm në termocentralin dhe filluam të mbledhim parametrat e të gjithë komponentëve, duke matur karakteristikat e tyre reale dhe duke vlerësuar funksionimin e tyre në mënyra të ndryshme. Bazuar në to, ne krijuam modele të sakta për të simuluar funksionimin e çdo pajisjeje dhe i përdorëm ato për llogaritjet e optimizimit. Duke parë përpara, do të them se kemi fituar rreth 4% të efikasitetit real thjesht për shkak të matematikës.
Ndodhi. Por përpara se të përshkruaj vendimet tona, do të flas për mënyrën se si funksionon CHP nga pikëpamja e logjikës së vendimmarrjes.
Gjërat bazë
Elementet kryesore të një termocentrali janë kaldaja dhe turbinat. Turbinat drejtohen nga avulli me presion të lartë, i cili nga ana e tij rrotullon gjeneratorët elektrikë, të cilët prodhojnë energji elektrike. Energjia e mbetur e avullit përdoret për ngrohje dhe ujë të nxehtë. Kaldaja janë vendet ku krijohet avulli. Duhet shumë kohë (orë) për të ngrohur bojlerin dhe për të përshpejtuar turbinën me avull, dhe kjo është një humbje e drejtpërdrejtë e karburantit. E njëjta gjë vlen edhe për ndryshimet e ngarkesës. Ju duhet të planifikoni për këto gjëra paraprakisht.
Pajisjet CHP kanë një minimum teknik, i cili përfshin një mënyrë pune minimale, por të qëndrueshme, në të cilën është e mundur të sigurohet ngrohje e mjaftueshme për shtëpitë dhe konsumatorët industrialë. Në mënyrë tipike, sasia e kërkuar e nxehtësisë varet drejtpërdrejt nga moti (temperatura e ajrit).
Çdo njësi ka një kurbë efikasiteti dhe një pikë të efikasitetit maksimal të funksionimit: në një ngarkesë të tillë, një kazan i tillë dhe një turbinë e tillë dhe e tillë ofrojnë energjinë elektrike më të lirë. I lirë - në kuptimin e konsumit specifik minimal të karburantit.
Shumica e termocentraleve tona të kombinuara të ngrohjes dhe energjetikës në Rusi kanë lidhje paralele, kur të gjithë kaldajat funksionojnë në një kolektor me avull dhe të gjitha turbinat fuqizohen gjithashtu nga një kolektor. Kjo shton fleksibilitet gjatë ngarkimit të pajisjeve, por i ndërlikon shumë llogaritjet. Ndodh gjithashtu që pajisjet e stacionit të ndahen në pjesë që funksionojnë në kolektorë të ndryshëm me presione të ndryshme avulli. Dhe nëse shtoni kostot për nevojat e brendshme - funksionimin e pompave, tifozëve, kullave ftohëse dhe, le të jemi të sinqertë, saunave pikërisht jashtë gardhit të termocentralit - atëherë këmbët e djallit do të thyhen.
Karakteristikat e të gjitha pajisjeve janë jolineare. Çdo njësi ka një kurbë me zona ku efikasiteti është gjithnjë e më i ulët. Varet nga ngarkesa: në 70% efikasiteti do të jetë një, në 30% do të jetë i ndryshëm.
Pajisjet ndryshojnë në karakteristika. Ka turbina dhe kaldaja të reja dhe të vjetra, dhe ka njësi të dizajneve të ndryshme. Duke zgjedhur saktë pajisjet dhe duke e ngarkuar atë në mënyrë optimale në pikat e efikasitetit maksimal, mund të reduktoni konsumin e karburantit, gjë që çon në kursime të kostos ose marzhe më të mëdha.
Si e di centrali CHP se sa energji i nevojitet për të prodhuar?
Planifikimi kryhet tre ditë përpara: brenda tre ditësh bëhet e njohur përbërja e planifikuar e pajisjeve. Këto janë turbinat dhe kaldajat që do të ndizen. Relativisht, ne e dimë se sot do të funksionojnë pesë kaldaja dhe dhjetë turbina. Ne nuk mund të ndezim pajisjet e tjera ose të fikim atë të planifikuar, por mund të ndryshojmë ngarkesën për çdo bojler nga minimumi në maksimum, dhe të rrisim dhe ulim fuqinë për turbinat. Hapi nga maksimumi në minimum është nga 15 deri në 30 minuta, në varësi të pjesës së pajisjes. Detyra këtu është e thjeshtë: zgjidhni mënyrat optimale dhe mirëmbani ato, duke marrë parasysh rregullimet operacionale.
Nga erdhi kjo përbërje e pajisjeve? Ai u përcaktua në bazë të rezultateve të tregtimit në tregun me shumicë. Ekziston një treg për kapacitet dhe energji elektrike. Në tregun e kapaciteteve, prodhuesit paraqesin një aplikim: “Ka filan pajisje, këto janë kapacitetet minimale dhe maksimale, duke marrë parasysh ndërprerjen e planifikuar për riparime. Ne mund të japim 150 MW me këtë çmim, 200 MW me këtë çmim dhe 300 MW me këtë çmim.” Këto janë aplikime afatgjata. Nga ana tjetër, edhe konsumatorët e mëdhenj parashtrojnë kërkesa: “Na duhet kaq shumë energji”. Çmimet specifike përcaktohen në kryqëzimin e asaj që prodhuesit e energjisë mund të ofrojnë dhe çfarë konsumatorët janë të gatshëm të marrin. Këto kapacitete përcaktohen për çdo orë të ditës.
Në mënyrë tipike, një termocentral mbart afërsisht të njëjtën ngarkesë gjatë gjithë sezonit: në dimër produkti kryesor është nxehtësia, dhe në verë është energjia elektrike. Devijimet e forta shoqërohen më shpesh me një lloj aksidenti në vetë stacionin ose në termocentralet ngjitur në të njëjtën zonë çmimesh të tregut me shumicë. Por ka gjithmonë luhatje dhe këto luhatje ndikojnë shumë në efiçencën ekonomike të impiantit. Fuqia e kërkuar mund të merret nga tre kaldaja me ngarkesë 50% ose dy me ngarkesë 75% dhe shikoni se cili është më efikas.
Margjinaliteti varet nga çmimet e tregut dhe kostoja e prodhimit të energjisë elektrike. Në treg çmimet mund të jenë të tilla që të jetë fitimprurëse për të djegur karburant, por është mirë të shesësh energji elektrike. Ose mund të ndodhë që në një orë të caktuar duhet të shkoni në minimumin teknik dhe të shkurtoni humbjet. Ju gjithashtu duhet të mbani mend për rezervat dhe koston e karburantit: gazi natyror zakonisht është i kufizuar, dhe gazi mbi kufirin është dukshëm më i shtrenjtë, për të mos përmendur naftën. E gjithë kjo kërkon modele të sakta matematikore për të kuptuar se cilat aplikacione duhet të dorëzohen dhe si t'i përgjigjen rrethanave në ndryshim.
Si u bë para se të mbërrinim
Pothuajse në letër, bazuar në karakteristikat jo shumë të sakta të pajisjeve, të cilat ndryshojnë shumë nga ato aktuale. Menjëherë pas testimit të pajisjeve, në rastin më të mirë, ato do të jenë plus ose minus 2% të faktit, dhe pas një viti - plus ose minus 7-8%. Testet kryhen çdo pesë vjet, shpesh më rrallë.
Pika tjetër është se të gjitha llogaritjet kryhen në karburantin referencë. Në BRSS, u miratua një skemë kur një lëndë djegëse e caktuar konvencionale u konsiderua për të krahasuar stacione të ndryshme duke përdorur naftë, qymyr, gaz, gjenerim bërthamor etj. Ishte e nevojshme të kuptohej efikasiteti në papagajtë e secilit gjenerator, dhe karburanti konvencional është pikërisht ai papagall. Përcaktohet nga vlera kalorifike e karburantit: një ton karburant standard është afërsisht i barabartë me një ton qymyr. Ka tabela konvertimi për lloje të ndryshme të karburantit. Për shembull, për qymyrin kafe treguesit janë pothuajse dy herë më të keq. Por përmbajtja e kalorive nuk lidhet me rubla. Është si benzina dhe nafta: nuk është fakt që nëse nafta kushton 35 rubla, dhe 92 kushton 32 rubla, atëherë nafta do të jetë më efikase për sa i përket përmbajtjes së kalorive.
Faktori i tretë është kompleksiteti i llogaritjeve. Në mënyrë konvencionale, bazuar në përvojën e punonjësit, llogariten dy ose tre opsione, dhe më shpesh mënyra më e mirë zgjidhet nga historia e periudhave të mëparshme për ngarkesa të ngjashme dhe kushte moti. Natyrisht, punonjësit besojnë se po zgjedhin mënyrat më optimale dhe besojnë se asnjë model matematikor nuk do t'i tejkalojë kurrë ata.
Ne po vijmë. Për të zgjidhur problemin, ne po përgatisim një binjak dixhital - një model simulues të stacionit. Kjo është kur, duke përdorur qasje të veçanta, ne simulojmë të gjitha proceset teknologjike për çdo pajisje, kombinojmë ekuilibrat e ujit me avull dhe energjisë dhe marrim një model të saktë të funksionimit të termocentralit.
Për të krijuar modelin ne përdorim:
- Dizajni dhe specifikimet e pajisjes.
- Karakteristikat e bazuara në rezultatet e testeve më të fundit të pajisjeve: çdo pesë vjet stacioni teston dhe përmirëson karakteristikat e pajisjeve.
- Të dhëna në arkivat e sistemeve të automatizuara të kontrollit të procesit dhe sistemeve të kontabilitetit për të gjithë treguesit teknologjikë të disponueshëm, kostot dhe prodhimin e nxehtësisë dhe energjisë elektrike. Në veçanti, të dhëna nga sistemet matëse për furnizimin me ngrohje dhe energji elektrike, si dhe nga sistemet e telemekanikës.
- Të dhëna nga grafikët e shiritave të letrës dhe byrekut. Po, metoda të tilla analoge të regjistrimit të parametrave të funksionimit të pajisjeve përdoren ende në termocentralet ruse, dhe ne po i dixhitalizojmë ato.
- Regjistrat e letrës në stacionet ku parametrat kryesorë të mënyrave regjistrohen vazhdimisht, përfshirë ato që nuk regjistrohen nga sensorët e sistemit të automatizuar të kontrollit të procesit. Drejtuesi i linjës ecën çdo katër orë, rishkruan leximet dhe shkruan gjithçka në një regjistër.
Kjo do të thotë, ne kemi rindërtuar grupe të dhënash se çfarë funksionoi në çfarë regjimi, sa karburant u furnizua, cila ishte temperatura dhe konsumi i avullit dhe sa energji termike dhe elektrike u mor në dalje. Nga mijëra grupe të tilla, ishte e nevojshme të mblidheshin karakteristikat e secilës nyje. Për fat të mirë, ne kemi qenë në gjendje ta luajmë këtë lojë të Data Mining për një kohë të gjatë.
Përshkrimi i objekteve të tilla komplekse duke përdorur modele matematikore është jashtëzakonisht i vështirë. Dhe është edhe më e vështirë t'i provosh inxhinierit kryesor se modeli ynë llogarit saktë mënyrat e funksionimit të stacionit. Prandaj, ne morëm rrugën e përdorimit të sistemeve të specializuara inxhinierike që na lejojnë të montojmë dhe korrigjojmë një model të një termocentrali bazuar në dizajnin dhe karakteristikat teknologjike të pajisjeve. Ne zgjodhëm softuerin Termoflow nga kompania amerikane TermoFlex. Tani janë shfaqur analoge ruse, por në atë kohë kjo paketë e veçantë ishte më e mira në klasën e saj.
Për secilën njësi, zgjidhen dizajni i saj dhe karakteristikat kryesore teknologjike. Sistemi ju lejon të përshkruani gjithçka në detaje të shkëlqyera si në nivele logjike ashtu edhe fizike, deri në përcaktimin e shkallës së depozitave në tubat e shkëmbyesit të nxehtësisë.
Si rezultat, modeli i qarkut termik të stacionit përshkruhet vizualisht në termat e teknologëve të energjisë. Teknologët nuk kuptojnë programimin, matematikën dhe modelimin, por ata mund të zgjedhin dizajnin e një njësie, hyrjet dhe daljet e njësive dhe të specifikojnë parametrat për to. Pastaj vetë sistemi zgjedh parametrat më të përshtatshëm dhe teknologu i përpunon ato në mënyrë që të marrë saktësinë maksimale për të gjithë gamën e mënyrave të funksionimit. Ne vendosëm një qëllim për veten tonë - të sigurojmë një saktësi modeli prej 2% për parametrat kryesorë teknologjikë dhe e arritëm këtë.
Kjo doli të mos ishte aq e lehtë për t'u bërë: të dhënat fillestare nuk ishin shumë të sakta, kështu që për dy muajt e parë ne ecëm nëpër termocentralin dhe lexuam manualisht treguesit aktualë nga matësit e presionit dhe akorduam modelin në kushtet aktuale. Fillimisht bëmë modele turbinash dhe kaldajash. Çdo turbinë dhe bojler u verifikua. Për të testuar modelin u krijua një grup pune dhe në të u përfshinë përfaqësues të termocentralit.
Pastaj ne mblodhëm të gjitha pajisjet në një skemë të përgjithshme dhe akorduam modelin CHP në tërësi. Më duhej të bëja disa punë, sepse në arkiva kishte shumë të dhëna kontradiktore. Për shembull, kemi gjetur mënyra me një efikasitet të përgjithshëm prej 105%.
Kur montoni një qark të plotë, sistemi gjithmonë merr parasysh mënyrën e balancuar: përpilohen balancat materiale, elektrike dhe termike. Tjetra, ne vlerësojmë se si gjithçka e mbledhur korrespondon me parametrat aktualë të mënyrës sipas treguesve nga instrumentet.
Cfare ndodhi
Si rezultat, ne morëm një model të saktë të proceseve teknike të termocentralit, bazuar në karakteristikat aktuale të pajisjeve dhe të dhënat historike. Kjo lejoi që parashikimet të ishin më të sakta sesa të bazuara vetëm në karakteristikat e testit. Rezultati është një simulator i proceseve reale të centralit, një binjak dixhital i një termocentrali.
Ky simulator bëri të mundur analizimin e skenarëve "po sikur..." bazuar në treguesit e dhënë. Ky model u përdor gjithashtu për të zgjidhur problemin e optimizimit të funksionimit të një stacioni real.
Ishte e mundur të zbatoheshin katër llogaritjet e optimizimit:
- Menaxheri i ndërrimit të stacionit e di orarin e furnizimit me ngrohje, komandat e operatorit të sistemit janë të njohura dhe orari i furnizimit me energji elektrike dihet: cilat pajisje do të marrin cilat ngarkesa për të marrë marzhe maksimale.
- Zgjedhja e përbërjes së pajisjeve bazuar në parashikimin e çmimit të tregut: për një datë të caktuar, duke marrë parasysh orarin e ngarkesës dhe parashikimin e temperaturës së ajrit të jashtëm, ne përcaktojmë përbërjen optimale të pajisjes.
- Dorëzimi i aplikacioneve në treg një ditë përpara: kur dihet përbërja e pajisjes dhe ka një parashikim më të saktë çmimi. Ne llogarisim dhe paraqesim një aplikim.
- Tregu balancues është tashmë brenda ditës aktuale, kur janë fiksuar oraret elektrike dhe termike, por disa herë në ditë, çdo katër orë, nis tregtimi në tregun balancues dhe mund të paraqisni një aplikim: “Ju kërkoj të shtoni 5 MW në ngarkesën time.” Ne duhet të gjejmë pjesët e ngarkimit ose shkarkimit shtesë kur kjo jep marzhin maksimal.
provë
Për testimin e saktë, na duhej të krahasonim mënyrat standarde të ngarkimit të pajisjeve të stacionit me rekomandimet tona të llogaritura në të njëjtat kushte: përbërjen e pajisjeve, oraret e ngarkesës dhe motin. Gjatë disa muajve, ne zgjodhëm intervale prej katër deri në gjashtë orë të ditës me një orar të qëndrueshëm. Ata erdhën në stacion (shpesh natën), prisnin që stacioni të arrinte modalitetin e funksionimit dhe vetëm atëherë e llogaritën atë në modelin e simulimit. Nëse mbikëqyrësi i ndërrimit të stacionit ishte i kënaqur me gjithçka, atëherë personeli operativ u dërgua për të kthyer valvulat dhe për të ndryshuar mënyrat e pajisjeve.
Treguesit para dhe pas u krahasuan pas faktit. Gjatë orëve të pikut, ditën dhe natën, fundjavat dhe ditët e javës. Në çdo mënyrë, kemi arritur kursime në karburant (në këtë detyrë, diferenca varet nga konsumi i karburantit). Pastaj kaluam plotësisht në regjime të reja. Duhet thënë se stacioni shpejt besoi në efektivitetin e rekomandimeve tona, dhe në fund të testeve vumë re gjithnjë e më shumë se pajisjet funksiononin në modalitetet që kishim llogaritur më parë.
Rezultati i projektit
Objekti: CHP me lidhje tërthore, 600 MW energji elektrike, 2 Gcal fuqi termike.
Ekipi: CROC - shtatë persona (ekspertë teknologjikë, analistë, inxhinierë), CHPP - pesë persona (ekspertë biznesi, përdorues kryesorë, specialistë).
Periudha e zbatimit: 16 muaj.
Rezultatet:
- Ne automatizuam proceset e biznesit të mbajtjes së regjimeve dhe punës në tregun e shitjes me shumicë.
- Kryen teste në shkallë të plotë që konfirmojnë efektin ekonomik.
- Kemi kursyer 1,2% të karburantit për shkak të rishpërndarjes së ngarkesave gjatë operimit.
- Kurseni 1% të karburantit falë planifikimit afatshkurtër të pajisjeve.
- Ne optimizuam llogaritjen e fazave të aplikimeve në DAM sipas kriterit të maksimizimit të fitimit marxhinal.
Efekti përfundimtar është rreth 4%.
Periudha e vlerësuar e kthimit të projektit (ROI) është 1–1,5 vjet.
Natyrisht, për të zbatuar dhe testuar të gjitha këto, na u desh të ndryshonim shumë procese dhe të punonim ngushtë si me menaxhmentin e termocentralit ashtu edhe me kompaninë gjeneruese në tërësi. Por rezultati ia vlente padyshim. Ishte e mundur të krijohej një binjak dixhital i stacionit, të zhvilloheshin procedurat e planifikimit të optimizimit dhe të merrej një efekt real ekonomik.
Burimi: www.habr.com