{"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\/sv\/blog\/administrirovanie\/modelirovanie-raboty-realnoj-tets-dlya-optimizatsii-rezhimov-par-i-matematika","title":{"rendered":"Simulation av driften av en verklig v\u00e4rmeverk f\u00f6r att optimera driftsmodi: \u00e5nga och matematik","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Simulation
\n
\nDet finns ett stort v\u00e4rmeverk. Det fungerar som vanligt: br\u00e4nner gas, producerar v\u00e4rme f\u00f6r uppv\u00e4rmning av hus och elektricitet f\u00f6r det allm\u00e4nna n\u00e4tverket. Den f\u00f6rsta uppgiften \u00e4r uppv\u00e4rmning. Den andra \u00e4r att s\u00e4lja all producerad elektricitet p\u00e5 den grossistmarknaden. Ibland, vid frostigt och klart v\u00e4der, faller sn\u00f6 som en biprodukt av kyltornens arbete.<\/p>\n

Ett genomsnittligt v\u00e4rmeverk best\u00e5r av ett par tiotal turbiner och pannor. Om de n\u00f6dv\u00e4ndiga volymerna f\u00f6r produktion av elektricitet och v\u00e4rme \u00e4r exakt k\u00e4nda, handlar uppgiften om att minimera br\u00e4nslekostnaderna. I det h\u00e4r fallet handlar ber\u00e4kningen om att v\u00e4lja sammans\u00e4ttningen och lastprocenten f\u00f6r turbiner och pannor f\u00f6r att uppn\u00e5 h\u00f6gsta m\u00f6jliga effektivitet i utrustningens drift. Effektiviteten hos turbiner och pannor beror i stor utstr\u00e4ckning p\u00e5 utrustningstyp, driftstid utan reparation, driftsl\u00e4ge och mycket mer. Det finns ocks\u00e5 en annan uppgift, d\u00e4r det vid k\u00e4nda elpriser och v\u00e4rmevolymer beh\u00f6ver avg\u00f6ras hur mycket elektricitet som ska produceras och s\u00e4ljas f\u00f6r att f\u00e5 maximal vinst fr\u00e5n verksamheten p\u00e5 grossistmarknaden. I s\u00e5 fall har optimeringsfaktorn \u2014 vinst och utrustningens effektivitet \u2014 mycket mindre betydelse. Resultatet kan bli ett l\u00e4ge d\u00e4r utrustningen fungerar helt ineffektivt, men hela den producerade volymen elektricitet kan s\u00e4ljas med maximal marginal. <\/p>\n

Teoretiskt \u00e4r allt detta sedan l\u00e4nge f\u00f6rst\u00e5tt och l\u00e5ter fint. Problemet \u00e4r hur man g\u00f6r detta i praktiken. Vi b\u00f6rjade med simuleringsmodellering av drift f\u00f6r varje enhet av utrustning och hela anl\u00e4ggningen i stort. Vi kom till v\u00e4rmeverket och b\u00f6rjade samla in parametrar f\u00f6r alla noder, m\u00e4ta deras verkliga egenskaper och utv\u00e4rdera drift i olika l\u00e4gen. Baserat p\u00e5 dessa skapade vi exakta modeller f\u00f6r att simulera arbetet av varje enhet av utrustning och anv\u00e4nde dem f\u00f6r optimeringsber\u00e4kningar. F\u00f6r att ta en genv\u00e4g kan jag s\u00e4ga att vi vann cirka 4 % verklig effektivitet bara genom matematik.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Det fungerade. Men innan jag beskriver v\u00e5ra l\u00f6sningar, kommer jag att ber\u00e4tta hur v\u00e4rmeverket arbetar utifr\u00e5n ett beslutsfattande perspektiv. <\/p>\n

Grundl\u00e4ggande saker<\/h3>\n

\nDe grundl\u00e4ggande elementen i ett kraftverk \u00e4r pannor och turbiner. Turbiner drivs av \u00e5nga under h\u00f6gtryck, vilket i sin tur roterar elektriska generatorer som producerar elektricitet. Resterna av \u00e5ngans energi anv\u00e4nds f\u00f6r v\u00e4rme och varmvatten. Pannor \u00e4r de platser d\u00e4r \u00e5ngan skapas. Att v\u00e4rma upp pannan och accelerera \u00e5ngturbinen tar mycket tid (timmar), vilket inneb\u00e4r direkt br\u00e4nsletapp. Samma g\u00e4ller f\u00f6r lastf\u00f6r\u00e4ndringar. S\u00e5dana saker m\u00e5ste planeras i f\u00f6rv\u00e4g. <\/p>\n

Utrustningen p\u00e5 kraftverket har ett tekniskt minimum som omfattar ett minimalt men stabilt driftl\u00e4ge, d\u00e4r tillr\u00e4cklig v\u00e4rme kan erbjudas till hus och industriella kunder. Vanligtvis beror den n\u00f6dv\u00e4ndiga m\u00e4ngden v\u00e4rme direkt p\u00e5 v\u00e4dret (lufttemperaturen). <\/p>\n

Varje enhet har en verkningsgradskurva och en punkt f\u00f6r maximal effektivitet: vid en viss belastning ger en viss panna och en viss turbin den billigaste elektriciteten. Billigaste \u2014 i den meningen med den minsta specifika br\u00e4nslef\u00f6rbrukningen. <\/p>\n

De flesta kraftverk i Ryssland \u00e4r uppkopplade parallellt, d\u00e4r alla pannor arbetar med en \u00e5ngkollektor och alla turbiner ocks\u00e5 f\u00e5r n\u00e4ring fr\u00e5n samma kollektor. Detta ger flexibilitet i lastningen av utrustningen, men komplicerar ber\u00e4kningarna avsev\u00e4rt. Ibland delas stationens utrustning upp i delar som arbetar p\u00e5 olika kollektor med olika \u00e5ngtryck. Och om man l\u00e4gger till kostnader f\u00f6r interna behov \u2014 drift av pumpar, fl\u00e4ktar, kylare och, f\u00f6r att inte m\u00f6rka saken, bastur precis bakom kraftverksstaketet \u2014 d\u00e5 kan det bli riktigt komplicerat.<\/p>\n

Egenskaperna hos all utrustning \u00e4r icke-linj\u00e4ra. Varje enhet har en kurva med omr\u00e5den d\u00e4r verkningsgraden \u00e4r h\u00f6gre och l\u00e4gre. Detta beror p\u00e5 belastningen: vid 70 % \u00e4r verkningsgraden en, vid 30 % en annan. <\/p>\n

Utrustningen skiljer sig \u00e5t i egenskaper. Det finns nya och gamla turbiner och pannor, och det finns aggregat av olika konstruktioner. Genom att korrekt v\u00e4lja utrustningen och optimalt belasta den vid punkter av maximal verkningsgrad, kan br\u00e4nslef\u00f6rbrukningen minskas, vilket leder till kostnadsbesparingar eller h\u00f6gre l\u00f6nsamhet. <\/p>\n

\"Simulation
\n<\/p>\n

Hur vet kraftverket hur mycket energi som beh\u00f6ver produceras?<\/h3>\n

\nPlaneringen g\u00f6rs tre dagar i f\u00f6rv\u00e4g: tre dagar innan blir den planerade upps\u00e4ttningen av utrustning k\u00e4nd. Det handlar om de turbiner och pannor som kommer att vara i drift. F\u00f6r att f\u00f6renkla, vi vet att fem pannor och tio turbiner kommer att vara i drift idag. Vi kan inte s\u00e4tta p\u00e5 annan utrustning eller st\u00e4nga av den planerade, men vi kan justera belastningen f\u00f6r varje panna fr\u00e5n minimum till maximum, och f\u00f6r turbinerna kan vi \u00f6ka och minska effekten. Steget fr\u00e5n maximum till minimum tar mellan 15 och 30 minuter beroende p\u00e5 utrustningen. H\u00e4r \u00e4r uppgiften enkel: att v\u00e4lja optimala l\u00e4gen och h\u00e5lla dem med h\u00e4nsyn till operativa justeringar. <\/p>\n

\"Simulation
\n
\nVarifr\u00e5n kommer denna upps\u00e4ttning av utrustning?<\/b> Den fastst\u00e4lldes baserat p\u00e5 resultaten fr\u00e5n upphandlingarna p\u00e5 den f\u00f6rreglerade marknaden. Det finns en marknad f\u00f6r kapacitet och elektricitet. P\u00e5 kapacitetsmarknaden g\u00f6r producenterna en ans\u00f6kan: \"Det finns s\u00e5dan eller s\u00e5dan utrustning, h\u00e4r \u00e4r minimala och maximala kapaciteter med h\u00e4nsyn till planerat underh\u00e5ll. Vi kan leverera 150 MW till ett visst pris, 200 MW \u2013 till ett annat pris, och 300 MW \u2013 till ett annat pris.\" Det \u00e4r l\u00e5ngsiktiga erbjudanden. \u00c5 andra sidan g\u00f6r stora konsumenter ocks\u00e5 sina ans\u00f6kningar: \"Vi beh\u00f6ver s\u00e5 mycket energi.\" De specifika priserna fastst\u00e4lls i det \u00f6gonblick d\u00e5 det som energiproducenterna kan ge m\u00f6ter det som konsumenterna vill ta. Dessa kapaciteter fastst\u00e4lls f\u00f6r varje timme p\u00e5 dygnet.<\/p>\n

\"Simulation
\n
\nVanligtvis har kraftv\u00e4rmeverk en ungef\u00e4rligen konstant belastning under hela s\u00e4songen: p\u00e5 vintern \u00e4r den prim\u00e4ra varan v\u00e4rme, och p\u00e5 sommaren elektricitet. Stora avvikelser \u00e4r oftast kopplade till olyckor antingen p\u00e5 sj\u00e4lva stationen eller p\u00e5 angr\u00e4nsande kraftverk inom samma priss\u00e4ttningszon p\u00e5 den f\u00f6rreglerade marknaden. Men det finns alltid sv\u00e4ngningar, och dessa sv\u00e4ngningar p\u00e5verkar kraftigt den ekonomiska effektiviteten i stationens drift. Den n\u00f6dv\u00e4ndiga kapaciteten kan uppn\u00e5s med tre pannor med en belastning p\u00e5 50 % eller tv\u00e5 med en belastning p\u00e5 75 %, och d\u00e4rmed se vad som \u00e4r mest effektivt. <\/p>\n

L\u00f6nsamheten beror p\u00e5 marknadspriserna och kostnaderna f\u00f6r elproduktion. P\u00e5 marknaden kan priserna s\u00e4tta sig s\u00e5 att det \u00e4r l\u00f6nsamt att br\u00e4nna br\u00e4nslet, men s\u00e4lja elen bra. Det kan ocks\u00e5 vara s\u00e5 att man vid en viss tidpunkt m\u00e5ste g\u00e5 ner p\u00e5 teknisk minimumniv\u00e5 och minska f\u00f6rlusterna. Man m\u00e5ste ocks\u00e5 t\u00e4nka p\u00e5 lagren och kostnaderna f\u00f6r br\u00e4nsle: samma naturgas \u00e4r vanligtvis begr\u00e4nsad, och \u00f6vergripande gas \u00e4r avsev\u00e4rt dyrare, f\u00f6r att inte tala om tungolja. Allt detta kr\u00e4ver exakta matematiska modeller f\u00f6r att f\u00f6rst\u00e5 vilka anbud man ska l\u00e4mna och hur man ska reagera p\u00e5 f\u00f6r\u00e4ndrade omst\u00e4ndigheter. <\/p>\n

Hur detta gjordes innan vi kom<\/h3>\n

\nPraktiskt taget p\u00e5 papper med inte s\u00e4rskilt exakt information om utrustningen, som har stor spridning fr\u00e5n det faktiska. Omedelbart efter testerna av utrustningen kommer de i b\u00e4sta fall att vara plus-minus 2 % fr\u00e5n verkligheten, och redan efter ett \u00e5r - plus-minus 7-8 %. Tester genomf\u00f6rs i genomsnitt var femte \u00e5r, ofta \u00e4nnu mer s\u00e4llan.<\/p>\n

N\u00e4sta punkt \u00e4r att alla ber\u00e4kningar g\u00f6rs i hypotetiskt br\u00e4nsle. I Sovjetunionen antogs ett system d\u00e4r ett visst hypotetiskt br\u00e4nsle anv\u00e4ndes f\u00f6r att j\u00e4mf\u00f6ra olika stationer som k\u00f6r p\u00e5 olja, kol, gas, k\u00e4rnenergikraftverk och s\u00e5 vidare. Man beh\u00f6vde f\u00f6rst\u00e5 effektiviteten i enheter (eller 'parrots') f\u00f6r varje generator, och det hypotetiska br\u00e4nslet \u00e4r den s\u00e5 kallade 'parroten'. Det definieras genom br\u00e4nslets kalorinneh\u00e5ll: en ton hypotetiskt br\u00e4nsle motsvarar ungef\u00e4r en ton stenkol. Det finns omr\u00e4kningstabeller f\u00f6r olika typer av br\u00e4nsle. Till exempel \u00e4r v\u00e4rdena f\u00f6r brunt kol n\u00e4stan dubbelt s\u00e5 d\u00e5liga. Men kalorinneh\u00e5llet h\u00e4nger inte ihop med rubel. Det \u00e4r som bensin och diesel: det \u00e4r ingen garanti att om diesel kostar 35 rubel och 92:an kostar 32 rubel, s\u00e5 \u00e4r diesel mer effektiv enligt kalorinneh\u00e5llet. <\/p>\n

Den tredje faktorn \u00e4r ber\u00e4kningskomplexiteten. Baserat p\u00e5 personalens erfarenhet ber\u00e4knas tv\u00e5 till tre alternativ, och oftare v\u00e4ljs det b\u00e4sta l\u00e4get fr\u00e5n historiska perioder f\u00f6r liknande belastningar och v\u00e4derf\u00f6rh\u00e5llanden. Naturligtvis tror personalen att de v\u00e4ljer de mest optimala l\u00e4gena och anser att ingen matematisk modell n\u00e5gonsin kommer att \u00f6vertr\u00e4ffa dem. <\/p>\n

Vi kommer. F\u00f6r att l\u00f6sa uppgiften f\u00f6rbereder vi en digital tvilling - en simuleringsmodell av stationen. Det inneb\u00e4r att vi med hj\u00e4lp av speciella metoder simulerar alla teknologiska processer f\u00f6r varje enhet av utrustningen, sammanst\u00e4ller \u00e5ng- och energibalansen och f\u00e5r en exakt modell av driftseffektiviteten f\u00f6r kraftverket. <\/p>\n

F\u00f6r att skapa modellen anv\u00e4nder vi: <\/p>\n