Оптимальні режими експлуатації групи опалювальних котельних з різними техніко-економічними характеристиками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донбаська державна академія будівництва і архітектури

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ГРУПИ ОПАЛЮВАЛЬНИХ КОТЕЛЕНЬ З РІЗНИМИ ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

05. 23. 03 - вентиляція, освітлення та теплогазопостачання

Гвоздецький Олександр Вадимович

УДК 697. 34

Макіївка -1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Редько Олександр Федорович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Строй Анатолій Федорович, Полтавський державний технічний університет ім. Юрія Кондратюка, завідувач кафедри; доктор технічних наук, професор Губар Валентин Федорович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри.

Провідна установа: Харківський політехнічний університет, Міністерство освіти України (м. Харків).

Захист дисертації відбудеться “29” червня 1999 р. о 13. 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12. 085. 01 у Донбаській державній академії будівництва і архітектури за адресою: 339023, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, Зал засідань (1 учбовий корпус).

Атуальність роботи. На сучасний момент для задоволення потреб комунально-побутових споживачів населених пунктів України виробляється більш ніж 250 млн. ГДж теплової енергії на рік. Її виробляють біля 4 тис. опалювальних котелень, загальна теплопродуктивність яких складає 50000 МВт. Таким чином, підвищення економічної ефективності опалювальних систем (ОС) є важливим та пріоритетним завданням, а метою його розв'язання буде економія паливно-енергетичних ресурсів. До складу параметрів управління цією системою будуть входити величини теплових навантажень на окремі котли і котельні та фактори, що визначають схему транспортування теплоносія від джерела теплоти (котельної) до споживачів. Розглядаються два варінта цієї схеми.

Приймаючи це до уваги, розв'язання задачі оптимального управління складною ОС у режимі реального часу вимагає оперативної обробки великої інформації про поточний стан цієї системи та навколишнього середовища та може бути реалізовано тільки з використанням комп'ютерних технологій.

У дисертаційній роботі пропонуються підходи до розв'язання задачі вибору комфортного теплового навантаження (з урахуванням теплопостачання та гарячого водопостачання), оптимального розподілу цього навантаження поміж опалювальними котельнями та окремими котлами. Ці задачі ставляться та реалізуються як задачі нелінійного математичного програмування (НМП). Цільові функції охоплюють втрати теплоти з вихідними газами, на роботу дуттьових вентиляторів, на перекачування теплоносія через теплообмінні апарати котлів та його транспорт через магістральні мережі.

Безпосереднє управління ОС відбувається на базі конкретних рішень, отриманих з використанням комп'ютерної техніки або спеціальних технологічних карт управління, розроблених шляхом попереднього великого чисельного експерименту.

Усе доведене вище визначає актуальність роботи, яка спрямована не економію паливно-енергетичних ресурсів та поліпшення екологічної ситуації за рахунок оптимального управління ОС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з наказом Мін. Освіти України про затвердження координаційних планів науково-дослідних робіт на 1997 - 1998 р. р., наказ № 37 від 13. 02. 1997 р. та згідно з держбюджетною темою № 0045 “Енерго- та ресурсозберігаючі технології та раціональне використання палива у будівельному виробництві” і відповідає основним напрямкам наукової роботи кафедри ТГВ ХДТУБіА.

Метою дослідження є зниження витрат паливно-енергетичних ресурсів у ОС шляхом оптимального центрального регулювання, яке охоплює:

- вибір раціонального теплового навантаження на опалювальні райони;

- оптимальний розподіл цього навантаження поміж опалювальними котельнями та окремими котлами з різними економічними характеристиками;

- вибір оптимальних розходів теплоносія у елементах ОС;

Задачі досліджень:

- формалізація та загальна математична постановка задачі оптимального управління ОС;

- декомпозиція загальної задачі оптимального управління та розробка структури локальних взаємопов'язаних оптимізаційних задач;

- розробка програмного експериментально-обчислювального комплексу (ПЕОК) для управління ОС у режимі реального часу та для складання пакету технологічних карт для аналогічного управління у відсутності комп'ютерного забезпечення;

- дослідження впливу геометричних та режимних характеристик ОС на результати рішення задачі оптимального управління нею.

Наукова новизна отриманих результатів:

- на засадах математичних методів обробки результатів

чисельного та натурного експериментів розроблено єдину математичну модель функціонування групи опалювальних котельних;

- формалізовано та поставлено як задачу НМП загальну оптимізаційну задачу раціонального управління групою опалювальних котелень;

- на засадах основних положень теорії складних систем здійснено декомпозицію загальної оптимізаційної задачі;

- отримані результати дослідів дозволили запропонувати нові підходи до управління складними ОС.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблено та апробовано ПЕОК для оптимального управління у режимі реального часу;

-розроблено та апробовано спрощений ПЕОК для складання технологічних карт для оптимального управління групою опалювальних котельних за відсутності комп'ютерного забезпечення.

Особистий внесок здобувача. Предметом захисту є створені особисто автором:

- математична модель ОС та ПЕОК для управління цією ОС;

- рекомендації щодо оптимального управління ОС у режимі реального часу.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на 52 та 53-й науково-технічній конференції ХДТУБіА (м. Харків, квітень 1997 та 1998 р. р.), а також 1-й Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми економії енергії”, державний університет “Львівська політехніка” (м. Львів, червень 1998 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи надруковано п'ять наукових робіт у фахових виданнях країни.

Розроблено алгоритми розв'язання задачі вибору оптимального навантаження на котельні агрегати.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти глав, висновків, списку використаних джерел з 62 найменувань та додатків на 2 сторінках. Робота вміщує 126 сторінок машинописного тексту, 24 рисунки, 8 таблиць, всього 158 сторінок.

Основний зміст роботи

навантаження котельня енергетичний ресурс

У вступові обгрунтовано актуальність теми, доведені мета та основні завдання досліджень, охарактеризовані новизна, теоретична та практична цінність отриманих результатів, доведені дані про апробацію та публікацію основних наукових положень, які вміщує дисертація.

У першій главі розглянуті основні напрямки сучасних досліджень проблем оптимального управління систем теплопостачання. Ці питання розглядались у роботах Богуна В. А., Левіна В. К., Литвінчьовой Н. О., Редько О. Ф., Соколова Є. Я., Стоянова Ф. А. Юфа Ф. І. та ін. Під час відбору та критичного аналізу цих робіт було сформовано склад завдань, які необхідно розв'язати для розкриття теми дисертації, та проведено їх попередню математичну постановку.

На першому етапі розглядається загальна оптимізаційна задача управління виробництвом та відпуском теплоти у ОС, схема якої надана на рисунку 1. Це є задача центрального регулювання, яке передбачає незмінні розходи теплоносія (G1р та G2р) на вході у опалювальні райони (ОР) та дозволяє їх зміну у інших елементах ОС. Поточне сумарне Рисунок 1 - Схема ОС навантаження на усі опалювальні котельні (ОК) (Q, МВт) залежить від їх кількості i = (у подальшому прийнято n=3), від кількості працюючих котлів mi = на кожній і-й котельній та від кількості розпалених пальників ji, mi = у кожному mi- му котлі і-ої котельної. Тут ri та кi, mi - загальна чисельність котлів у і-й котельній та загальна кількість пальників у mi- му котлі і- ої котельної.

Саме ці величини (і, mi та ji, mi) і є параметрами управління у загальній оптимізаційній задачі раціонального управління групою опалювальних котельних. До параметрів управління слід також віднести величини yz, z=, які визначають гідравлічний стан системи та витрати, пов'язані з ним (тут р- загальна кількість елементів управління гідравлічним станом).

За цільову функцію у цій задачі прийнято сумарну ціну втрат енергії у ОС за одиницю часу S, гривень/с. Тут S= /??, де ?? - деякий період регулювання, тривалість якого встановлюється теплоакумулюючою спроможністю приміщень, що опалюються, та характером наявного прогнозу температури навколишнього повітря, а , гривень - ціна втрат енергії за цей період. Під час цього періоду оптимальні значення і, mi, ji, mi та yz залишаються незмінними. Вони змінюються та корегуються на початку наступного періоду ??.

Тоді формальна постановка загальної оптимізаційної задачі управління ОС може бути сформульована наступним чином. Необхідно для заданого загального навантаження знайти такі величини параметрів управління і, mi, ji, mi та yz, які забезпечать мінімум цільової функції S= S (і, mi, ji, mi, yz) за умов виконання обмежень, що гарантуватимуть дотримання основних фізичних законів функціонування ОС та її надійність.

Реалізація загальної оптимізаційної задачі з одночасним дослідженням всього комплексу зв'язків вимагає багато часу та практично неможлива за умов управління ОС у режимі реального часу. У зв'язку з цим було проведено декомпозицію загальної оптимізаційної задачі управління на низку взаємопов'язаних локальних рівневих задач.

Під час розв'язання задачі першого рівня встановлюється кількість теплоти , МДж, яку необхідно підвести до опалювальних районів за період ??, щоб забезпечити комфортний стан у споживачів теплоти у цих районах. Основні початкові дані у цій задачі: ??; ?о - початок періоду регулювання ??; Q1к, от=Q1к, от (tнв), Q2к, от =Q2к, от (tнв), МВт- залежності комфортного опалювального навантаження на райони № 1 та № 2 від температури навколишнього повітря; tнв= tнв (?), С?- прогноз погоди на період часу [?о, ?о +??]; Q1к, гв (?), Q2к, гв (?), МВт- добові графіки гарячого водопостачання для районів № 1 та № 2. Усі залежності задані, як правило, у табличному вигляді та апроксимуються поліномом другого ступеня або кубічним сплайном зі згладжуванням. Тоді кількість теплоти , МДж, яку необхідно підвести до теплового району № 1, щоб забезпечити комфортні умови за період ??, визначається:

= + , (1)

а якщо прийняти до уваги, що tнв= tнв (?), то

= + . (2)

Аналогічно встановлюється величина , а потім визначається =+ .

Щоб забезпечити комфортні умови у районах № 1 та № 2, необхідно, щоб поточна сумарна потужність опалювальних котелень № 1, № 2 та № 3 (Q =, i =) на протязі періоду ?? становила б Q = /?? = ( + ) /??.

На другому рівні розв'язується задача оптимального управління окремими котельними № 1, № 2 та № 3. У результаті її розв'язання для різних величин навантажень на кожну i- ту котельну знаходимо оптимальну кількість працюючих котлів miопт, оптимальні навантаження на ці працюючі котли Qm, iопт та мінімальні величини сумарних втрат енергії на і- тій котельній у ціновій формі Нi, гривень/с, що відповідають отриманому оптимальному рішенню (і =). Ця інформація є початковою для розв'язання задачі третього рівня, де вона використовується у вигляді залежностей Hi, min= Hi, min (Qi).

На третьому рівні розв'язується задача вибору величин Qi, МВт та Gi, кг/с, і =, що забезпечують мінімум сумарних втрат енергії у системі S за умов дотримання заданої величини Q (дивись задачу першого рівня) та обмежень, які гарантуватимуть виконання основних фізичних законів функціонування ОС.

На четвертому рівні розв'язується задача вибору параметрів управління yz, z=, що забезпечуватимуть максимальне набли-ження дійсних значень G1, G2 та G3 до оптимальних, що були отримані після розв'язання задачі третього рівня (G1опт, G2опт та G3опт). Необхідність розв'язання цієї задачі визначається тим, що оптимальні значення рівня G1опт, G2опт та G3опт можуть знаходи-тися поза межами реально припустимих величин G1д, G2д та G3д.

Далі реалізується повторна ітерація задачі третього рівня з зафіксованими величинами G1=G1д, опт, G2=G2д, опт та G3=G3д, опт, максимально наближеними до оптимальних G1опт, G2опт та G3опт. Після розв'язання цієї задачі отримуємо Qi = Qiд, опт, і =.

І, наприкінці, на п'ятому рівні для кожного mі- го котла і-ої котельної розв'язується задача про вибір оптимальної кількості розпалених пальників ji, mi, що забезпечить дотримання отриманих вище оптимальних значень Qiд, опт, і = та відповідних їм Qmi, опт.

Для розв'язання оптимізаційної задачі третього рівня в першу чергу необхідно розробити алгоритм обчислення цільової функції S, який дозволить встановити S у максимально стислий термін. Це є єдиний шлях зробити розв'язання задачі оптимального управління доступним у режимі реального часу.

У другій главі проводиться великий чисельний експеримент, на базі результатів якого складається цільова функція S, якій притаманні описані вище якості.

Для обчислення S використовується співвідношення

S = + , g = , (3)

де Hтр g -, гривень/ (с?м) - втрати на транспорт теплоносія на одному метрі g- ої дільниці теплотраси у ціновій формі;

lg, м- довжина g- ої дільниці теплотраси;

Gg, кг/с та t1, g, С?- розхід і температура теплоносія у g-ій дільниці теплотраси;

d- кількість дільниць теплотраси.

Для встановлення першої групи компонент Himin (Qi), і =, з яких складається цільова функція S (дивись формулу (3)), використовується наступний підхід. Розглянемо котельну № 1 як приклад.

Необхідно за умов заданого теплового навантаження на котельну Q1, МВт знайти теплове навантаження на кожний окремий m1 -й котлоагрегат, яке забезпечить мінімум Н1. Математична постановка цієї задачі виглядає наступним чином [2].

Величина Н1 для заданого навантаження Q1 може бути обчислена наступним чином.

Н1 = , (5)

де - ціна втрат під час виробництва 1 МДж теплової енергії у m1- му котлі котельної № 1.

Основні початкові дані, необхідні для обчислення : залежності втрат з вихідними газами та на дуттьові вентилятори від теплового навантаження на m1-й котел та величини гідравлічного опору кожного m1- го котла. Як приклад, розглянемо котельну № 1, що складається з 3 котлів (r1 = 3), де першим двом котлам притаманні більш високі економічні характеристики (котли А), а третьому - більш низькі (котел В). Також необхідно знати ціни на електричну та теплову енергію. За відомих основних початкових даних можна обчислити для низки значень Q1, m1 та побудувати залежність (Q1, m1), а далі апроксимувати її поліномом другого ступеня.

Тоді для котлів А

= 0, 032 - 4, 16??Q1, 1 + 1, 5??, (6)

для котла В

= 0, 05035 - 2, 42??Q1, 3 + 3, 7??, (7)

а цільова функція Н1 матиме вигляд (дивись (5, 6 та 7))

Н1 = Q1, 1? (Q1, 1) +Q1, 2? (Q1, 2) +Q1, 3? (Q1, 3) (8)

Задача пошуку мінімуму Н1 розв'язувалась методом НМП з використанням стандартного обчислювального комплексу, адаптованого до конкретної топології області пошуку. Для Q1 = 200 МВт та r1 = 3 отримані наступні результати: Q1, 1опт = Q1, 2опт = 76, 6 МВт, Q1, 3опт = 46, 8 МВт, Н1, min = 0, 0796 гривень/с. Звичайно, більш низьке оптимальне теплове навантаження припадає на котел з більш низькими економічними характеристиками.

Аналогічні розрахунки було проведено для різних величин Q1 у діапазоні 33 ? 330 МВт з шагом ?Q1= 30 МВт. Апроксимація отриманих результатів дозволяє описати аналітичну залежність

Н1min =H1min (Q1), (9)

та аналогічно Н2min =H2min (Q2), Н3min =H3min (Q3).

Наступним етапом оцінки цільової функції (дивись формулу (3)) є розробка апроксимаційноїзалежності Нтр, g (Gg, t1g), де g = [1]. За заданих конфігурації теплотраси, температури навколишнього повітря tнв, температурних графіків опалювальних районів t2 =t2 (tнв) ; фізичних характеристик матеріалів, використаних під час будівництва траси; ККД насосних установок; ціни електричної та теплової енергії втрати Нтр g залежать тільки від t1, g та Gg - температури та розходу теплоносія у трубопроводі та розраховуються за допомогою стандартного алгоритму.

Для прискорення процесу оцінки цільової функції S (3) необхідно встановити величину Нтр, g для різних комбінацій величин t1, g та Gg (за умов зафіксованих у першому наближенні t2). Результати розрахунків наведені у таблиці 1 та апроксимовані поліномом другого порядку [1]

Нтр, g = Нтр, g (Gg, t1, g). (10)

Залежність Нтр, g (Gg, t1, g) надана на рисунку 2. Тут також наведені величини теплового навантаження на теплопровід - Qтр, МВт. Аналіз цих залежностей дозволяє зробити висновок, що за заданого навантаження транспортування теплоносія більш ефективно зі зниженими величинами розходів Gg та підвищеною температурою t1, g.

Треба підкреслити, що під час розробки математичної моделі функціонування достатньо зношених трубопроводів теоретична оцінка Нтр, g може виявитися неадекватною реальному стану технічної системи. У цьому випадку до чарунок таблиці 1 треба заносити відповідні експериментальні дані.

Встановивши компоненти цільової функції S можна перейти до розв'язання задачі третього рівня.

У третій главі розглядається розв'язання оптимізаційної задачі третього рівня. Основні початкові дані:

- Q1к, Q2к, МВт- теплове навантаження на районі № 1 та № 2, що було встановлено після розв'язання задачі першого рівня;

Таблиця 1

Залежність транспортних втрат у магістральному теплопроводі Нтрg? від від розходу теплоносія G, кг/с та температури води у прямому трубопроводі t1g, С?

- залежность іН1min = H1min (Q1), Н2min = H2min (Q2), Н3min = H3min (Q3), Нтр, g (Gg, t1, g), отримані після розв'язання задачі другого рівня.

Математична постановка задачі третього рівня для системи, схема якої наведена на рисунку 1, має вигляд:

Знайти

min S (Q1, Q2, Q3, G1, G2, G3), (11)

Q1, Q2, Q3, G1, G2, G3 ? ?

де область ? визначається обмеженнями:

G1p = G2 + Gвс, G2p = G3 + Gвe, Gвс + Gвe = G1, (12)

+ Q2 = Q1к, + Q3 = Q2к,

де Gвс та Gве - розходи теплоносія на відрізках мережі ВС та ВЕ (рисунок 1).

Ця задача може розглядатись як задача Лагранжа та реалізовуватись методом заміни перемінних. Тоді розмірність оптимізаційної задачі третього рівня знижається з 6 до 3, а відповідна задача нелінійного математичного програмування прийме вигляд [3].

Інші параметри управління (Q2, Q3, G1), а також Gвс та Gве встановлюються шляхом розв'язання системи рівнянь (12). Мінімум розшукується методом Нелдера-Міда.

Для реалізації оптимізаційної задачі було розроблено ПЕОК, який надає повну інформацію про основні характеристики ОС для оптимального варіанту її функціонування. Усі початкові дані для роботи обчислювального комплексу, що також включають інформацію про реальний стан економічних характеристик ОС, можна оперативно змінювати шляхом редагування відповідного файла початкових даних.

У четвертій главі за допомогою розробленого ПЕОК було досліджено вплив геометричних та режимних характеристик системи теплопостачання на результати розв'язання оптимізаційної задачі оптимального управління. Найбільш важливі з них надані нижче.

Як приклад, розглянемо результати розв'язання цієї задачі для наступних основних початкових даних: Q1к = 233 МВт, Q2к = 197 МВт. Було отримано результати: G2опт = 843 кг/с; G3опт = 430 кг/с; Q1опт = 320 МВт; Smin = 0, 126 гривень/с. Аналогічні результати було отримано для інших величин навантажень Q1к та Q2к. Отримані значення G2опт та G3опт були використані під час розв'язання задачі четвертого рівня. В результаті було отримано G2gопт = 550 кг/с; G3gопт =550 кг/с, які максимально наближені до G2опт та G3опт, але припустимі з точки зору гідравлічних вимог до системи.

Результати цього розв'язання для різних Q = Q1к + Q2к наведено на рисунку 3. На цьому графіку можна побачити, що за збільшення Q, починаючи з Q ? 348 МВт (крапка В), подальший ріст оптимального теплового навантаження на котельну № 1 (Q1) припиняється, бо “спрацьовує” обмеження Q1 ? Q1max = 320 МВт. При цьому загальна тенденція характеру кривих свідчить, що якщо підвищити встановлену потужність на котельній № 1, то сумарні втрати Smin у області, праворуч від крапки В на рисунку 3 знижатимуться порівняно з варіантом оптимізації з вказаним вище обмеженням.

Таким чином, можна зробити висновок, що подальше збільшення встановленої потужності котельної № 1 раціонально не тільки з точки зору екології (бо вона міститься за межами міста), але й точки зору підвищення економічної ефективності ОС в цілому.

Цікаво відмітити, що у діапазоні навантажень до самого Q = 348 МВт оптимальне теплове навантаження на другу котельну буде дорівнювати нулю, що пояснюється її більш низькими економічними характеристиками порівняно з першою. Що ж до котельної № 3, то хоч їй й притаманні низькі економічні характеристики, але вона знаходиться поруч з опалювальним районом № 2, тому втрати на транспорт теплоносія у цей район не великі. У зв'язку з цим оптимальному варіанту відповідає сумісне опалення теплового району № 2 котельними № 1 та № 3, економічні характеристики котрих зрівнюються із врахуванням транспортних втрат. Також слід відмітити, що у оптимальному рішенні розхід G2опт становив 550 кг/с за умови Q2опт ? 0, тобто котельна № 2 працювала у режимі насосної станції. Це пояснюється тим, що транспортування теплоти на відрізку АВ (рисунок 1) буде вигіднішим за малих розходів, компенсація яких на вході до району № 1 відбуватиметься за рахунок насосів котельної № 2.

Подальші дослідження кривих на рисунку 3 свідчать, що за будь-яких значень Qк величини оптимальних навантажень Q2опт та Q3опт не перевищують відповідно 110 МВт та 100 МВт. Це дозволяє зробити висновок, що обладнання котельних № 2 та № 3, яке забезпечує встановлені потужності по-за цими межами, може бути законсервоване вже на поточному етапі реконструкції ОС. Це вигідно як з екологічної, так і з економічної точок зору.

Подальші дослідження стосуються вивчання впливу різних геометричних параметрів ОС на результати розв'язання оптимізаційної задачі. Так, як приклад, на рисунку 4 надані залежності Smin від довжини l магістрального теплопроводу. Показано, що нарощування цієї довжини за умов фіксованих Q1, G2, G3 супроводжується суттєво більшими втратами, ніж для варіанту, коли Q1, G2, G3 є перемінні оптимізації.

У п'ятій главі розглядається розв'язання задачі оптимального управління ОС за умов відсутності комп'ютерного забезпечення за допомогою пакетів технологічних карт.

Розглядаються три різновиди технологічних карт:

1) Для оцінки та , МДж. Під час розрахунків реалізується задача 1-го рівня за умови припущення лінійного закону залежності tнв = tнв (?) та сумарного (змішаного) графіку теплового навантаження на опалення та гаряче водопостачання.

2) Для оцінки Q1опт, Q2опт та Q3опт. Під час розрахунків реалізується задача 3-го рівня для G2 = G2gопт = 550 кг/с та G3 = G3gопт = 550 кг/с. Результати розрахунків надані у карті, яка наведена у таблиці 2. Аналогічні карти розроблено для інших комбінацій G2 та G3, які припустимі з позицій вимог гідравлічної надійності.

3) Для оцінки Qm1опт, Qm2опт та Qm3опт. Під час розрахунків реалізовувалась задача другого рівня.

Наведемо приклад використання одного з видів технологічних карт. Нехай Q = 400 МВт. Тоді з таблиці 2 отримуємо оптимальні величини навантажень на котельні та величину витрат

Q1опт = 320 МВт; Q2опт = 28, 3 МВт; Q3опт = 50, 6 МВт;

Smin = 0, 118 гривень/с.

З метою оцінити економічний ефект від використання запропонованої комп'ютерної технології у реальній практиці були зважені втрати з неоптимальним розподілом теплових навантажень поміж опалювальними котельними та їх окремими котлами. Загальний економічний ефект від впровадження цієї технології становитиме 0, 03 гривень на 1 ГДж теплової енергії, що виробляється.

Таблиця 2

Технологічна карта для оцінки Q1опт, Q2опт, Q3опт та S

Висновки

1. Проведено формалізацію та математичну постановку загальної оптимізаційної задачі управління ОС як задачі НМП. Проведено декомпозицію загальної задачі оптимального управління ОС та розроблено структуру локальних взаємопов'язаних оптимізаційних задач. Розроблено спеціальну структуру математичних моделей процесів, що відбуваються у системі теплопостачання, яка дозволяє шукати оптимальне рішення не з довільного набору перемінних, а з множини оптимальних рішень, що були отримані заздалегідь шляхом розв'язання оптимізаційних задач на попередніх ієрархічних рівнях. Це дає можливість реалізувати задачу оптимального управління ОС у режимі реального часу.

2. Розроблено ПЕОК для оптимального управління ОС у режимі реального часу, адаптований до IBM PC/AT. Цей комплекс дозволяє оптимально розподілити навантаження поміж опалювальними котельними; оптимально розподілити розходи теплоносія у елементах ОС; встановити оптимальний склад працюючих котлів у кожній з опалювальних котельних та оптимальний розподіл навантаження поміж цими котлами.

3. Окреслено шляхи раціональної консервації надмірних встановлених потужностей застарілих котельних, що містяться у

межах міст, коли уводяться у дію нові потужності сучасної потужної котельної, що будується за межами міста.

4. Визначено раціональність транспортування теплоносія за підвищених температур та відповідно знижених розходів, коли гідравлічні втрати превалюють над тепловими.

5. Подальше віддалення котельної за межи міста з одночасною оптимізацією основних параметрів управління ОС супроводжується суттєво меншим ростом втрат, ніж у випадку, коли ці параметри прийнято зафіксованими.

6. Розроблено пакет технологічних карт для оптимального управління ОС у відсутності комп'ютерного забезпечення.

7. Результати досліджень за темою дисертації було впроваджено у практику управління ОС, що дозволило знизити ціну 1 Гдж теплової енергії на 0, 03 гривень.

Основний зміст дисертаційної роботи викладено в наступних публікаціях:

1. Гвоздецкий А. В. Исследование влияния температуры и расхода теплоносителя на величину транспортных потерь в магистральном теплопроводе // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. научн. - тех. сб. - К. : Техніка. - Вып. 13, 1998. - С. 66-69.

2. Редько А. Ф., Стоянов Л. Ф., Гвоздецкий А. В. Исследование влияния экономических характеристик отопительных котельных на оптимальное распределение отопительных нагрузок между ними // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. научн. - тех. сб. - К. : Техніка. -Вып. 14, 1998. - С. 100-102.

3. Гвоздецкий А. В. Решение задачи оптимального управления отопительной котельной с использованием стандартных программных комплексов // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБіА ХОТВ АБУ, 1998. - С. 125-129.

4. Стоянов Ф. А., Стоянов Л. Ф., Гвоздецкий А. В. Оптимальное управление группой отопительных котельных // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. научн. - тех. сб. - К. : Техніка. -Вып. 14, 1998. - С. 121-126.

5. Редько А. Ф., Стоянов Ф. А., Стоянов Л. Ф., Гвоздецкий А. В. Оптимальное управление группой отопительных котельных с использованием технологических карт // Вісник державного університету “Львівська політехніка”. - Львів: 1998. - С. 43-46.

Анотація

Гвоздецький О. В. Оптимальні режими експлуатації групи опалювальних котельних з різними техніко-економічними характеристиками. Дисертація є рукописом на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 23. 03 - Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Донбаська державна академія будівництва та архітектури, Макіївка, 1999.

У дисертації пропонуються нові інформаційні технології управління складними ОС за умов змінного споживання теплоти. Розроблено спеціальну структуру математичних моделей процесів, що відбуваються у системі теплопостачання. Задача оптимального управління ОС реалізується у режимі реального часу, що дозволяє оптимально розподілити теплове навантаження поміж опалювальними котельними; оптимально розподілити розходи теплоносія у елементах ОС; встановити оптимальний склад працюючих котлів у кожній з опалювальних котельних та оптимальний розподіл навантаження поміж цими котлами.

Оптимальне управління ОС у режимі реального часу відбувається за допомогою ПЕОК, адаптованого до IBM PC/AT, а у відсутності комп'ютерного забезпечення - за допомогою спеціально розробленого пакету технологічних карт. Результати наведених досліджень впроваджено у виробництво.

Ключові слова: система теплопостачання, оптимальне управління, нелінійне математичне програмування.

Аннотация

Гвоздецкий А. В. Оптимальные режимы эксплуатации группы отопительных котельных с различными технико-экономическими характеристиками. Диссертация является рукописью на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 23. 03 - Вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. Донбасская государственная академия строительства и архитектуры, Макеевка, 1999.

В диссертации предлагаются новые информационные технологии управления сложными ОС в условиях переменного потребления теплоты. Проведена формализация и математическая постановка общей оптимизационной задачи управления ОС как задачи НМП. Проведена декомпозиция общей задачи оптимального управления ОС и разработана структура локальных взаимосвязанных оптимизационных задач. Разработана специальная структура математических моделей процессов, которые происходят в системе теплоснабжения, что позволяет искать оптимальное решение не из произвольного набора переменных, а из множества оптимальных решений, которые были получены заранее путем решения оптимизационных задач на предыдущих иерархических уровнях. Это дает возможность реализовать задачу оптимального управления ОС в режиме реального времени.

Разработан ПЭВК для оптимального управления ОС в режиме реального времени, адаптированный к IBM PC/AT. Этот комплекс позволяет оптимально распределить нагрузки между отопительными котельными; оптимально распределить расходы теплоносителя в элементах ОС; установить оптимальный состав работающих котлов в каждой из отопительных котельных и оптимальное распределение нагрузки между этими котлами.

Обозначены пути рациональной консервации чрезмерных установленных мощностей устаревших котельных, расположенных в границах городов, когда водятся в действие новые мощности современной мощной котельной, которая строится за пределами города. Определена рациональность транспортирования теплоносителя при повышенных температурах и соответственно сниженных расходах, когда гидравлические потери превалируют над тепловыми.

Показано, что дальнейшее отдаление котельной за границы города с одновременной оптимизацией основных параметров управление ОС сопровождается существенно меньшим ростом потерь, чем в случае, когда эти параметры приняты зафиксированными. Разработан пакет технологических карт для оптимального управления ОС в отсутствия компьютерного обеспечения.

Результаты исследований по теме диссертации были внедрены в практику управления ОС, что позволило снизить цену 1 Гдж тепловой энергии на 0, 03 гривен.

Ключевые слова: система теплоснабжения, оптимальное управление, нелинейное математическое программирование.

Summary

Gvozdetsky A. V. Optimum operation regimes of group of heating boiler plants with various technological performances. The present thesis is a manuscript to complete for earning a candidate of technical science, the specialty 05. 23. 03 - Air-conditioning, lighting, heat and gas supply. The Donbass State Academy of building and architecture, Makyiyvka, 1999.

The thesis concerns the information technologies of control of complex heating systems on conditions that the heat consumption is widely varied.

The special mathematical model of processes occurring in heating system is suggested. The real-time optimum control of heating system is carried out, allowing to distribute the heat load optimally between the boiler plants; to distribute the heat-carrier flow rate optimally between the heating system elements; to determine the optimum set of working boilers for each boiler plants and optimum heat load distribution between these working boilers.

The real-time optimum control of heating system is carried out by the means of especially designed IBM PC/AT programs or, if computer is not available, by the flow chart complements. The results of these researches are introduced into production.

Keywords: heating system, optimum control, non-linear mathematical programming.

Размещено на Allbest.ru