Підвищення ефективності роботи централізованих систем теплопостачання з використанням комп"ютерних технологій - Автореферат

Одним із найбільш дієвих заходів підвищення економічної ефективності систем централізованого теплопостачання (СЦТ) є використання системи раціонального управління технологічними процесами, що протікають у них. Управління СЦТ з використанням температурного графіка ускладнюється тим, що робоче навантаження на котельню відрізняється високою нерівномірністю в часі, викликаною змінами температури зовнішнього повітря та навантаження гарячого водопостачання та вентиляції. В звязку з цим набуває особливої актуальності задача створення програмних комплексів раціонального управління режимами відпуску тепла в СЦТ з урахуванням ТЗТ, яка нерозривно повязана з підвищенням енергоефективності систем теплопостачання. Розроблені в роботі малозатратні технології раціонального управління виробництвом та транспортуванням теплової енергії в СЦТ дозволяють дбайливо використовувати енергоресурси та виділяти зекономлені кошти на модернізацію СЦТ. Метою даної роботи є підвищення енергоефективності СЦТ шляхом раціонального управління режимами відпуску тепла за допомогою розроблених алгоритмів та компютерних програм, які враховують транспортне запізнення теплоносія.Реалізація напрямків розвитку СЦТ потребує значних фінансових вкладень, тому в напрямку підвищення ефективності роботи систем треба шукати, в першу чергу, малозатратні методи та дії, що можуть принести економічний ефект при незначних капіталовкладеннях, яким і є розроблена в даній роботі система раціонального управління СЦТ, що враховує час ТЗТ. Перша задача - вибір оптимальних розмірів трубопроводів (), що забезпечують мінімум сумарних втрат енергії у системі (у коштовному вимірі) на протязі опалювального сезону () та виконання умови (1). На першому рівні обчислюється величина загального навантаження на котельну для якісного та якісно-кількісного регулювання, яке забезпечує комфортні умови у споживачів в ОР на протязі періоду регулювання після східчастої зміни навантаження на котельню, що відповідає зміні від до. Зауважимо, що величина визначається різницею осереднених температур зовнішнього повітря на ділянках до та після моменту східчастої зміни навантаження на котельню. Через інтервал температура на вході в ОР дорівнюватиме температурі на виході з котельної в момент східчастого зменшення навантаження на неї, а температура на виході з ОР буде визначатися наданим температурним графіком за умови дотримання припущення про сталість температури в приміщеннях, що опалюються, а також умови про те, що вітраті в магистральніх трубопроводних мережах відносятся безпосередно до ОР.Встановлено, що існуючі методи управління системами централізованного теплопостачання не забезпечують раціонального використання температурного потенціалу теплоносія за високої динаміки зміни температури навколишнього середовища, що вимагає розробки більш довершених підходів до рішення цієї задачі на основі введення в алгоритм розрахунку додаткових умов: транспортного запізнення теплоносія і оптимізації розподілу навантажень між теплогенеруючими агрегатами СЦТ. Показано, що при виборі сумарного навантаження на теплогенеруючі агрегати, що забезпечують комфортні умови в районах, що опалюються, необхідно враховувати не тільки температуру зовнішнього повітря у поточний момент часу, але і передісторію формування температурного графіка і режими теплогенерації, а також час проходження теплоносія через мережу. Запропонована методика вибору технічних характеристик теплових мереж, що забезпечує мінімізацію втрат енергії протягом опалювального сезону і однаковий час запізнення теплоносія для різних ОР, та дозволяє уникнути розрегулювання системи при роботі на змінних режимах і зменшує сумарні енергетичні втрати.

Основний зміст роботи

1. Встановлено, що існуючі методи управління системами централізованного теплопостачання не забезпечують раціонального використання температурного потенціалу теплоносія за високої динаміки зміни температури навколишнього середовища, що вимагає розробки більш довершених підходів до рішення цієї задачі на основі введення в алгоритм розрахунку додаткових умов: транспортного запізнення теплоносія і оптимізації розподілу навантажень між теплогенеруючими агрегатами СЦТ.

2. Показано, що при виборі сумарного навантаження на теплогенеруючі агрегати, що забезпечують комфортні умови в районах, що опалюються, необхідно враховувати не тільки температуру зовнішнього повітря у поточний момент часу, але і передісторію формування температурного графіка і режими теплогенерації, а також час проходження теплоносія через мережу.

3. Здійснено математичний опис загальної задачі управління раціональною експлуатацією джерел теплової енергії з урахуванням транспортного запізнення теплоносія, проведена ії декомпозиція на ряд локальних задач різніх ієрархічних рівней, що дозволяє скоротити час розвязання задачі управління і реалізувати її в реальному масштабі часу.

4. Розроблені алгоритм, програмний комплекс і пакети технологічних режимних карт для розвязання задачі раціонального управління СЦТ різних типів (включаючи котельні і ТЕЦ) в режимі реального часу в умовах ТЗТ.

5. Запропонована методика вибору технічних характеристик теплових мереж, що забезпечує мінімізацію втрат енергії протягом опалювального сезону і однаковий час запізнення теплоносія для різних ОР, та дозволяє уникнути розрегулювання системи при роботі на змінних режимах і зменшує сумарні енергетичні втрати.

6. Розвязана задача розподілу навантажень між окремими енергогенеруючими агрегатами СЦТ з мінімізацією втрат енергії в системі за допомогую стандартніх обчислювальних комплексов, що дозволяє знизити сумарні енергетичні втрати в СЦТ.

7. Встановлено, що якбі розбіжнисті в часі транспортного запізнення теплоносія для різних ОР не перевищує 30 %, то вибір раціонального навантаження на задану систему, при якому забезпечується мінімальне відхилення від заданого температурного режиму в ОР, може здійснюватися по усереднених значеннях часу ТЗТ.

8. Адекватність розроблених математичних алгорітмов реальним процесам, що протікають в СЦТ, підтверджується результатами експериментальних досліджень, проведених на натурному обєкті.

9. Річний економічний ефект від впровадження програмних комплексів і пакетів режимних карт для раціонального управління СЦТ складає ~ 305 тис. гривень.

10. Матеріали дисертаційної роботи використовуються при викладанні учбового курсу та виконанні курсових проектів студентами Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури.

1. Оптимальное управление централизованными системами теплоснабжения с учетом транспортного запаздывания теплоносителя: Учебное пособие для ВУЗОВ / [С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев, Л.П. Шевченко]. Харьков: Золотые страницы, 2006. 143 с.

2. С.Ю. Андреев. Переходные тепловые процессы в системе теплоснабжения при ступенчатом изменении тепловой нагрузки на котельную / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Містобудування та територіальне планування: Науч.-техн. сб. К.: КНУБА, 2005. № 20. С. 17-25.

3. С.Ю. Андреев. Анализ влияния режимных характеристик системы теплоснабжения на управление отпуском теплоты при транспортном запаздывании теплоносителя / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБІА, ХОТВАБУ, 2005. №32. С. 140-146.

4. С.Ю. Андреев. Рациональное управление системой теплоснабжения при ступенчатом изменении нагрузки на котельную / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Містобудування та територіальне планування: Науч.-техн. сб. К.: КНУБА, 2005. № 21. С. 3-9.

5. С.Ю. Андреев. Методы решения задач оптимального управления для зависимых и независимых систем теплоснабжения / С.Ю. Андреев, А.Ю. Андреев // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБІА, ХОТВАБУ, 2006. №37. С. 159-165.

6. С.Ю. Андреев. Оптимальное управление системой теплоснабжения с подмешиванием теплоносителя на ТРС при ступенчатом изменении нагрузки на котельную / С.Ю. Андреев, Ф.А. Стоянов, А.Ю. Андреев // Проблеми та перспективи енерго-, ресурсозбереження житлово-комунального господарства: Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції.- Алушта: ХОП НТГ КГ та ПО, ХНАМГ, 2005. С. 37-39.