ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУЩЕСТВЕННОСТИ ФАКТОРОВ И ПАРАМЕТРОВ С ПОМОЩЬЮ ОТСЕИВАЮЩИХ ИМИТАЦИОННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА

Разделение факторов и параметров, влияющих на экономичность СЦТ, на более или менее существенные возможно только за счет сочетания глубокого инженерного анализа с применением современных математических методов и ЭВМ. В гл. 2.2 обоснован поэтапный подход к решению указанной задачи, а также возможность применения математической теории эксперимента.

Рассмотрим этап предварительного разделения влияющих факторов и параметров с помощью инженерного анализа на три класса: существенные, несущественные и подозреваемые на существенность.

В результате инженерного анализа проектных разработок, инструкций и публикаций к априорно существенным с точки зрения перспективного проектирования СЦТ в целом отнесены такие факторы, как начальные параметры пара для ТЭЦ, тип базового источника теплоты, состав основного оборудования и вид сжигаемого топлива, коньюнктурный уровень капиталовложений во все звенья СЦТ и замыкающих затрат на топливо, тип системы транзитных тепловых сетей (двух- или однотрубная).

Априорно несущественными приняты такие факторы и параметры, как температура сетевой воды в подающей и обратной линиях в неотопительный период, способ регулирования отпуска теплоты для водяных СЦТ, коэффициент теплопередачи для тепловых сетей и водяных теплообменников и др.

После инженерного анализа для постановки отсеивающих экспериментов принято 29 подозреваемых на существенность факторов и параметров (табл. 2), из которых 9 качественных и 20 количественных. Среди них особого пояснения требуют лишь специально введенные коэффициенты, характеризующие степень конденсационности турбин по теплофикационным и производственным отборам, а также по станции в целом.

Первые два коэффициента характеризуют долю тепловых мощностей турбин, отнесенных к теплофикационным и производственным отборам, соответственно, которая может быть использована при работе по конденсационному режиму (т. е. обеспечена соответствующей низкопотенциальной частью)! Степень конденсационности станции определяется как отношение части тепловой мощности турбин, работающей по чисто конденсационному циклу, к сумме расчетных тепловых мощностей всех турбин, работающих на данной станции.

Закрытая система ГВС представлена двухступенчатой последовательной схемой с регулированием отпуска тепла по повышенному графику, а открытая двухтрубная — соответственно по скорректированному. В обоих случаях расход сетевой воды равен отопительному [55].

В качестве базового источника теплоты принята угольная ТЭЦ с начальным давлением пара 13 МПа и его давлением в конденсаторе 0,004 МПа. Пиково-резервные котельные рассматриваются на газомазутном топливе.

Матрица планирования принята по симметричному двухуровневому плану из 32 опытов [59], а векторы экспериментальных значений удельных приведенных затрат на тепловую энергию для двух серий опытов, отличающихся уровнем замыкающих затрат на топливо (во второй серии они в 1,5 раза выше), получены с помощью имитационной математической модели СЦТ в виде программы ZT на ЭВМ [78].

Проверка нормальности выборок, полученных в результате двух серий отсеивающих экспериментов, векторов удельных приведенных затрат на тепловую энергию zT, осуществлена согласно методике [15]. Подсчитывается отношение размаха выборки R к стандартному отклонению Scp. Размах выборки представляет собой разность ее максимального и минимального значений, а стандартное отклонение — положительное значение корня квадратного из дисперсии относительно среднего. Если отношение Rl-SCp меньше нижней или больше верхней критической границы, то нормального распределения нет с вероятностью ошибки а.

Для I серии отсеивающих экспериментов Ri/Slcp = = (13,25—0,9)/13,98 = 3,31. Для II серии отсеивающих экспериментов #u/s?p = (16,99 — 1,8)/17,65 = 3,61. При объеме выборки п = 32 обе выборки являются нормальными [15], но I серия опытов — с вероятностью ошибки а = = 0,01, a II серия — с вероятностью ошибки а = 0,05. Это свидетельствует о статистической эффективности критерия гт по сравнению с малочувствительным к вариациям переменных критерием суммарных приведенных затрат.

В табл. 3 в порядке ранжирования по двум сериям опытов приведены влияющие факторы и параметры, принятые для отсеивающих экспериментов, с указанием соответствующих коэффициентов линейного уравнения регрессии (для кодированных значений переменных).

Минимальные значения остаточной дисперсии, а, следовательно, и максимальные значения f-критерия Фишера Достигаются в I серии опытов 5оСТ = 0,42 и F = 33,5 при 19 факторах, а во II серии — 5ост = 0,63 и F — 28 при 18 факторах (рис. 4, а, б). Это подтверждает выводы о состоятельности регрессионной модели и результатов отсева, поскольку число опытов (п — 32) более, чем в 1,45 раза превышает число существенных факторов и параметров. Как видно из рис. 4, в, максимальное значение критерия состоятельности уравнения регрессии резко снижается при уменьшении уровня значимости f-критерия (а).

Значительная часть полученных выводов относительно степени и характера влияния на экономичность СЦТ отдельных факторов и параметров подтвердила уже известные представления. Однако это косвенно свидетельствует о корректности методического подхода, достоверности полученных формально результатов отсеивающих экспериментов и позволяет с большей уверенностью делать выводы о значимости и характере влияния на экономичность СЦТ менее изученных факторов и параметров. В частности, большое практическое значение имеют выводы об относительно слабом влиянии на экономичность СЦТ в целом таких качественных параметров, определяющих схемные решения, как зависимая или независимая схема присоединения абонентских Установок, открытая или закрытая двухтрубная система ГВС, система трубопроводов от тепловых пунктов.

Эти результаты позволяют значительно упростить задачу оптимизации основных параметров СЦТ сведением ее к ограниченному числу подзадач с количественными переменными.

Инженерный анализ результатов отсеивающих экспериментов показывает, что среди параметров, оказавшихся формально среди наиболее существенных, находятся такие, которые можно зафиксировать в практических оптимизационных расчетах ввиду тривиальности их влияния. В частности, это относится к явной нецелесообразности повышения степени конденсационности турбин по производственным отборам, целесообразности применения ПРК вместо РОУ, малой эффективности применения баков-аккумуляторов в закрытых системах ГВС.

Практическая независимость параметра водяных и паровых СЦТ позволяет осуществить их комплексную оптимизацию с помощью отдельных оптимизационных моделей. Следует отметить, что для паровых систем в число наиболее существенных попали, главным образом, факторы, в то время как для водяных СЦТ наиболее существенных факторов и параметров примерно поровну.

Таким образом, в результате инженерного анализа публикаций и проектов, а также проведения отсеивающих экспериментов с имитационной моделью СЦТ на ЭВМ и их анализа выявлены факторы и параметры, оказывающие наиболее существенное влияние на показатель сравнительной экономической эффективности СЦТ — удельные приведенные затраты на тепловую энергию: а) факторы (тип источника теплоснабжения и вид сжигаемого топлива; замыкающие затраты на топливо и электроэнергию; уровень капиталовложений во все звенья СЦТ; доля паровой нагрузки в суммарной тепловой нагрузке; район строительства СЦТ; тип прокладки тепловых сетей; коэффициент заполнения графика паровой нагрузки; длина паровой тепломагистрали, суммарная расчетная тепловая нагрузка; теплоплотность и конфигурация жилой застройки; длина транзитного участка водяной тепловой сети); б) параметры (коэффициенты теплофикации по нагрузкам в горячей воде и технологическом паре; расчетная температура сетевой воды в подающей линии; расчетная температура воды в обратной линии систем отопления; удельные падения давления (скорости теплоносителя) в водяных и паровых тепловых сетях). Результаты анализа и ранжирования факторов и параметров по степени их влияния на показатель сравнительной экономической эффективности СЦТ при принятых предпосылках позволяет упростить построение соответствующих оптимизационных моделей, предназначенных для комплексной оптимизации основных параметров водяных и паровых СЦТ.

Юфа А. И., Носулько Д. Р./ Комплексная оптимизация теплоснабжения.— К.: Техника, 1988.