МЕТОДЫ УЧЕТА ПОСТЕПЕННОСТИ РОСТА ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Постепенность роста тепловых нагрузок является характерным свойством развивающихся систем централизованного теплоснабжения и теплофикации, и поэтому важен учет этого фактора как при выборе состава и сроков ввода основного оборудования источников тепловой энергии, так и при определении параметров тепловых сетей. Она оказывает различное влияние на решение вопросов оптимизации источников тепла и тепловых сетей из-за различных способов увеличения их производительности. Если тепловую мощность ТЭЦ и котельных можно увеличивать по мере роста тепловых нагрузок путем постепенного ввода основного оборудования, то тепловые сети, как правило, сооружаются на расчетные нагрузки, которые будут достигнуты в конце определенного периода. При этом любая перекладка сетей или прокладка дополнительных магистралей по улицам современных городов в большинстве случаев затруднена условиями строительства. При учете постепенности роста тепловых нагрузок возникает задача оценки целесообразности прокладки на отдельных участках сети одного трубопровода большего диаметра или двух трубопроводов меньшего диаметра с поочередным вводом их по мере увеличения перетока тепла в сети. При таком поочередном сооружении и наращивании числа ниток трубопроводов на отдельных магистральных участках тепловой сети появляется необходимость в обоснованном учете всего комплекса затрат, связанных с проведением земляных, строительных и монтажных работ. Представляется, что для тепловых сетей в черте городов может оказаться оптимальным решение, предусматривающее прокладку трубопроводов с «запасом», т. е. повышенного диаметра, а для загородных транзитных сетей может оказаться более выгодным поэтапное сооружение тепловых сетей с прокладкой на первом этапе трубопроводов меньшего диаметра. Однако в каждом конкретном случае необходима проверка экономической целесообразности таких решений с учетом темпов роста тепловых нагрузок потребителей и условий сооружения тепловых сетей.
При рассмотрении задачи оптимизации параметров тепловой сети с учетом постепенности роста тепловых нагрузок также возможны различные подходы к учету 82
расчетного периода: на основе деления этого периода на отдельные этапы; путем учета тепловых нагрузок потребителей для каждого года в отдельности и перебора всех лет принятого периода. Таким образом, в первом случае расчетный период учитывается укрупненно, а во втором случае — более подробно. Выбор того или иного подхода к учету фактора динамики зависит от наличия соответствующей исходной информации и требуемой подробности в анализе развития тепловой сети в течение рассматриваемого периода.
Ниже излагается последовательность решения задачи по выбору основных параметров тепловой сети на стадии разработки схем теплоснабжения городов и промышленных центров с учетом постепенности роста тепловых нагрузок. При рассмотрении этой задачи в качестве исходных приняты следующие положения:
1) диаметры трубопроводов определяются при максимальных тепловых нагрузках, соответствующих последнему году заданного периода;
2) для головных участков производится выбор оптимального числа ниток путем варьирования в последнем году максимального значения диаметра, задаваемого дискретно с учетом существующей шкалы, и рассредоточение их по времени сооружения;
3) метод расчета тепловой сети основан на последовательном переборе всех лет принятого периода, начиная с последнего года;
4) при расчете тепловой сети принят линейный закон падения напора вдоль магистрали.
Естественно, не исключены и другие подходы к учету постепенности роста тепловых нагрузок при оптимизации развития тепловой сети. Например, диаметры на отдельных участках (как правило, головных) могут выбираться на расчетные нагрузки промежуточных периодов развития сети. При этом для существующих на различных этапах развития сети участков могут рассматриваться следующие варианты:
1) использование только существующего трубопровода;
2) прокладка дополнительных трубопроводов;
3) перекладка труб с увеличением диаметров.
При обосновании целесообразности применения этих вариантов должна приниматься во внимание заданная длительность расчетного периода: чем продолжительнее учитываемый ряд лет, т. е. больше заблаговременность в выборе решения, тем менее точна исходная информация. В то же время, как отмечалось выше, точность разрабатываемых методов должна согласовываться с реальными условиями подготовки и возможным характером изменения (погрешностью) исходной информации.
В данном случае задача по выбору основных параметров тепловой сети с учетом постепенности роста тепловой нагрузки рассматривается в следующей постановке. Задано: расчетные расходы воды у потребителей по годам учитываемого периода (G;T); длина участков и конфигурация тепловой сети для -го года, а также ряд других исходных параметров и ограничений, выше перечисленный при статической постановке данной задачи. Требуется определить оптимальные диаметры по участкам тепловой сети, отвечающие минимуму приведенных затрат, вычисленных за расчетный период по выражению (1-2).
Капиталовложения в тепловую сеть в t-м году определяются по формуле, руб.:
Метод решения рассматриваемой задачи заключается в переборе с заданным шагом значения удельного падения напора в главной магистрали в последнем году расчетного периода, в определении для каждого значения hTi диаметров по участкам тепловой сети и в нахождении за весь период суммарных приведенных затрат в тепловую сеть, соответствующих значению hTi. Путем перебора и сравнения всех вариантов по показателю определяется оптимальное решение, соответствующее минимуму критериальной функции. Таким образом, диаметры по участкам сети определяются для заданного на последний год расчетного расхода воды по потребителям. При этом максимальный расход воды по одной нитке трубопровода не должен превышать заданного (но техническим условиям) значения. В случае более значительных расходов воды необходима прокладка дополнительной нитки трубопровода (на данном участке сети).
Вначале определяется для ф-го участка тепловой сети в Т-м году при i-м значении удельного падения напора в главной магистрали теоретический диаметр (rfP)) по формуле гидравлического расчета, мм:
Найденное по выражению (3-13) теоретическое значение диаметра округляется до ближайшего по стандарту и по уточненному его значению находятся по годам расчетного периода удельные и полные падения напоров для ф-го участка сети. Аналогичным образом выбираются при i-м значении удельного падения напора диаметры для всех участков тепловой сети и вычисляется значение приведенных затрат (3{). Перебирая (с заданным шагом) все значения удельного падения напора, можно выявить зависимость 3=f(h), на основании которой принимается окончательное решение.
Как отмечалось выше, в случае необходимости проверки целесообразности прокладки на головных участках тепловой сети двух или более ниток меньшего диаметра вместо минимально возможного их числа (по техническим ограничениям) по разработанному алгоритму производятся вариантные расчеты. В них меняется предельно допустимое значение диаметра и в соответствии с этим варьируется число ниток трубопровода на рассматриваемом участке сети. Для каждого варианта определяются приведенные затраты и по ним выбирается оптимальное решение.
На основе разработанного метода составлена программа для проведения расчетов с помощью ЭВМ. Блок- схема программы представлена на рис. 3-3. По этой программе можно производить на ЭВМ расчеты тепловой сети, содержащей около 100 участков, 70 потребителей при Г=10 годам.
Подводя итог анализу разных методов оптимизации тепловых сетей, следует указать на необходимость дополнения любых оптимизационных расчетов инженерным анализом полученных результатов с учетом различных факторов, не учитываемых имеющимися алгоритмами оптимизации. Например, следует подвергать тщательному анализу варианты тепловых сетей, рассчитанные с применением ЭВМ, требующие сооружения насосных подстанций с соответствующей автоматикой. В ряде случаев будет наиболее правильным принятие варианта сетей с незначительным увеличением приведенных затрат, но с более простой схемой сети и с минимальным числом насосных подстанций.
