Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ЕДИНИЧНЫХ МОЩНОСТЕЙ, СОСТАВА И СРОКОВ ВВОДА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ

В условиях большого разнообразия по значению, структуре и темпам ежегодного прироста тепловых нагрузок имеется достаточно большая свобода выбора числа, единичной мощности и сроков ввода турбин с отборами пара и конденсацией. Как показывают специальные исследования [69], оптимальное развитие ТЭЦ, оборудованных турбинами с противодавлением, также неоднозначно определяется значением и темпами роста тепловой нагрузки. Очевидно, что при установке турбин разных типоразмеров выбор оптимальных состава и сроков ввода основного оборудования ТЭЦ представляет собой многовариантную задачу, одну из важнейших при проектировании теплоэлектроцентралей.

В практике проектирования состав основного оборудования ТЭЦ выбирается, как правило, на заданный расчетный уровень развития тепловых нагрузок, а ввод его по годам обусловливается годовыми приростами тепловых нагрузок. Распространено мнение о том, что состав основного оборудования ТЭЦ, выбранный на заданный уровень развития тепловых нагрузок, при учете постепенности их роста может оказаться неоптимальным. Это, в частности, выдвигается в качестве довода в пользу разукрупнения как самих источников централизованного теплоснабжения, так и единичной мощности их основного оборудования. Такое положение на практике приводит к тому, что ТЭЦ строятся очередями и на них устанавливается разнотипное оборудование. В связи с необходимостью учитывать постепенность роста тепловых нагрузок ставится под сомнение эффективность дальнейшего укрупнения единичной мощности теплофикационных турбин.

В выполненных до настоящего времени исследованиях [47, 66] постановка данной задачи ограничивалась сравнением небольшого числа заранее намеченных вариантов развития ТЭЦ. При такой постановке рассматривается лишь незначительная часть общего числа 30 принципиально возможных вариантов. При этом оптимальный вариант может вообще не попасть в число сравниваемых. Для получения достаточно обоснованных выводов, которые могли бы быть использованы в практике проектирования и планирования, необходимо исследование всей зоны возможных решений и анализ влияния различных факторов на выбор решения. Исследование всей области возможных решений по выбору состава и сроков ввода основного оборудования ТЭЦ осуществимо лишь на основе математического моделирования при выполнении расчетов с помощью цифровых ЭВМ [58, 75].

Задача выбора оптимального развития ТЭЦ заключается в определении не только оптимального состава, по и сроков ввода основного оборудования по годам расчетного периода. В качестве основного оборудования предусматривается установка на ТЭЦ (в зависимости от структуры тепловой нагрузки) теплофикационных турбин с двумя регулируемыми отборами пара и конденсацией (типа ПТ), с одним регулируемым отбором пара и конденсацией (типа Т), с противодавлением (типа Р), энергетических, пиковых паровых (на низкие параметры пара) и водогрейных котлов. Водогрейные котлы предназначаются как для покрытия пика графика отопительно-бытовой тепловой нагрузки, так и для работы в базисном режиме в случае запаздывания ввода на ТЭЦ теплофикационных турбин типа Т или ПТ; пиковые паровые котлы — для покрытия пика графика технологической тепловой нагрузки. При запаздывающем (по сравнению с ростом тепловой нагрузки в паре) вводе на ТЭЦ турбин они могут также использоваться для работы в базисном режиме, т. е. для покрытия всей технологической тепловой нагрузки. При этом может оказаться целесообразным такое развитие ТЭЦ, при котором вначале на ее площадке (или на отдельных площадках) устанавливаются пиковые паровые и водогрейные котлы, а при достижении соответствующего уровня тепловых нагрузок — теплофикационные турбины и энергетические котлоагрегаты. После ввода турбин пиковые паровые и водогрейные котлы переводятся на работу в пиковом режиме. При определенных условиях может быть более экономичным развитие ТЭЦ, предусматривающее установку теплофикационных турбин и энергетических котлоагрегатов в начале расчетного периода.

Очевидно, что выбор того или иного пути развития ТЭЦ зависит от той минимально допустимой тепловой нагрузки, при которой становится эффективным ввод теплофикационных турбин. Многообразие влияющих факторов приводит к тому, что ее значение не может быть определено однозначно.

При выборе сроков установки теплофикационных турбин возможны два подхода: концентрированный или рассредоточенный их ввод по годам расчетного периода. В первом случае обеспечивается строительство ТЭЦ в более сжатые сроки и достигается экономия денежных затрат; во втором случае теплофикационные турбины вводятся по мере роста тепловых нагрузок, что дает наибольшую экономию топлива.

В связи с отмеченным задача выбора оптимального развития ТЭЦ при смешанной тепловой нагрузке, т. е. состава, очередности и сроков ввода теплофикационных турбин, энергетических, пиковых паровых и водогрейных котлов формулируется следующим образом. Задано: изменения часового и годового отпуска тепла от ТЭЦ на отопительно-бытовые и технологические цели в течение Т лет; допустимые к установке типоразмеры турбоагрегатов, энергетических, пиковых паровых и водогрейных котлов; приемлемые по техническим условиям варианты ТЭЦ по составу турбоагрегатов на последний год рассматриваемого периода; вид и замыкающие затраты на топливо для ТЭЦ, пиковой водогрейной котельной; замыкающие затраты на электроэнергию; число лет рассматриваемого периода (t=1, . . ., Т). Требуется определить оптимальную единичную мощность, состав и сроки ввода основного оборудования ТЭЦ.

Для решения задачи в качестве критерия оптимизации принимаются приведенные затраты, которые определяются по выражению (1-2).

С математической точки зрения задача заключается в следующем. Найти


при следующей системе ограничений:


Как следует из поставленной задачи, основными особенностями ее являются дискретность, целочисленность, динамичность переменных, нелинейный характер зависимостей технико-экономических показателей. Необходимость учета дискретности вызывается наличием шкалы типоразмеров для турбоагрегатов, энергетических, пиковых паровых и водогрейных котлов. Целочисленность некоторых переменных определяется тем, что они могут быть только целыми числами (варьируемое число турбоагрегатов, котлоагрегатов), а динамичность их проявляется в том, что значения многих из них могут изменяться во времени (тепловая нагрузка, замыкающие затраты на топливо и электроэнергию и др.). При этом, как будет показано ниже, учитываемые при решении задачи некоторые показатели могут рассматриваться как случайные величины и задаваться интервалом возможных значений или же законом распределения вероятностей. Кроме того, необходимо отметить нелинейность взаимосвязей переменных, а также зависимости критериальной функции от значений этих переменных.

Рассматриваемая задача состоит в определении значений критериальной функции 3(х), где х — наборы неотрицательных целочисленных переменных хц, удовлетворяющих системам уравнений:


Из (2-7) следует, что общее число турбин всех типоразмеров равно Число возможных вариантов ТЭЦ по составу турбин на последний год расчетного периода определяется значениями т и т. е. числом рассматриваемых типоразмеров турбин и предельным числом турбин i-ro типоразмера. Представляется, что оптимальным может быть состав ТЭЦ при т2 и 5. Таким образом, число таких вариантов будет сравнительно невелико, а общее число вариантов развития ТЭЦ при т=2 может быть значительным (см. 2-8).

Хрилев Л. С., Смирнов И. А./Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабжения/Под ред. Е. Я. Соколова.— М.: Энергия, 1978.

Экспертиза

на главную