Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые и ядерные энергоустановки

Диссертационная работа:

Борисов, Антон Александрович. Оптимизация загрузки оборудования теплоэлектроцентралей с учетом распределения потоков теплоносителей между сетевыми подогревателями : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.14 / Борисов Антон Александрович; [Место защиты: Иван. гос. энергет. ун-т].- Иваново, 2011.- 177 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2214

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Одним из важнейших направлений исполнения федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...» является внедрение энергосберегающих технологий на тепловых электрических станциях (ТЭС). С момента принятия в 2005 году приказа № 268 Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации интенсивно развиваются такие малозатратные энергосберегающие мероприятия, как разработка и внедрение прикладных программных комплексов по оптимизации распределения тепловых и электрических нагрузок между агрегатами электростанций. Широкому внедрению программных комплексов способствовали также сложившиеся принципиально новые условия работы электростанций, особенно теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), на Новом оптовом рынке электроэнергии и мощности (НОРЭМ).

Решение задачи оптимального распределения тепловых и электрических нагрузок между параллельно работающими агрегатами ТЭЦ традиционно базируется на раздельном расчете показателей работы сетевых подогревателей и собственно турбоагрегатов. Между тем, расчеты показывают, что режим работы сетевых подогревателей, установленных в тепловой схеме соответствующих турбоагрегатов, существенно влияет не только на регулировочный диапазон изменения тепловой и электрической нагрузок турбоагрегата, но и на показатели его тепловой экономичности. Так значения показателей экономичности турбоагрегата типа Т-100/120-12,8 ПО ТМЗ по выработке электроэнергии при одних и тех же нагрузках могут варьироваться в пределах 30 % при измерении давления пара в камере регулируемого теплофикационного отбора, то есть при изменении параметров работы сетевых подогревателей.

Таким образом, разработка адекватных математических моделей систем и подсистем ТЭЦ для оценки влияния потокораспределения воды между сетевыми подогревателями на тепловую экономичность группы турбоагрегатов, разработка алгоритмов оптимизации загрузки оборудования с учетом этого влияния и программная реализация этих алгоритмов являются актуальными задачами, стоящими перед энергетикой.

Актуальность работы подтверждается также ее выполнением в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция» (2.1-А118 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и международных договоров о научно-техническом сотрудничестве с Ченстохов-ским политехническим университетом (Польша).

Целью работы является повышение эффективности выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ путем учета потокораспределения воды между сетевыми подогревателями при оптимальном распределении нагрузок между турбоагрегатами.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- выбор моделей энергетического оборудования, позволяющих адекватно определять технико-экономические показатели его работы в регулировочных диапазонах изменения режимных параметров;

разработка алгоритма компьютерного представления математических моделей энергетического оборудования, обеспечивающего возможность использования этих моделей в прикладных программных комплексах по оптимизации распределения нагрузок;

разработка математических моделей теплофикационных турбоагрегатов с учетом характеристик установленных в их тепловой схеме сетевых подогревателей, оценка влияния сетевых подогревателей на регулировочный диапазон изменения нагрузок и показатели тепловой экономичности турбоагрегата;

разработка методов, алгоритмов и программных модулей по оптимизации состава работающего турбинного оборудования и нагрузок агрегатов с учетом потокораспределения сетевой воды между подогревателями теплофикационных установок (ТФУ) по условию минимальных расходов топлива;

внедрение разработанных методов, алгоритмов и программных модулей в производство, выявление величины экономии топлива за счет учета потокораспределения сетевой воды при оптимизации загрузки турбоагрегатов.

Соответствие паспорту специальности. Работа соответствует паспорту специальности:

в части формулы специальности - «...поиск приемов и методов оптимизации расчета, выбора и оптимизации параметров рабочих режимов оборудования...»; в части области исследования - пункту 1: «Разработка научных основ методов, показателей качества и режимов работы агрегатов, систем и тепловых электростанций в целом»; пункту 2: «Исследование и математическое моделирование процессов, протекающих в агрегатах, системах и общем цикле тепловых электростанций»; пункту 3: «Разработка, исследование, совершенствование действующих и освоение новых технологий производства электрической энергии и тепла, использования топлива, водных и химических режимов, способов снижения влияния работы тепловых электростанций на окружающую среду».

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Сформулирована и решена задача структурной и режимной оптимизации турбоагрегатов ТЭЦ с учетом потокораспределения воды через сетевые подогреватели при заданных суточных графиках несения суммарных электрической и тепловой нагрузок.

  2. Предложен синтезированный метод численного решения задачи оптимального распределения нагрузок между турбоагрегатами ТЭЦ, сочетающий два метода: метод направленного поиска в многомерных подпространствах параметров тепловых и электрических нагрузок и метод покоординатного поиска между этими подпространствами, учитывающий ограничения по суммарным нагрузкам и ограничения на область допустимых значений режимных параметров каждого агрегата. Разработан алгоритм компьютерной реализации синтезированного метода.

  3. Разработан модифицированный метод множителей Лагранжа, учитывающий как ограничения на суммарные нагрузки группы турбоагрегатов, так и технологические ограничения на допустимые диапазоны изменения режимных параметров оборудования, на основании которого получено аналитическое решение задачи оптимального распределения нагрузок между турбоагрегатами.

4. Получены новые данные, доказывающие, что включение в параметры оптимизации расходов воды через сетевые подогреватели индивидуальных ТФУ при оптимизации режима работы турбоагрегатов ТЭЦ обеспечивает получение экономии топлива, сопоставимой с экономией топлива за счет оптимизации без учета режимных параметров работы ТФУ.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

  1. Разработан программный комплекс «ТЭС-Эксперт», защищенный свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ, позволяющий производить выбор оптимального состава и режима работы агрегатов ТЭЦ при заданных графиках суммарных электрической и тепловой нагрузок и прогнозировать технико-экономические показатели работы оборудования в расчетных режимах.

  2. Выполнен анализ методов компьютерного представления математических моделей оборудования тепловых электростанций в виде энергетических характеристик. Показано, что с точки зрения использования этих моделей в прикладных программных комплексах по оптимизации распределения нагрузок наиболее приемлемым вариантом является использование кубических сплайнов. Разработан автоматизированный программный модуль представления энергетических характеристик оборудования в электронном виде.

  3. Программный комплекс «ТЭС-Эксперт» внедрен на Владимирской ТЭЦ-2 ОАО «ТГК-6» и Омской ТЭЦ-5 ОАО «ТГК-11». Реализованные технологические решения по повышению эффективности использования теплофикационных установок, оптимизации состава работающего оборудования и распределения тепловых и электрических нагрузок между агрегатами обеспечили получение годовой экономии тепловой энергии на Владимирской ТЭЦ-2 в количестве 14 000 Гкал (58 615,2 ГДж) и годовой экономии условного топлива на Омской ТЭЦ-5 в количестве 7000 тонн, что подтверждено документами.

  4. Разработанные математические модели энергетического оборудования, методы расчета и их программная реализация внедрены в учебный и научно-исследовательский процессы Ченстоховского политехнического университета (Польша) и Ивановского государственного энергетического университета.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных методов математического моделирования энергетического оборудования и анализа показателей тепловой экономичности его работы, совпадением результатов расчета и фактических показателей работы оборудования в условиях промышленной эксплуатации на двух различных электростанциях, а также совпадением полученных результатов расчетов с опубликованными результатами исследований других авторов.

Автор защищает:

  1. Постановку задачи структурной и режимной оптимизации турбоагрегатов ТЭЦ с учетом режима работы и схемы включения подогревателей индивидуальных и станционных теплофикационных установок при заданных графиках суммарных тепловой и электрической нагрузок.

  2. Аналитические решения задач оптимизации распределения нагрузок между турбоагрегатами, полученные с использованием модифицированного

метода неопределенных множителей Лагранжа, позволяющего учитывать как ограничения на суммарную станционную нагрузку, так и технологические ограничения на допустимые режимы работы оборудования.

  1. Синтезированный метод численного решения задачи оптимального распределения нагрузки между турбоагрегатами ТЭЦ, сочетающий два метода: метод направленного поиска в многомерных подпространствах параметров тепловых и электрических нагрузок и метод покоординатного поиска между этими подпространствами, учитывающий ограничения по суммарным нагрузкам и ограничения на область допустимых значений параметров работы каждого агрегата.

  2. Алгоритм компьютерной реализации разработанного синтезированного метода численного решения задачи оптимального распределения нагрузки между турбоагрегатами ТЭЦ.

  3. Результаты анализа методов компьютерного представления математических моделей оборудования тепловых электростанций с точки зрения возможности использования этих моделей в прикладных программных комплексах по оптимизации распределения нагрузок. Автоматизированный программный модуль для компьютерного представления математических моделей энергетического оборудования в виде энергетических характеристик.

6. Программный комплекс «ТЭС-Эксперт», позволяющий производить
выбор оптимального состава и режима работы агрегатов ТЭЦ при заданных
графиках суммарных электрической и тепловой нагрузок и прогнозировать
технико-экономические показатели работы оборудования в расчетных режи
мах.

  1. Результаты внедрения программного комплекса «ТЭС-Эксперт» на Владимирской ТЭЦ-2 ОАО «ТГК-6» и Омской ТЭЦ-5 ОАО «ТГК-11» и достигнутую экономию тепловой энергии и топлива.

  2. Новые данные, характеризующие экономию топлива за счет учета пото-кораспределения сетевой воды между подогревателями теплофикационных установок при оптимизации режима работы турбоагрегатов ТЭЦ.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на Владимирской ТЭЦ-2 ОАО «ТГК-6» и Омской ТЭЦ-5 ОАО «ТГК-11», что подтверждено актами внедрения. Разработанные модели, методы и алгоритмы расчета, модули их программной реализации использованы в научно-исследовательском процессе Ченстоховского политехнического университета (Польша), а также внедрены в учебный процесс Ивановского государственного энергетического университета в рамках лабораторного практикума по курсу «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях».

Личное участие автора в получении результатов работы состоит в разработке методики и программного модуля, обеспечивающих компьютерное представление моделей энергетического оборудования в виде энергетических характеристик, методики расчета и оптимизации распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ с учетом потокораспределения сетевой воды между подогревателями теплофикационных установок, алгоритмов и программных кодов программного комплекса «ТЭС-Эксперт», в адаптации и внедрении данного про-

граммного комплекса на электростанциях, проведении расчетного анализа эффективности оптимизации.

Апробация работы. Основные результаты работы опубликованы и обсуждались на семи конференциях, в том числе четырех международных: Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологии» XV Бенардосовские чтения (Иваново, 2009 г); XII и XV Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006 и 2009 гг.); XXII Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-22» (Псков, 2009 г.); V Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, 2006 г.); V Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» (Иваново, 2010 г.); Региональной научно-техническиой конференции студентов и аспирантов «Теплоэнергетика» (Иваново, 2009 г.).

Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в 23 опубликованных работах, в том числе в 8 ведущих рецензируемых журналах и изданиях (по списку ВАК), одной монографии, 6 свидетельствах о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 159 наименований, и приложений. Работа изложена на 166 страницах, не считая приложений, содержит 42 рисунка и 9 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net