№ 3
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2014
УДК 621.311
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭНЕРГОБЛОКОВ ТЭЦ
© 2014 г. ЩИННИКОВ П.А., НОЗДРЕНКО Г.В., БОРУШ О.В., ЗЫКОВ С.В.
ФГБОУ ВПО "Новосибирский государственный технический университет " e-mail: aborush@ngs.ru
В статье рассматривается развитие дифференциальной эксергетической методики в рамках практического приложения такого подхода к решению задачи оптимизации режимов работы теплофикационных энергоблоков ТЭЦ как многоцелевых энергоблоков, что позволяет получить дополнительную информацию об эксергети-ческой эффективности энергоблоков и ТЭЦ с учетом режимных особенностей отпуска теплоэнергии и ее работоспособности. Приводится принципиальный алгоритм оптимизации режимов работы теплофикационных энергоблоков ТЭЦ.
Ключевые слова: нагрузка, эксергия, оптимизация, режим.
OPTIMIZATION OPERATING MODE OF CHPP UNITS
Shchinnikov P.A., Nozdrenko G.V., Borush O.V., Zykov S.V.
FSEIНРУ "NovosibirskState Technical University" e-mail: aborush@ngs.ru
The paper regarded development of the differential Exergic methodology within the practical application of this approach to the problem of optimization operating modes of CHPP cogeneration units as a multi-purpose units, which allows you to get additional information on the exergetic efficiency and CHPP units with the heat output characteristics of the regime and its functions. Fundamental algorithm of optimization operating modes CHPP cogeneration units is presented.
Key words: load, exergy, optimization, mode.
Распределение нагрузки между энергоблоками на функционирующей ТЭЦ — задача эффективной эксплуатации.
В настоящее время распределение электрической и тепловой нагрузок между энергоблоками при покрытии заданных графиков нагрузок проводится по методике равенства коэффициентов относительных приростов [1] или по методике определения режимов работы, соответствующих минимуму расхода топлива на ТЭЦ, которые рассчитываются по энергохарактеристикам котлов, теплофикационных турбин и энергоблоков [2]. Полезно иметь информацию об эксергетической эффективности энергоблоков и ТЭЦ с учетом режимных особенностей отпуска теплоэнергии и ее работоспособности. Эту информацию можно получить на основе разработанного дифференциального эксергетического подхода [3], суть которого дана в работах [4—8] и при технико-эконо-
В,
Рис. 1. Принципиальная схема энергоснабжения от ТЭЦ: В,, В2, ..., В8 — расхды топлива на теплофикационные энергоблоки; Т,, Т2, ..., Т8 — теплофикационные энергоблоки; N2, ..., N — электрические нагрузки теплофикационных энергоблоков; О,, .••, 08 — теплофикационные нагрузки энергоблоков; 0ТЭц — электрическая и теплофикационная нагрузки ТЭС
мических оценках в [9]. Следует отметить, что авторы не противопоставляют эксерге-тическую методологию какой-либо другой. Эксергия и ее практические приложения рассматриваются как дополнительная функция, которая позволяет в новом (ином) свете изучать особенности работы энергоблоков. Эксергия позволяет увидеть то, что скрыто рамками традиционных энергетических подходов к исследованию. Например, для многоцелевых энергоблоков [10, 11] (отпускающих два и более вида продукции) применение эксергетической функции не требует процедуры разнесения затрат на топливо по каждому виду продукции, это дает термодинамически строгое представление о затратах энергии (эксергии) на каждый вид продукта, а значит понимание о истинном КПД процессов. Поэтому эксергетическая функция позволяет определить действительно "слабые места" в технологии для ее усовершенствования. Применение показателя технико-экономического КПД энергоблоков [9] является дополнительным инструментом для анализа. Такой инструмент имеет некоторые допущения по гладкости и непрерывности функций для метода Лагранжа. Это актуально в части, например, линейки единичных мощностей энергоблоков, характерных типоразмеров энергетического оборудования, дискретности ценовых показателей на материалы и оборудование и некоторых других. Во всех случаях задача представлена в вероятностной постановке с учетом доверительных интервалов в зонах "скачков" [3].
Достоверность определения полных затрат при нахождении технико-экономического КПД при таком переходе равноценна определению себестоимости продукции в реальном энергопроизводстве на ТЭС.
В данной статье рассматривается развитие дифференциальной эксергетической методики [3—9] в рамках практического приложения такого подхода к решению задачи оптимизации режимов работы теплофикационных энергоблоков ТЭЦ как многоцелевых энергоблоков с учетом оценки их эксергетической эффективности.
На рис. 1 показана принципиальная схема энергоснабжения потребителей от ТЭЦ, в составе которой рассматривается восемь теплофикационных энергоблоков с турбинами типа Т (Т1, Т2, ...,Т8). Установленная мощность ТЭЦ определяется как количеством энергоблоков (2, 3, ..., 8), так и их единичной мощностью 25.250 МВт.
Как показано в [3—9], при дифференциальном эксергетическом методе энергоблок представляется в виде эксергетической структурной схемы подсистем (функционирующих частей): топливообеспечения; парогенератора со всеми его энергетическими системами; ЧВД и ЧСНД турбины; электрического генератора и электрооборудования; технического водоснабжения и регенерации; отпуска теплоэксергии потребителю.
Эксергетическая эффективность подсистем [9] определяется как
П = ЕУ /Б*
(1)
где Е * — эксергия, подводимая к функционирующей части с к-м энергоносителем по к-му каналу связи; Е* = ^ Е*; Еу = ^ Еу — эксергетическая производитель-
к е V(I) у е Ж(¿)
ность функционирующей части; Еу — эксергия, отводимая с ;-м энергоносителем по у-му каналу связи.
Эксергетические КПД [3—9] по отпуску:
— электроэнергии
= ^ оЛ 4 = П1П2ПЗП4£ 5 е N; (2)
— теплоэксергии
Пбт = ^ оАб = П1П2ПзП4Пб£ N, (3)
где X, характеризуют удельные топливные затраты на отпускаемую эксергию; Еу = п уЕу /еу; е 5 = /О!1- П-^П /у П-1 ] — структурный коэффициент эксергетиче-ских связей, учитывающий технологические взаимосвязи между функционирующими
частями (энергетическими системами и агрегатами) энергоблока и внешние систем-
( \-1
ные связи;
8 N -
эксергетический коэффициент внутрициклового
П2П3 Е ¿4п-1
¿ = 2, 3
возврата потерь теплоты в турбоагрегате.
Интегральный эксергетический КПД энергоблока
П, = (^ + Пт Ет + Ет). (4)
Эксергетический КПД ТЭЦ, как критерий эффективности при оптимизации функционирования ТЭЦ:
П г = X П, N + Ет )/Х N + Ет). (5)
Оптимизатор представлен как:
тт[г (х)]-1 [ (ю) = 0, и е и], (6)
х е Я" )
где фи (ю) — логико-числовой оператор функциональных отношений; и — множество логико-числовых операторов; ю = (х, Г, О, ЕР, X) — информационная структура; Г — множество энергоблоков; X — множество логических управляющих параметров; О — множество внешних связей и исходных данных; х — электрические и теплоэксергети-ческие нагрузки энергоблоков.
Минимизация [2 (х)] 1 выполняется с использованием разработанного программно-вычислительного комплекса, в который введены процедуры распределения нагрузки между энергоблоками Т-25...Т-250 для различного работающего состава на ТЭЦ-100...ТЭЦ-1500.
Минимум функции (6) определяется методом случайного направленного поиска с учетом ограничений и условий:
— допустимая область пространства Е" замкнута;
— допустимая область в пространстве Е" не пуста и содержит такие значения х (с учетом технических ограничений), при которых выполняются уравнения балансов:
— энергетического
X (цМхк)м- X (пМуН)у = О; (7)
к е V (¿) у еЖ (!)
— материального
^ Мхш- ^ МУ = 0;
к е У({) ] е Ж(1)
— эксергетического
^ Ехш - X Ей-1 = 0.
(9)
к еУ({) ] еЖ(I)
Здесь М, к — расход и энтальпия энергоносителя; п — коэффициент, учитывающий соответствующие потери энергии (или эксергии).
Процедура расчетов — следующая. В качестве начальной точки отсчета Х0 электрическая и тепловая нагрузки ТЭЦ распределяются пропорционально номинальным электрической и тепловой мощностям функционирующих энергоблоков. В окрестностях точки определяется несколько значений функции [ г (х)] 1, на основании которых вычисляется новая точка Х1. Направления изменения компонентов Х задаются случайными, все направления равновероятны, а движение к экстремуму осуществляется только тогда, когда результат данного случайного движения приводит к уменьшению функции цели. При этом, если нагрузка (электрическая или тепловая) какого-либо из энергоблоков принимает номинальное значение, она вычитается из суммарной нагрузки ТЭЦ и оставшиеся мощности распределяются уже пропорционально номинальным (электрической или тепловой) мощностям других энергоблоков. Таким образом, формируется новая начальная точка отсчета Х2. В окрестностях этой точки
определяется несколько значений функции [ г (х)] 1 и находятся нагрузки, которые приводят к уменьшению функции цели. На каждом шаге рассчитываются теплофикационные мощности энергоблоков. И если электрическая нагрузка какого-либо из энергоблоков в процессе оптимизации становится меньше этой "привязанной" мощности, энергоблок догружается. Суммарная нагрузка ТЭЦ уменьшается на соответствующую величину и корректируется нагрузка других энергоблоков пропорционально номинальной электрической мощности. Таким образом, формируется новая начальная точка отсчета Х3. В окрестностях уже этой точки определяется несколько
значений функции [ г (х)] 1 и находятся нагрузки, которые приводят к уменьшению функции цели. Используются результаты каждого случайного шага поиска оптимальной точки для определения направления изменения оптимизируемых нагрузок на каждом следующем шаге. Для энергоблока (или эквивалентного энергоблока — для ТЭЦ с поперечными связями) при номинальных электрической и тепловой мощностях определяются электрическая и тепловая мощности на г-м режиме работы в соответствии с графиком электрической нагрузки, температура окружающего воздуха, для которой рассчитывается температурный и тепловой графики нагрузки при заданном коэффициенте теплофикации и определяются температуры прямой и обратной сетевой воды, давление пара в Т-отборе. Для известных (на дан
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.