научная статья по теме ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ СОСТАВА ВКЛЮЧЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РЕЖИМА РАБОТЫ ТЭЦ НА РЫНКЕ НА СУТКИ ВПЕРЕД Энергетика

Текст научной статьи на тему «ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ СОСТАВА ВКЛЮЧЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РЕЖИМА РАБОТЫ ТЭЦ НА РЫНКЕ НА СУТКИ ВПЕРЕД»

№ 4

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2015

УДК 621.311.22/23

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ СОСТАВА ВКЛЮЧЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РЕЖИМА РАБОТЫ ТЭЦ НА РЫНКЕ НА СУТКИ ВПЕРЕД

© 2015 г. А. М. КЛЕР, А. С. МАКСИМОВ, А.В. ЧАЛБЫШЕВ, Е. Л. СТЕПАНОВА

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук, г. Иркутск E-mail: step@isem.sei.irk.ru, maxalex@isem.sei.irk.ru

В работе рассматривается методика формирования ценовой заявки для теплоэлектроцентралей при работе на рынке на сутки вперед. Описан методический подход для определения оптимального состава включенного основного генерирующего оборудования с учетом динамики тепловой нагрузки и затрат на пуски турбо- и кот-лоагрегатов. Приведен пример выбора состава включенного основного генерирующего оборудования крупной промышленно-отопительной ТЭЦ с использованием в качестве критерия математического ожидания прибыли.

Ключевые слова: математическое моделирование, оптимизация, теплоэлектроцентраль, выбор состава оборудования, рынок электроэнергии.

OPTIMAL OPERATION UNITS CHOICE AND OPERATION MODE OF COGENERATION PLANTS ON RUSSIAN DAY-AHEAD ELECTRICITY MARKET

A. M. KLER, A. S. MAKSIMOV, A. V. CHALBYSHEV, E. L. STEPANOVA

Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Irkutsk E-mail: step@isem.sei.irk.ru, maxalex@isem.sei.irk.ru

The authors consider a method of cogeneration plants price bids forming for Russian day-ahead electricity market. The methodical approach of operation units choiceare given, taking into accountof heating network loadsdynamic and steam turbines and boilers startup costs.The example ofoperation units choicefor largecogeneration power plant with plant's profit mathematical expectation as optimization criterion is presented.

Key words: mathematical modeling, optimization, cogeneration plants,operating units choice, electricity market.

В настоящее время в РФ необходимо решать следующие задачи оптимизации режимов работы ТЭЦ: определить состав работающего оборудования (за двое суток до начала расчетных суток); определить для принятого состава оборудования (за сутки до начала расчетных суток) три ступени мощности и две цены электроэнергии для работы на рынке на сутки вперед (РСВ); определить на балансирующем рынке (БР) на протяжении расчетных суток оптимальный прирост мощности по отношению к базо-

вому режиму РСВ, который обеспечит максимальную дополнительную прибыль при заданных тепловых нагрузках и заданном составе работающего оборудования. Вопросы оптимизации режимов работы ТЭЦ на БР рассмотрены в работе [1], рассмотрение оставшихся задач удобно начать с задач, решаемых для РСВ, поскольку на них основывается выбор состава работающего оборудования.

Подход к формированию ценовой заявки при планировании режимов работы ТЭЦ на Рынке на сутки вперед. Особенностью планирования режимов работы ТЭЦ при участии на РСВ является подача ценовой заявки ежедневно за один день до наступления периода выработки электроэнергии. Ценовая заявка состоит из трех ступеней, в каждой из них указывается величина мощности ТЭЦ, в двух — минимальная цена, по которой электростанция будет готова выработать заявленное количество электроэнергии. Ступени ценовой заявки имеют особенности:

— 1-я ступень, называемая "ценопринимающей", означает готовность выработки заявленного количества электроэнергии в обязательном порядке вне зависимости от цены, сложившейся на рынке. Мощность этой ступени определяется как минимальная электрическая мощность ТЭЦ, при которой гарантируется полное обеспечение потребителей тепловой энергией;

— 2-я ступень формируется, исходя из условия максимальной электрической мощности ТЭЦ при полном обеспечении нагрузок тепловых потребителей и минимально возможном суммарном сбросе тепла в системы отвода тепла от конденсаторов турбин (теплофикационный режим);

— 3-я ступень соответствует максимально возможной электрической мощности ТЭЦ с учетом полного обеспечения нагрузок тепловых потребителей, в том числе при суммарном отводе тепла в окружающую среду от конденсаторов турбин большем, чем минимально возможный (конденсационный режим).

В данной работе при оптимизации режимов работы ТЭЦ рассматриваются следующие "базовые" задачи оптимизации непрерывных параметров режима при заданном составе работающего оборудования [2].

1. Минимизация электрической мощности ТЭЦ при заданной тепловой нагрузке (Задача I)

min N, (1)

x,N

при условиях

G(x,d,N,Q) > 0, (2)

x_i < Xj < Xi, i = l,...,n; (3)

0 < N < N, (4)

где подстрочными индексами обозначаются компоненты соответствующих векторов;

x e En — вектор непрерывных оптимизируемых параметров; d е Ek — вектор вспомогательных параметров, задающий состав работающего оборудования (если dj = 1, то у-й агрегат работает, если dj = Z, 1 ^ Z > 0, то у-й агрегат отключен); N — полная мощность ТЭЦ; Q — вектор тепловых нагрузок ТЭЦ (Qi — тепловая нагрузка ;-го внешнего потребителя пара или горячей воды); G — да-мерная векторная функция ограничений

неравенств; N — полная электрическая мощность ТЭЦ; N — максимальная мощность ТЭЦ.

Следует отметить, что в работе используется разработанный в ИСЭМ СО РАН подход к представлению состава работающего оборудования [3, 4], основанный на введении в модель вспомогательных параметров dj. В соответствии с ним все связи отключаемого у-го элемента с другими элементами технологической схемы по экстенсивным параметрам (расходам и мощностям) представляются в виде

SB неш = djSjнутр, (5)

если SJнутр — информационно-выходные параметры для моделиу-го элемента и

a/dj, (6)

внеш t

Jj

если S Jнутр — информационно-входные параметры. Здесь s^HyTp — вектор внутренних параметров связи у-го агрегата с другими агрегатами схемы, входящих в подмодель

у-го элемента; Sj — вектор внешних параметров связи, входящих в подмодели других "смежных" элементов. При dj = 1 имеем Sjнеш = Sjнутр, при 0 < dj = s ^ 1 имеем

Sjнеш ^ S^HyTp, т.е. при близких к нулю потоках (расходах и мощностях), поступающих от других элементов схемы, внутренние потоки, определяемые из (6) будут достаточно большими, чтобы обеспечить нахождение внутренних параметров отключенного агрегата в допустимых пределах. Отметим, что внешние интенсивные параметры (температуры, энтальпии, давления) принимаются равными внутренним интенсивным параметрам вне зависимости от значения вспомогательного параметра d. Очевидно, что принимать dj = 0 нельзя, поскольку при этом в модели отключаемого элемента произойдет деление на ноль. Физический смысл имеют значения вспомогательных параметров, равные 1 и s, но математические расчеты можно проводить и при других лежащих между ними значениях. Это позволяет определить конечно-разностным способом производные целевой функции и ограничений по этим параметрам и проводить линеаризацию данных функций.

2. Максимизация электрической мощности ТЭЦ при заданной тепловой нагрузке (Задача II)

max N (7)

x,N

при условиях (2)—(4).

3. Минимизация расхода топлива при заданных электрической мощности и тепловой нагрузке (Задача III)

min B(x,d,N,Q,Z) (8)

x

при условиях (2), (3).

4. Максимизация электрической мощности при заданной тепловой нагрузке и минимально возможном отводе тепла от конденсаторов турбин в окружающую среду (Задача IV). Задача решается в два этапа. На первом этапе (Задача IV.I) минимизируется сброс тепла в окружающую среду от конденсаторов работающих турбин при заданной тепловой нагрузке. При этом в состав оптимизируемых параметров включаются вектор x и мощность ТЭЦ N

min QmelM(x,d,N,Q,Q (9)

x,N

при условиях (2)—(4).

Обозначим Qвнеш в точке решения этой задачи через Q™™. На втором этапе (Задача IVII) максимизируется электрическая мощность при фиксированном отводе тепла, равном Q™™ max N (10)

x,N

при условии Qi'Hiim(x,d,N,Q,Z) = QZ"em и условиях (2)—(4). 118

Следует отметить, что после решения Задач I, II и IV при определенных значениях мощности решается Задача III на минимизацию расхода топлива по ТЭЦ (или минимизация топливных издержек).

Для подачи максимально эффективной ценовой заявки на РСВ предлагается решать последовательно следующие задачи:

минимизация электрической мощности ТЭЦ (Задача I); на основе решения данной задачи получаем мощность первой ступени ценовой заявки (Nst1);

максимизация электрической мощности ТЭЦ в теплофикационном режиме (Задачи IV.I и IV.II). В результате последовательного решения двух указанных задач определяется мощность второй (теплофикационной) ступени ценовой заявки (Nst2);

максимизация электрической мощности ТЭЦ (Задача II); в результате получаем мощность третьей (конденсационной) ступени (Nst3).

После определения мощностей соответствующей ступени решается Задача III (минимизация расхода топлива) при заданных значениях электрической мощности и тепловой

нагрузки. В результате определяются минимальные расходы топлива Bst1, Bst2 и Bst3 для трех ступеней мощности. Ценовые заявки для второй и третьей ступеней мощности определяются из выражения

ee B.t CTaee(Nst!, Q)(1 + a"„orr) Сее = —-v st ' A-p—, i = 2,3, (11)

Nst'

где ' — номер ступени ценовой заявки; Cst' — цена электроэнергии; Bst' — расход топлива ТЭЦ; CT — цена топлива; Nst' — электрическая мощность ТЭЦ; ae e — доля расхода топлива на выработку электроэнергии (определяется тем же методом, который используется при определении тарифа на тепло); а "p"rr — минимальная норма прибыли, при которой ТЭЦ согласна отпускать электроэнергию.

Оценка ожидаемого экономического эффекта от функционирования ТЭЦ на РСВ требует учета особенностей работы в условиях рынка. Это неопределенность цены электроэнергии, которая сформируется на РСВ через сутки после подачи заявки и обусловленная этим неопределенность электрической мощности ТЭЦ. Мощность

RSV RSV

ТЭЦ на РСВ (NRSV) будет зависеть от цены РСВ (С ). Если С будет не меньше, чем Cst3, то ТЭЦ будет нести максимально-возможную электрическую нагрузку (Nst3).

RSV

Если С будет меньше, чем Cst3, но не меньше, чем Cst2, то станция будет нести электрическую нагрузку р

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»