7485-1 (Математическое моделирование и оптимизация элементов тепловой схемы энерготехнологического блока)

Математическое моделирование и оптимизация элементов тепловой схемы энерготехнологического блока

Реферат по курсу математического моделирования выполнил студент: Ильиных А.А.

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра ТЭС

Новосибирск-2002

Методика оптимизации развития КАТЭКА при использовании в ЭС энерготехнологических блоков.

Рассматриваются две группы задач. Первая связана с определением технико-экономических характеристик энерготехнологических блоков, расходов материальных затрат, экологического воздействия, параметров схем, конструктивных решений. Вторая группа задач связана с определением перспективных типов энерготехнологических блоков и рациональных масштабов их применения в развивающемся топливно-энегретическом комплексе и предполагает изучение эффективности использования перспективных энерготехнологических блоков при различных системных факторах. Так как энерготехнологические блоки являются многоцелевыми, имеют сложную структуру, то затруднительно обеспечить сопоставимость альтернативных вариантов по выходу энергопродуктов и расходу ресурсов. Использование при оценке энерготехнологических блоков замыкающих затрат на энергопродукты и ресурсы может привести к большим погрешностям, так в зависимости от масштабов внедрения отдельных перспективных энерготехнологических блоков замыкающие затраты могут существенно измениться. Поэтому для измерения полных затрат и результатов, связанных с реализацией конкретных энерготехнологических блоков, и для выявления системных факторов на эффективность этих энергоблоков целесообразно применение моделей, содержащих балансы распределения ресурсов и энергопродуктов и отражающих производственные и экономические связи энерготехнологических блоков.

Решение этих вопросов для КАТЭКа требует рассмотрение технико-экономических связей трех уровней.

На верхнем — рассматриваются связи КАТЭКа с другими отраслями народного хозяйства, учитывающие потребление ограниченных народнохозяйственных ресурсов, связи со смежными отраслями, потребителями энергопродуктов.

На среднем — рассматривается цепочка производственных связей КАТЭКа с детализацией типов энерготехнологических блоков и ассортимента конечных энергопродуктов, вопросов качества и взаимозаменяемости энергопродуктов.

На нижнем уровне рассматриваются внутрирайонные связи КАТЭКа с другими объектами хозяйства по использованию природных и трудовых ресурсов, услуг производственной и социально-бытовой инфраструктуры и строительной базы, по выполнению экологических условий.

Схема обмена информацией между моделями предусматривает передачу из моделей верхнего уровня в модели отраслевого уровня заданий по потреблению топлива по отдельным группам потребителей. В результате решения задач отраслевого уровня при выполнении установленных заданий и минимизации суммарных приведенных затрат на добычу, переработку и транспортировку, подготовку и использование топлива определяется рациональная структура производства и потребления различных видов топлива. Эти данные служат входными параметрами для оптимизации развития энергосистемы с энерготехнологическими блоками, в результате чего получается оптимальный набор вариантов развития энергосистемы с этими энергоблоками и формируются первоначальные решения о перспективных типах энерготехнологических блоков. При формировании структуры энергосистемы рассматриваются различные варианты развития и реконструкции функционирующих энергоблоков, а также ввода новых. Формирование вероятных состояний развития энергосистемы осуществляется в виде определенного многофакторного набора параметров, характеризующего исходное состояние и направления развития энергосистемы в зависимости от особенностей и величин электрических и тепловых нагрузок, динамики роста, длительности периода развития, типов существующих и предполагаемых к вводу энергоблоков.

Определение рациональных направлений использования производится по модели баланса котельно-печного топлива страны, разработанной во ВНИИКТЭПе. Объектами планирования приняты отдельные месторождения угля, нефтеперерабатывающие заводы, узлы сети газопроводов (месторождения газа прикрепляются к узлам сети), пункты производства и добычи прочих видов топлива. Рассматриваются следующие виды энергоресурсов: энергетические угли (каменный рядовой и сортовой, бурый рядовой и сортовой, антрацит и отсевы угля); природный и попутный газ; топочный мазут; прочие виды топлива (торф, сланцы, коксовый газ и др.). Каждая топливная база представляется в виде нескольких способов, отражающих добычу топлива на действующих, реконструируемых, строящихся и предполагаемых к строительству предприятиях. Рассматриваются два вида магистрального транспорта топлива: железнодорожный для углепродуктов и топочного мазута и трубопроводный для газа. Выделяются 11 экономических районов страны (в том числе Восточная Сибирь). Каждый регион представляется как совокупность топливоиспользующих установок. Внутри региона потребители группируются по функциональному признаку: электростанции, котельные, коммунально-бытовые и промышленные установки. Для оценки новых технологий комплексной переработки н использования КАУ в модель были введены дополнительные переменные и ограничения, описывающие условия производства и потребления новых видов углепродуктов. Наряду с плазмотермической газификацией угля в энерготехнологических блоках был рассмотрен ряд перспективных направлений переработки углей:

— термооблагораживание с получением термобрикетов для коммунально-бытового хозяйства;

— пиролиз (процессы высокоскоростного пиролиза, полукоксования в импульсном псевдоожиженном слое, с конверсией газа, с циклонным реактором, с твердым и газовым теплоносителями);

— гидрогенизация — каталитический процесс получения жидкого топлива;

— газификация с получением синтез-газа.

Задача оптимизации баланса котельно-печного топлива формулируется следующим образом.

При выполнения ограничений по ресурсам (возможности развития добычи и производства) по условиям транспортировки и по потребности и при минимизации приведенных затрат на добычу (производство), переработку, транспортировку и использование топлива определить:

1) объем добычи (производства) различных энергоресурсов по отдельным месторождениям (пунктам, нефтеперерабатывающим заводам);

2) объемы переработки различных видов топлива по отдельным пунктам, в том числе по установкам с новыми технологиями использования КАУ;

3)Распределение энергоресурсов между отдельными экономическими районами с предварительным распределением их внутри районов между основными категориями потребителей;

4) Объемы и направления перевозок различных видов топлива магистральным железнодорожным транспортом, газопроводами;

5) рациональные виды топлива для тепловых электростанций и котельных, работающих на органическом топливе.

Определение потребности в топливно-энергетических ресурсах проводятся по четырем энергоносителям: электроэнергии, теплоте, котельно-печному и моторному топливам. При определении потребностей топлива на ТЭС учитывается: потребность народного хозяйства в электроэнергии и теплоте; уровень развития атомной и гидроэнергетики; уровень развития источников теплоснабжения; технико-экономические показатели (режимы работы, удельный расход топлива) установленного на ТЭС оборудования; ограничения по использованию на ТЭС различных видов топливно-энергетических ресурсов сравнительная экономическая эффективность различных видов топлива для конкретных электростанций.

Рассматривались: персонально каждая электростанция мощностью более 10 МВт; топливоиспользующее оборудование; степень освоения установленной мощности и достижения проектных показателей; влияние разных видов топлива на суммарный удельный их расход; режимы использования установленной мощности.

Учитывалось, что промышленные и районные котельные выступают как замыкающий поставщик теплоты в народном хозяйстве. Это означает, что после определения потребности в теплоте на перспективу по стране в целом и в разрезе экономических районов, покрытие потребности осуществляется сначала за счет ТЭЦ и атомных котельных. И только недостающая часть покрывается за счет котельных на органическом топливе.

При определении перспективных уровней потребности котельных в котельно-печном топливе проводилась группировка промышленных и отопительных котельных по паропроизводительности, видам используемого топлива и по типу используемого оборудования;

Рассматривались раздельно нормы расхода топлива для групп котельных по паропроизводительности.

Расчет потребности в котельно-печном топливе на производственные нужды сельского хозяйства производится по отдельным видам потребителей. При расчетах потребности в топливе коммунально-бытового хозяйства учтены обобщенный и частновладельческий жилой фонд, коммунально-бытовые предприятия, общественные здания и учреждения, которые не входят в группы централизованного теплоснабжения. Отдельно рассматривалась группа промышленных предприятий. В расчетах учтены также запасы топливно-энеретических ресурсов для бесперебойного топливоснабжения народного хозяйства.

Сделав прогноз потребности в топливно-энергетических ресурсах( в территориальном разрезе, по направлениям расхода, энергоносителям и первичным энергоресурсам) и сопоставив его с показателями производства топливно-энергетических ресурсов в рамках топливно-энергетического баланса, в случае необходимости, предполагается вернуться к первому шагу расчетов и уточнить гипотезы развитии и размещении производительных сил страны и объёмах экспорта топливно-энергетических ресурсов.

Практические расчеты направлены не на получение одного хотя и сбалансированного по многим показателям, решения, а на расчёт различных вариантов, отличающихся как гипотезами развития народного хозяйства, так и отраслей ТЭК. При этом каждому уровню потребностей в электроэнергии и теплоте (т.е. разным вариантам развития народного хозяйства) соответствует своя структура энергоносителей и своя стратегия развития топливных баз страны.

Цель проведения экспериментальных расчетов заключав разработке такой стратегии развития ЭС КАТЭКа, которая соответствует, с одной стороны, гипотезам развития КАТЭКа, заложенным в модель , а с другой —структуре энергоносителей развитию народного хозяйства, полученных из модели БКПТ. Следует отметить, что модель БКПТ работает в составе модельного комплекса с оптимизационной межрегиональной межотраслевой моделью (ОМММ), разработанной в ИЭ и ОПП С0 РАН. Набор условий и факторов, отраженных в ОМММ, соответствует следующему кругу вопросов: анализ и технико-экономическая оценка природных ресурсов и условий развития, обоснование хозяйственной специализации и темпов развития производства, оценка экономической эффективности намеченных направлений развития и размещения производственных сил. Так как в модели баланса котельно-печного топлива потребности в топливе по категориям потребителей и регионам являются экзогенными параметрами, то в расчетах по этой модели и по ОМММ необходимо исходить из одинаковых посылок об отраслевой структуре потребителей топлива и о величине потребления топлива по регионам.

Полученные в ОМММ решения используются в модели при формировании для КАТЭКа данных по потреблению электроэнергии и теплоты, газа и угля, среднегодовому приросту этих показателей и структуре потребителей топлива.

Реализована следующая схема информационного обмена.

По результатам решения 1-й группы задач задается (с учетом экологических ограничений) количество энергоблоков того или иного типа и приведенные удельные затраты по типам энергоблоков и новым технологиям использования КАУ в модели баланса котельно-печного топлива (БКПТ). Затем решается задача БКПТ и уточняются типы энергоблоков, в том числе и с новыми технологиями использования угля, соответствующие объемы потребления КАУ и среднегодовые темпы потребления энергопродуктов в моделях 1-й группы задач.

Математически это означает, что возможны последовательные отображения

В свою очередь, можно установить обратную связь от модели БКПТ к задачам 1-и группы, используя решение для уточнения типов энергоблоков, в том числе энерготехнологических блоков и среднегодовых темпов потребления энергопродуктов. На основе этой информации при решении задач 1-й группы получается новое решение, уточненное с позиции народнохозяйственных интересов.

Таким образом, модели разных уровней будут согласованными.

Технико-экономический анализ и комплексная оптимизация паротурбинных энерготехнологических блоков