144423 (Технико-экономическая оптимизация систем теплогазоснабжения (ТЭО)), страница 2

G=55кг/с

l₁=650м l₂=550м l₃=750м

G=30кг/с

G=70кг/с

Рис 1. Расчетная схема тепловой сети.

Исходные данные.

1. Доля годовых отчислений на реновацию, ремонт и обслуживание тепловой сети =0,075 1/год.

2. КПД сетевых насосов η=0,6.

3. Плотность теплоносителя ρ=970 кг/м³.

4. Разность температуры =40 ºС.

5. Годовая продолжительность эксплуатации тепловой сети τ=6000 ч/год.

6. Удельная стоимость электроэнергии Сэ=58·10 руб/(Вт ч).

7. Районные замыкающие затраты на тепловую энергию Зт=76·10 руб/(Вт ч).

8. Стоимостной коэффициент в=3990 руб/м².

9. Коэффициент теплопередачи трубопроводов тепловой сети К=1,25 Вт/м²к.

10. Коэффициент учитывающий теплопотери через неизолированные участки трубопровода, β=0,2.

11. Коэффициент эффективности капитальных вложений Е=0,12 1/год.

Общая длина магистрали.

l=l₁+l₂+l₃=650+550+750=1950 м.

Гидравлическим расчетом Rо=80 кПа , получим следующие диаметры сети по участкам: d1,0=377×9 мм, d2,0=273×7 мм, d3,0=194×5мм.

Материальная характеристика сети.

Мо=0,377·650+0,273·550+0,194·750=540,7 м².

Определим долю потери давления в местных сопротивлениях: m=Z

Определим оптимальное значение удельной линейной потери давления

R

Определение оптимальной толщины тепловой изоляции трубопроводов тепловой сети.

С увеличением толщины изоляции возрастают затраты в сооружение и эксплуатацию теплоизолированного трубопровода. Вместе с тем, снижается теплопотери, а значит и годовая стоимость теряемой теплоты.

Задача сводится к минимизации функции следующего вида:

З=(Е_н+φ)Киз+Итп , (1.3.1)

где Е_н – коэффициент эффективности кап вложений 1/год;

φ – доля годовых отчислений на эксплуатацию тепловой изоляции 1/год;

Киз – капитальные вложения в теплоизоляцию 1/год;

Итп – стоимость теплопотерь, руб/год.

Решение задачи рассмотрим на примере двухтрубного подземного теплопровода при бесканальной прокладке.

Капитальные вложения в тепловую изоляцию 1м двухтрубного теплопровода определяется по формуле:

, (1.3.2)

где Сиз – удельная стоимость тепловой изоляции «в деле» , руб/год;

V_из – объем тепловой изоляции, м;

d – диаметр трубопровода, м;

δ_из – толщина тепловой изоляции, м.

Годовая стоимость тепла, теряемого теплопроводом, определяется по формуле

Ит.п = (qп + qо) τ Ст (1+β) , (1.3.3)

где qп , qо - удельные потери тепла 1 м подающего и обратного трубопроводов тепловой сети, Вт/м;

Ст – районные замыкающие затраты на тепловую энергию, руб/(Вт ч);

τ – годовая продолжительность эксплуатации тепловой сети, ч/год;

β - коэффициент, учитывающий теплопотери через не изолированные участки трубопровода.

Удельные теплопотери трубопроводами находятся

, (1.3.4)

, (1.3.5)

где , -среднегодовая температура теплоносителя в подающей и обратной магистрали, ˚С;

- средняя температура грунта на глубите заложения трубопроводов, принимаются по климатическим справочникам - 5ºС;

Rп, Rо, - термическое сопротивления подающего и обратного трубопроводов тепловой сети, м К/Вт;

Rинт - дополнительное термическое сопротивление, учитывающее тепловую интерференцию теплопроводов, м К/Вт.

Термические сопротивления трубопроводов определяются по формулам:

, (1.3.6)

, (1.3.7)

где , - теплопроводность теплоизоляции и грунта, Вт/(м К);

h – глубина заложения трубопровода , м;

s – шаг между трубами, м.

Подставляя вышеприведенные выражения в целевую функцию получим (1.3.8)

Задаваясь рядом значений ₁, ₂, … _n вычислим затраты З1, З2, …З_n . Условию З=min соответствует оптимальная толщина тепловой изоляции .

Определим оптимальную толщину тепловой изоляции 2х трубного теплопровода водяной теплосети при исходных данных:

1. Прокладка трубопровода – бескональная.

2. Тип тепловой изоляции – битумоперлит.

3. Наружный диаметр трубопровода, dн = 0,219м.

4. Глубина заложения трубопровода , м.

5. Шаг между трубами, ,м.

6. Теплопроводность изоляции, λиз= 0,12 Вт/мк.

7. Теплопроводность грунта, λгр=1,7 Вт/мк.

8. средне годовая температура грунта , = 5ºС.

9. Среднегодовая температура теплоносителя, =90, =50ºС.

10. Годовое число часов работы тепловой сети , τ= 6000 ч/год.

11. Удельная стоимость тепловой изоляцию, Сиз=1330 руб/м³.

12. Удельная стоимость тепловой энергии, СТ=348· руб/(Вт ч).

13. Доля годовых отчислений на эксплуатацию теплоизоляции φ=0,093 1/год.

14. Коэффициент эффективности кап вложений Е=0,12 1/год.

Все расчеты производятся на ЭВМ и результаты заносятся в таблицу 1.

Минимальному значению удельных приведенных затрат Зmin= 321 руб/(год·м) соответствует оптимальная толщина изоляции = 134 мм. Выявим зону экономической неопределенности управляющего параметра . Для этого примем минимальную погрешность определения расчетных затрат ± 3%. Как видно из графика, наличие погрешности ±ΔЗ обуславливает зону экономической неопределенности управляющего параметра от =86 мм до =192 мм, в пределах которой все значения являются равноэкономичными. Критерию минимума затрат в тепловую изоляцию соответствует =86 мм. Критерию минимума теплопотерь =192 мм.

2. ТЭО СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ.

Выбор оптимальной трассировки межпоселкового распределительного газопровода.

Выбор оптимального варианта трассы сводится к выявлению такого положения головной магистрали, при котором суммарная металлоемкость ответвлений к потребителям имеет минимальное значение. С математической точки зрения, задачи сводятся к нахождению уравнения прямой линии, расположенной на минимальном расстоянии от нескольких случайных точек.

Суть метода заключается в следующем. На генеральном плане местности наносится координатная сетка, на которой фиксируются координаты отдельных потребителей. Поскольку общая металлоемкость ответвлений прямо пропорциональна их суммарной длине и среднему диаметру, при выборе оптимального варианта трассировки головной магистрали необходимо учитывать не только количество и положение потребителей, но их нагрузки.

Для определения расчетных координат головной магистрали распределительного трубопровода используется следующее выражение:

y=a+b·x·G^m , (2.1.1)

где x, y – расчетные координаты магистрали;

a, b – искомые параметры прямой.

Задача заключается в нахождении наименьшей суммы квадратов отклонений расчетных значений координат по уравнению

, (2.1.2)

где n – количество ответвлений к потребителям;

x_i, y_i – заданные координаты потребителей.

Дифференцируя функцию S по искомым параметрам a и b и приравнивая полученные выражения к нулю, получаем систему следующего вида:

(2.1.3)

решая которую, находим a_opt, b_opt и оптимальную трассировку трубопровода:

В частном случае, когда нагрузки потребителей одинаковы, целевая функция задачи трансформируется в уравнение

(2.1.4)

Нахождение искомых значений параметров аopt, вopt сводится к решению системы уравнения:

(2.1.5)

Необходимо найти оптимальную трассировку межпоселкового газопровода на четыре потребителя со следующими координатами:

x₁=2,5 км; y₁=8 км;

x₂=4,5 км; y₂=2,5км;

x₃=6,5 км; y₃=7,5 км;

x₄=10,5 км; y₄=7 км.

Нагрузки потребителей одинаковы.

Подставляя координаты в уравнение (2.1.5), получим

4a+b(2,5+4,5+6,5+10,5)-(8+2,5+7,5+7)=0

a(2,5+4,5+6,5+10,5)-b(2,5²+4,5²+6,5²+10,5²)-(2,5·8+4,5·2,5+6,5·7,5+10,5·7)=0

После преобразования имеем

4a+24b-25=0

24a+179b-153,5=0

откуда a_opt=5,65; b_opt=0,1.

Таким образом, оптимальное положение головной магистрали распределительного трубопровода определяется уравнением:

y_opt=5,65+0,1x

График полученной зависимости приведен в графической части курсовой работы.

Минимальное расстояние от потребителя до распределительной сети составляет 0,3 м, максимальное – 3,6 м.

Выбор оптимального количества очередей строительства ГРС.

Если строительство объекта осуществляется в течении года и в последующем выходит на проектную эксплуатацию с постоянным уровнем эксплуатационных расходов, годовые приведенные затраты определяются по формуле

З=Е_н·к+И , (2.2.1)

где З – приведенные затраты, руб/год;

Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, 1/год;

к – единовременные вложения в сооружение объекта, руб;

И – текущие издержки по эксплуатации объекта, руб/год.

В том случае, когда капитальные вложения осуществляются в течение нескольких лет, то есть распределены во времени, приведенные затраты определяются с помощью нормативного коэффициента приведения:

, (2.2.2)

где З – суммарные приведенные затраты, руб;