Введение 3
Глава 1 Современное состояние оптимизации режимов электроэнергетической системы 7
1.1 Современные условия функционирования электроэнергетики России 7
1.2 Особенности функционирования электроэнергетики России 15
1.3 Существующие подходы и методы оптимизации режимов
электроэнергетической системы 17
Глава 2 Методика комплексной оптимизации работы ТЭЦ 23
2.1 Подходы к учету состояния электрооборудования 23
2.2 Описание математического моделирования режимов ТЭЦ 25
2.3 Оптимизационный расчет для формирования ценовой заявки ТЭЦ 27
Глава 3 Решение оптимизационных задач с использованием разработанного методического подхода Елабужской ТЭЦ 32
3.1 Основные характеристики рассматриваемой ТЭЦ 32
3.2 Разработка математических моделей основного энергетического
оборудования ТЭЦ 34
3.3 Оценка возможного повышения эффективности работы 36
3.4 Базовый режим работы 37
Глава 4 Экономические показатели режимов работы ТЭЦ 39
4.1 Формирование ценовой заявки при планировании режимов ТЭЦ 39
4.2 Выбор основного оборудования ТЭЦ с использованием экономической
прибыли 42
Заключение 60
Список литературы 61
Актуальность работы. Методики назначения режимов работы ТЭЦ, используемые сегодня энергетическими компаниями, основаны на интуиции персонала и на упрощенных методах выбора состава оборудования и распределения нагрузок, не позволяют найти оптимальные решения, недостаточно учитывают фактическое состояние (следствие физического износа, загрязнения поверхностей нагрева котлов и заноса солями проточной части турбины) оборудования и недостаточно учитывают ожидаемую динамику изменения тепловых нагрузок и неопределенность цен на ОРЭМ.
Оптимизация режимов работы ТЭЦ на основе методов математического моделирования позволяет без существенных капиталовложений заметно уменьшить их топливные издержки. В то же время задачи оптимизации режимов являются весьма сложными задачами нелинейного математического программирования, решение которых сопряжено со значительными вычислительными трудностями. Дополнительные сложности при оптимизации возникают для ТЭЦ, включенных в электроэнергетические системы, работающие в рыночных условиях.
Одна из первых работ, позволяющих учесть при оптимизации ограничения-равенства, была выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте электроэнергетики (ВНИИЭ). В ней ставилась задача по минимизации расхода топлива в энергосистеме при соблюдении баланса электрических нагрузок системы и балансов по теплу, отдаваемому от ТЭЦ внешним потребителям. Для минимизации целевой функции с учетом ограничений в форме равенств (балансовых уравнений) использовался классический метод неопределенных множителей Лагранжа. Были получены аналитические условия оптимальности распределения тепловых и электрических нагрузок между агрегатами станции, выраженные через тепловые относительные приросты оборудования ТЭЦ. Поскольку принятый метод оптимизации не позволяет учесть ограничения на оптимизируемые параметры в виде неравенств, поиск оптимального решения предлагалось проводить путем последовательной загрузки оборудования в порядке возрастания относительных приростов. Однако это позволяет учесть лишь двусторонние ограничения на независимые параметры и не решает вопроса учета ограничений на зависимые параметры.
Вопросам работы ТЭЦ с точки зрения повышения эффективности отпуска тепловой энергии посвящены работы сотрудников Забайкальского государственного университета Батухтина А.Г., Иванова С.А., Басса М.С..
В наиболее корректной постановке задачи оптимизации режима работы ТЭЦ должны рассматриваться нелинейная целевая функция и ограничения в форме нелинейных неравенств. Эффективными средствами решения таких задач являются градиентные методы нелинейного программирования, основанные на использовании нелинейных математических моделей исследуемых объектов.
Принимая во внимание действительное состояние оборудования, любая в отдельности принятая ТЭЦ, должна обладать своим индивидуальным составом оборудования, а так же иметь определенный срок эксплуатации и технологическую схему. Самые крупные тепловые электростанции, находящиеся на территории нашей страны, действуют в условиях ОРЭМ, в следствии чего имеют автоматизированный сбор и обработку информации (данных), которая может быть использована для достижения оптимального ведения режима работы, включая выбор состава генерирующего оборудования и подачи ценовых заявок. Самыми оптимальными критериями могут быть: максимальная и минимальная мощность ТЭЦ, расход топлива котлами ТЭЦ, минимум тепла, отводимого в систему технического водоснабжения.
Анализ проведенных работ отображают, недостаток постановки и решения оптимизационных задач, появившиеся в процессе функционирования деятельности ТЭЦ на ОРЭМ, в том числе выбор состава включенного генерирующего оборудования в соответствии с конъюнктурой рынка, участие в Рынке на сутки вперед (РСВ) и ведение оперативного режима работы на Балансирующем рынке (БР). Наряду с этим отсутствует рассмотрение этих задач по отдельности и всей совокупности указанных задач в комплексе.
Необходимо отметить, что постановки и методы выполнения задач оптимизации состава основного оборудования ТЭЦ относительно динамики тепловых нагрузок не рассматривались не только для рыночных условий, но и для централизованного управления.
При выборе состава работающего оборудования необходимо учитывать затраты на пуски, учет которых невозможен без рассмотрения нескольких временных интервалов с различной тепловой нагрузкой и динамикой переходов между состояниями оборудования на этих интервалах.
Целью настоящей диссертационной работы является выбор состава основного оборудования Елабужской ТЭЦ с разработкой методики оптимизации режимов работы.
Задачи магистерской диссертации:
- выбор основного состава оборудования;
- оптимальное распределение нагрузок между агрегатами станции;
- оптимизация режимов ТЭЦ с учетом современных требований, а так же анализ существующих методов оптимизации.
Новизна исследования заключается в том, что:
- рассмотрена методика комплексной оптимизации работы ТЭЦ на ОРЭМ, которая включает: выбор состава действующего оборудования; оптимизацию режимов работы и комплектование ценовых заявок для РСВ.
- рассмотрен способ решения задач оптимизации состава работающего основного оборудования ТЭЦ с точки зрения динамики изменения тепловых нагрузок и затрат на пуски.
- изучен подход к оптимизационным расчетам режимов работы ТЭЦ на РСВ, формированию на основе этих расчетов ценовых заявок и вероятностного критерия эффективности работы ТЭЦ.
Практическая значимость заключается в том, что теоретические разработки и их программная реализация дают возможность эффективно проводить оптимизацию режимов работы ТЭЦ в современных условиях деятельности на ОРЭМ с точки зрения особенности ее технологической схемы, конструктивных характеристик, динамики изменения электрической и тепловой нагрузок, включая и затраты на пуски оборудования.
Публикации: По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы в Международном научном журнале «Символ науки».
Структура и объем работы: Магистерская диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Работа изложена на 69 страницах машинописного текста.
При достижении поставленной цели диссертационной работы были получены следующие основные результаты.
1. Изучена методика комплексной оптимизации работы Елабужской ТЭЦ на ОРЭМ, которая включает в себя: выбор состава работающего оборудования, оптимизацию режимов работы и формирование ценовых заявок для РСВ.
2. Исследован способ решения задачи оптимизации состава работающего основного оборудования ТЭЦ относительно динамики изменения тепловых нагрузок и затрат на пуски оборудования.
3. Рассмотрен подход к оптимизационным расчетам режимов работы ТЭЦ на РСВ, формированию на основе этих расчетов ценовых заявок.
4. Проведен анализ методики определения критерия для оценки высокоэффективности работы ТЭЦ на РСВ. В качестве такого критерия выбрано математическое ожидание прогнозной прибыли электростанции.
Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы как на практике, так и в предстоящих исследованиях при расчетах режимов работы энергетических систем, в состав которых входят ТЭЦ.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
