авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Повышение эффективно эффективности систем централизованн ованно го теплоснабжения

На правах рукописи

КОЛОСОВ Михаил Викторович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНО ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАНН ОВАННО ГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Специальность 05.14.0 – Промышленная теплоэнергетика 05.14.04

Автореферат диссертаци на соискание ученой степени иссертации кандидата технических наук

Красноярск – 2011

Работа выполнена на кафедре «Тепловые электрические станции» ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Научный консультант: доктор технических наук профессор Михайленко Сергей Ананьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор Липовка Юрий Львович кандидат технических наук Бестолченко Владимир Георгиевич

Ведущая организация: ОАО «Сибирский энергетический научно Сибирский научно технический центр Красноярский филиал Си центр» С бирский теплотехнический научно науч исследовательский институт ВТИ, г. Красн Красно ярск

Защита состоится «21» декабря 2011 года в 1 часов на заседании дис ди сертационного совета ДМ 212.099.07 при ФГАОУ ВПО «Сибирский фед феде ральный университет» по адресу: г. Красноярск, ул. Ленина, ауд. 204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Си «С бирского федерального университет университета» Автореферат разослан « 21 » ноября 2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета Чупак Татьяна Михайловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из направлений энергосбережения в системах централизованного теплоснабжения является совершенствование схем и параметров тепловых сетей. Исследование режимов работы таких теп ловых сетей, являющихся связующим звеном между источниками и потреби телями теплоты, обеспечивает принятие конкретных проектных и технологи ческих решений, способствующих экономии тепловой и электрической энер гии. Поэтому совершенствование методики выбора новых и повышение эф фективности существующих тепловых сетей является актуальной задачей, решение которой позволит повысить качество и надежность работы систем централизованного теплоснабжения в целом, что соответствует одному из стратегических направлений развития России – модернизации энергетики и повышению энергоэффективности систем теплоснабжения.

Объектом исследования являются кольцевые тепловые сети различ ной конфигурации.

Предметом исследования являются технико-экономических характе ристики тепловых сетей.

Цель работы совершенствование методов расчета кольцевых тепловых сетей для улучшения их технико-экономических характеристик.

Для реализации основной цели исследования в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1. Выполнить анализ системы теплоснабжения (на примере Советского района г. Красноярска) и разработать функциональную модель тепловой сети для проведения эксергетического анализа и обоснования критерия оптимиза ции системы теплоснабжения;

2. Разработать математическую модель системы теплоснабжения, сфор мулировать и решить задачу оптимизации характеристик и параметров сис темы теплоснабжения по энергетическим и экономическим показателям;

3. Разработать рекомендации по увеличению пропускной способности те пловой сети и повышению эффективности ее работы.

Научная новизна работы:

1. Сформулирована математическая задача оптимизации характеристик тепловой сети, включающая критерий оптимизации по эксергетическому и экономическому критериям, математическая модель тепловой сети, а также технические ограничения тепловой сети;

2. Разработана математическая модель для исследования системы центра лизованного теплоснабжения, отличающаяся применением методов эксерге тического анализа позволяющая получить сведения о потенциале проведения энергосберегающих мероприятий;

3. Разработана методика выбора реконструируемых трубопроводов тепло вых сетей на основании методов экстремального анализа, позволяющая про водить мероприятия по повышению пропускной способности с максимальной экономической эффективностью.

Практическая значимость:

1. Предложена методика оптимизации диаметров и напоров расширяемых и реконструируемых тепловых сетей, позволяющая уже на стадии проектиро вания наиболее полно учитывать индивидуальные особенности и экономиче ские характеристики каждого конкретного объекта с целью улучшения тех нико-экономических характеристик тепловой сети и экономии энергетиче ских ресурсов.

2. Разработан программный продукт для определения оптимальных ха рактеристик и конфигураций тепловых сетей при различных критериях опти мальности.

3. Научные и практические результаты работы используются при разра ботке технических решений по реконструкции тепловых сетей в ОАО «Ени сейская территориальная генерирующая компания (ТГК-13)» филиале «Крас ноярская теплосеть», а также в Сибирском федеральном университете при обучении студентов по специальности «Промышленная теплоэнергетика» и направлению «Теплоэнергетика».

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным использованием современных методов исследований в области анализа пото кораспределения теплоносителя, а также сопоставлением результатов расчета с расчетами потокораспределения на основе геоинформационной системы ZuluThermo в ходе апробации расчетных моделей.

Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке задачи, разработке методик и проведении экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов, формулировании основных выводов по результатам выполненных работ по теме диссертации.



Апробация работы проводилась на Всероссийской научной конферен ции «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2009;

VIВсероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука», Красноярск, 2010;

XI Международной научно-технической конференции «Проблемы энергосбере жения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплек сах»Пенза, 2010;

Всероссийской научно-практической конференции «Техно логии ХХI века в энергетике и транспортных коммуникациях: проблемы и перспективы», Сочи, 2010;

II Всероссийской конференции «Инновационная энергетика», Новосибирск, 2010;

ХI Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города», Красноярск, Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 из списка рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель исследований, выделены научная новизна и практиче ская значимость полученных результатов.

В первой главе дан обзор публикаций и анализ основных направлений исследований в области повышения эффективности системы централизован ного теплоснабжения. Обсуждаются существующие методы оценки и показа тели энергетической эффективности элементов теплоснабжения.

В настоящее время в рамках территориальных образований, крупных го родов и мегаполисов все более актуальным становиться системный подход к энергосбережению в коммунальном комплексе. При этом частные решения энергосбережения на источниках и у потребителей не дадут масштабного эф фекта без сочетания их с общими мероприятиями на всех уровнях единого коммунального комплекса.

Для оценки эффективности работы источников теплоты и/или электро энергии используются энергетический, действующий метод ОРГРЭС и эксер гетический метод. Сопоставление теплового и эксергетического балансов приводит к переоценке представлений о термодинамической эффективности рассматриваемого объекта. Эксергетический анализ тепловых потерь учиты вает существенную статью потерь – потерю от необратимости процессов. Ис следованиям эффективности систем теплоснабжения посвешены работы: В.Я.

Хасилева, А.П. Меренкова, Б.Л. Шифринсона, Л.А. Мелентьева, Н.М.

Зингера, В.М. Журавлева, E. Guggenheim и др.

Тепловые сети как составная часть системы централизованного тепло снабжения, оказывают значительное влияние на эффективность работы всей системы теплоснабжения. Тепловые потери в окружающую среду, возни кающие при транспорте теплоносителя в теплопроводах, представляют собой важный энергетический и экономический показатель эффективности работы тепловых сетей и являют собой предмет заинтересованности всех участников взаиморасчетов при выработке, транспорте и потреблении тепловой энер гии.Все выше сказанное в той или иной степени соответствует системе теп лоснабжения г. Красноярска.





Более трудными стали и традиционные задачи проектирования новых систем из-за резкого увеличения их масштабов. Большая протяженность и сложный рельеф местности приводят к необходимости установки в сети на сосных и дроссельных подстанций для поддержания давлений в трубопрово дах в допустимых пределах. Перечисленные задачи не могут быть обосно ванно решены ни аналитическими методами, ни методами сравнения вариан тов с равномерным распределением потерь давления на трение (линейным методом).

Таблица 1 – Объемы выработки электрической и тепловой энергии филиала ми ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» в г. Красноярске за 2007 – 2010 года 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г.

Тепловая Тепловая Электро- Тепловая Электро- Электро- Электро- Тепловая Филиал энергия, энергия, энергия, энергия, энергия, энергия, энергия, энергия, тыс. тыс. млн. тыс.

млн. кВтч млн. кВтч млн. кВтч тыс. Гкал Гкал Гкал кВтч Гкал Красноярская 2 083,5 4 624 2 374,384 4 526,1 2 161 4 538 1 997 4 ТЭЦ- Красноярская 2 404,7 3 498 2 676,836 3 656,4 2 635 3 749 2 677 3 ТЭЦ- Красноярская - 1 556 - 1 658,0 - 1 753 - 1 ТЭЦ- Красноярская - 597 - 712.4 - 797 - теплосеть ВСЕГО 4488,2 10275 5051,22 10552,9 4797,075 10838,54 4 674 10 5 Тепловая энергия, тыс. Гкал 4 4 3 3 ТЭЦ- 2 2 000 ТЭЦ- 1 ТЭЦ- 1 Тепловые сети 2007 2008 2009 Год Рисунок 1 – График распределения тепловой энергии филиалами ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)» в г. Красноярске по годам Таблица 2 – Сравнение энергетического и эксергетического к.п.д. для тепловых станций г. Красноярска Станция Энергетический к.п.д. Эксергетический к.п.д.

Красноярская ТЭЦ-1 0,592 0, Красноярская ТЭЦ-2 0,664 0, Красноярская ТЭЦ-3 0,882 0, Наиболее типичной становится проблема расширения и развития суще ствующей сети для присоединения новых потребителей тепла. При этом при ходится выбирать диаметры труб не только для вновь прокладываемых уча стков, но и для существующих, подлежащих реконструкции с целью увели чения пропускной способности. Реконструкция каждого из них в свою оче редь может быть осуществлена различным образом: заменой существующего диаметра на больший или прокладкой параллельной магистрали. Актуальной также стала задача оптимального выбора параметров сетей с несколькими ис точниками теплоснабжения.

Для анализа работы системы теплоснабжения был рассмотрен Совет ский район г. Красноярска. Для анализа системы теплоснабжения Советского района г. Красноярска было проведено исследование по соблюдению тепло гидравлических режимов в тепловой сети (рисунки 1-6).

Температура, °С 0 5 10 15 20 25 30 Номер потребителя тепловой энергии Температура подающей линии у потребителя Температура обратной линии у потребителя Теппература подающей линии на ТЭЦ Температура обратной линии на ТЭЦ Рисунок 2 – Средняя температура теплоносителя за январь 2010 года на Красноярской ТЭЦ-3 в сравнении с температурами 32 тепловых пунктов Температура, °С 0 10 20 30 40 50 60 70 Потребитель тепловой энергии Температура подающей линии у потребителя Температура обратной линии у потребителя Температура подающей линии на ТЭЦ Температура обратной линии на ТЭЦ Рисунок 3 – Средняя температура теплоносителя за апрель 2010 года на Красноярской ТЭЦ-3 в сравнении с температурами 82 тепловых пунктов Температура, °С Дата проведения измерения ТЭЦ Прямая ТЭЦ Обратка ТСЖ 1 Прямая ТСЖ 1 Обратка Рисунок 4 – Температура теплоносителя на Красноярской ТЭЦ-3 в сравнении с температурой ТСЖ в 2011 году, к.п.д.– 0. Температура, °С Дата проведенияизмерения ТЭЦ Прямая ТЭЦ Обратка ТСЖ 2 Прямая ТСЖ 2 Обратка Рисунок 5 – Температура теплоносителя на Красноярской ТЭЦ-3 в сравнении с температурой ТСЖ 2, к.п.д.– 0. Температура, °С Дата проведения измерения ТЭЦ Прямая ТЭЦ Обратка ТСЖ 3 Прямая ТСЖ 3 Обратка Рисунок 6 – Температура теплоносителя на Красноярской ТЭЦ-3 в сравнении с температурой ТСЖ 3, к.п.д.– 0. Температура, °С Дата проведения измерения ТЭЦ Прямая ТЭЦ Обратка ТСЖ 4 Прямая ТСЖ 4 Обратка Рисунок 7 – Температура теплоносителя на Красноярской ТЭЦ-3 в сравнении с температурой ТСЖ 4, к.п.д.– 0. Результаты замеров температурных параметров и расходов показали сильную неравномерность и несбалансированность потокораспределения теп лоносителя, из-за чего к.п.д. тепловой сети Советского района г. Красноярска в период обследования составило около 62.2%. Решением данной проблемы может стать применение методов математического моделирования при проек тировании тепловых сетей.

Математическое моделирование гидравлических режимов сложных те пловых сетей требует применения общих методов расчета потокораспределе ния в гидравлических цепях.

Экстремальное описание потокораспределения имеет несомненное тео ретическое и методическое значение. Наиболее интересным в этом плане яв ляется интерпретация задачи потокораспределения как нелинейной сетевой транспортной задачи. Проблема оптимизации параметров различных схем го родского теплоснабжения в случае применения новых материалов, оборудо вания, технических предложений и схем, выбора способа теплоснабжения потребителей: централизованного и децентрализованного требует научного обоснования и технико-экономических расчетов на основе системного под хода.Значительный вклад в развитие математического моделирования тепло вых сетей и процессов оптимизации внесли: В.Я. Хасилев, А.П. Меренков, Ю.М. Варфоломеев, Н.М. Зингер, А.А. Ионин, Ю.Л. Липовка, Б.Л. Шифрин сон, Е.Я. Соколов, Е.Б. Триус, Ф.П. Васильев, Е.Г. Гольштейн и др.

Кроме того, анализ существующих подходов и методов исследования систем централизованного теплоснабжения и ее элементов, показал, что от сутствуют показатели энергетической эффективности систем централизован ного теплоснабжения как единого комплекса. Причиной этого является то об стоятельство, что при определении к.п.д. системы неизвестно с чем произво дить сравнение, какое значение к.п.д. принимать за достижимый максимум.

Поэтому оценка энергетической эффективности системы теплоснабжения в целом имеет лишь информативный характер, не позволяя с его помощью найти пути повышения эффективности системы.

На основании обзора литературы сформулированы основные задачи, решаемые в диссертации.

Во второй главе проводится структурный и функциональный анализ теплоэнергетического комплекса, дается описание энергетической эффектив ности систем теплоснабжения, а также описание разработанной модели для исследования системы централизованного теплоснабжения, которая включает модули, описывающие условия функционирования всех ее элементов на ос нове методов эксергетического анализа.

Развитие и текущее функционирование энергосистем, как и любых дру гих больших систем, обеспечивает выполнение большого числа самых разно образных целей. Энергосистема должна быть экономичной, обеспечивать полное и надежное снабжение потребителей электрической и тепловой энер гией, не оказывать вредного влияния на окружающую среду. При наличии многих и часто противоречивых целей, а так же различных типов исходной информации об энергосистеме, появляются различные альтернативы реше ния.

Корректный анализ энергетической эффективности систем теплоснаб жения базируется на подходе к системе теплоснабжения как к единому теп лоэнергетическому комплексу, в котором все составные элементы функцио нально связаны и взаимно влияют друг на друга. Основными технологиче скими процессами являются: производство тепловой энергии в виде пара и горячей воды энергетическими источниками за счет исходных ресурсов, а также по возможности производство электроэнергии;

транспорт энергоноси теля, с соответствующими параметрами;

а также потребление энергии. Мо дель транспорта тепловой энергии имеет множество связных элементов, из-за чего усложняется анализ данной системы. Элементами системы транспорта тепловой энергии являются трубопроводы, насосные станции, а также тепло обменные аппараты (рисунок 8).

Рисунок 8 – Функциональная структура системы транспорта энергии При исследовании системы теплоснабжения использовалось понятие эксергии в различных ситуациях для выявления непроизводительного ис пользования природных ресурсов. Эксергия потока зависит не только от тем пературного режима тепловой сети, но и от непосредственного изменения температуры окружающего воздуха (рисунок 9), т.е. относительный термоди намический показатель качества энергии сетевой воды не является постоян ной величиной (рисунок 10). На сегодняшний день цена тепловой энергии является величиной постоянной и не зависит от температуры наружного воз духа, что не отражает процесс ее производства.

Удельной энергосодержание сетевой воды, кДж/кг -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Температура наружнего воздуха, °С Эксергетический метод Энергетически метод Рисунок 9 – График зависимости энергосодержания сетевой воды, расчитанные по энергетическому и эксергетическому методам в соответствии с графиком температур сетевой воды 0. энергии сетевой воды термодинамический показатель качества 0. Относительный 0. 0. 0. 0. -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Температура наружнего воздуха, °С Рисунок 10–Зависимостьотносительного термодинамического показателя качества энергии сетевой воды от температуры наружнего воздуха Для анализа системы энергоснабжения необходимо учитывать все эле менты совместно, т.е. для повышения эффективности работы системы необ ходимо найти возможности для снижения суммарных потерь эксергии как во всех элементах системы, так и в системе энергоснабжения в целом. Для по вышения эффективности системы теплоснабжения необходимо найти пути снижения потерь эксергии также и в тепловых сетях. Самым очевидным ре шением является выбор наилучших с эксергетической точки зрения парамет ров тепловой сети.

В третьей главе дается описание математической модели расчета ха рактеристик элементов тепловых сетей с использованием методов оптимиза ции проектных решений по реконструкции и новому строительству тепловых сетей. Рассмотрены вопросы повышения энергетической и экономической эффективности теплоснабжения.

Для проекта реконструкции или нового строительства теплоснабжаю щей сети необходимо выбрать такой вариант ее конфигурации и основных параметров, при котором ожидаемые в среднем энергетические результаты ее функционирования были бы наилучшими в смысле некоторого критерия оп тимальности. Была создана физико-математическая модель, и разработаны методы и технология ее численной оптимизации.

Если непосредственно формулировать все основные проблемы строи тельства и эксплуатации системы теплоснабжения, то в простых обозначени ях общую модель нелинейной оптимизации проектных параметров и схемы тепловой сети при эксергетической оптимизации можно записать так:

( ) ( ) min F d, g = min k ( nij + mij dij ) lij + N hij ( gij ) + ij d d ij, } + M min ( d ), y1 ( )Y ( ) где dij – диаметры трубопроводов тепловой сети, м;

k – относительный тер модинамический показатель качества энергии сетевой воды от температуры наружнего воздуха;

lij – длины трубопроводов тепловой сети, м;

nij, mij – эм пирические коэффициенты, N – мощность насосов, зависящая от напорно– расходной характеристики тепловой сети, Вт;

hij – потери напора в трубопро водах тепловой сети, Па;

gij – расход теплоносителя в трубопроводах тепло вой сети, кг/с, – суммарные затраты электроэнергии и потери тепловой энергии тепловой сети при выходе элемента системы из строя при условии полного обеспечения потребителей тепловой энергии, Вт.

Для решения задачи были введены следующие ограничения:

1. Для любого потокорастределения должны выполняться два «сете вых» закона Кирхгофа. С использованием матрицы соединений А, которая однозначно отображает структуру (топологию) системы, и вектора нагрузок Q записывается материальный баланс: Ag = Q.

Вводя матрицу контуров В, запишем компактную формулу суммарного нуле вого изменения напора для любого контура системы: Bh = 0.

2. Выполнения соотношений по гидротехническим параметрам на уча стках сети, принимая, что на каждом участке имеет место квадратичный за кон гидравлического сопротивления S, с учетом активного напора Н:

() h + H = S d g g.

3. Выполнения ограничений по пропускной способности (максималь ному расходу теплоносителя) на участках сети: gij g max.

Не превышение допустимых давлений в оборудовании источника теплоснаб жения, тепловой сети и абонентских установок, а также условия не вскипа ния: Pmin Pi Pmax.

4. Выполнение условий обеспечения требуемых расходуемых напоров у потребителей: Pi Pпотр.

5. Выполнения условий неотрицательности переменных:

d ij 0, g ij 0 hi 0, Pi 0, yi ( ) 0.

В целевой функции минимизируются ожидаемые приведенные затраты эксергии на эксплуатацию теплосети, с учетом ущербов, вызываемых ава рийными ситуациями в элементах сети. Такая задача оптимального потоко распределения решается с помощью модифицированных функций Лагранжа и метода Ньютона.

Эмпирические коэффициенты nij, mij выбираются в зависимости от способа прокладки трубопроводов и вида теплоизоляции трубопроводов. Эм пирические коэффициенты nij, mij определялись, аппроксимируя зависимости норм плотности теплового потока для трубопроводов двухтрубных водяных сетей при подземной канальной и бесканальной прокладке (рисунок 11). Та кие зависимости можно получить для любых вариантов прокладки и изоля ции трубопроводов.

Суммарная линейная плотность теплового 400 y = 0.283x + 30. 350 R = 0. потока, Вт/м 150 y = 0.168x + 24. 100 R = 0. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Условный проход трубопровода, мм Бесканальная прокладка Канальная прокладка Рисунок 11 – Нормы плотности теплового потока для трубопроводов двухтрубных водяных сетей при подземной канальной и бесканальной прокладке С практической точки зрения очень удобным представляется критерий энергетической эффективности Э систем теплоснабжения с учетом ценно сти разного вида энергии для возможности непосредственного сравнения эф фективности работы систем различной величины, и определения их макси мальных потенциалов энергосбережения с использованием эксергетически оптимальных величин энергопотерь: Э = сущ. max., где сущ. – показатель эф фективности работы системы (можно рассматривать его как к.п.д. системы);

max. – показатель эффективности работы этой же системы полученный при ее эксергетической оптимизации.

Для проектирования экономически эффективной системы используется функция общих расчетных затрат. Затраты на теплопотери и электроэнергию рассчитываются по тарифам на электрическую энергию с учетом ее эксерге тического перевода в стоимость тепловой энергии за период плановой экс плуатации трубопроводов тепловой сети. Затраты, пропорциональные капи таловложениям в линейные участки, можно рассчитывать по обобщенным формула на основании нормативных документов (рисунок 12). Затраты, про порциональные капиталовложениям в насосные станции, рассчитываются со гласно их мощности.

Стоимость прокладки водяных тепловых сетей в непроходных y = 135.8x3 - 188.3x2 + 206.1x + 7. каналах млн.руб/км R = 0. y = 150.7x3 - 224.9x2 + 210.3x - 1. R = 0. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1. Диаметр трубопровода, м в сухих грунтах в мокрых грунтах Полиномиальная (в сухих грунтах) Полиномиальная (в мокрых грунтах) Рисунок 12 – Стоимость прокладки водяных тепловых сетей в непроходных каналах в зависимости от диаметра трубопровода в ценах на четвертый квартал 2010 года Таким образом, разработка математических моделей систем энергетики представляет собой сложный творческий процесс, требующий совместных усилий высококвалифицированных энергетиков и математиков. В ходе этого процесса постоянно углубляются наши познания свойств систем и их основ ных связей, а это, в свою очередь, позволяет применять более совершенные математические модели, а также совершенствовать технологические процес сы и повышать энергоэффективность таких систем.

В четвертой главе приводятся результаты расчетов, произведенные на разработанной математической модели системы централизованного тепло снабжения для климатических условий г. Красноярска. Показывается практи ческая реализуемость и эффективность предложенного инструментария для повышения эффективности вариантов реконструкции систем теплоснабже ния.

Для обеспечения качественного и бесперебойного теплоснабжения по требителей Советского района г. Красноярска с учетом подключения к тепло вым сетям ОАО «Енисейская ТГК (ТГК 13)» вновь создаваемых и реконст руируемых зданий и сооружений жилого, производственного и прочего на значения с заявленной суммарной нагрузкой 1000т\час, требуется реконст рукция существующих тепловых сетей протяженностью 67.2 км в двухтруб ном исполнении с одновременным увеличением диаметров трубопроводов. В стесненных условиях инфраструктуры Советского районов г.Красноярска за мена трубопроводов существующих участков тепловых сетей на трубопрово ды большего диаметра является наиболее эффективным решением проблемы увеличения пропускной способности тепловых сетей с целью подключения новых потребителей.

1. 1. Диаметр трубопровода, м 1. 0. 0. 0. 0. 0 5 10 15 20 Номер участка Существующая тепловая сеть Энергетически оптимальная тепловой сеть Выбранный вариант реконструкции тепловой сети Экономически оптимальная тепловая сеть Рисунок 13 – Результаты работы программы Программа, реализующая алгоритм решения задачи оптимального по токораспределения, составлена в среде MathLAB. Результаты ее работы при ведены на рисунке 13.

Оптимизация тепловой сети Советского района г. Красноярска прово дилась по нескольким критериям: по энергетическому критерию, с после дующей оценкой потенциала энергосбережения, по экономическому крите рию, с оценкой минимально возможных затрат. Сравнение различных вари антов реконструкции тепловой сети Советского района г. Красноярска приве дено в таблице 5. Продолжительность отопительного сезона принимается со гласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» для г. Красноярска и составляет 234 суток. Ремонтный период составляет 21 сутки, в т.ч. 7 суток на гидравлические испытания.

Таблица 3 – Сравнение различных вариантов реконструкции тепловой сети Советского района г. Красноярска Система после энергетической Система после Система после Существующая оптимизации и Система теплоснабжения энергетической экономической система выбора оптимизации оптимизации варианта реконструкции Потери эксергии, МВт 6,86 3,25 4,40 4, Всего эксергии, МВт 126,03 122,69 124,09 124, К.п.д. системы 0,946 0,985 0,965 0, Критерий энергетической 0,960 0,980 0, эффективности Протяженность реконст - 39,6 39,6 5, руируемых участков, км Капитальные затраты на сооружение тепловой сети 3,20 (-) 3,93 (3,93) 2,68 (2,68) 3,35 (0,672) (при ее реконструкции), Млрд. руб Эксплуатационные затра ты тепловой сети за 30 3,61 1,85 2,29 2, лет, Млрд. руб Суммарные затраты теп ловой сети за 30 лет, 6,81 5,78 6, 4, Млрд. руб Срок окупаемости с уче том подключения потре - 17 12 бителей нагрузкой т/ч, лет Из таблицы 3 видно, что максимально возможный к.п.д. тепловой сети составляет 98.5%, следовательно, теоретический потенциал энергосбрежения составляет 4% или почти половину от существующих потерь энергии. Расхо ждение теоретического к.п.д. и к.п.д. полученного при натурных измерениях свидетельствуют о неравномерном потокораспределении, вследствие проек тирования сети с учетом искаженных нагрузок из-за не достаточного оснаще ния потребителей приборами учета.

Капитальные затраты при реконструкции для получения оптимальной тепловой сети близки к капитальным затратам на создание новой сети, т.к.

диаметры в большинстве случаев в оптимальных вариантах и в существую щей сети различны.

Дальнейший анализ тепловой сети дал возможность выбора варианта реконструкции при минимальном изменении ее конфигурации, а следова тельно, и минимальных капитальных вложениях. В этом случае минимизиро вались сроки окупаемости проекта при достижении требуемого значения пропускной способности, итерационно минимизируя общие расчетные затра ты при уменьшении количества исследуемых трубопроводов. Минимальные общие расчетные затраты достигаются при замене четырех участков.

Для достижения требуемой пропускной способности необходимо заме нить трубопроводы, представленные в таблице 4, остальные трубопроводы остаются без изменений.

Таблица 4 – Результаты оптимизации Диаметр, мм Номер трубопро- Стоимость прокладки, Длина участка, м вода млн. руб.

старый новый 7 1000 800 1200 187, 17 557 700 1000 74, 34 200 700 1000 26, 58 600 700 1200 112, 70 627 800 1000 84, 143 1000 800 1200 61, Сумма 3984 672, Схема тепловой сети с указанием реконструируемых участков показана на рисунке 14. Для подтверждения адекватности используемой методики бы ли проведены расчеты тепловой сети Советского района г. Красноярска в па кете ZuluThermo. При сравнении варианта реконструкции тепловой сети с существующей схемой по удельным потерям давления и скорости движения теплоносителя видно, что максимальные отличия от оптимальных парамет ров наблюдаются в самых не благоприятных местах сети, что в свою очередь говорит о правильности решения.

Рисунок 14 – Схема тепловой сети с указанием реконструируемых участков Широкая автоматизация планирования, проектирования и управления, которая проводится в настоящее время во всех областях народного хозяйства, не может не захватить и практику проектирования и эксплуатации теплоф теплофи кационных систем и систем централизованного теплоснабжения. Несомне Несомнен но, что современные математические методы получат массовое и системати системат ческое применение, прежде всего для оптимизации схем и параметров систем схем теплоснабжения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Разработана математическая модель расчета характеристик элементов тепловых сетей для увеличения пропускной способности и повышения э эф фективности тепловых сетей, позволяющая производить оптимизацию диа оптимизацию ди метров и напоров в кольцевых тепловых сетях с учетом минимизации общих расчетных затрат;

2. Разработана математическая модель для исследования системы центр центра лизованного теплоснабжения, отличающаяся применением методов эксерг эксерге тического анализа позволяющая получить сведения о потенциале проведения ляющая энергосберегающих мероприятий;

3. Предложена методика оптимизации диаметров и напоров расширяемых и реконструируемых тепловых сетей, позволяющая уже на стадии проектиро сетей, проектир вания наиболее полно учитывать индивидуальные особенности и экономиче индивидуальные экономич ские характеристики каждого конкретного объекта с целью улучшения тех нико-экономических характеристик тепловой сети и экономии энергетиче энергетич ских ресурсов.

4. Создан программно-вычислительный комплекс для исследования сис тем централизованного теплоснабжения. Произведен, расчет с использовани ем разработанной математической модели системы централизованного теп лоснабжения для климатических условий г. Красноярска. Сформулированы рекомендации по замене трубопроводов тепловой сети Советского района г.

Красноярска для увеличения пропускной способности сети с одновременным повышением ее эффективности.

Основное содержание работы

изложено в следующих публикациях:

Статьи в ведущих рецензируемых журналах и изданиях 1. Колосов, М.В.Сравнительный анализ методов оптимизации параметров и конфигураций тепловых сетей/ М.В. Колосов, С.А. Михайлен ко // Вестник КрасГАУ, №9, 2011 с. 266-269.

2. Колосов, М.В.Оптимизация параметров и конфигураций тепловых се тей / М.В. Колосов, С.А. Михайленко // Известия Томского политехническо го института, №10. – Т. 319. – № 4., 2011c. 61-63.

Публикация в журналах и сборниках трудов и конференций 3. Колосов, М.В. Повышение эффективности энергоснабжения с исполь зованием малой энергетики / М.В. Колосов, Борисов А.Н. // Наука. Техноло гии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. Новосибирск: изд-во НГТУ, 2009. – С. 53-54.

4. Колосов, М.В. Оценка энергетической эффективности источников те плоты в СЦТ / М.В. Колосов, Борисов А.Н. // VI-я Всероссийская научно техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Моло дежь и наука»Красноярск, 2010. – С. 78-81.

5. Колосов, М.В. Энерго- и ресурсосбережение в системах централизо ванного теплоснабжения / М.В. Колосов, Борисов А.Н. // 11-я Межд. НПК «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно коммунальном комплексах»Пенза, 2010. – С. 128-130.

6. Колосов, М.В. Энергосбережение в системах централизованного теп лоснабжения / М.В. Колосов, Борисов А.Н. // Всероссийская научно практическая конференция: «Технологии ХХI века в энергетике и транспорт ных коммуникациях: проблемы и перспективы» Сочи, 2010. - С. 56-58.

7. Колосов, М.В. Эксергетический анализ – путь к реальной эффективно сти / М.В. Колосов// II Всероссийская конференция «Инновационная энерге тика» (с международным участием) Новосибирск, Центр культуры НГТУ, 2010. – С. 161-163.

8. Колосов, М.В. Использование эксергетического анализа для поиска энергосберегающих решении / М.В. Колосов, С.А. Михайленко // ХI Всерос сийская научно-практическая конференция «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города», Красноярск, 2010. С. 36-38.

9. Колосов, М.В. Повышение эффективности систем газоснабжения, при использовании давления природного газа / М.В. Колосов, А.Ю. Суганова // VII-я Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспиран тов и молодых ученых «Молодежь и наука», Красноярск, 2011. С. 124-125.

Колосов М.В., Анализ методов расчета трубопроводов для уве 10.

личения пропускной способности/ М.В. Колосов, С.А. Михайленко // Вест ник ассоциации выпускник КГТУ, Красноярск – 2011.

Колосов М.В., Увеличение пропускной способности трубопрово 11.

дов тепловых сетей/ М.В. Колосов, С.А. Михайленко // Вестник ассоциации выпускник КГТУ, Красноярск – 2011.

Колосов М.В., Перспективы развития теплоснабжения / М.В.

12.

Колосов // VIIвсероссийский семинар вузов по теплофизике и энергетике, Кемерово – 2011 г. С. 98-100.

Колосов М.В., Экономическая оптимизация тепловых сетей/ 13.

М.В. Колосов // V международная заочная научно-практическая конферен ция «Энергетика в современном мире», Чита – 2011 г. С. 71-73.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.