Стратегия производства электрической и тепловой энергии в условиях ограниченного количества топлива

Исследован обособленный генерирующий комплекс, главная особенность которого – функционирование в течение контрольного периода при жестком ограничении топливного ресурса. Назначение комплекса – производство электрической и тепловой энергии для нужд потребителя. Предложена модель управления производством для двух сценариев: при безусловном обеспечении нужд потребителя электрической энергией и обязательной реализации графика отпуска тепловой энергии. Рассмотрены особенности реализации модели для обособленной теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ) с гарантированным отпуском электрической энергии потребителю, обоснованы режимы когенерации в условиях ограниченного запаса топлива безотносительно к категории потребителя. Показано, что в таких режимах общий отпуск тепловой энергии за контрольный период времени при ограниченном на данный период запасе топлива не зависит от заданного производства этого вида энергии в режимах максимальной и минимальной электрических нагрузок. Показан вариант оптимизации при выборе дополнительного источника теплоты для удовлетворения нужд потребителя. В случае выбора возобновляемого источника энергии (ВИЭ) управление комплексом когенерация – ВИЭ согласно предлагаемой стратегии позволяет минимизировать необходимую мощность ВИЭ. Основой управления производством является математическая модель генерирующего комплекса, представленная в настоящей работе. В части описания поведения сложной физической системы в целом использован энергетический подход (метод Гамильтона), который оказался весьма удобным для решения поставленной задачи, поскольку вариационные принципы не зависят от выбора системы координат. Описание турбоустановки как объекта, входящего в генерирующий комплекс и во многом определяющего связь расхода топлива и количества произведенной электрической и тепловой энергии, произведено с безусловным выполнением требования: расход топлива есть функция состояния системы. Предлагаемая стратегия когенерации в условиях жесткого ограничения количества топлива не зависит от вида используемого органического топлива и не привязана к календарным датам контрольного периода.

1. Грачев, И. Д. О различных подходах к регулированию потребления энергии / И. Д. Грачев, С. А. Некрасов // Вестник МЭИ. 2010. № 1. С. 122–126.

2. Грачев, И. Д. Некоторые аспекты энергоснабжения малых населенных пунктов / И. Д. Грачев, С. А. Некрасов // Теплоэнергетика. 2010. № 4. С. 45–48.

3. Борисов, А. А. Модифицированный метод неопределенных множителей Лагранжа для оптимизации нагрузок ТЭЦ / А. А. Борисов, В. П. Жуков, Е. В. Барочкин // Повышение эффективности энергетического оборудования: материалы V Всерос. науч.-практ. конф. Иваново: ИГЭУ, 2010. С. 28–31.

4. Задача оптимальной загрузки оборудования ТЭЦ с учетом распределения сетевой воды между подогревателями и комбинированный метод ее решения / А. А. Борисов [и др.] // Вестник ИГЭУ. 2010. Вып. 4. С. 10–12.

5. Барочкин, Е. В. Разработка методов расчета и оптимизации систем теплофикации на ТЭЦ / Е. В. Барочкин, В. П. Жуков, А. А. Борисов // Вестник ИГЭУ. 2011. Вып. 1. С. 24–26.

6. Жежеленко, И. В. Основные направления повышения эффективности производства, передачи и распределения электрической энергии / И. В. Жежеленко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 1. С. 28–35. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-28-35.

7. Рахмонов, И. У. Математические модели и алгоритмы оптимального управления нагрузкой электропотребителей / И. У. Рахмонов, K. М. Реймов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 6. С. 528–535. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-528-535.

8. Аракелян, Э. К. Оптимизация работы ТЭЦ со сложным составом оборудования в условиях переменных графиков энергопотребления / Э. К. Аракелян, Д. Ю. Цыпулев, // Вестник МЭИ. 2007. № 1. С. 32–37.

9. Цыпулев, Д. Ю. Методические положения оптимизации управления режимами ТЭЦ со сложным составом оборудования / Д. Ю. Цыпулев, Э. К. Аракелян // Теплоэнергетика. 2008. № 3. С. 67–73.

10. Чичерова, Н. Д. Оптимизация режимов работы теплоэлектроцентрали, характеризуемой целевой функцией с нелинейными ограничениями / Н. Д. Чичерова, Л. А. Низамов // Надежность и безопасность энергетики. 2016. № 1. С. 35–40.

11. Низамов, Л. А. Программный комплекс оптимизации режимов работы теплоэлектроцентрали / Л. А. Низамов, Н. Д. Чичерова // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 2016. №1–2. С. 64–74.

12. Батухтин, А. Г. Оптимизация отпуска теплоты от ТЭЦ на основе математического моделирования с учетом функционирования различных типов потребителей: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.14.14 / А. Г. Батухтин. Улан-Удэ, 2005. 16 с.

13. Боровков, В. М. Повышение эффективности систем теплоснабжения / В. М. Боровков, Е. М. Михайлова // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2007. № 5. С. 122–130.

14. Сердюк, А. Оптимизация процессов тепловой энергогенерации: организационные аспекты в условиях украинской энергетики / А. Сердюк // Economic Growth in Conditions of Globalization: Welfare and Social Inclusion: International Conference on Theoretical and Applied Economic Practices. Chisinau. 2019. Vol. 1. P. 51–57.

15. Симкин, А. И. Проблемы работы нагревательных печей в условиях дефицита топлива / А. И. Симкин, В. В. Потемкин // Вісник Приазовського державного технічного університету. 2000. Вып. 10. С. 252–256.

16. Гельфанд, И. М. Вариационное исчисление / И. М. Гельфанд, С. В. Фомин. М.: Наука, 1961. 228 с.

17. Смирнов, А. В. Свойства целевых функций и алгоритмов поиска в задачах многокритериальной оптимизации / А. В. Смирнов // Russian Technological Journal. 2022. Т. 10, № 4. С. 75–85. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-4-75-85.

18. Кузеванов, В. С. К вопросу об эффективности планирования режимов работы оборудования ТЭЦ / В. С. Кузеванов, М. М. Султанов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5, № 11. С. 115–119.

19. Тепловые и атомные электростанции / под общ. ред. чл.-корр. РАН А. В. Клименко и проф. В. М. Зорина. М.: МЭИ, 2003. 648 с.

20. Яштулов, Н. А. Водородная энергетика возобновляемых источников тока / Н. А. Яштулов, М. В. Лебедева // Российский технологический журнал. 2017. Т. 5, № 3. С. 58–73.