Концепция и структура имитационной модели оценки энергоэффективности при генерации тепла

№3 (2014 г.) МРНТИ 28.19.23

Скачать

А.К. Исмайлов, С.С. Табултаев

Алматинский университет энергетики и связи,
г. Алматы, Казахстан

 

Аннотация. В статье представлен обзор современной ситуации в области генерации, транспортировки энергоносителей. Представлена схема производства энергии . Разработана модель энергогенерирующего источника на основе методов имитационного моделирования, в которой можно проследить степень влияния той или иной меры, комплекса мероприятий на основные экологические, технологические, экономические показатели производственного цикла электро- и тепло- энергии, такие как объемы загрязнения окружающей среды, потери, объем потребляемых первичных ресурсов
Ключевые слова: Энергоэффективность, энергосбережение, имитационное моделирование, энергогенерирующий источник

_____________________________________

Исмайлов А.К., Табултаев С.С.    
ЖЫЛУ ӨНДІРУ БАРЫСЫНДАҒЫ ҚУАТТЫЛЫҚ ТИІМДІЛІГІН БАҒАЛАУДЫҢ ИМИТАЦИЯЛЫҚ ҮЛГІСІНІҢ КОНЦЕПЦИЯСЫ МЕН ҚҰРЫЛЫМЫ

Түйіндеме. Мақалада генерация, қуат көзін тасымалдау саласындағы заманауи жағдайларға шолу жасалған. Энергия өндірісінің сызбанұсқасы ұсынылған. Қоршаған ортаның ластануы, ысырап,  тұтынылатын алғашқы ресурстардың көлемі сияқты электр және жылу энергиясының өндірістік циклінің негізгі экологиялық, технологиялық, экономикалық көрсеткіштеріне осы және басқа да шаралар кешенінің ықпал ету деңгейін қадағалауға мүмкін болатын  имитациялық үлгілеу негізінде энергия өндіру көзінің үлгісі әзірленді
Түйінді сөздер: Энергетикалық тиімділік, энергия үнемдеу, имитациялық үлгілеу, энергия өндіру көзі

_____________________________________

Ismayilov A.K., Tabultaev S.S.  
THE CONCEPT AND STRUCTURE OF THE SIMULATION MODEL OF ASSESSMENT OF ENERGY EFFICIENCY IN THE GENERATION OF HEAT

Abstract. The review of a modern situation is presented in article in the field of generation, transportation of energy carriers. A scheme of energy power generating source is given. The model is developed, based on the methods imitation of simulation, in which we can trace the extent of influence to which a given measure, a set of measures affect on environmental, technological and economic indicators of the production cycle of electric and thermal energy, such as the volume of pollution the loss, the amount consumed by primary resources
Key words: еnergy efficiency, energy conservation, imitation of simulation, efficient power source.

 

Введение. Проблема энергоэффективности в теплоэнергетике в настоящее время стоит крайне остро. Это и увеличенное количество выбросов в атмосферу, влияющее на чистоту окружающего воздуха, и как следствие на качество жизни населения. Это и повышенное потребление первичных ресурсов (угля, мазута, газа, воды), а также электроэнергии, необходимых для производства единицы тепла. Это потери при транспортировке в виду изношенности и неэнергоэффективности теплотрасс, ведущих от генерирующего источника к потребителям. Оборудование и инфраструктура находится в критическом состоянии, уровень износа составляет 56,0% [1,2]. Последнее обусловливает низкую экономическую эффективность и неконкурентоспособность предприятий малой теплоплоэнергетики. Перед муниципальными образованиями, на которых расположена основная часть подобных теплогенерирующих предприятий, остро стоит проблема технической реконструкции теплогенерирующих мощностей и сопутствующей им инфраструктуры, а также обеспечения экономической целесообразности этой реконструкции в условиях хронического недофинансирования. Соответственно для лиц, принимающих подобного рода решения (ЛПР), необходимо четкое понимание того, какие мероприятия в рамках реконструкции целесообразно применить и в какой последовательности, какими ключевыми оценочными индикаторами при этом необходимо воспользоваться и какими будут последствия принятых решений. В силу этого ключевыми оценочными индикаторами наряду с основными техническими показателями должны выступать экологические и экономические показатели. Для хозяйствующего субъекта любой формы собственности экономия первичных энергоресурсов, снижение экологических издержек и объемов загрязнения окружающей среды, а также сроков окупаемости мероприятий в рамках средне- и долгосрочного планирования всегда являются приоритетными направлениями деятельности. Выработка оптимальной стратегии энергосбережения теплогенерирующего источника должна базироваться на анализе полного жизненного цикла его работы: генерации, распределения и потребления тепловой энергии.

Методы исследований. Наилучшим средством описания подобного рода стратегии выступает имитационное моделирование, позволяющее обеспечить взаимосвязь материальных и финансовых потоков. По Р. Шеннону, имитационное моделирование является одним из основных инструментов в системах поддержки принятия решений, оно позволяет исследовать большое число альтернативных вариантов решений, проигрывать различные сценарии при любом сочетании входных данных [3]. Главное преимущество имитационного моделирования состоит в том, что исследователь для проверки новых стратегий и принятия решений, при изучении возможных ситуаций, всегда может получить ответ на вопрос “Что будет, если? …”. Имитационная модель позволяет прогнозировать, когда речь идет о проектируемой системе или исследуются процессы развития.

Применительно к задаче оценки энергоэффективности при генерации тепла в основу принципиальной схемы имитационной модели положена типовая последовательность производства и транспортировки тепловой энергии. На ее входе находятся: вода, электроэнергия, топливо, человеческие ресурсы, а так же информация по потерям, тарифам, удельным нормам потребления, виду топлива, выбросам, сбросам и т.п. (рис.1). Далее все попадает в «черный ящик», роль которого выполняет теплогенерирующий источник. На выходе модели мы имеем тепловую энергию, выбросы, сбросы, твердые отходы, а также

информацию по экономическому балансу.

 исм.

 Рис. 1. Схема процесса производства энергоресурсов

Математическое описание имитационной модели произведено на основе пакета структурного моделирования iThink Analyst v 9.1.3 фирмы «High Performance Systems, Inc.» Данный пакет ориентирован на моделирование динамических процессов и потому идеально подходит для решения поставленной задачи. Использование компьютерных технологий позволило нам создать многоуровневую модель функционирования энергогенерирующего источника (роль, которого выполняет котельная) и сопутствующей ей инфраструктуры (системы теплотрасс), описываемой совокупностью ключевых оценочных параметров — индикаторов. В частности, источник генерации тепла характеризуется удельным потреблением ресурсов (на производство 1 Гкал), выбросами, сбросами, а также потерями тепла при его транспортировке [1]. В модели все параметры объединены в группы — взаимосвязанные блоки, среди которых блок параметров, содержащий определяющие работу теплогенерирующего источника, блок мер по энергосбережению и повышению энергоэффективности (рис.2). Ввиду того, что данная версия пакета iThink не русифицирована, то при моделировании использованы английские аббревиатуры названий соответствующих блоков и параметров.

 исм1

 Рис. 2. Схема имитационной модели

Модель включает пять взаимосвязанных блоков, четыре из которых отражают показатели-индикаторы генерирующего источника, ресурсные показатели в блоке Generator Resourses indicators; производственно-технические индикаторы в блоке Generator Technical indicators; экономические индикаторы в блоке Generator Economical indicators и основной блок Generator Technical Cycle, в котором находится концептуальная часть модели.

Все перечисленные блоки взаимосвязаны друг с другом, что свидетельствует о том, что изменение одних групп показателей влечет изменение других. В частности, отдельным блоком модели Arrangments предусмотрены меры по повышению энергоэффективности и энергосбережению, которые оказывают влияние на главный блок, изменение в котором в свою очередь влияют на изменения в остальных трех блоках. [4]

Основным блоком в модели является «Generator Tecnical Cycle». Именно он описывает производство тепловой энергии и транспорт тепла до потребителей (рис.3). Тепловая энергия производится в потоке «Production Flow», аккумулируется в накопителе «Production Storage». На производство тепловой энергии требуется вода «Water Abs», топливо «Fuel Abs», электричество «Electricity Abs», люди «People», а также количество выбросов и сбросов, учитывающиеся в «Emissions». Расчет всех показателей ведется через удельные величины на произведенную единицу. Эти показатели содержатся для воды в «Water per 1 Product»; для топлива — «Fuel Per 1 Product»; электричества — «Electricity Per 1 Product»; персонала — «Level of Automation»; для выбросов и сбросов — «Percent Emissions».

 исм2

Рис. 3. Блок генерации и транспортировки теплоэнергии

Этап транспортировки характеризуется показателем потерь «Losses Abs», рассчитываемым как произведение объема поставляемого тепла «Transport Flow» на средний процент потерь по инфраструктуре «Percent Losses».

исм3

Рис. 4. Блок показателей потребления воды, потерь и выбросов

Производным из блока «Generator Tecnical Cycle» в модели выступает блок «Generations Resourses indicators» (рис.4), отвечающий за накопление основных показателей воды, потерь тепла, выбросов в атмосферу. У «Water Abs», “Losses Abs”, “Emissions Abs” показатели потребления воды, потерь, выбросов за один период. Благодаря блоку мы можем оценить динамику изменения и их значения на конец расчетного периода. Аналогичным образом накапливаются и остальные показатели, характеризующие технологический цикл производства энергии. [5]

Выводы. Использование данной модели на практике позволяет решать следующие задачи:

● определить эффективность работы теплогенерирующего источника, в сравнении с нормативными данными и показателями, используемыми в данной методике, на основании накопленного опыта испытаний;

● оценить потенциал энергоэффективности работы исследуемого объекта;

● оценить потребности теплогенерирующего источника в топливе, электрической энергии и воде;

● сделать прогноз потребности в первичных ресурсах на краткосрочный период.

— создать модель энергогенерирующего источника на основе методов имитационного моделирования

Таким образом, метод имитационного моделирования позволяет проследить степень влияния различного комплекса мероприятий на показатели производственного цикла, такие как потери электро- и тепло- энергии, объем загрязнения окружающей среды, объем и потери потребляемых первичных ресурсов.

 

Список литературы

 1  Горлова Н.Ю., Новгородский Е.Е., Чешев А.С., Страхова Н.А. Совершенствование методов повышения эколого-экономической эффективности энергосберегающей деятельности в промышленности: монография.- Ростов-на-Дону: ЗАО «Ростиздат», 2011.- 188с.

2 Башмаков И.  , Российский ресурс энергоэффективности: масштабы, затраты и выгоды // Вопросы экономики. – 2009. — N2

3  Шеннон Р. Имитационное моделирование систем — искусство и наука. — М.: Мир, 1978.

4  Автономов А. Б., Денисов В.И. , Морозов О.В.  Особенности технико-экономического обоснования инвестиционных проектов тепловых электростанций // Электрические станции. — 2008. — №3. – С. 4-9

5 Емельянов А.А. Системы имитационного моделирования дискретных и дискретно-непрерывных. — Тверь: Мобильность, 1992.- 202 с.

 

 

Комментарии закрыты.

Яндекс.Метрика