Исследование и разработка системы оптимального управления топливоснабжением котельных установок на СУГ

Актуальность работы. Потребление энергии в нашей стране, как и во всем мире, неуклонно возрастает и, прежде всего, для теплоснабжения зданий и сооружений. На сегодняшний день теплоэнергетика находится в сложном положении, во-первых, чрезвычайно медленная реконструкция фондов сохраняет высокие потери и низкий уровень безопасности, что, в конечном счете, осложняет процесс перехода отрасли на новый уровень, во-вторых, незначительно развитие и использование проектов, имеющих экономически и экологически эффективные показатели. В настоящее время газовое топливо стало одним из наиболее широко применяемых видов топлива. В большом количестве существующих котельных твердое топливо заменено газовым. Разработка проектов применения сжиженных углеводородных газов (СУГ), а именно, пропан — бутановой смеси, как стартового, резервного или основного вида топлива для промышленных котельных малой и средней мощности, была начата в 2004 году. Система эксплуатации котельных установок на сжиженном углеводородном газе (СУГ) является более перспективной в экономическом плане, по сравнению с использованием ряда типов котельных на стандартных видах топлива. Отличительной чертой данных котельных установок является отсутствие подходящего газопровода и использование резервуаров для хранения СУГ. Для оптимизации работы системы котельных на СУГ, снижения затрат на эксплуатацию, одним из основных факторов которых является система поставок и контроль расхода топлива, необходимо осуществлять своевременное планирование и поставку СУГ той или иной котельной установке. Так же следует сказать, что при использовании большого количества котельных для теплоснабжения удаленных от городской местности объектов, данный вопрос становится более актуальным. Определять время полного расхода топлива на котельной установке можно расчетным способом, используя методы прогнозирования. Адекватные прогнозные значения могут составить основную информацию для осуществления эффективной процедуры планирования и принятия решения при определении оптимального времени поставки СУГ. Прогнозные значения могут быть получены на основе временных рядов данных. Поскольку в зависимости от типа котельной установки, ее мощности, присоединенной мощности, количества резервуаров, время расхода топлива отличается, расчеты занимают длительное время, и возникает необходимость периодического перерасчета для каждого объекта.

Так же, помимо оптимизации работы котельных, связанной с увеличением времени работы котельной между поставками топлива, необходимо эффективно управлять и локальными ресурсами каждой котельной в частности. СУГ в резервуарах находится в состоянии двух фаз, для работы котлоаг-регатов необходима газовая фаза, а при использовании жидкого СУГ в процедуре подачи по технологии необходимо осуществить два цикла регазифи-кации. Учитывая тот факт, что СУГ сильно расширяется (из четырех литров СУГ получается 1 м³ газовой фазы), можно сказать, что исключение ситуации понижения температуры жидкой фазы в одном резервуаре может быть достигнуто посредством отбора жидкой фазы СУГ с другого резервуара, её регазификации и помещением в первый. Повышение давления газовой фазы, таким образом, уменьшит процесс испарения жидкой фазы топлива, что, в свою очередь, остановит процесс охлаждения резервуара.

Для выполнения данных задач и оптимизации всех перечисленных процессов лицу принимающему решение (ЛПР) необходимо оперировать точными данными, что осуществимо за счет использования системы поддержки принятия решений (СППР). Так же система распределенного использования котельных установок на СУГ нуждается в централизованном контроле. Реализация такой возможности может быть осуществима за счет использования диспетчерского контроля, создание модуля 8САБА-системы. Разработка такой системы является перспективной, поскольку позволяет увеличить время работы котельных на более экономичном и экологичном топливе, что, безусловно, является актуальным на сегодняшний день.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и алгоритмов обработки информации при управлении котельными установками на СУГ на основе прогнозирования расхода и времени поставки топлива для снижения затрат, количества поставок топлива и увеличения времени работы котельной между поставками топлива.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

Выводы.

В четвертой главе приведены результаты разработки программного обеспечения (ПО) «КУСУГ-АТЛАНТ», предназначенного для ВМУС-2. Показан алгоритм работы подсистемы прогнозирования диспетчерского программного модуля.

Разработано программное обеспечение — подсистема системы поддержки принятия решения, определяющая оптимальное время поставки СУГ, для модуля диспетчерского контроля. Разработана и построена структура базы данных, отображены ее основные элементы.

Программный продукт «КУСУГ-ATJIAHT» разработан с учетом требований к современному программному обеспечению при использовании языка программирования С++ в среде разработки приложений Embarcadero RAD Studio 2010.

Разработка ПО «КУСУГ-АТЛАНТ» была осуществлена при использовании стандартных библиотек, технологий входящих в ОС Windows ХР, Windows 7.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанного программного обеспечения «КУСУГ-АТЛАНТ» в ОАО «ВМУС-2», составит 475 тыс. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные в диссертационной работе исследования по разработке методов оптимального контроля и управления работой котельных установок на сжиженном углеводородном газе и алгоритмов их функционирования, на основе которых построена система поддержки приятия решений (СППР), обеспечивающая лицо принимающее решения (ЛПР) информацией, на основе которой производится оптимальное управление, позволило сделать следующие выводы:

1. Впервые проведен анализ теплоэнергетических систем (котельных установок), использующих сжиженный углеводородный газ в качестве топлива, относительно теплоснабжения, отдаленных от городской местности территорий и заповедных зон.

2. Предложенные методы обработки информации, позволяющие производить оптимальное использование оборудования котельной установки, основанные на использовании газовой фазы СУГ для обеспечения работы котлоагрегатов, а также позволяющие устранять проблемные ситуации, связанные с процессом замерзание жидкой фазы в ходе процесса интенсивного испарения СУГ, в данной области используются впервые. Они позволяют снизить нагрузки на оборудование котельных установок (при использовании газовой фазы, нет необходимости производить два цикла регазификации СУГ, тем самым не использовать испарители сжиженных газов), снизить эксплуатационные затраты.

3. Представлены расчеты, определяющие площадь поверхности испарения СУГ в резервуаре, значение которой использовалось в методах и расчетах контроля и оптимизации использования топлива. Данные расчеты позволяют системе работать с любыми размерами используемых резервуаров хранения СУГ на котельных установках.

4. Впервые предложены методы определения времени расхода топлива котельными установками на СУГ, основанные на методах математической статистики. Полученные прогнозные значения прошли проверку на адекватность и являются эффективными для осуществления оптимального управления топливоснабжением котельных установок на СУГ, определения оптимального времени поставки топлива, в частности, независимо от технических характеристик котельной, присоединенной мощности и т. д. Разработанный метод прогнозирования позволяет определять расход топлива, как для летнего, так и для отопительного сезона.

5. Разработано и реализовано алгоритмическое, математическое и программное обеспечение системы поддержки принятия решений, позволяющее ЛИР оптимизировать процесс топливоснабжения и эксплуатации котельных установок на СУГ.

6. На основании разработанной СППР создано специальное программное обеспечение, представляющее собой два связанных между собой модуля автоматизированного рабочего места диспетчерского контроля.

7. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанного программного обеспечения в ОАО «ВМУС-2», составит 475 тыс. руб. в год.