Пастаноўкі і МЕТАДЫ РАШЭННІ ЗАДАЧЫ аптымізацыю параметраў цеплавых сетак

Наша команда-партнер Artmisto

У цяперашні час у практыцы праектных арганізацый палячу шырокае распаўсюджванне спрошчаныя метады разліку вадзяных цеплавых сетак, пры якіх схема сеткі і размяшчэнне падкачваю і дросселирующих падстанцый вызначаюцца без аптымізацыйных разлікаў, а дыяметры трубаправодаў вызначаюцца па нарматыўным значэнні ўдзельнай лінейнай страты давления- да 78,5 Па / м (да 8 мм вод. ст / м), прыманай пастаяннай па кірунку галоўнай магістралі. Пры гэтым месца размяшчэння і параметры падкачваю і дросселирующих падстанцый выбіраюцца на аснове інжынернай інтуіцыі і вопыту праекціроўшчыка. Гэтыя метады грунтуюцца на фундаментальных даследаваннях аналітычных метадаў аптымізацыі параметраў цеплавых сетак, выкананых праф. Б. Л. Шифринсоном яшчэ ў 30-х гадах [76] і пасля развітых ў працах іншых энергетыкаў [14, 28, 43, 60]; яны забяспечвалі прыняцце ў дастатковай ступені аптымальных рашэнняў пры праектаванні цеплавых сетак на першых этапах развіцця сістэм цэнтралізаванага цеплазабеспячэння, калі гэтыя сістэмы былі параўнальна невялікімі. Такія спрошчаныя метады разліку цеплавых сетак могуць прымяняцца і ў цяперашні час пры праектаванні параўнальна дробных сістэм цеплазабеспячэння з нязначнай працягласцю цеплавых сетак. У той жа час яны не маглі ў поўнай меры выкарыстаць тэарэтычныя палажэнні гэтых даследаванняў з прычыны абмежаваных магчымасцяў ручнога рахунку. Часцяком пры параўнанні камбінаванай і раздзельнай схем энергазабеспячэння гарадоў і прамысловых цэнтраў выдаткі ў цеплавыя сеткі вызначаюцца на аснове абагульненых залежнасцяў капіталаўкладанняў у цеплавыя сеткі ад ўзбуйненых паказчыкаў теплоплотности теплофицируемых раёнаў. Пры выкарыстанні такіх метадаў не ўлічваюцца паступовасць росту цеплавых нагрузак спажыўцоў па гадах разліковага перыяду, наяўнасць існых участкаў сеткі і не аптымізуюцца дыяметры па ўчастках цеплавых сетак з улікам тэхнічных абмежаванняў на ціску ў вузлавых кропках сеткі, розных удзельных капіталаўкладанняў па яе участках, што можа прыводзіць да істотным пралікі і памылкі. Прымяненне ЭВМ адкрывае вялікія магчымасці для стварэння новых, больш дасканалых і дакладных метадаў аптымізацыі развіцця цеплавых сетак [26, 41, 42, 50, 65].

Задача аптымізацыі цеплавых сетак можа вырашацца як без уліку, так і пры ўліку паступовасці росту цеплавых нагрузак па гадах разліковага перыяду. У выпадку, калі фактар ​​дынамікі не ўлічваецца, пастаноўка задачы можа быць сфармуляваная наступным чынам. Зададзена: разліковыя выдаткі вады ў спажыўцоў; даўжыня участкаў і канфігурацыя цеплавой сеткі; вобласць дапушчальных значэнняў удзельнага падзення напору ў галоўнай магістралі; тэрмін службы існуючай цеплавой сеткі і дыяметры па яе асобных участках; шкала стандартаў магчымых дыяметраў цеплавой сеткі; дапушчальны наяўныя напор на ўводзе ў абанентаў; тэхнічныя абмежаванні на ціск у вузлавых кропках сеткі. Патрабуецца вызначыць: аптымальныя значэння дыяметраў па ўчастках сеткі; колькасць, месца размяшчэння і параметры падкачваю і дросселирующих падстанцый, адпаведныя мінімальнага значэння мэтавай функцыі, у якасці якой прымаюцца прыведзеныя выдаткі ў цеплавую сетку Якія ўваходзяць у велічыню капіталаўкладанні /Ст.с вылічаюцца па формуле:

Аптымізацыя параметраў цеплавой сеткі, т. Е. Знаходжанне мінімуму функцыі прыведзеных выдаткаў з ужываннем матэматычнага мадэлявання і ЭВМ, можа выконвацца наступнымі метадамі:

1) перабор досыць вялікага ліку варыянтаў з рознымі значэннямі удзельнага падзення ціску па кірунку галоўнай магістралі пры ўмове лінейнага закона падзення ціску па гэтым кірунку (лінейны метад);

2) метад, заснаваны на ўжыванні дынамічнага праграмавання (нелінейны метад).

У агульным выглядзе матэматычная пастаноўка задачы аптымізацыі цеплавой сеткі пры выкарыстанні лінейнага метаду можа быць запісаная так. знайсці:

Лінейны метад аптымізацыі цеплавой сеткі заключаецца ў поўным пераборы зададзеных значэнняў удзельнага падзення напору (h) у галоўнай магістралі сеткі, які прымаецца аднолькавым на ўсіх яе участках, і ў знаходжанні яго аптымальнай велічыні, якая адпавядае мінімуму крытэрыяльна функцыі. Пры вылічэнні / г (шт неабходнасць перабору ўсіх яго значэнняў (з зададзеным крокам), якія ляжаць у дапушчальнай вобласці, выклікаецца тым, што залежнасць 3 = f (h) не характарызуецца строгай плыўнай манатоннасцю, т. Е. Могуць мець месца лакальныя мінімумы. Магчымасць іх з'яўлення выклікаецца дыскрэтнасцю дыяметраў труб і тыпаразмераў будаўнічых канструкцый, а таксама наяўнасцю участкаў у развіваюцца цеплавых сетках. пры гэтым лакальныя мінімумы будуць адпавядаць тым варыянтам, пры якіх існуючыя участкі не перакладаюцца. Што датычыцца прымянення эт ого метаду ў выніку разліку на ЭВМ можна атрымаць не адзін аптымальны варыянт, а набор шэрагу варыянтаў, нязначна адрозніваюцца ад аптымальнага па прыведзеных выдаткаў. Гэта дазваляе праектоўніку выбраць варыянт не толькі па фармальным крытэру мінімуму прыведзеных выдаткаў, але і з улікам эксплуатацыйных патрабаванняў, напрыклад гідраўлічнай ўстойлівасці і надзейнасці.

Дапушчэнне аб лінейнасці закона падзення напору ўздоўж галоўнай цепламагістралі спрашчае разлік цеплавой сеткі і ў той жа час уносіць хібнасць у вынікі яе аптымізацыі. Напрыклад, лінейны метад не дазваляе ў поўнай меры ўлічыць адрозненні ў спосабах пракладкі трубаправодаў для розных участкаў сеткі. У выпадку аптымізацыі развіваецца сеткі з існуючымі ўчасткамі такі метад не дазваляе ўлічыць важную асаблівасць, якая заключаецца ў тым, што для новых участкаў сеткі аптымальныя значэнні ўдзельнай страты ціску, як правіла, менш, чым для існуючых. Гэта тлумачыцца тым, што ў сетках з існуючымі ўчасткамі больш доля выдаткаў на перапампоўку цепланосбіта ў сумарных выдатках па цеплавой сеткі.

Нелінейны метад аптымізацыі цеплавых сетак заснаваны на падзеле галоўнай магістралі сеткі на асобныя ўчасткі з пакрокавай аптымізацыяй сеткі па асобных участках [26]. Пры гэтым метадзе замест знаходжання мінімуму функцыі прыведзеных выдаткаў па ўсёй сеткі, якія залежаць ад дыяметраў ўсіх участкаў, што патрабуе вырашэння складанай сістэмы раўнанняў, паслядоўна знаходзяцца аптымальныя рашэнні для асобных участкаў сеткі.

Асноўныя зыходныя палажэнні метаду дынамічнага праграмавання і паслядоўнасць вырашэння задачы пры яго ўжыванні вышэй разгледжаны на прыкладзе аптымізацыі складу і тэрмінаў уводу абсталявання ЦЭЦ. У дадзеным выпадку пакрокавы працэс будуецца з улікам асаблівасцяў задачы аптымізацыі цеплавой сеткі. За аснову (фазавую зменную) прымаецца напор, які разбіваецца на шэраг значэнняў (у зададзеных пределах- ад мінімальнага да максімальна дапушчальнага значэння), якія ўтвараюць вузлы рашоткі. Пры пераборы варыянтаў на кожным кроку і вылічэнні прыведзеных выдаткаў для дадзенага i-га напору Я, значэнне Я, прыводзіцца ў адпаведнасць з бліжэйшым стандартным дыяметрам. Пакрокавы працэс аптымізацыі, прынцыповую паслядоўнасць прымянення якога тлумачаць пабудовы мал. 3-1 [26], пачынаецца з апошняга ўчастка у, так як напор ў канцы сеткі мяркуецца вядомым. Пры гэтым разглядаюцца ўсе магчымыя рашэнні для гэтага ўчастка, адпаведныя стандартным значэнняў дыяметра. Рашэнні, пры якіх напор ў пачатковым вузле разгляданага ўчастка выходзіць за межы дапушчальнага дыяпазону, у далейшым не ўлічваюцца. Калі ў адзін вузел рашоткі трапляе некалькі значэнняў дыяметра, то па крытэры мінімуму прыведзеных выдаткаў вызначаецца аптымальнае рашэнне для гэтага вузла

На наступным кроку ўлічваюцца ў разліках два ўчасткі - апошні у і перадапошні (у-1), пры гэтым разглядаюцца магчымыя рашэнні для ўчастка (у-1), якія з'яўляюцца працягам аптымальных рашэнняў для кожнага вузла рашоткі, атрыманых на папярэднім кроку. Калі ў адзін вузел рашоткі трапляе некалькі рашэнняў (верагоднасць гэтага значна больш, чым на першым кроку), то вызначаецца аптымальнае рашэнне для двух участкаў у і (у-1):

Шляхам дадання да ўжо разгледжаным чарговага (у ключавым парадку) ўчастка цеплавой сеткі працэс аптымізацыі паўтараецца. Такім чынам, на кожным кроку ў якасці фазавай зменнай, па якой вырабляецца аптымізацыя, прымаецца дыяметр пачатковага ўчастку оптимизируемой частцы сеткі. Пры гэтым колькасць магчымых рашэнняў, фіксаваных для дадзенага кроку, пры пераходзе да наступнага кроку (участку цеплавой сеткі), як правіла, меншая за колькасць вузлоў рашоткі, х. е. колькасці зададзеных значэнняў напору ў сеткі, якое застаецца адным і тым жа на працягу ўсяго пакрокавага працэсу аптымізацыі. Канчатковае рашэнне ў цэлым па сетцы выбіраецца пасля завяршэння гэтага працэсу і параўнання паміж сабой па велічыні сумарных прыведзеных выдаткаў усіх атрыманых «траекторый», т. Е. Магчымых варыянтаў, колькасць якіх не перавышае зададзенага ліку значэнняў напору ў сеткі. Абгрунтаванасць прымянення дынамічнага праграмавання для аптымізацыі цеплавых сетак паказана ў [26].

Нелінейны метад аптымізацыі дазваляе ўлічыць тэхнічныя і вартасныя характарыстыкі кожнага ўчастка сеткі, выбіраць аптымальныя месцы збудаванні і параметры помпавых падстанцый, аптымізаваць развіваюцца сеткі з існуючымі ўчасткамі. Гэты метад, заснаваны на пакрокавай аптымізацыі, і ў дачыненні для разгалінаваных сетак як з адным, так і з некалькімі крыніцамі цяпла, па але можа быць выкарыстаны для аптымізацыі колцавых сетак, так як у гэтых сетках у залежнасці ад дыяметра на адным з участкаў мяняюцца расходы вады на іншых участках сеткі. Як нелінейны, так і лінейны метады аптымізацыі могуць быць ужытыя для колцавых сетак толькі ў тых выпадках, калі з дапушчальнай хібнасцю кальцавая сетка можа быць ператворана ў радыяльную і папярэдне зададзена ў ёй потокораспределение.

Для ацэнкі параўнальнай эфектыўнасці розных метадаў аптымізацыі вырабляліся разлікі цеплавых сетак рознай канфігурацыі трыма метадамі: метадам, шырока распаўсюджаным у цяперашні час у праектнай практыцы і заснаваным на выкарыстанні нарматываў і ручнога рахунку (а); метадам аптымізацыі, заснаваным на перадумовы аб мэтазгоднасці змены напору ў галоўнай магістралі па лінейным законе ( «лінейны метад») пры выкананні разлікаў на ЭВМ (б); метадам аптымізацыі на аснове дынамічнага праграмавання ( «нелінейны метад») пры выкананні разлікаў на ЭВМ (в).

Хрилев Л. С., Смірноў І. А. / Аптымізацыя сістэм цеплафікацыі і цэнтралізаванага цеплазабеспячэння / Пад рэд. Е. Я. Соколова.- М .: Энергія, 1978.