Оптимизация работы ТЭЦ в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности России. Сравнение оптимизационных задач 1 и 2 при определении оптимального состава включенного оборудования

Аватар пользователя chuchueva

Статья опубликована в научном журнале «Наука и образование» 8 августа 2015 года, PDF версия.

Раздел 1. Содержательная постановка задачи оптимизации работы ТЭЦ в России
Раздел 2. Линеаризация расходной характеристики турбины
Раздел 3. Формальная постановка задачи краткосрочной оптимизации работы ТЭЦ в условиях рыночной электроэнергетики
Раздел 4. Вычислительный эксперимент
Список литературы с комментариями
Сравнение оптимизационных задач 1 и 2 при определении оптимального состава включенного оборудования

Оглавление раздела

Приложение A. Сравнение оптимизационных задач 1 и 2 при определении оптимального состава включенного оборудования
A.1. Решение задачи минимизации условного расхода топлива (задача 1)
A.2. Решение задачи максимизации прибыли (задача 2)

Приложение A. Сравнение оптимизационных задач 1 и 2 при определении оптимального состава включенного оборудования

Для иллюстрации несоответствия результатов решения оптимизационных задач 1 и 2 при выборе состава включенного оборудования рассмотрим пример краткосрочной оптимизации работы ТЭЦ, представленной на рис. A.1.

Принципиальная схема ТЭЦ
Рис. A.1. Принципиальная схема ТЭЦ

Пусть две турбины Т-110 (максимальная электрическая нагрузка P = 110 МВт•ч, максимальная тепловая нагрузка QT = 160 Гкал) включены блочно с паровыми котлами, КПД которых равен 92%. Дополнительно на ТЭЦ установлены два водогрейных котла (максимальная тепловая нагрузка каждого котла QT = 80 Гкал), КПД которых для простоты также примем равным 92%. В каждом часе расчетных суток требуется обеспечить выработку тепла, равную 280 Гкал. Ставится задача определить, какое оборудование должно быть включено, а также величины тепловых и электрических нагрузок включенных агрегатов.

Рассмотрим два возможных варианта состава включенного оборудования:

  1. включены две турбины Т-110;
  2. включены одна турбина Т-110 и два водогрейных котла.

A.1. Решение задачи минимизации условного расхода топлива (задача 1)

Вариант 1. При одновременной работе двух турбин минимум удельного расхода топлива достигается при равенстве характеристик относительного прироста расхода [8]. Для однотипного оборудования это означает режим работы с равной тепловой и электрической нагрузками. Таким образом, для каждой турбины QT = 140 Гкал. Упростим задачу и ограничимся только двумя режимами работы ТЭЦ: в ночные часы ТЭЦ работает с минимальной электрической нагрузкой, в дневные – с максимальной (точки 1 и 2 рис. A.2).

Удельный расход qt брутто турбины Т-110
Рис. A.2. Удельный расход qT брутто турбины Т-110

При работе в течение 9 ночных часов в режиме, соответствующем точке 1 (табл. A.1), и 15 дневных часов в режиме, соответствующем точке 2, среднесуточный удельный расход условного топлива на электроэнергию равен bЭ = 191 кг/МВт•ч. Расчет удельного расхода производился по «физическому» методу [19].

Вариант 2. Работа турбины одновременно с водогрейными котлами позволяет турбине нести тепловую нагрузку QT = 160 Гкал (точки 3, 4 на рис. A.2 и в табл. A.1). Для данного режима работы среднесуточный удельный расход условного топлива на электроэнергию равен bЭ = 175 кг/МВт•ч.

При этом в обоих вариантах среднесуточный удельный расход условного топлива на тепло одинаков и равен bT = 155 кг/Гкал.

Таблица A.1. Исходные данные и результаты расчетов задачи 1

№ варианта № точки P, МВт QT, Гкал/ч qT, ккал/кВт•ч bЭ, кг/МВт•ч bT, кг/Гкал
1 1 78 140 1097 191 155
2 110 140 1291
2 3 93 160 1042 175 155
4 110 160 1169

Результатом решения задачи 1 является второй вариант состава оборудования, который обеспечивает наиболее эффективную выработку электроэнергии при равной эффективности выработки тепла.

A.2. Решение задачи максимизации прибыли (задача 2)

Вычисления, требуемые для решения задачи 2, громоздки для детального описания. Расчет прибыли для обоих вариантов состава включенного оборудования реализован в файле MS Excel и размещен по адресу http://mbureau.ru/sites/default/files/Chuchueva-Optimization-CHP-Example.xlsx.

Результаты оценки прибыли для трех сценариев цен рынка на сутки вперед приведены в табл. A.2.

Таблица A.2. Исходные данные и результаты расчетов задачи 2

Цена рынка на сутки вперед,
руб/МВт•ч
№ варианта Прибыль, руб. Результат оптимизации
Ночь – 700,
день – 1100
1 -704 000 2 вариант
2 -354 000
Ночь – 1006,
день – 1207
1 78 000 Требуется дополнительный анализ
2 78 000
Ночь – 800,
день – 1300
1 96 000 1 вариант
2 59 000

Из табл. А.2 видно, что результат решения задачи 2 зависит от цен рынка на сутки вперед — при ценах рынка на сутки вперед, равных 1006 руб./МВт•ч в ночные часы и 1207 руб./МВт•ч в дневные часы, прибыль для обоих вариантов состава одинакова. В таком случае вариант состава включенного оборудования определяется на основании дополнительного анализа вероятностей убытков при различных сценариях цен рынка на сутки вперед (анализ рисков).

При более низких ценах рынка на сутки вперед максимум прибыли соответствует второму варианту состава включенного оборудования (включены одна турбина и два водогрейных котла), при более высоких — первому варианту состава (включены две турбины).

Раздел 1. Содержательная постановка задачи оптимизации работы ТЭЦ в России
Раздел 2. Линеаризация расходной характеристики турбины
Раздел 3. Формальная постановка задачи краткосрочной оптимизации работы ТЭЦ в условиях рыночной электроэнергетики
Раздел 4. Вычислительный эксперимент
Список литературы с комментариями
Сравнение оптимизационных задач 1 и 2 при определении оптимального состава включенного оборудования
Для добавления комментариев войдите или зарегистрируйтесь

2010 - 2017 © Математическое бюро

Все права защищены в соответствии с законодательством РФ

При полном или частичном использовании материалов ссылка на сайт обязательна