Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0026

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0026
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет(национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Разработка энергосберегающей геоинформационной системы реального времени для оптимального управления теплогидравлическими режимами систем теплоснабжения муниципального образования.
Докладчик
Скремета Всеволод Орестович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Реализация проекта направлена на решение задачи повышения качества работы муниципальных систем центрального
теплоснабжения с помощью технологий, не требующих капитальных вложений и получение экономии тепловой и
электрической энергии за счет оптимизации режимов работы тепловой сети и сокращения потерь энергии у потребителей.
Целью реализуемого проекта является создание комплекса научно-технических решений в области разработки
геоинформационных систем реального времени для оптимального управления теплогидравлическими режимами систем
теплоснабжения муниципального образования, а также получение значимых научных результатов в области оптимизации
режимов работы сетей центрального теплоснабжения муниципального образования.
Реализация проекта обеспечит возможность управлять системой теплоснабжения с учетом критериев энергетической
эффективности производства, передачи и потребления тепловой энергии в условиях значительной неопределенности
информации и риска, что характеризует реальные условия функционирования систем теплоснабжения муниципального
образования.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время важную роль в эффективном функционировании централизованных систем теплоснабжения играет согласованная работа источников и потребителей при регулировании подачи тепла. В этой связи актуальным является решение задач оперативного управления, позволяющего осуществлять контроль и управление процессом теплоснабжения в различных режимах, а также своевременно выявлять потери и нерациональное использование тепла, проводить оценку эффективности теплоснабжения.
В настоящее время существуют разработки направленные, как правило, на решение узких задач (коммерческий учет, диспетчеризация, автоматическое регулирование и т.д.), но не решают в комплексе проблемы управления системами теплоснабжения с учетом критериев энергетической эффективности, отсутствуют информационные системы аналитического типа для принятия управленческих решений и оптимизации расходов на производство, передачу и использование тепловой энергии в условиях значительной неопределенности информации и риска, что характеризует реальные условия функционирования систем теплоснабжения муниципального образования. В отечественной практике таких системных решений нет, а зарубежные системы в основном ориентированы на применения в интеллектуальных зданиях, инженерные сети которых изначально приспособлены для диагностики и мониторинга на основе традиционных приборных средств и имеют, как правило, систему для одного здания. В связи с вышесказанным, актуальным является создание аппаратно-программного комплекса гео-информационной системы энергоэффективного управления в реальном времени сетями теплоснабжения муниципального образования с учетом решения задач в области энергосбережения в масштабах города.
Описание исследования

Управление режимами теплоснабжения осуществляется, как правило, с помощью автоматизированных систем диспетчерского управления, которые выполняют функции сбора, накопления и представления на ЭВМ информации о параметрах теплоносителя на источниках, в магистральных трубопроводах и у крупных потребителей. Для повышения эффективности оперативного управления сложными системами теплоснабжения целесообразным является проведение оперативного анализа текущих режимов функционирования тепловых сетей на основе математического моделирования процесса теплоснабжения. Современные системы теплоснабжения муниципального образования являются сложными системами и содержат большое количество разнородных потребителей, распределенных на большой территории. Известные подходы к анализу режимов подобных сложных систем основаны на разработке математической модели реальной системы с помощью специализированного программного обеспечения. Сложность построения такой модели на практике для крупных сетей состоит в необходимости получения большого объема данных, включающих детальные характеристики трубопроводов тепловых сетей (длины, диаметры, коэффициенты шероховатости и т.д.) и потребителей, что требует значительных затрат времени и средств, а в ряде случаев практически не реализуемо. Для оперативного анализа модель должна учитывать текущие фактические параметры теплоносителя в различных точках системы теплоснабжения и позволять оперативно рассчитывать тепло-гидравлические режимы в случае оперативных переключений, что накладывает дополнительные требования к сходимости используемых математических методов, объему данных и скорости вычислений, и может быть достигнута за счет сокращения объема информации используемой при расчетах, а также повышения эффективности вычислительных алгоритмов.

Результаты исследования

Проведено исследование сетей теплоснабжения как объекта управления. В результате разработана схема функциональной структуры геоинформационной системы (ГИС) для оптимального управления в режиме реального времени теплогидравлическими режимами систем теплоснабжения муниципальных образований.

Разработаны критерии, определяющие оптимальные режимы работы сети теплоснабжения в условиях неполноты и неточности данных. Получена матмодель, отражающая взаимосвязь параметров внешней среды и системы теплопотребления с показателем качества в виде эффективности управления. Построены области энергосберегающего управления, в пределах которых режимные параметры системы теплопотребления с учетом их допуска являются оптимальными номинальными параметрами и обеспечивают минимум затрат тепловой энергии на отопление здания. Разработана структура управления системой теплоснабжения в условиях неполноты и неточности данных.

Разработана матмодель сети теплоснабжения, в том числе ее компонентов: теплогенерирующие установки, участки теплосетей, центральные тепловые пункты, потребители тепла. Особенностью разрабатываемой матмодели по сравнению с традиционными методами проведения гидравлических расчетов тепловых сетей является отсутствие необходимости чрезмерной детализации характеристик сетей и потребителей при обеспечении достаточной для практического использования точности моделирования. Это дает возможность в условиях ограниченного объема исходных данных построить адекватную матмодель сложной распределенной системы теплоснабжения.

Разработан алгоритм многопараметрического анализа теплотехнических процессов с возможностью прогнозирования и оптимизацией расхода энергетических ресурсов с целью обработки и точного вероятностного прогнозирования характеристик влияния внешней среды с целью обеспечения экспериментальный образец программно-технического комплекса геоинформационной системы (ЭО ПТК ГИС) данными, способствующими эффективному управлению тепловыми нагрузками в магистралях сетей теплоснабжения.

Проведены вычислительные эксперименты с применением матмодели сети теплоснабжения. Проведенные эксперименты показали, что в тёплые периоды отопительного сезона (при температуре наружного воздуха -10°С) суммарная экономия при минимизации температур помещений в пределах значений, установленных санитарными нормами помещений для этих зданий, составляет 6,85%. При минимизации температур помещений до наиболее комфортных согласно санитарным нормам для этих зданий экономия составит 6,10%. При этом максимально комфортная температура в среднем по 3 зданиям на 0,5°С выше минимально допустимой. Внедрение разработанных алгоритмов в системах управления теплопотреблением зданий может обеспечить экономию до 25% тепловой энергии.

Произведен расчет и определены оптимальные параметры, влияющие на эффективность и надежность работы ГИС реального времени с применением разработанной матмодели. Полученный результат показал, что разрабатываемая ГИС удовлетворяет нормативным требованиям по надежности и эффективности, а максимальное увеличение показателей надежности (безотказности) возможно при увеличении показателей безотказности датчиков и исполнительного механизма (вентиля интеллектуального балансировочного), что является оптимальным параметром, влияющим на эффективность и надежность работы ГИС реального времени.

Разработан, изготовлен и испытан ЭО ПТК ГИС.

Практическая значимость исследования
Полученные научно-технические результаты при реализации проекта позволяют получить следующий эффект: а) снижение эксплуатационных затрат на обслуживание систем теплоснабжения; б) сокращение уровня потерь в системах теплоснабжения; в) повышение эффективности использования тепловой энергии за счет управления в реальном времени режимами работы сетей теплоснабжения при качественном, качественно-количественном и количественном регулировании тепловой нагрузки потребителей; г) повышение уровня живучести и безотказности систем теплоснабжения; д) создание универсальной тиражируемой технологии управления системами теплоснабжения; е) реализации алгоритмов автоматической оптимизации тепло-гидравлических параметров сетей теплоснабжения по результатам прогнозного моделирования с учетом реальных схем присоединения потребителей и фактических параметров сети; ж) снижение уровня перетопов/недотопов за счет технологии автоматической гидравлической балансировки (использование разработанного экспериментального образца вентиля интеллектуального балансировочного) системы теплоснабжения в зависимости от внешних воздействий в режиме реального времени.
Полученные результаты являются основной для создания системы, позволяющей управлять системой теплоснабжения с учетом критериев энергетической эффективности производства, передачи и потребления тепловой энергии в условиях значительной неопределенности информации и риска, что характеризует реальные условия функционирования систем теплоснабжения муниципального образования. В результате реализации проекта существуют перспективы выхода на рынок и дальнейшей коммерциализации технических средств, специализированного математического и программного обеспечения направленного на повышение эффективности энергоснабжения в секторе ЖКХ и бюджетной сфере, что обеспечит возможность стабильной работы предприятия и его дальнейшего развития. С учетом общих оценок рынка и заинтересованности в результатах проекта, выраженной многочисленными организациями теплоэнергетического комплекса и ЖКХ, объем поставок серийной продукции по проекту в 2016-2021 годах составит до 4 175 млн. рублей.
Постер

Poster_template_IT.ppt