Efektywność energetyczna systemu ciepłowniczego z perspektywy optymalizacji procesu pompowania

Transkrypt

1 Efektywność energetyczna systemu ciełowniczego z ersektywy otymalizacji rocesu omowania Prof. zw. dr hab. Inż. Andrzej J. Osiadacz Prof. ndz. dr hab. inż. Maciej Chaczykowski Dr inż. Małgorzata Kwestarz

2 Polskie systemy ciełownicze dysonują łącznie mocą zainstalowaną na oziomie MW. Długość sieci rzekracza 0 tys. km. Większa efektywność energetyczna to rzede wszystkim oszczędności dla roducentów/dystrybutorów i odbiorców cieła. To sadek zużycia energii ierwotnej i redukcja emisji zanieczyszczeń.

3 Nadrzędnym dokumentem w zakresie efektywności energetycznej w krajach UE jest Dyrektywa 01/7/UE która ( ) ma służyć osiągnięciu ogólnego celu w zakresie efektywności energetycznej zakładającego obniżenie o 0% zużycie energii ierwotnej w Unii Euroejskiej do roku 00, a także dalszemu zwiększaniu efektywności energetycznej o 00 r. 3

4 Przez orawę efektywności energetycznej rozumie się rzedsięwzięcie służące orawie efektywności energetycznej- tj. działanie olegające na wrowadzeniu zmian lub usrawnieniu w obiekcie, urządzeniu technicznym lub instalacji w wyniku których uzyskuje się oszczędność energii. zgodnie z definicją wg Ustawy o efektywności energetycznej (art. 3, kt.1). W zakresie ograniczenia strat cieła w sieciach ciełowniczych wskazuje się między innymi na zmianę arametrów racy sieci w celu redukcji strat cieła i kosztów omowania. 4

5 Źródło cieła Model systemu ciełowniczego T 1 T m T 3 T 4 Węzeł ciełowniczy Przyjmuje się że temeratura T 5 jest dana w wyrzedzeniem, onieważ regulacja dostarczanego cieła rzez węzeł ciełowniczy jest realizowana orzez regulację T 5. Dane wejściowe modelu wymiennika cieła: T 5, T 6, oraz T 3. Dane wyjściowe modelu wymiennika cieła: rzeływ masowy m rzez wymiennik oraz T 4. T 5 T 6 T 7 Odbiorca Model odbiorcy: - temeratura otoczenia, - temeratura zasilania T 5, - zaotrzebowanie na cieło, - temeratura owrotna T 6. W modelu odbiorcy konieczna jest możliwość rognozowania Dane wejściowe modelu sieci ciełowniczej: temeratura zasilania T 1, temeratura otoczenia T 7 oraz rzeływ masowy m. Parametry wyjściowe modelu sieci ciełowniczej: temeratura T 3 oraz T. 5

6 6 Produkcja cieła w źródle (źródłach) jest zależna od temeratury T 1, T oraz rzeływu masowego m. Cel otymalizacji: zmniejszenie kosztu racy om tj. zmniejszenie zużycie energii elektrycznej do naędu om. Model matematyczne elementów sieci ciełowniczej: Poma : [W] gdzie: v (m 3 /s), D (Pa) h -srawność omy, h r -srawność regulacji, h m -srawność silnika Z kolei: Dla każdego n rzyjęto : h r =const., h m =const. m r V P, 1 1 n n v v, 1 1 n n 3 c b a v v v. const v

7 Koszty eksloatacji omy: C Ce C koszt omowania C e koszt energii elektrycznej K stała sieci 3 v K r v m min Przyjęto : h a =h h r h m =const. dla K=const., v >0, K>0 to funkcja określająca koszty omowania jest wyukła. Ograniczenia: - max v dla D, - max ciśnienie w sieci, - minimalne ciśnienie na wejściu omy, v max wej K sieci D x - różnica ciśnienia omiędzy omą a najniższym unktem sieci x min 7

8 Węzeł ciełowniczy Temeratura wody owrotnej: T 4 T6 k1( T3 T5 ) k (1q ) gdzie: obciążenie cielne, k 1, k, q stałe, Przeływ masowy wody rzez wymiennik: C w - cieło właściwe wody m C w ( T 3 T4) Ograniczenia T 3 >T 5 +k v,, k w < D 0 k=f(t 6, ) k w oór hydrauliczny wymiennika rzeływ objętościowy rzez wymiennika D 0 możliwy rzyrost ciśnienia 8

9 Źródło cieła Produkcja cieła ( T1 T ) mc w Kocioł: b H H o b gdzie: H zużycie aliwa H o zużycie aliwa okrywające straty cieła b - rodukcja cieła w kotle h b srawność kotła Koszt rodukcji cieła gdzie C f - koszt aliwa C h = C f H Ograniczenia: H <H max (maksymalna ilość cieła wytwarzanego w kotle) T 1 <T 1 max (maksymalna douszczalna temeratura zasilania) 9

10 Ogólna funkcja celu: M b, t P, t min ( H tc f Pe, tce1, t Cb Ce, t1, t b gdzie: M liczba kroków otymalizacji, H zużycie aliwa, C f cena aliwa, P e rodukcja energii elektrycznej, C e1 cena energii elektrycznej wyrodukowanej, b rodukcja cieła w źródle, C b cena cieła, h b srawność kotła, P energia elektryczna zużyta do naędu om, h srawność silnika elektrycznego. ) 10

11 Studium rzyadku Dane sieci otymalizowanej: - Moc ciełowni kw - Suma oborów cieła 3 00 kw - Ciśnienie zasilania 75 mm H O - Długość sieci ciełowniczej 15,5 km - Moc om rzed otymalizacją 8 kw -Moc om o otymalizacji 6,7 kw 11

12 Struktura toologiczna sieci 1

13 80 47,88 Tem. źródła ,86 47,84 47,8 47,8 Tem. odbiorcy PRZED OPTYMALIZACJĄ 40 47, , Temeratura w źródle ( C) Temeratura u odbiorcy ( C) 47,74 Rys.1 Zmiana temeratury wody 8,1 7,9 7,7 7,5 7,3 7,1 6,9 6,7 6,5 6,3 6, Rys. Zmiana strumienia wody Przeływ w źródle (l/s) 13

14 90 47, ,86 47,84 PO OPTYMALIZACJI Tem. źródła 75 47,8 47,8 Tem. odbiorcy 70 47, , Temeratura w źródle ( C) Temeratura u odbiorcy ( C) 47,74 Rys.3 Zmiana temeratury wody 1,7 1,68 1,66 1,64 1,6 1,6 1,58 1,56 1,54 1,5 1, Rys.4 Zmiana strumienia wody Przeływ w źródle (l/s) 14

15 Wnioski Zaroonowany model otymalizacji uwzględniający tylko jeden człon ogólnej funkcji celu wykazał dla systemu ciełowniczego o małej mocy oszczędności zużycia energii elektrycznej na otrzeby om obiegowych na oziomie 0%. Należy zatem wnioskować że wykorzystanie ogólnej ostaci funkcji celu w rocesie otymalizacji owinno rzynieść znacznie większe oszczędności w skali rzedsiębiorstwa. 15

16 Dziękuję za uwagę Prof. dr hab. inż. Andrzej J. Osiadacz Politechnika Warszawska Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Ul. Nowowiejska Warszawa andrzej. osiadacz@is.w.edu.l 16