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
Polskie systemy ciełownicze dysonują łącznie mocą zainstalowaną na oziomie 58 000 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.
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
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
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 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
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
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
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
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
Studium rzyadku Dane sieci otymalizowanej: - Moc ciełowni 3 700 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
Struktura toologiczna sieci 1
80 47,88 Tem. źródła 70 60 50 47,86 47,84 47,8 47,8 Tem. odbiorcy PRZED OPTYMALIZACJĄ 40 47,78 30 47,76 0 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 0 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 6,1 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 0 Rys. Zmiana strumienia wody Przeływ w źródle (l/s) 13
90 47,88 85 80 47,86 47,84 PO OPTYMALIZACJI Tem. źródła 75 47,8 47,8 Tem. odbiorcy 70 47,78 65 47,76 60 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 13 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 1,5 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 0 Rys.4 Zmiana strumienia wody Przeływ w źródle (l/s) 14
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
Dziękuję za uwagę Prof. dr hab. inż. Andrzej J. Osiadacz Politechnika Warszawska Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Ul. Nowowiejska 0 00-653 Warszawa andrzej. osiadacz@is.w.edu.l 16