PL212424B1 - Układ regulacji i optymalizacji pracy w czasie rzeczywistym układów chłodzenia elektrowni kondensacyjnych i elektrociepłowni - Google Patents

Abstract

Sposób regulacji i optymalizacji pracy w czasie rzeczywistym układów chłodzenia elektrowni kondensacyjnych i elektrociepłowni przy pomocy pompy, wyposażonej w urządzenie regulujące wydajność bloku energetycznego przy uwzględnieniu oddziaływania regulacji na chłodnię kominową lub kolektorowy układ chłodni kominowych, charakteryzuje się tym, że dla danej mocy czynnej netto Nel netto, danej mocy cieplnej Qciepl, dla istniejących warunków parametrów klimatycznych, temperatury otoczenia tot, wilgotności względnej φot, ciśnienia otoczenia Pot, zadanych wartościach Y0, Y1, Y1l, Y1s i wyznaczonych wartości strumienia doprowadzanego ciepła w kotle Qkot, entalpii właściwej wody chłodzącej przy dopływie do bloku energetycznego hdopl oraz przy wypływie z bloku hwypl i strumienia wody chłodzącej mw, na podstawie funkcjonału J, wyznacza się optymalną wartość sygnału sterującego DX, dla którego blok energetyczny uzyska maksymalną sprawność netto.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ regulacji strumienia wody chłodzącej poprzez zestawienie zespołów urządzeń pozwalających na regulację strumienia wody chłodzącej bloku energetycznego przy pomocy pompy wody chłodzącej wyposażonej w urządzenie regulujące wydajność, w celu maksymalizacji sprawności netto (OB1) bloku elektrowni kondensacyjnej lub elektrociepłowni z uwzględnieniem oddziaływania regulacji na chłodnię kominową lub kolektorowy układ chłodni kominowych (OB2).

Dane bibliograficzne publikacji dotyczących stanu techniki:

Zagadnienie zostało opisane w pracy: „Sterowanie i optymalizacja pracy w czasie rzeczywistym układów chłodzenia elektrowni z chłodniami kominowymi”, J. CHWIOLKA, Energetyka nr 2 (560), 2001 r. (ISSN 0013-7294, INDEKS 345482). W pracy poddano analizie wpływ poszczególnych czynników tj.: ciśnienia w skraplaczu na sprawność bloku energetycznego, sprzężenia zwrotnego pomiędzy skraplaczem a chłodnią kominową, wpływu punktu pracy chłodni kominowej na koszty zmienne na optymalizację pracy układu chłodzenia. Opisano poszczególne segmenty układu sterowania oraz ich istotę działania.

Teoria sterowania tego typu układami została opisana w sposób ogólny, w pracy: „Estymacja i sterowanie stochastyczne układami o parametrach rozłożonych“, Józef KORBICZ, Michaił ZACHAREWICZ ZGUROWSKI, PWN, Warszawa, 1991 r. (ISBN 83-01-10309-4). Praca zawiera wiadomości dotyczące zagadnień optymalnego stochastycznego sterowania nieliniowymi i liniowymi obiektami o parametrach rozłoż onych istniejących m.in. w przemyś le energetycznym. Ponadto, opisuje sposoby estymacji zmiennych stanu.

Stosowane procedury zostały opisane w pracy, w sposób ogólny: „Dynamical Systems, Jϋrgen JOST, Springer Verlag KG Wien New York, 2005 r. (ISBN 3-540-22908-6). Praca prezentuje przegląd dynamicznych systemów, koncepcje matematyczne, np. teorię Conley-Floer. Prezentuje zagadnienia entropii oraz relacje pomiędzy koncepcjami topologii, teorii pomiaru, informatyki oraz sieciami elektrowni kondensacyjnych i elektrociepłowni Boole'a.

Budowane lub modernizowane bloki energetyczne (OB1) są wyposażone w układy wody chłodzącej, w których istnieje możliwość płynnej regulacji strumienia przepływającego czynnika. Są to układy działające w oparciu o przemienniki częstotliwościowe, wykorzystujące sprzęgła hydrokinetyczne oraz, stosujące pompy o zmiennym kącie ustawienia łopat lub kierownice prerotacyjne. Często układy te współdziałają z rozbudowanymi, kolektorowymi układami chłodni kominowych. W tego typu konfiguracjach połączeń występują duże możliwości poprawy sprawności netto poszczególnych bloków energetycznych. W konfiguracji połączeń, jeden blok energetyczny z dedykowaną jedną chłodnią kominową, możliwość poprawy sprawności netto bloku jest ograniczona i występuje przy sprzyjających warunkach klimatycznych lub/i przy znacznym obniżeniu mocy bloku. Zgłaszany układ regulacji również można stosować w otwartych układach wody chłodzącej, tzn. przy poborze wody z rzeki lub jeziora.

Istniejące układy regulacji przepływu wody chłodzącej nie sprawdzają się. Nie uwzględniają ograniczonych możliwości schładzania wody w chłodniach kominowych (OB2), uzależnionych od obciążenia hydraulicznego oraz chwilowych wartości parametrów klimatycznych. W chłodni kominowej nie można schłodzić wody poniżej temperatury termometru mokrego. Dotychczasowe układy regulacji, w pewnych obszarach pracy, nie potrafią spełnić zadanych parametrów ze względu na błędne założenia wynikające z teorii przepływu ciepła, tzn. (chcą przekazać ciepło z czynnika o temperaturze niższej do czynnika o temperaturze wyższej co jest związane z dotychczasowym stosowaniem znamionowych, choć okresowo kalibrowanych charakterystyk urządzeń).

Celem wynalazku jest zestaw urządzeń: układ automatycznej regulacji (UAR) będący urządzeniem, w którym jest wypracowany sygnał Dx sterujący sprzęgłem regulacyjnym lamelowym, zabudowanym wraz z pompą wody chłodzącej i silnikiem napędowym w układzie chłodzenia bloku energetycznego, który dąży do uzyskania maksymalnej sprawności netto bloku energetycznego (OB1), poprzez regulację strumienia wody chłodzącej elementem wykonawczym zainstalowanego urządzenia (P), tzn.: zmiany ustawienia sprzęgła hydrokinetycznego lamelowego, i jednocześnie uwzględnia ograniczenia eksploatacyjne (OB2) chłodni kominowej lub kolektorowego układu chłodni kominowych. Znamiona nowości wynalazku zawierają się w istocie zestawienia urządzeń: sprzęgła regulacyjnego lamelowego oraz urządzenia o szerokiej i złożonej analizie sygnałów wejściowych oraz faktu optymalizacji sprawności bloku netto z uwzględnieniem ograniczonych możliwości eksploatacyjnych chłodni kominowych lub kolektorowego układu chłodni kominowych.

PL 212 424 B1

Istotą wynalazku jest układ regulacji i optymalizacji pracy w czasie rzeczywistym układów chłodzenia elektrowni kondensacyjnych i elektrociepłowni przy pomocy pompy wyposażonej w urządzenie regulujące wydajność bloku energetycznego przy uwzględnieniu oddziaływania regulacji na chłodnię kominową lub kolektorowy układ chłodni kominowych. Wejścia bloku UAR połączone są z wyjściami z bloku OSP podającego sygnały zadanych wartości Y0, Y1, Y1i, Y1s oraz z wyjściami z bloku OB1 po_• dającego sygnał danej mocy czynnej netto Nel netto danej mocy cieplnej Qciepl , wartości strumienia • doprowadzanego ciepła w kotle Qkot, entalpii właściwej wody chłodzącej przy dopływie do bloku _• energetycznego hdopl, przy wypływie z bloku hwypl i znanego strumienia wody chłodzącej mw oraz z wyjściami z bloku OB2 podającego sygnały temperatury otoczenia t_ot, wilgotności względnej <p_ot, ciśnienia otoczenia pot, a wyjściowy sygnał sterujący Dx z bloku UAR podawany jest na wejście układu regulacji pompy P dla którego blok energetyczny uzyskuje maksymalną sprawność netto. Pompa wody chłodzącej z układem regulacji P jest zestawiona mechanicznie z silnikiem za pośrednictwem sprzęgła regulacyjnego lamelowego.

W zgłaszanym wynalazku, zestawia się ze sobą znane środki techniczne, pozwalające w sposób nowy realizować zadanie prowadzenia układu chłodzenia bloku energetycznego tak, że blok energetyczny w trakcie eksploatacji uzyskuje maksymalną sprawność netto.

Przedmiot wynalazku, zestawienie urządzeń, zobrazowano graficznie w przykładzie realizacji na rysunku. Blok energetyczny (OB1) pracuje przy zadanej mocy czynnej netto Nel netto oraz zadanej mocy _•

Qciepl stabilizowanych istniejącymi autonomicznymi układami regulacji. W pracę bloku energetycznego ingeruje poprzez zadawane sygnały: Y0, Y1, Y1i, Y1s, Operator Sieci Przesyłowej (OSP). Występują dane, chwilowe wartości parametrów klimatycznych: temperatura otoczenia tot, wilgotność względna φο4 i ciśnienie otoczenia p_ot, ograniczające możliwości eksploatacyjne chłodni kominowej (OB2) lub kolektorowego układu chłodni kominowych. Do bloku energetycznego jest doprowadzany w kotle •

strumień ciepła Qkot, regulowany istniejącym autonomicznym układem automatycznej regulacji ilości _• paliwa. W układzie wody chłodzącej przepływa regulowany, masowy strumień wody chłodzącej mw o entalpii właściwej przy dopływie do bloku energetycznego hdopl oraz przy wypływie hwypl. Urządzenie (UAR); estymując powyższe mierzone sygnały estymatorem E i wyrównując je rachunkiem wyrównawczym R, poprzez funkcjonał J wyznaczający optymalną wartość Dx; podaje sygnał sterujący Dx do urządzenia sprzęgła sterującego lamelowego zestawionego wraz z pompą wody chłodzącej i silnikiem _• napędowym, całość oznaczona jako (P), sterującego przepływem wody mw .

W urządzeniu (UAR), na podstawie sygnałów z obiektu: mocy czynnej netto bloku Nel netto, mierzonego bezpośrednio lub wyznaczonego pośrednio jako różnicę mocy czynnej brutto i mocy czynnej potrzeb •

własnych bloku; strumienia doprowadzonego ciepła w kotle Qkot, wyznaczanego pośrednio poprzez bilans energii i masy kotła, na podstawie pomiaru temperatury i ciśnienia czynnika obiegowego w poszczególnych punktach przy dolocie i wylocie z kotła oraz mierzonych strumieni przepływającego _• czynnika; strumienia ciepła przekazywanego do ciepłowni Qciepl , wyznaczonego pośrednio jako różnicę pomiędzy strumieniem entalpii przy dopływie do stacji ciepłowniczej wyznaczonego na podstawie iloczynu strumienia i entalpii właściwej pary obliczonej na podstawie pomiaru temperatury i ciśnienia, a strumieniem entalpii przy wypływie ze stacji ciepłowniczej wyznaczonego na podstawie iloczynu strumienia i entalpii właściwej kondensatu obliczonej na podstawie pomiaru temperatury i ciśnienia; entalpii właściwej hdopl obliczonej na podstawie pomiaru temperatury i ciśnienia wody chłodzącej przy dopływie do bloku energetycznego; entalpii właściwej hwypl obliczonej na podstawie pomiaru temperatury i ciśnienia wody chłodzącej przy wypływie z bloku energetycznego; strumienia prze_• pływającej wody mw ; estymowanych w celu stabilizacji rozwiązania; sygnałów ustalających daną konfigurację układu, liczbę włączonych urządzeń; mierzonych parametrów klimatycznych: temperatury otoczenia t_ot; wilgotności względnej powietrza atmosferycznego <p_ot; ciśnienia otoczenia p_ot; sygnałów zadanych przez Operatora Systemu Przesyłowego: zadanych wartości sygnału Y0; zadanych wartości

PL 212 424 B1 sygnału Y1; zadanych wartości sygnału Y1i; zadanych wartości sygnału Y1s; danego w układzie automatycznej regulacji funkcjonału J, jest wypracowana wartości sygnału sterującego Dx i charakteryzująca się tym, że blok energetyczny (OB1) dla zadanych wartości mocy elektrycznej i mocy cieplnej uzyska maksymalną sprawność netto. Sygnał Dx jest przekazany do następnego urządzenia, którym jest sprzęgło regulacyjne lamelowe. Sprzęgło regulacyjne Iamelowe jest zabudowane wraz z silnikiem napędowym i pompą wody chłodzącej w układzie chłodzenia bloku energetycznego. Sprzęgło regulacyjne lamelowe reguluje prędkość obrotową pompy wody chłodzącej, co umożliwia regulację strumienia wody chłodzącej bloku energetycznego.

Urządzenie (UAR), w którym jest wypracowany sygnał sterujący sprzęgłem regulacyjnym Dx i który dąży do uzyskania maksymalnej sprawności netto bloku energetycznego (OB1) może być wykonane w technologii układu scalonego przetwarzającego analogowe sygnały wejściowe w analogowy sygnał Dx lub może być sterownikiem realizującym zadany algorytm w technologii cyfrowej. Sam sposób wypracowania sygnału Dx wewnątrz urządzenia (UAR) nie jest przedmiotem zgłaszanego wynalazku.

Sprzęgło regulacyjne lamelowe, pompa wody chłodzącej oraz silnik napędowy są zesprzęglone mechanicznie tworząc układ wirujący pozwalający na płynną regulację strumienia wody chłodzącej. Sam sposób mechanicznego zesprzęglenia tych urządzeń nie jest przedmiotem zgłaszanego wynalazku.

Claims (2)

1. Układ regulacji i optymalizacji pracy w czasie rzeczywistym układów chłodzenia elektrowni kondensacyjnych i elektrociepłowni przy pomocy pompy wyposażonej w urządzenie regulujące wydajność bloku energetycznego przy uwzględnieniu oddziaływania regulacji na chłodnię kominową lub kolektorowy układ chłodni kominowych, znamienny tym, że wejścia bloku UAR połączone są z wyjściami z bloku OSP podającego sygnały zadanych wartości Y0, Y1, Y1i, Y1s oraz z wyjściami z bloku _•

OB1 podającego sygnał danej mocy czynnej netto Nel netto, danej mocy cieplnej Qciepl , wartości stru• mienia doprowadzanego ciepła w kotle Qkot, entalpii właściwej wody chłodzącej przy dopływie do _• bloku energetycznego hdopl, przy wypływie z bloku hwypl i znanego strumienia wody chłodzącej mw oraz z wyjściami z bloku OB2 podającego sygnały temperatury otoczenia t_ot, wilgotności względnej φ^, ciśnienia otoczenia pot, a wyjściowy sygnał sterujący Dx z bloku UAR podawany jest na wejście układu regulacji pompy P dla którego blok energetyczny uzyskuje maksymalną sprawność netto.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pompa wody chłodzącej z układem regulacji P jest zestawiona mechanicznie z silnikiem ze pośrednictwem sprzęgła regulacyjnego lamelowego.