книги из ГПНТБ / Фурман И.Я. Регулирование неравномерности газопотребления

Указанную ренту по методам регулирования можно, на наш взгляд, распределить поровну между потребителем-регулятором и топливоснабжающей системой. В этом случае замыкающие затраты на «летний» газ 3? можно определить по выражению

3? = Зр — 3g — 0,5 ( З х р — 3g)

не могут быть полностью компенсированы, а следовательно, исполь­ зование этого метода является неэффективным.

Следует обратить внимание на следующее обстоятельство. Оче­ видно, неправомерно использовать замыкающие затраты на «зимний» и «летний» газ для определения рациональных объемов подачи этого топлива соответствующим пиковым либо сезонным потребителям. В этом случае мы всегда придем к выводу, что пиковым потребителям (в первую очередь, таким, которые расходуют газ на отопление) подавать газ не следует; его необходимо целиком адресовать сезон­ ным потребителям. Однако при отсутствии в районе первых исчезнет неравномерность газоиспользования и отпадет поэтому необходи­ мость в подаче газа сезонным потребителям.

Наличие отопительной нагрузки в расходной части топливного баланса является объективной необходимостью, и в задачу эконо­ мических расчетов входит не решение вопроса давать или нет топ­ ливо на эти цели, а определение вида, на котором наиболее эко­ номично базировать отопление в данном экономическом районе. Нужно учесть факторы гигиеничности и удобства использования того или иного топлива. Поэтому «зимняя» оценка должна быть дана, кроме газа, и другим видам топлива. Сопоставление их показате­ лей франко-потребитель с учетом «зимних» наценок и отмеченных социальных факторов и позволяет сделать окончательный вывод об экономичности их использования на отопительные нужды.

Каким же образом на первом этапе оптимизации ТЭБ и формиро­ вания замыкающих затрат следует оценивать «зимний» и «летний» газ, исходя из изложенных выше соображений?

В предыдущих главах была рассмотрена экономика регулиро­ вания в зависимости от указанных выше параметров — объемного и мощностного. Если бы существовал только один метод регулиро­ вания и не стояла бы проблема выбора оптимального состава регу­ ляторов, поставленная задача, очевидно, решалась бы проще. Однако в силу указанного выше обстоятельства возникает определенное противоречие. С одной стороны, на стадии оптимизации ТЭБ необ­

164

оптимизацию методов регулирования. Для решения этой задачи необ­ ходимо иметь хотя бы предварительную информацию об отраслевой и районной структуре потребления топлива, в частности газа, а также знать примерную величину его межрайонных потоков. Это противоре­ чие можно, на нашвзгляд, устранить, разбив процесс оптимизации ТЭБ на два этапа. На первом из них без учета режимных характеристик, используя прямые оценки затрат на разведку, добычу и транспорт по видам топлива, а также данные о потребительском эффекте по качеству, следует получить в самом приближенном виде районное распределение топлива по видам и группам потребителей. Затем, не переходя к оптимизации подсистем (в отраслевом и районном разрезе), на основании полученной информации необходимо дать приближенную режимную оценку пиковому и сезонному топливу, получить соответствующие замыкающие затраты с учетом этих режимных оценок и провести еще раз (с учетом режимов) расчет оптимальной структуры ТЭБ. Иначе говоря, первая «режимная» итерация должна быть проведена не после перехода к оптимизации подсистем, а на самом верхнем иерархическом уровне. Затем уже следует приступить к оптимизации подсистем, входящих в ТЭБ. При этом совокупность средств регулирования должна также рассма­ триваться как подсистема.

Эта подсистема должна быть оптимизирована после определения оптимальной отраслевой и районной структуры по видам топлива. Так, по газу оптимальный состав методов регулирования может быть определен после оптимизации ЕГС. Бесспорно, что режимные оценки, которые мы дадим топливу на первом этапе оптимизации ТЭБ и после определения оптимальной структуры средств регулиро­ вания, будут отличаться друг от друга как по численным значениям, так и степенью детализации (о чем будет сказано несколько позже).

Эти различия должны быть учтены в результате одной или не­ скольких итераций, идущих «снизу вверх», от получения оптимальной структуры методов регулирования к корректировке топливопотреб­ ления по отраслям и районам и затем ТЭБ в целом. Может быть пред­ ложена следующая схема учета режимов при оптимизации ТЭБ и ЕГС (стр. 166).

основании выводов, сделанных в предыдущей главе, можно опреде­ лить для каждого района рациональное соотношение между необ­ ходимым объемом подземных хранилищ и резервными мощностями газоснабжающих систем, т. е. затраты, связанные с регулированием внутри самой газоснабжающей системы. С их учетом и будет опре­ делен объем «зимнего» газа. «Летний» газ для каждого района опре­ деляется по соотношению, приведенному на стр. 123. Задача облег­ чается тем, что число возможных методов регулирования весьма невелико, а применение подземных хранилищ по определенным районам страны ограничено геологическими условиями. По исполь­ зованию буферных потребителей также существуют ограничения,

165

Оптимизация методов регулирования. Получение замыкающих затрат с учетом оптимальных значений

затрат на регулирование

Схема учета неравномерности газопотребления в оптимизационных расчетах

связанные с необходимостью соблюдать соответствующие условия для создания либо расширения складов и емкостей для хранения второго вида топлива, с загазованностью воздушного бассейна и т. д.

В этом случае необходимо руководствоваться следующими сооб­ ражениями.

Хотя в газовой промышленности получение достоверных режим­ ных характеристик еще далеко не завершено, уже имеются разра­ ботанные с применением методов математической статистики типовые показатели колебаний расхода газа по месяцам для различных категорий потребителей.

С достаточной степенью точности на основе этих данных можно для каждой из них получить соответствующие режимные характе- ристики-объем неравномерности и ее интенсивность.

Регулирование неравномерности газопотребления осуществляется подземными хранилищами, буферными потребителями и резерв­ ными мощностями промыслов и газопроводов. Первые два метода имеют параметры, связанные с мощностью и объемом, последний — только с мощностью. В свою очередь, экономические показатели подземных хранилищ состоят из затрат, зависящих от мощности (максимально-суточной производительности) хранилищ и их объема. Такое же деление имеют затраты на буферное регулирование. За­ траты на резервные мощности промыслов и газопроводов зависят только от увеличения их суточной производительности по сравне­ нию с базовой.

166

По каждому из методов регулирования в соответствующих главах данной книги приводились укрупненные технико-экономические показатели.

На основании режимных характеристик каждого потребителя, я также оценок методов регулирования можно получить интеграль­ ную оценку режимных затрат для данного потребителя. Детальная методика ее получения требует дополнительной разработки.

В заключение следует остановиться на следующем вопросе. Режимные характеристики, как было показано, определяют затраты на регулирование неравномерности того или иного потребителя, взятого изолированно, вне суммарного графика района. Между тем при определении режимных затрат по замыкающему топливу предполагается, что тот или иной потребитель получает дополни­ тельное количество топлива в районе. Сложившаяся структура газо­ потребления в этом районе определяет суммарный районный график неравномерности. Новый потребитель имеет не только присущие ему режимные характеристики, но и соответствующим образом вклю­ чается в уже сформировавшийся график потребления в районе. Отсюда суммарные режимные характеристики района с учетом дополнительного потребления будут представлять собой арифмети­ ческую сумму режимных характеристик района и этого дополнитель­ ного потребителя только в частном случае, когда конфигурации графиков дополнительного потребителя и района совпадают. В осталь­ ных случаях суммарные коэффициенты а и у меньше или больше арифметической суммы этих коэффициентов по району и дополни­ тельному потребителю.

В энергетике это явление получило название нагрузочного эф­ фекта. Он определяется разницей между суммой соответствующих максимумов (суточных, месячных и годовых) и совмещенным макси­ мумом их объединения. В системах газоснабжения, как уже отмеча­ лось, кроме совмещенного сезонного максимума будет иметь место и совмещенная сезонная неравномерность. Вследствие этого допол­ нительные затраты на регулирование нового потребителя не будут соответствовать индивидуальным, определенным изолированно, вне его связи с системой. Корректировка режимных затрат с учетом совмещения показателей интенсивности и объема неравномерности чрезвычайно сложна. Необходимо отметить, что энергетики в общем виде этой задачи не решили. В [46 ], предлагается в формулу опреде­ ления замыкающих затрат с учетом режимов ввести величину а п м — коэффициент попадания в максимум нагрузки энергосистемы, причем

т. е. при условии почти полного совмещения графиков. В остальных случаях рекомендуется проводить индивидуальные расчеты.

Имеются также разработанные в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского таблицы поправок с учетом нагрузочного эффекта по энергосистемам страны [551.

167

Что касается систем газоснабжения, то целесообразно при раз­ работке вопроса о характере попадания графика дополнительного потребителя в график района подойти дифференцировано к отдельным категориям потребителей.

Для технологических потребителей при рассмотрении вопроса о суммировании сезонных графиков технологической нагрузки по отраслям необходимо так же, как и в энергетике, разделить факторы, вызывающие сезонные колебания, на регулярные и нерегулярные.

Регулярные колебания устойчивы, периодически повторяются. Их характер определяется многими технологическими и природными факторами.

Нерегулярными являются такие колебания потребления газа, характер, величина и время которых не могут быть заранее предус­ мотрены (нарушение ритма подачи газа, перебои с поставками сырья, корректировка плана выпуска топливоемких изделий и т. д.). Именно эти нерегулярные колебания и приводят в основном к несов­ падению сезонных графиков технологических потребителей. Между тем важной особенностью нерегулярных колебаний является процесс их взаимокомпенсации при суммировании графиков нагрузки, причем чем больше число потребителей, тем процесс взаимокомпен­ сации сильней. Поэтому мы считаем, что для дополнительного технологического потребителя, включающегося в район с достаточно большой долей технологического потребления газа (а следовательно, и числом технологических потребителей), нагрузочный эффект можно не учитывать и определять режимные затраты для дополнительного технологического потребителя по его индивидуальным режимным характеристикам.

Для дополнительной отопительной нагрузки (при принятой обеспеченности) характер сезонных колебаний достаточно устойчиво задан и совпадает с сезонными колебаниями отопительной нагрузки района. Поэтому и здесь, очевидно, режимные затраты должны определяться по индивидуальным режимным характеристикам.

Для коммунально-бытовых потребителей нагрузочный эффект будет иметь место. Очевидно, целесообразно по экономическим

для района и отдельно для различных категорий коммунальнобытовых предприятий определить этот эффект в виде поправочных коэффициентов к показателям а и у. В этой проблеме особо стоит вопрос о методике оценки газа у потребителя, работающего в про­ вале графика сезонной нагрузки.

Выше уже отмечалось, что учет режима газопотребления в про­ цессе оптимизации ТЭБ и ЕГС предусматривает в качестве само­ стоятельной задачи оптимизацию методов регулирования неравно-

168

мерности газопотребления. Эта задача является теоретически доста­ точно сложной. Наряду с этим практическое ее решение сталкивается

для создания хранилищ, ограниченными возможностями по расши­ рению складов и емкостей для твердого и жидкого топлива у буфер­ ных электростанций, а также ограничениями для буферных потреби­ телей, связанными с соблюдением норм загазованности атмосферы и, наконец, ограничениями по металловложениям и капиталовложе­ ниям, затрудняющим (даже в случае его экономической эффектив­ ности) использование такого метода регулирования, как создание резерва мощностей на промыслах и газопроводах.

Несмотря на это в будущем, когда вместе с ростом неравномер­ ности газопотребления существенно увеличатся объем и число средств регулирования, а влияние указанных выше ограничений ослабеет, оптимизация методов регулирования может представить не только теоретический, но и практический интерес.

В нашу задачу не входит детальное рассмотрение проблемы опти­

Основным критерием оценки оптимальности того или иного варианта при технико-экономических расчетах является минимум приведенных затрат. Соответственно при выборе наилучшего ва­ рианта сочетания параметров средств регулирования принимается минимум расчетных затрат по системе газоснабжения и тем потре­ бителям, которые выполняют функции регуляторов неравномер­

Задача оптимизации методов регулирования может быть расчле­ нена на две основные части:

аналитическое описание кривой неравномерности газопотребле­

При решении первой части указанной проблемы были исполь­ зованы методы, применяющиеся в энергетике (в частности, в гидро-

1 Методика оптимизации различных методов регулирования неравномерно­ сти газопотребления была разработана в АрмН И И Энергетики М. А. Валесяном под руководством проф. А. М. Осепяна и автора.

169

энергетике) в задачах, связанных с неравномерностью производства либо потребления энергии. Имеются две группы методов получения аналитического выражения (апроксимации) кривой графика не­ равномерности. К первой группе относятся способы, рассматрива­ ющие упорядоченную кривую неравномерности газопотребления (так называемую кривую по продолжительности) как интегральную кривую распределения. Во вторую группу входит большинство суще­ ствующих способов, основанных на получении аналитического выра­ жения, исходя из основных параметров графика (минимального, среднего и максимального значений расходов в их различном соче­ тании). Это обстоятельство делает указанный метод наиболее удобным.

близкую сходимость аналитических и фактических параметров кри­ вых неравномерности газопотребления.

Для условий газопотребления районов с достаточно длительным

Для некоторых районов, характеризующихся менее продолжи­ тельным отопительным периодом и относительно большей «пиковостью» графика нагрузки, более представительные показатели полу­

путем сопоставления аналитических кривых, построенных на осно­ вании этих выражений, с фактическими кривыми неравномерности, построенными по отчетным данным за несколько лет. Для этого по нескольким крупным промышленным узлам (Московскому, Ленин­ градскому и Ереванскому) были получены показатели за продолжи­ тельный период, характеризующие сезонную волну (с устранением влияния тенденции роста газопотребления). Сопоставление кривых неравномерности, полученных для указанных городов по отчетным данным и на основании аналитических зависимостей (1) и (2), приве­ дено на рис. 20, а—в. Здесь явно наблюдается достаточно хорошая сходимость фактических и аналитических кривых, что характери­ зует представительность выражений (1) и (2). (Относительная ошибка,

170

характеризующая степень расхождения между указанными кривыми, колеблется в пределах 2—7%.)

Из изложенного выше можно сделать вывод, что для построения перспективных графиков неравномерности достаточно иметь значе­ ния максимально-суточных, среднесуточных, и максимально-суточ­

ческого района страны. При этом наиболее универсальной является формула (1), учитывающая все три параметра: G m a x , G m i n и Gcp, характеризующих кривую неравномерности газопотребления.

Для решения второй части задачи — оптимизации методов регу­ лирования неравномерности газопотребления — выведены зависи­ мости параметров этих методов от перечисленных выше показате­ лей, характеризующих конфигурацию кривой неравномерности газо­ потребления. .

Для подземных хранилищ получены следующие зависимости:

Г Х Р = 3 6 5 ( С С Р - С Ш , П ) ^ 1 ;

GXP = 365 ( G m a x — Gmin) tx.

Для резервирования производительности промыслов и газопро­ водов значение показателя производительности газоснабжающей системы с учетом резерва для регулирования 6гГ(П) предлагается получить из выражения

£г(П ) = £ т а х [ 1 - ( 1 - Р ) Л] .

171

Несколько более сложным является определение необходимого объема подачи газа буферным потребителям. Это связано с особен­ ностями использования указанного метода регулирования: в отли­ чие от промысла, газопровода и хранилища, которые регулируют подачу при заданном годовом графике газопотребления, подключение буферных потребителей изменяет его. Объем подачи газа буферным

G

Рис . 21. Исходный (1) и уплотненный (2) графики неравномерности газопотребления и их параметры.

потребителям V6 в зависимости от параметров, характеризующих кривую неравномерности газопотребления, определяется по формуле

сываются выражением, которое определяет необходимый объем хранилища Vxp при другом значении t (в данном случае t = t6). Индексом «О» обозначены начальные параметры графика неравно­

172