Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Принципы эффективного управления в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
О. А. Степанов, А. А. Меньшикова, П. А. Третьякова
ПРИНЦИПЫ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ
В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ, ТЕПЛОТЕХНИКЕ
И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ
Учебное пособие
Тюмень
ТИУ
2022
УДК 697.1-027.43
ББК 31.38
С 794
Рецензент:
доктор физико-математических наук, профессор,
член-корреспондент Сибирской Академии наук высшей школы,
заслуженный работник высшей школы РФ Б. Г. Аксёнов
С 794 Принципы эффективного управления в теплоэнергетике,
ISBN
Учебное пособие предназначено обучающихся направления
ISBN 978-5-9961-2799-3 © Федеральное государственное
Степанов, О. А.
теплотехнике и теплотехнологии: учебное пособие / О. А. Степанов,
А. А. Меньшикова, П. А. Третьякова. – Тюмень: ТИУ, 2022. – 77 с. –
Текст: непосредственный.
978-5-9961-2799-3
подготовки 13.04.01 «Теплотехника и теплоэнергетика» профиля
«Промышленная теплоэнергетика» всех форм подготовки.
Материалы учебного пособия содержат теоретический материал,
примеры решения практических задач, индивидуальные задания
по вариантам.
УДК 697.1-027.43
ББК 31.38
бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тюменский индустриальный
университет», 2022
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 9
РАЗДЕЛ 1. ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ............... 11
1.1 История развития энергосистемы и устройств автоматизации
на теплоэнергетических объектах ................................................................ 11
1.2 Общие сведения об энергосистеме ........................................................ 13
1.3 Структура системы диспетчерского управления энергетосистемой .... 14
1.4 Принципы управления энергосистемой и теплотехническими
объектами ........................................................................................................ 15
РАЗДЕЛ 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ .................................................................................. 21
2.1 Теория управления теплоэнергетическим оборудованием ................. 21
2.2 Общие положения о создании математических моделей
теплотехнических объектов, используемых в за
2.3 Оптимизация режимов работы теплоэнергетического оборудования...... 29
дачах управления .......... 26
2.4 Практикум по математическому моделированию систем
автоматического регулирования ................................................................... 32
РАЗДЕЛ 3. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ ....................... 36
3.1 Организация автоматизированной системы управления ..................... 36
3.2 Общие сведения об управлении технологическими процессами
на промышленных предприятиях ................................................................. 39
3.3 Системы автоматического регулирования рабочих параметров
теплоэнергетического оборудования ........................................................... 41
3.4 Автоматизация производственных котельных ..................................... 44
РАЗДЕЛ 4. ПРИНЦИПЫ УП
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ ......................................................... 55
4.1 Организация автоматизированного управления в системах
централизованного теплоснабжения ............................................................ 55
4.2 Общие сведения об управлении технологическими процессами
в автоматизированных системах теплоснабжения и отопления ............... 60
РАВЛЕНИЕ СИСТЕМАМИ
4.3 Индивидуальное автоматическое регулирование расхода теплоты
в системах отопления ..................................................................................... 63
4.4 Технические средства автоматизированных систем управления ....... 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................. 74
ПРИЛОЖЕНИЕ 1…………………………...…………………………..…….76
3
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ. ГЛОССАРИЙ
Алгоритмом управления - совокупность правил, по которым
информация, поступающая в управляющее устройство, перерабатывается в
распоряжения, команды и сигналы управления. Орган управления, согласно
алгоритму, вырабатывает результативную информацию и выводит систему в
заданное состояние.
АСУ – автоматизированная система управления - это система
человек-машина, обеспечивающая эффективное функционирование объекта, в
которой сбор и переработка информации, необходимой для реализации
функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и
вычислительной техники.
АСУ П – автоматизированная система управления предприятием -
предназначена для решения основных задач управления производственнохозяйственной деятельностью промышленного предприятия в целом и (или) его
самостоятельных частей на основе применения экономико-математических
методов и вычислительной техники.
АСУ ТП – автоматизированная система управления технологи-
ческими процессами - это АСУ для выработки и реализации управляющих
воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым
критерием управления.
Балансирующий рынок - рынок отклонений в реальном времени, где
происходит купля-продажа отклонений фактического объёма электрической
энергии от планового.
Безотказность - это свойство агрегата (системы) непрерывно сохранять
работоспособное состояние в течение заданного времени (параметр - наработка
на отказ).
Долговечность - свойство сохранять работоспособность до разрушения
или другого предельного состояния (например, до первого капитального
ремонта). Основными показателями долговечности являются технический
ресурс - суммарная наработка агрегата за период эксплуатации; и срок
службы - календарная продолжительность эксплуатации агрегата до разрушения или другого предельного состояния.
ЕЭС России – Единая энергетическая система России - совокупность
производственных и иных имущественных объектов электроэнергетики,
связанных единым процессом производства (в том числе производства в
режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии) и
передачи электрической энергии в условиях централизованного оперативнодиспетчерского управления в электроэнергетике.
Закрытая водяная система теплоснабжения - водяная система
теплоснабжения, в которой вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель и из сети не отбирается.
4
ИАСУ – интегрированная автоматизированная система
управления - автоматизированная система, представляющая собой
совокупность двух или более АСУ, предназначенных для осуществления
контроля и оперативного управления производственными процессами
относительно автономных технологических установок в составе единого
технологического комплекса, и координирующей системной надстройки,
совместно обеспечивающих оптимальность и эффективность работы
производственно-техническим комплексом путём координированного и
согласованного управления технологическими установками ко
основе единого информационного пространства системы.
ИТП – индивидуальный тепловой пункт - это комплекс
трубопроводов, запорной арматуры, оборудования и приборов,
обеспечивающий присоединение систем отопления, теплоснабжения установок
систем вентиляции, горячего водоснабжения и технологических
теплоиспользующих установок одного здания или его части к наружным и
внутренним сетям централизованного теплоснабжения.
Контроллер - многопозиционный аппарат, предназначенный для
управления электрическими машинами и трансформаторами путем коммутации
резисторов, обмоток машин и (или) трансформаторов.
Котельная - комплекс технологически связанных тепловых
энергоустановок, расположенных в обособленных производственных зданиях,
встроенных, пристроенных или надстроенных помещениях с котлами,
водонагревателями (в том числе с установками нетрадиционного способа
получения тепловой энергии) и котельно-вспомогательным оборудованием,
предназначенным для выработки теплоты.
Линеаризация - один из методов приближённого представления
замкнутых нелинейных систем, при котором исследование нелинейной
системы заменяется анализом линейной системы, в некотором смысле
эквивалентной исходной.
Математическое обеспечение - совокупность математических методов,
моделей и алгоритмов, примененных в АСУ.
Математическая модель - это совокупность математических объектов
(уравнений, систем уравнений и неравенств, алгебраических выражений и т.д.),
описывающих языком математических символов исследуемый объект и его
отношения с окружающим миром.
Математическое моделирование в технике - адекватная замена
исследуемого технического устройства ил
математической моделью и её последующее изучение методами
вычислительной математики с привлечением средств вычислительной техники.
Модель - система, исследование которой служит средством для
получения информации о другой системе; представление некоторого реального
процесса, устройства или концепции.
и процесса соответствующей
мплекса на
5
Моделирование - это построение модели, её изучение и использование с
целью получения новых знаний об исследуемом объекте. В основе
моделирования лежит теория подобия, согласно которой абсолютное подобие
возможно только при замене одного объекта другим точно таким же.
Надёжность - свойство системы или агрегата сохранять во времени
способность выполнять свои рабочие функции (вырабатывать тепловую и/или
электрическую энергию; перекачивать теплоноситель и т.п.) по требуемому
графику нагрузок при заданной системе технического обслуживания и
ремонтов. Надежность — это сложное комплексное свойство, включающее в
себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
Оптимальное управление - выбор таких управляющих параметров,
которые обеспечивают наилучшее с точки зрения заданного критерия
протекания процесса.
Оптовый рынок электрической энергии и мощности, оптовый
рынок электроэнергии - сфера обращения особых товаров — электрической
энергии и мощности в рамках Единой энергетической системы России в
границах единого экономического пространства Российской Федерации с
участием крупных производителей и крупных покупателей электрической
энергии и мощности, а также иных лиц, получивших статус субъекта оптового
рынка и действующих на основе правил оптового рынка, утверждаемых в
соответствии с Федеральным законом «Об электроэнергетике» Правительством
Российской Федерации.
Открытая водяная система теплоснабжения - водяная система
теплоснабжения, в которой вода частично или полностью отбирается из
сети потребителями теплоты.
ОЭС – Объединённые энергосистемы - это совокупность объединённых между собой энергетических систем, которые соединены межсистемными
связями и охватывают значительную часть территорий страны.
Программное обеспечение - совокупность программ на носителях
данных и программных документов, предназначенная для отладки, функционирования и проверки работоспособности АСУ.
Ремонтопригодность - это свойство, состоящее в приспособленности
системы или агрегата к предупреждению отказов и обнаружению их причин
путем контроля исправности, а также к поддержанию и восстановлению
работоспособного состояния посредством механического обслуживания и
ремонта.
Рынок «на сутки вперёд» - рынок, на котором осуществляется
конкурентный отбор ценовых заявок поставщиков и покупателей за сутки до
реальной поставки электроэнергии с определением цен и объёмов поставки на
каждый час наступающих суток.
САР – система автоматического регулирования - совокупность
объекта управления и автоматического регулятора, взаимодействующих
между собой в соответствии с алгоритмом управления.
6
Система коммунального теплоснабжения - это совокупность объединённых общим производственным процессом источников теплоты и (или)
тепловых сетей города (района, квартала), другого населённого пункта, эксплуатируемых теплоснабжающей организацией системы жилищно-коммунального
хозяйства, получившей соответствующие специальные разрешения (лицензии)
в установленном порядке.
Система локальной автоматики - система устройств автоматики,
автономно реализующая управление управления технологическим объектом
управления или его час
Система теплоснабжения - совокупность взаимосвязанных источника
тепловых сетей и систем теплопотребления.
Теплотехника - отрасль науки и техники, изучающая методы получения,
преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы
действия и конструктивные особенности тепловых машин и устройств.
Теплотехнический объект управления - это технологический объект
управления, в основе технологических процессов которого находятся физические законы тепло- и массообмена.
Теплотехнология - это совокупность методов преобразования исходного, обычно природного, сырья в заданный товарный продукт на основе
изменения теплового состояния материала сырья.
Телоэнергетика - отрасль теплотехники, занимающаяся преобразованием теплоты в другие виды энергии, главным образом в механическую
и через неё в электрическую
ТОУ – Технологический объект управления - объект управления,
включающий технологическое оборудование и реализуемый в нем
технологический процесс.
ТЭС – тепловая электрическая станция - электростанция,
вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической
энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую
энергию вращения вала электрогенератора.
ТЭЦ – теплоэлектроцентраль - разновидность тепловой
электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является
источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения
(в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего
водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).
Управление - совокупность целенаправленных действий, включающая
оценку ситуации состояния объекта управления, выбор управляющих
воздействий и их реализацию.
Управляемая величина - величина, на которую действует по
определённому закону система управления.
Целевая функция - функция нескольких переменных, подлежащая
оптимизации (минимизации или максимизации) в целях решения некоторой
оптимизационной задачи.
тью, либо функцию контроля за ТОУ или его частью.
7
Энергосистема - совокупность электростанций, электрических и
тепловых сетей, а также потребителей электроэнергии и тепла, связанных
общностью режима в непрерывности процессов производства, преобразования,
передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии при
общем управлении этими режимами.
Энергоснабжающая (теплоснабжающая) организация – коммерческая
организация независимо от организационно-правовой формы, осуществляющая
продажу абонентам (потребителям) по присоединённой тепловой сети
произведённой или (и) купленной тепловой энергии и теплоносителей.
8
ВВЕДЕНИЕ
р
р
р
р
у
Целью освоения дисциплины «Принципы эффективного управления в
теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии» является ознакомление
обучающихся направления подготовки 13.04.01 «Теплотехника и
теплоэнергетика» профиля «Промышленная теплоэнергетика»: со структурой
программы эффективного управления энергетическими ресурсами; с
организацией оперативно-диспетчерского управления; с перспективным
развитием мероприятий по внедрению АСУ ТП на ТЭС и системах
теплоснабжения.
При изучении основ теории и выполнении расчёта у учащихся
формируются следу
ющие компетенции, в соответствии с рабочей программой
дисциплины:
Код и наименование компетенции
ПКС-3. Способность проводить
технические расчеты,
направленные на повышение
энергоэффективности, обоснований
реконструкции и модернизации
систем тепло- и энергоснабжения
ПКС-5. Способность составлять
описание принципов действия
и устройства проектируемых
изделий и объектов
с обоснованием принятых
технических решений,
разрабатывать эскизные,
технические и рабочие проекты
объектов и теплотехнических
систем с использованием
средств автоматизации
проектирования, передового
опыта их разработки
Код и наименование
индикатора достижения
компетенции
ПКС-3.3. Способен
оценить эффективность
управления
в теплоэнергетике,
теплотехнике
и теплотехнологии
ПКС-5.3. Способен
составить описание
устройств и объектов
теплоэнергетики,
обеспечить техническое
решение
по совершенствованию
теплотехнических
систем
с использованием
средств автоматизации
для эффективного
управления
в теплоэнергетике,
теплотехнике
и теплотехнологиях
Наименование результата
обучения по дисциплине
Знать структуру
и содержание каталогов
и справочников, электронных
баз данных
Уметь пользоваться
номенклатурой современных
изделий, оборудования
и материалов, технологии
п
оизводства работ
Владеть навыками
подготовки заданий, контроля
выполненных работ
по проектированию
котельных и малых
теплоэлект
Знать структуру и содержание
каталогов и справочников,
элект
Уметь соблюдать требования
нормативно-правовых актов,
нормативно-технических
и нормативно-методических
по проектированию
технологических установок,
котельных и малых
теплоэлект
Владеть навыками
формирования
и комплектации полного
раздела проектной и рабочей
док
оцентралей
онных баз данных
документов
оцентралей
ментации
Учебное пособие является вспомогательным материалом для изучения
дисциплины «Принципы эффективного управления в теплоэнергетике,
теплотехнике и теплотехнологии» и выполнения практических задач, реферата
9
обучающимися направления подготовки 13.04.01 «Теплотехника и
теплоэнергетика» профиля «Промышленная теплоэнергетика» всех форм
подготовки. В конце каждого раздела проводится проверка освоения материала
с помощью контрольных вопросов и предложенной тематики реферата.
При выполнении практических заданий у обучающихся формируются
компетенции ПКС-3, ПКС-5, в соответствии с рабочей программой дисциплины,
и развиваются способности: разрабатывать проекты теплотехнических систем с
испо
льзованием средств автоматизации; составлять описание принципов
действия и устройства объектов управления; проводить расчеты по повышению
энергоэффективности; обосновывать реконструкцию и модернизацию системы
теплоснабжения.
Общий объем реферата составляет 15 - 20 страниц. Согласно структуре
каждая составная часть работы распределяется по объему: введение - 1 - 2 стр.;
каждая из глав по 2 - 4 стр.; заключение – 1 - 2 стр.; список литературы (из 8 -
10 источников) – 1 - 2 стр.; приложения – 1 – 2 стр. Текст работы следует писать
разборчивым и аккуратным почерко
New Roman, размером 12 пт, с одинарным или полуторным междустрочным
интервалом. При этом необходимо соблюдать следующие размеры полей:
левое - не менее 30 мм; правое - не менее 10 мм; верхнее - не менее 20 мм;
нижнее - не менее 20 мм. Каждая новая глава начинается с нового лист
Заголовки глав и их пунктов оформляются с середины строки с жирным
выделением. В тексте работы необходимо привести ссылки на литературу в
квадратных скобках с указанным номером источника, согласно списку
литературы. Список литературы, оформленный по требованиям нормативного
документа ГОСТ Р 7.0.100–2018, включает все использованные в работе
литературные источники в алфавитном порядке, интернет-ресурсы
запи
сываются ниже списком.
Работа над рефератом включает в себя следующие этапы:
самостоятельное формулирование темы реферата; подбор литературы; изучение
и обработка полученной информации; составление плана реферата;
формирование разделов реферата; публичное выступление с презентацией в
формате PowerPoint. Оценивание работы производится по критериям:
соответствие выбранной темы содержанию реферата; подтверждение
актуальности по
приведённую в библиографическом списке; умение грамотно излагать
материал, представленный в реферате; взаимодействие докладчика с
аудиторией слушателей в ходе публичного выступления.
По результатам полученных знаний обучающийся должен знать основы
автоматического регулирования процессов и преобразования энергии на
теплоэнергетических объектах управления; уметь подбирать энергетические
характеристики оборудования для оптимальной работ
но и станции в целом, а также систем энергоснабжения; владеть навыками
оценки метрологических характеристик средств измерений и обработки
результатов теплотехнических измерений.
ставленной проблемы; цитирование и ссылки на литературу,
м или печатать, используя шрифт Times
а.
ы не только энергоблоков,
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]