ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ
Алутин А.П., Каравайков В.М. (КГТУ, г.Кострома, РФ)
Рассмотрена задача оценки экономической эффективности регулирования теплопотребления, полученной за счет регулирования на объекте, то есть за счет количественного регулирования (регулирования расхода теплоносителя на вводе теплового узла).
The problem of an estimation of economic efficiency of regulation teplopotreblenija, received for the regulation account on object, that is at the expense of quantitative regulation is considered.
Экономическая эффективность регулирования может быть определена путем сравнения двух величин – Qрег и Q, где Qрег – количество тепловой энергии, потребленной объектом с установленным на нем регулирующим оборудованием, a Q — база для сравнения, определяемая как количество тепловой энергии, потребленной объектом без регулирующего оборудования [1]. И если понятно, что в качестве Qрег следует принимать количество измеренной тепловой энергии на регулируемом объекте объекте Ррег, то не очевидно, что следует понимать под базой для сравнения Q (объекта без регулирования Р). В идеальном случае для решения задачи необходимо иметь две копии объекта, находящиеся в абсолютно одинаковых условиях, один из которых снабжен регулирующим оборудованием, а другой нет. Однако реальность такого варианта практически исключается.
Предположим, что в нашем распоряжении имеются результаты измерений основных параметров теплопотребления (расходы и температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводов) за отопительный сезон, предшествующий установке регулирующего оборудования. Предположим так же, что объект в анализируемый период, то есть тот период, для которого необходимо определить экономическую эффективность регулирования, эксплуатировался бы в том же гидравлическом режиме, что и в прошлом сезоне, но без регулирующего оборудования.
Под гидравлическим режимом в данном случае понимается изменение во времени расхода теплоносителя в подающем трубопроводе. Тогда в качестве базы для сравнения принимаем некий виртуальный (модельный) объект РВ без регулирующего оборудования с гидравлическим режимом прошлого отопительного сезона и тепловым режимом (изменение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе) анализируемого периода. В этом случае мы сможем узнать, какое было бы теплопотребление объекта, если бы в анализируемый период не было регулирования, а расход теплоносителя поддерживался таким же, как в предыдущий отопительный сезон (базовый период).
Определим величину QВ теплопотребления для такого виртуального объекта РВ. Для этого построим регрессионную модель [2] системы теплопотребления (для простоты ограничимся рассмотрением закрытой системы), отражающую связь параметров гидравлического и теплового режима. По этой модели определим температуру теплоносителя в обратном трубопроводе t2 для объекта Рв и далее вычислим его теплопотребление
QВ = M1 (t1 – t2) (1)
где M1 – расход теплоносителя в подающем трубопроводе в предыдущем сезоне,
t1 – температура теплоносителя в подающем трубопроводе анализируемого периода.
В качестве регрессионной модели системы теплопотребления воспользуемся функцией (назовем ее эталонной)
t2 = f(M1, t1). (2)
Эта функция отражает зависимость температуры t2 теплоносителя в обратном трубопроводе от расхода М1 и температуры t1 теплоносителя в подающем трубопроводе. (Если система теплопотребления является открытой, то для формирования эталонной функции для определения количества потребленной тепловой энергии QВ необходимо так же учитывать значения расхода в обратном трубопроводе).
Поясним физический смысл этой зависимости. На основе теории теплофизики можно прийти к заключению, что t2 растет с увеличением температуры t1 и расхода М1. Зависимость t2 от t1 очевидна.
Зависимость t2 от М1 подтверждается простым рассуждением. Чем больше расход (скорость потока), тем меньше охлаждается теплоноситель и тем выше температура в обратном трубопроводе. С уменьшением расхода больше тепловой энергии отдается потребителю и, следовательно, больше охлаждается теплоноситель.
Существенная особенность теплоэнергетического объекта связана с тем обстоятельством, что поведение объекта (значения параметров во времени) в заведомо исправном техническом состоянии весьма проблематично получить по его диагностической модели. Такая ситуация весьма характерна для теплоэнергетики, поскольку заложенные в процессе проектирования базовые соотношения между параметрами объектов в силу ряда причин не выполняются на последующих этапах их эксплуатации. В таких случаях в качестве альтернативы могут служить результаты измерений параметров объектов в процессе их эксплуатации или при реализации специально подобранных тестовых режимов. Если при этом объемы анализируемой информации значительны, следует применять статистические методы, в частности методы регрессионного анализа [2].
Для формирования эталонной выборки, служащей для определения эталонной функции
t2 = f (М1, t1),
будем использовать часовые архивы теплосчетчиков, в которых накапливаются результаты измерений параметров теплопотребления.
Наибольший интерес с точки зрения последующего анализа представляют показания теплосчетчиков через каждый час (часовой архив данных теплопотребления).
Каждое измерение в таком архиве сопоставлено определенному часу и представляет собой либо среднечасовое, либо накопительное (на момент истечения текущего часа) значение параметра. Данные измерений принимаем за определенный период времени, т.е. задаем постоянный интервал времени работы теплосчетчика.
Результаты измерений, определенные за выбранный период времени, используемые для определения эталонной функции, а так же сам объект и режимы его эксплуатации должны отвечать следующим условиям, выполнение которых совершенно необходимо для качественного решения задачи:
- результаты измерений в выбранный период исследований должны быть выполнены с погрешностью, не превышающей допустимое значение;
- в объекте не должно быть физических дефектов;
- режимы функционирования должны быть нормативными, то есть в выбранный период измерений должны отсутствовать поведенческие дефекты;
- должна быть обеспечена адекватная передача результатов измерений со средств измерений в базу данных компьютера для дальнейшей обработки.
Выборка данных, соответствующих этим требованиям, не является трудноразрешимой задачей, особенно на этапе после установки новых либо поверенных средств измерений и средств передачи данных в компьютер. Однако для того, чтобы результаты измерений «эталонной» выборки позволили в дальнейшем качественно решать задачи диагностирования, необходимо обеспечить выполнение таких нормативных режимов эксплуатации объекта, на которых параметры изменялись бы в широких пределах, желательно в пределах всего динамического диапазона измерений.
Представим результаты измерений эталонной выборки в виде матрицы
(3)
Предположим, что между рассматриваемыми параметрами объекта существует линейная зависимость. В таком случае, интерпретируя верхнюю строку матрицы Н в качестве набора значений эталонной функции, а две нижние – наборов значений аргументов этой функции, можно определить с помощью аппарата регрессионного анализа [2] линейную функцию
t2 = аМ1+ bt1 +с. (4)
Линейная функция (4) аппроксимирует результаты измерений. Достоверность аппроксимации определяется с использованием коэффициента корреляции R .
Вывод
Предложены критерии и методика оценки экономической эффективности количественного способа регулирования теплопотребления.
Литература
1. Норман Дрейпер, Гарри Смит. Прикладной регрессионный анализ. Множественная регрессия. – Applied Regression Analysis. – 3-е изд. – М.: Диалектика, 2007. – 912 с.
2. Виноградов, А. Н. Анализ эффективности процессов регулирования теплопотребления / А. Н. Виноградов, В. П. Чипулис // Датчики и системы. – 2006. – №3. – С. 18–23.