Технико-экономическая оптимизация систем теплогазоснабжения (ТЭО) (стр. 2 из 5)

где Z – коэффициент пропорциональности:

· для водяных сетей Z=0,02;

· для паровых сетей Z=0,1.

Тогда уравнение (1.2.6) примет следующий вид:

(1.2.9.)

А материальная характеристика примет вид:

(1.2.10.)

Обозначим через М₀ материальную характеристику сети при некотором фиксированном значении удельной линейной потери давления R₀.

Согласно (1.2.10) можно записать при ρ₀=ρ

(1.2.11.)

Откуда

М=Мо

(1.2.12.)

С учетом (1.2.5.) и (1.2.12) переменная часть капитальных вложений в тепловую сеть будет

К´т.с =в·Мо

(1.2.13.)

Стоимость электроэнергии, затрачиваемой на перекачку теплоносителя равна:

, (1.2.14.)

где τ – годовая продолжительность эксплуатации тепловой сети, ч/год;

η – КПД сетевых насосов;

С_з – районные замыкающие затраты на электроэнергию, руб/(Вт ч).

Найдем стоимость тепла, теряемого трубопроводами :

Итп=Зт·τ·k·π·М₀

·(1+β) , (1.2.15.)

где Зт – районные замыкающие затраты на тепловую энергию, руб/Втч;

k – коэффициент теплопередачи трубопроводов тепловой сети, Вт/м²к. Определяется тепло техническим расчетом;

t

- среднегодовая температура теплоносителя в трубопроводах, ºС;

t

- средняя за период эксплуатации тепловой сети температура окружающей среды, ºС;

β – коэффициент, учитывающий теплопотери через неизолированные участки трубопровода.

Используя (1.2.1), (1.2.13), (1.2.14) и (1.2.15), запишем следующее выражение для целевой функции:

(1.2.16)

Для нахождения оптимальной величины удельной линейной потери давления продифференцируем функцию (1.2.16) и приравняем полученное выражение к нулю:

(1.2.17)

откуда после некоторых преобразований

R

(1.2.18.)

где

(1.2.19)

Методика экономического обоснования транзитной тепловой сети сводится к следующим этапам расчета. При заданной величине R₀ на основании гидравлического расчета определяется диаметр сети d₀ и ее материальная характеристика М₀. Затем выявляется оптимальное значение удельной линейной потери давления R_opt и повторным расчетом находится оптимальный диаметр d_opt.

Методика расчета транзитного теплопровода применима и для тупиковой распределительной сети.

Оптимальное значение линейной потери давления на головной магистрали тепловой сети R_opt находится по уравнениям (1.2.18) и (1.2.19) с помощью подстановки:

;

где

- суммарная протяженность участков головной магистрали, считая подающую и обратную линию теплопровода, м;

n – общее количество участков магистрали;

d_i,0 – диаметр i-го участка, рассчитанный при заданной величине удельной линейной потери давления R₀, м;

l_i - длина i-го участка, м.

G=55кг/с

l₁=650м l₂=550м l₃=750м

G=30кг/с

G=70кг/с

Рис 1. Расчетная схема тепловой сети.

Исходные данные.

1. Доля годовых отчислений на реновацию, ремонт и обслуживание тепловой сети

=0,075 1/год.

2. КПД сетевых насосов η=0,6.

3. Плотность теплоносителя ρ=970 кг/м³.

4. Разность температуры

=40 ºС.

5. Годовая продолжительность эксплуатации тепловой сети τ=6000 ч/год.

6. Удельная стоимость электроэнергии Сэ=58·10

руб/(Вт ч).

7. Районные замыкающие затраты на тепловую энергию Зт=76·10

руб/(Вт ч).

8. Стоимостной коэффициент в=3990 руб/м².

9. Коэффициент теплопередачи трубопроводов тепловой сети К=1,25 Вт/м²к.

10. Коэффициент учитывающий теплопотери через неизолированные участки трубопровода, β=0,2.

11. Коэффициент эффективности капитальных вложений Е=0,12 1/год.

Общая длина магистрали.

l=l₁+l₂+l₃=650+550+750=1950 м.

Гидравлическим расчетом Rо=80 кПа , получим следующие диаметры сети по участкам: d1,0=377×9 мм, d2,0=273×7 мм, d3,0=194×5мм.

Материальная характеристика сети.

Мо=0,377·650+0,273·550+0,194·750=540,7 м².

Определим долю потери давления в местных сопротивлениях: m=Z

Определим оптимальное значение удельной линейной потери давления

R

Определение оптимальной толщины тепловой изоляции трубопроводов тепловой сети.

С увеличением толщины изоляции возрастают затраты в сооружение и эксплуатацию теплоизолированного трубопровода. Вместе с тем, снижается теплопотери, а значит и годовая стоимость теряемой теплоты.

Задача сводится к минимизации функции следующего вида:

З=(Е_н+φ)Киз+Итп , (1.3.1)

где Е_н – коэффициент эффективности кап вложений 1/год;

φ – доля годовых отчислений на эксплуатацию тепловой изоляции 1/год;

Киз – капитальные вложения в теплоизоляцию 1/год;

Итп – стоимость теплопотерь, руб/год.

Решение задачи рассмотрим на примере двухтрубного подземного теплопровода при бесканальной прокладке.

Капитальные вложения в тепловую изоляцию 1м двухтрубного теплопровода определяется по формуле:

, (1.3.2)

где Сиз – удельная стоимость тепловой изоляции «в деле» , руб/год;

V_из – объем тепловой изоляции, м;

d – диаметр трубопровода, м;

δ_из – толщина тепловой изоляции, м.

Годовая стоимость тепла, теряемого теплопроводом, определяется по формуле

Ит.п = (qп + qо) τ Ст (1+β) , (1.3.3)

где qп , qо - удельные потери тепла 1 м подающего и обратного трубопроводов тепловой сети, Вт/м;

Ст – районные замыкающие затраты на тепловую энергию, руб/(Вт ч);

τ – годовая продолжительность эксплуатации тепловой сети, ч/год;

β - коэффициент, учитывающий теплопотери через не изолированные участки трубопровода.

Удельные теплопотери трубопроводами находятся

, (1.3.4)

, (1.3.5)

где

, -среднегодовая температура теплоносителя в подающей и обратной магистрали, ˚С;

- средняя температура грунта на глубите заложения трубопроводов, принимаются по климатическим справочникам - 5ºС;

Rп, Rо, - термическое сопротивления подающего и обратного трубопроводов тепловой сети, м К/Вт;

Rинт - дополнительное термическое сопротивление, учитывающее тепловую интерференцию теплопроводов, м К/Вт.

Термические сопротивления трубопроводов определяются по формулам:

, (1.3.6)

, (1.3.7)

где

, - теплопроводность теплоизоляции и грунта, Вт/(м К);

h – глубина заложения трубопровода , м;

s – шаг между трубами, м.

Подставляя вышеприведенные выражения в целевую функцию получим

(1.3.8)

Задаваясь рядом значений

₁, ₂, … _n вычислим затраты З1, З2, …З_n . Условию З=min соответствует оптимальная толщина тепловой изоляции .