КПД НАУЧНОЙ РАЗРАБОТКИ
Разработка группы сотрудников Института систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН на днях отмечена премией губернатора Иркутской области. О сути ее рассказывает заведующий отделом теплосиловых систем, доктор технических наук Александр Матвеевич Клер.
Галина Киселева
 |
| Д.т.н. А.М. Клер.
|
— Речь идет об оптимизации режимов работы теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). Нами была разработана методика для решения задач моделирования оборудования ТЭЦ и оптимизации ее работы, и создан программно-вычислительный комплекс, реализующий эту методику. Разработка получила высокую оценку специалистов и внедрена на Ново-Иркутской ТЭЦ.
— В чем ее преимущество перед традиционно используемыми?
— Применение нашей методики дает экономию топлива. Точно сказать какую, довольно сложно, от слишком многих факторов это зависит. Но по нашим экспериментальным данным, экономия может составить от 2 до 4 % расхода топлива. При этом затраты на внедрение небольшие — по существу, это стоимость программного комплекса, который мы создали и компьютера.
— Для этого применим любой компьютер?
— Нужен, конечно, быстродействующий компьютер — рабочая станция. Можно, наверное, использовать и штатные компьютеры, но они медленно действуют. А персоналу необходимо принимать оперативные решения, и для этого нужны «быстрые подсказки». Поэтому при внедрении требуется преодолеть некие бюрократические барьеры, чтобы убедить руководство приобрести рабочую станцию. У управленцев ведь свои представления о том, кому что нужно: «вы просите более мощный компьютер, и теперь все будут просить такой же». Этот вопрос довольно долго решали, хотя вложение для станции сравнительно небольшое, примерно около 150 тыс. руб., но очень полезное и не только для реализации нашей методики. Не говоря уж о том, что экономия топлива принесет прибыль во много раз весомее.
— А в каких цифрах она выражается?
— Крупные ТЭЦ сжигают около 1 млн т угля в год, т.е. 2 % — это 20 тыс. т угля в год. Есть такое понятие «условное топливо» (сейчас оно стоит около 800 рублей за тонну). Значит, годовая экономия составит около 20 млн
рублей, а, скорее всего, и больше. Многое зависит от режима работы, от того, насколько сложна технологическая схема станции, какой состав оборудования и т.д. Есть еще и такой момент: с одной стороны оптимизация, с другой — альтернативные решения, которые принимаются самими специалистами, работающими на станции. Ведь именно они решают, как распределить нагрузку. Один лучший вариант выберет, другой похуже, и результат получится разный.
— Ваша методика родилась в процессе работ с ТЭЦ или основана на каких-то давних фундаментальных разработках?
— Этой темой мы занимаемся больше 10 лет, но раньше не было такой вычислительной техники, которая бы позволила в полном объеме нашу методику реализовать. Недавно у нас в институте такой компьютер появился — по конкурсу РФФИ получили финансирование и приобрели две мощных рабочих станции. Проблема ведь в том, что при применении нашей методики надо учитывать большое количество различных параметров, в частности, фактическое состояние оборудования на основе замеров, которые проводятся в реальном времени. А они меняются в процессе эксплуатации.
— Для этого, очевидно, применяется какой-то сложный математический расчет?
— Приходится решать не одну, а целый ряд математических задач, связанных с настройкой математической модели на фактическое состояние оборудования. Проводятся замеры параметров оборудования — котлов, турбин в нескольких режимах, потом в результате обработки уточняется математическая модель, поскольку реальное состояние все время меняется. Поверхности нагрева котла загрязняются в процессе работы, ухудшается их способность к передаче тепла, то же происходит и с проточной частью турбины, она заносится солями. Мы все эти детали и особенности учитываем, и, пожалуй, в этом наша работа отличается от других подобных работ.
— А подобные разработки в России есть?
— Есть, но не с такими сложными моделями с возможностями учета фактического состояния оборудования. Наша методика может использоваться на любых ТЭЦ по России. Нужно отметить, что в нашем институте давно был создан программно-вычислительный комплекс моделирования теплоэнергетических установок и электростанций, работы над ним были начаты лет 40 назад. Когда я пришел на работу в институт в 1971 году, первая версия такого комплекса уже испытывалась. Конечно, тогда была совсем другая вычислительная техника, возможности маленькие, но многие прогрессивные идеи были высказаны уже тогда и именно в нашем институте. У нас всегда уделялось большое внимание математической составляющей разработки, и математики были сильные. Например, Виктор Георгиевич Карпов, Вячеслав Владимирович Эпельштейн. Тогда были разработаны первые версии системы и их стали применять для расчетов теплоэнергетических установок. Этим занимались заведующий лабораторией, в которой я работал член-корреспондент Лев Сергеевич Попырин и сотрудник лаборатории Валерий Иванович Самусев. В то время востребованность наших разработок была, но не было соответствующей техники. И задачи, которые мы сейчас решаем, осуществить было невозможно. Даже лет 10 назад, когда мы подобные работы пробовали вести на той же Ново-Иркутской ТЭЦ, нам приходилось применять упрощенные математические модели, поэтому и результаты были соответствующие. Сейчас на станциях появилась техника, которая позволяет быстро решать сложные задачи с той скоростью, которая устраивает оперативный персонал станции.
— То есть когда-то вы разрабатывали фундаментальные вещи, а сейчас это выливается в конкретные прикладные предложения?
— В какой-то мере. Нельзя сказать, что они предлагаются в том же виде. И в части моделирования много новых разработок, и создана новая система для вычислительных машин, и методы оптимизации более развиты.
— А кто стал лауреатом губернаторской премии?
— Вместе со мной пять человек: кандидаты технических наук Елена Леонидовна Степанова и Алексей Сергеевич Максимов (выполнял программную часть разработки), Сергей Константинович Скрипкин, один из разработчиков системы машинного построения программ (СМПП-ПК), Нина Петровна Деканова — математик, специалист по методам оптимизации, профессор Университета путей сообщения, сейчас у нас работает по совместительству, а раньше была нашим штатным сотрудником.
— А другими премиями ваши работы отмечались?
— Награды были, но, в основном, внутриинститутские, а три года назад, когда вышел в свет двухтомник «Энергетика XXI века», за него получили премию им. Г. М. Кржижановского трое сотрудников института, в том числе и я. Кстати, такая премия присуждена нашим коллегам и в этом году.
— Александр Матвеевич, та разработка, за которую вы получили губернаторскую премию, это только одна из ваших идей, ваших направлений исследований?
— Это одно из направлений нашей лаборатории, имеющей название «Исследование энергетических установок» и отдела «Теплосиловых систем», которым я руковожу. Мы занимаемся разными задачами, комплекс машинного построения программ, который нами разработан, применяется для решения самых разных задач, не только для моделирования оборудования ТЭЦ. Мы и перспективные энергоустановки исследуем, например, парогазовые, которые сейчас широко внедряют в энергетике, энерготехнологические, которые применяют, в частности, для комбинированного производства электроэнергии и искусственного жидкого топлива.
Интересная работа была выполнена совместно с Институтом теплофизики СО РАН. Она связана с тепловыми насосами. Это устройства, позволяющие экономить топливо. Что-то аналогичное холодильнику — в них тоже есть компрессор, фреон. Тепла в природе много, но оно низкопотенциальное. Например, много тепла содержит вода с низкой температурой. Идея теплового насоса состоит в том, чтобы эту воду сделать еще холоднее, отнять от нее тепло и передать потребителю, но уже с более высокой температурой. Для этого нужны, безусловно, затраты электроэнергии, но в конечном итоге, если мы сравним сколько затратим топлива на производство такого же количества тепла в котельной, то получается неплохая экономия. Т.е. при использовании теплового насоса затрат на топливо значительно меньше, чем при сжигании топлива в котельной. А если энергия дешевая, как в случае с ГЭС, то это тем более выгодно.
 |
| Тепловой насос НТ-60, используемый в Байкальском музее ИНЦ СО РАН в рамках программы «Энергосбережение СО РАН». |
К нам обратился академик В. Е. Накоряков с вопросом, нет ли объекта в ИНЦ, где бы эффективно применить разработанный в Институте теплофизики СО РАН тепловой насос. А мы как раз занимались этими насосами в плане математического моделирования, оптимизации, и быстро сообразили, что в Байкальском музее уже есть установка, прокачивающая огромное количество воды для аквариума, 20 кубометров в час. Это же готовая система подвода низкотемпературной воды! Раньше там использовали электробойлеры для отопления, а мы предложили внедрить тепловой насос. Сделанный в ИТФ насос установили в музее, и, таким образом, произошло реальное внедрение нашей научной разработки на объекте СО РАН и за счет средств по программе «Энергосбережение на объектах СО РАН». Насос успешно работает уже не первый год, позволяя в несколько раз сократить затраты на отопление. Тепловые насосы, конечно, не дешевые, но это очень перспективное экологичное направление энергообеспечения, особенно актуальное для Прибайкалья. Такие тепловые насосы широко используются на Западе, их ставят даже в коттеджи, правда, тепло при этом «черпают» из грунта. Они достаточно широко распространены в Новосибирске. Нужно отметить, что и наши предприниматели в этом направлении работают, когда хотят продемонстрировать эффективность насоса, ведут своих потенциальных заказчиков в Байкальский музей. Не правда ли, достаточно убедительно звучит, что «музейный насос» при электрической мощности15 кВт развивает тепловую мощность 60 кВт?
Фото В. Короткоручко
стр. 3
|
