КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 16-19-10174
Название«Разработка эффективных методов схемно-параметрической оптимизации сложных теплоэнергетических установок»
Руководитель Клер Александр Матвеевич, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл
Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-401 - Энергетические системы на органическом топливе
Ключевые слова Математическое моделирование, оптимизационные исследования,тепловые электрические станции
Код ГРНТИ44.31.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект «Разработка эффективных методов схемно-параметрической оптимизации сложных теплоэнергетических установок» направлен на разработку новых эффективных методов математического моделирования сложных теплоэнергетических установок (ТЭУ) и проведения с использованием этих методов оптимизационных исследований перспективных ТЭУ: парогазовых установок (ПГУ) на газе, паротурбинных установок на угле большой мощности, ПГУ с внутрицикловой газификацией угля, энерготехнологических установок на твёрдом топливе, предназначенных для комбинированного производства синтетического жидкого топлива и электроэнергии . Исследования будут проводиться для различных соотношений цен на топливо и оборудование, в том числе характерных для РФ.
Актуальность проекта обусловлена ведущей ролью ТЭУ в электроэнергетике РФ как в настоящее время, так и в обозримом будущем, значительными капиталовложениями в их строительство и существенными эксплуатационными затратами. В связи со сложностью технологических схем ТЭУ и разнообразием физико-химических процессов, протекающих в их элементах, основным способом их исследования является математическое моделирование и схемно-параметрическая оптимизация. Для решения задач оптимизации ТЭУ широкое применение как в РФ, так и за рубежом нашли различные методы направленного перебора, достоинствами которых является простота и устойчивость к вычислительным погрешностям. Однако эти методы позволяют оптимизировать небольшое число параметров (не более десяти), что гораздо меньше суммарного числа параметров цикла и конструктивных параметров, которые должны оптимизироваться в современных сложных ТЭУ.
В ИСЭМ СО РАН в течение длительного времени развиваются градиентные методы оптимизации ТЭУ, позволяющие оптимизировать большое число параметров (до ста и более). Анализ многолетнего опыта использования этих методов выявил ряд недостатков и указал направления совершенствования.
Работам в этом направлении и посвящена методическая часть настоящего проекта.
Другой важной задачей, решаемой при исследованиях ТЭУ является задача оптимизации их технологических схем. К настоящему времени предложен ряд методов решения этих задач (эволюционный, ведущих параметров, избыточных схем). Однако, из-за методических и вычислительных сложностей, они не нашли практического применения. Единственным используемым методом остаётся метод вариантных расчётов. Вследствие этого целый ряд схемных решений, вытекающих из термодинамического анализа, не имеет экономического обоснования (некоторые схемы регенеративного подогрева питательной воды паротурбинных установок (Виолена, Рикара-Никольного и др.). Не разработаны методические подходы к решению такой важной задачи, как выбор оптимальных марок металлов для теплообменных поверхностей котельных агрегатов.
Научная новизна методической части проекта связана с разработкой эффективного по скорости и устойчивости метода оптимизации непрерывных параметров установки, метода решения нелинейной задачи оптимизации дискретно-непрерывного состава оптимизируемых параметров, учитывающего особенности ТЭУ (к такой задаче сводится оптимизация марок металла для теплообменных поверхностей котельного агрегата и ряд других важных задач), эффективных методов анализа и синтеза технологических схем ТЭУ.
Научная новизна в части проекта, связанной с исследованиями конкретных типов ТЭУ, обусловлена получением оптимальных схемно-параметрических решений (выбор технологической схемы, параметров цикла и конструктивных параметров теплоэнергетических установок) в широком диапазон внешних условий (соотношение цены на топливо и оборудование и др.), с использованием критериев энергетической и экономической эффективности. Эти результаты могут быть использованы при разработке соответствующих установок, а также при оценке их конкурентоспособности и целесообразности выделения средств на более подробные, в том числе экспериментальные исследования.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Клер А.М., Захаров Ю.Б., Потанина Ю.М. Оценка эффективности впрыска воды между частями воздушного компрессора для ГТУ и ПГУ Теплофизика и аэромеханика (год публикации - 2017)
2. Клер А.М., Максимов А.С., Епишкин Н.О. Методы анализа и синтеза технологических схем ТЭУ на базе решения вспомогательных задач линейного программирования Теплофизика и аэромеханика (год публикации - 2017)
Публикации
1. Клер А.М., Потанина Ю.М. Выбор марок сталей котельных агрегатов на основе дискретной оптимизации Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Т.1, стр.152-156 (год публикации - 2017)
2.
Клер А.М., Потанина Ю.М.
An approach to optimization of the choice of boiler steel grades as to a mixed-integer programming problem
Energy, Volume 127, 15 May 2017, Pages 128-135 (год публикации - 2017)
10.1016/j.energy.2017.03.089
3.
Клер А.М., Захаров Ю.Б.
Joint optimization of power plant cycle parameters and gas turbine flow path parameters with blade airfoils represented by cubic splines
Energy, Volume 137, 15 October 2017, Pages 183-192 (год публикации - 2017)
10.1016/j.energy.2017.07.020
4. Клер А.М., Потанина Ю.М. Совместная оптимизация непрерывных параметров угольного паротурбинного энергоблока и марок сталей поверхностей нагрева его котла Энергетика и теплотехника: сборник научных трудов, Выпуск 21 (год публикации - 2017)
5.
Тюрина Э.А., Медников А.С.
Mathematical Modeling and Optimization of Gaseous Fuel Processing as a Basic Technology for Long-distance Energy Transportation: The Use of Methanol and Dimethyl Ether as Energy Carriers
Journal of Physics: Conference Series, Vol. 891 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/891/1/012121
6. Клер А.М., Жарков П.В. Эффективный метод оптимизации непрерывно и дискретно-изменяющихся параметров теплоэнергетических установок Теплофизика и аэромеханика (год публикации - 2018)
Публикации
1.
Клер А.М., Тюрина Э.А., Медников А.С.
Comparative efficiency of technologies for conversion and transportation of energy resources of Russia’s eastern regions to NEA countries
E3S Web of Conferences, Vol. 27 (год публикации - 2018)
10.1051/e3sconf/20182702005
2.
Клер А.М., Тюрина Э.А., Медников А.С.
A plant for methanol and electricity production: Technical-economic analysis
Energy, Vol. 165, Part B, P. 890–899 (год публикации - 2018)
10.1016/j.energy.2018.09.179
3. Клер А.М., Жарков П.В., Епишкин Н.О. Оптимизационные исследования угольного энергоблока на повышенные параметры пара мощностью 660 МВт Вестник Иркутского государственного технического университета, - (год публикации - 2019)
4. Клер А.М., Жарков П.В. Эффективные методы решения задач дискретно-непрерывной оптимизации теплоэнергетических установок Системные исследования в энергетике : методология и результаты, Страницы: 263-287. Москва, 2018. Издательство: АО «Издательский дом МЭИ» (год публикации - 2018)
5. Клер А.М. Эффективные методы схемно-параметрической оптимизации сложных теплоэнергетических установок: разработка и применение Новосибирск: Академическое издательство "Гео", 210 с. (год публикации - 2018)
6. Клер А.М., Потанина Ю.М., Маринченко А.Ю. An effective method for optimization of the flow chart of thermal power plant Journal of Physics: Conference Series, Volume 1111, 012005 (год публикации - 2018)
7. Клер А.М., Маринченко А.Ю., Потанина Ю.М., Жарков П.В. Optimization studies of coal-fired combined cycle power plant given fuel price uncertainty Journal of Physics: Conference Series, Volume 1111, 012006 (год публикации - 2018)
8. Клер А.М., Жарков П.В., Епишкин Н.О. Оптимизация параметров угольного энергоблока эффективным градиентным методом Теплофизика и аэромеханика (год публикации - 2019)