Курсовая работа: Технико-экономическая оптимизация систем теплогазоснабжения (ТЭО)
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=(Ен+φ)Киз+Итп
, (1.3.1)
где Ен – 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;
Vиз – объем тепловой изоляции, м;
d – диаметр трубопровода, м;
δиз –
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, …Зn . Условию З=min соответствует оптимальная толщина тепловой изоляции .
Определим оптимальную
толщину тепловой изоляции 2х трубного теплопровода водяной теплосети при
исходных данных:
1.
Прокладка
трубопровода – бескональная.
2.
Тип тепловой
изоляции – битумоперлит.
3.
Наружный диаметр
трубопровода, dн = 0,219м.
4.
Глубина заложения
трубопровода , м.
5.
Шаг между
трубами, ,м.
6.
Теплопроводность
изоляции, λиз= 0,12 Вт/мк.
7.
Теплопроводность
грунта, λгр=1,7 Вт/мк.
8.
средне годовая
температура грунта , = 5ºС.
9.
Среднегодовая
температура теплоносителя, =90, =50ºС.
10. Годовое число часов работы тепловой
сети , τ= 6000 ч/год.
11. Удельная стоимость тепловой изоляцию,
Сиз=1330 руб/м3.
12. Удельная стоимость тепловой энергии,
СТ=348·руб/(Вт ч).
13. Доля годовых отчислений на
эксплуатацию теплоизоляции φ=0,093 1/год.
14. Коэффициент эффективности кап
вложений Е=0,12 1/год.
Все расчеты производятся
на ЭВМ и результаты заносятся в таблицу 1.
З, руб/год |
431 |
372 |
339 |
322 |
314 |
313 |
317 |
325 |
336 |
350 |
367 |
386 |
408 |
431 |
,м
|
0,04 |
0,06 |
0,08 |
0,10 |
0,12 |
0,14 |
0,16 |
0,18 |
0,20 |
0,22 |
0,24 |
0,26 |
0,28 |
0,30 |
Минимальному значению
удельных приведенных затрат Зmin=
321 руб/(год·м) соответствует оптимальная толщина изоляции = 134 мм. Выявим зону
экономической неопределенности управляющего параметра . Для этого примем
минимальную погрешность определения расчетных затрат ± 3%. Как видно из
графика, наличие погрешности ±ΔЗ обуславливает зону экономической
неопределенности управляющего параметра от =86
мм до =192 мм, в пределах которой
все значения являются
равноэкономичными. Критерию минимума затрат в тепловую изоляцию соответствует =86 мм. Критерию минимума
теплопотерь =192 мм.
2.
ТЭО СИСТЕМ
ГАЗОСНАБЖЕНИЯ.
Выбор оптимальной трассировки
межпоселкового распределительного газопровода.
Выбор оптимального
варианта трассы сводится к выявлению такого положения головной магистрали, при
котором суммарная металлоемкость ответвлений к потребителям имеет минимальное
значение. С математической точки зрения, задачи сводятся к нахождению уравнения
прямой линии, расположенной на минимальном расстоянии от нескольких случайных
точек.
Суть метода заключается в
следующем. На генеральном плане местности наносится координатная сетка, на
которой фиксируются координаты отдельных потребителей. Поскольку общая
металлоемкость ответвлений прямо пропорциональна их суммарной длине и среднему
диаметру, при выборе оптимального варианта трассировки головной магистрали
необходимо учитывать не только количество и положение потребителей, но их
нагрузки.
Для определения расчетных
координат головной магистрали распределительного трубопровода используется
следующее выражение:
y=a+b·x·Gm , (2.1.1)
где x, y – расчетные координаты магистрали;
a, b – искомые параметры прямой.
Задача
заключается в нахождении наименьшей суммы квадратов отклонений расчетных
значений координат по уравнению
, (2.1.2)
где n – количество ответвлений к
потребителям;
xi, yi – заданные координаты потребителей.
Дифференцируя функцию S по искомым параметрам a и b и приравнивая полученные выражения к нулю, получаем систему
следующего вида:
(2.1.3)
решая которую, находим aopt, bopt и оптимальную трассировку
трубопровода:
В
частном случае, когда нагрузки потребителей одинаковы, целевая функция задачи
трансформируется в уравнение
(2.1.4)
Нахождение искомых
значений параметров аopt, вopt сводится к решению системы
уравнения:
(2.1.5)
Необходимо найти
оптимальную трассировку межпоселкового газопровода на четыре потребителя со
следующими координатами:
x1=2,5 км; y1=8 км;
x2=4,5 км; y2=2,5км;
x3=6,5 км; y3=7,5 км;
x4=10,5 км; y4=7 км.
Нагрузки потребителей
одинаковы.
Подставляя координаты в
уравнение (2.1.5), получим
4a+b(2,5+4,5+6,5+10,5)-(8+2,5+7,5+7)=0
a(2,5+4,5+6,5+10,5)-b(2,52+4,52+6,52+10,52)-(2,5·8+4,5·2,5+6,5·7,5+10,5·7)=0
После преобразования имеем
4a+24b-25=0
24a+179b-153,5=0
откуда aopt=5,65; bopt=0,1.
Таким
образом, оптимальное положение головной магистрали распределительного
трубопровода определяется уравнением:
yopt=5,65+0,1x
График
полученной зависимости приведен в графической части курсовой работы.
Минимальное расстояние от
потребителя до распределительной сети составляет 0,3 м, максимальное – 3,6 м.
Выбор оптимального количества
очередей строительства ГРС.
Если строительство
объекта осуществляется в течении года и в последующем выходит на проектную
эксплуатацию с постоянным уровнем эксплуатационных расходов, годовые
приведенные затраты определяются по формуле
З=Ен·к+И
, (2.2.1)
где З – приведенные
затраты, руб/год;
Ен
– нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, 1/год;
к –
единовременные вложения в сооружение объекта, руб;
И –
текущие издержки по эксплуатации объекта, руб/год.
В том
случае, когда капитальные вложения осуществляются в течение нескольких лет, то
есть распределены во времени, приведенные затраты определяются с помощью
нормативного коэффициента приведения:
, (2.2.2)
где З – суммарные
приведенные затраты, руб;
tсл – срок службы объекта;
кt – капитальные вложения в t-том году, руб;
Иt – расходы по эксплуатации в t-том году (без отчислений на
реновацию), руб;
αt – коэффициент приведения
разновременных затрат базисному году, определяемый по формуле
,
(2.2.3)
Страницы: 1, 2, 3
|