Применение информационно-вычислительных технологий для обоснования проектных решений по реконструкции и развитию теплоснабжающих систем и разработке мероприятий по их внедрению

Статья посвящена экспертизе проекта реконструкции теплоснабжающей системы г. Петропавловск-Камчатский. За последнее десятилетие произошли большие изменения в объемах и структуре теплопотребления, в результате чего одна из тепловых магистралей оказалась перегружена и не может полностью обеспечить все питающиеся от нее центральные тепловые пункты требуемым количеством тепла. Для нормализации теплоснабжения города и повышения надежности было принято решение о реконструкции системы теплоснабжения, предусматривающей закольцовку магистральных тепловых сетей. При реконструкции теплоснабжающих систем – изменении топологии сетей, состава оборудования, нагрузок потребителей, предусмотренных проектом – требуется разработка и организация новых эксплуатационных режимов функционирования и наладочных мероприятий с учетом новых условий эксплуатации. Сложность разработки эксплуатационных режимов требует привлечения информационно-вычислительных технологий. Экспертиза проекта и организация режимов работы тепловых сетей проводились с помощью разработанного в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук информационно-вычислительного комплекса «АНГАРА-ТС». Для выполнения расчетов была актуализирована разработанная ранее многоуровневая компьютерная модель с учетом изменений в структуре тепловых сетей, подключения новой насосной станции и перспективных нагрузок. Исследование выполнено в рамках государственного задания (№ FWEU-2021-0002, Рег. № АААА-А21-121012090012-1) Программы фундаментальных исследований РФ на 2021–2030 гг.

1. Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Technique of Multilevel Adjustment Calculation of the Heat Hydraulic Mode of the Major Heat Supply Systems with The Intermediate Control Stages // Thermal Engineering. 2016. Vol. 63. P. 68–77. https://doi.org/10.1134/S0040601516010110.

2. Guelpa E., Toro C., Sciacovelli A., Melli R., Sciubba E., Verda V. Optimal Operation of Large District Heating Networks Through Fast Fluid-Dynamic Simulation // Energy. 2016. Vol. 102. P. 586–595. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.02.058.

3. Vesterlund M., Toffolo A., Dahl J. Optimization of Multi-Source Complex District Heating Network, A Case Study // Energy. 2017. Vol. 126. P. 53–63. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.03.018.

4. Guelpa E., Sciacovelli A., Verda V. Thermo-Fluid Dynamic Model of Large District Heating Networks for The Analysis of Primary Energy Savings // Energy. 2019. Vol. 184. P. 34–44. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.07.177.

5. Vesterlund M., Dahl J. A Method for The Simulation and Optimization of District Heating Systems with Meshed Networks // Energy Conversion and Management. 2015. Vol. 89. P. 555–567. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.10.002.

6. Di Nardo A., Cavallo A., Di Natale M., Greco R., Santonastaso G.F. Dynamic Control of Water Distribution System Based On Network Partitioning // Procedia Engineering. 2016. Vol. 154. P. 1275–1282. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.460.

7. Schweiger G., Larsson P.-O., Magnusson F., Lauenburg P., Velut S. District Heating and Cooling Systems – Framework for Modelica-Based Simulation and Dynamic Optimization // Energy. 2017. Vol. 137. P. 566– 578. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.05.115.

8. Gilani B.S., Bachmann M., Kriegel M. Evaluation of The Temperature Regimes of Multi-Level Thermal Networks in Urban Areas Through Exergy Analysis // Energy Procedia. 2017. Vol. 122. P. 385–390. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.424.

9. Shoujun Zhou, Haiming Li, Pu Gong, Maocheng Tian Hydraulic Modeling of Double-Source and RingShaped Heating Networks // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 119. P. 215–221. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.03.035.

10. Yaran Wang, Shijun You, Huan Zhang, Wandong Zheng, Xuejing Zheng, Qingwei Miao Hydraulic Performance Optimization of Meshed District Heating Network with Multiple Heat Sources // Energy. 2017. Vol. 126. P. 603–621. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.03.044.

11. Tarasevich V.V., Lee A.K., Moroz A.A. Imitation of The Hydraulic Devices Operations Within the Complex Pipe Systems // Proceedings of 2013 IAHR Congress. 2013. P. 1–7.

12. Sartor K., Thomas D., Dewallef P. A Comparative Study for Simulating Heat Transport in Large District Heating Networks // International Journal of Heat and Technology. 2018. Vol. 36. Iss. 1. P. 301–308. https://doi.org/10.18280/ijht.360140.

13. Sartor K., Dewalef P. Experimental Validation of Heat Transport Modeling in District Heating Net-Works // Energy. 2017. Vol. 137. P. 961–968. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.02.161.

14. Pengfei Jie, Zhe Tian, Shanshan Yuan, Neng Zhu Modeling the Dynamic Characteristics of a District Heating Net-Work // Energy. 2012. Vol. 39. Iss. 1. P. 126–134. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.01.055.

15. Chertkov M.S., Novitsky N.N. Thermal Transients in District Heating Systems // Energy. 2019. Vol. 184. P. 22–33. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.01.049.

16. Токарев В.В., Новицкий Н.Н., Шалагинова З.И., Баринова С.Ю. Информационно-вычислительный комплекс для расчета и анализа режимов теплоснабжающих систем // Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения. Новосибирск: Наука, 2000. С. 138–154. EDN: RUGDMB.

17. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И., Алексеев А.В., Гребнева О.А., Баринова С.Ю. Информационно-вычислительный комплекс «АНГАРА-ТС» для автоматизации расчета и анализа эксплуатационных режимов при управлении крупными многоконтурными системами теплоснабжения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 11. С. 126–144. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-11-126-144. EDN: YPWUHZ.

18. Stennikov V.A., Novitsky N.N., Alexeev A.V., Grebneva O.A., Lutsenko A.V., Penkovsky A.V. et al. Hierarchical Modeling of Analysis and Control of Operating Conditions of Pipeline Energy Systems // Hierarchical Modeling of Energy Systems. Irkutsk: Elsevier, 2023. P. 379–455. https://doi.org/10.1016/B978-0-44-313917-8.00015-8.

19. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. Многоуровневое моделирование режимов больших теплоснабжающих систем методами теории гидравлических цепей // Трубопроводные системы энергетики. Развитие теории и методов математического моделирования и оптимизации. Новосибирск: Наука, 2008. С. 211–228. EDN: RRWYJP.

20. Novitsky N.N., Alekseev A.V., Grebneva O.A., Lutsenko A.V., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Multilevel Modelling and Optimization of Large-Scale Pipeline Systems Operation // Energy. 2019. Vol. 184. P. 151–164. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.02.070.

21. Shalaginova Z.I., Tokarev V.V. Applied Problems and Methodological Approaches to Planning and Implementation of Operating Conditions at District Heating Systems // Thermal Engineering. 2019. Vol. 66. Iss. 10. P. 714–729. https://doi.org/10.1134/S0040601519100057.

22. Токарев В.В., Шалагинова З.И. Опыт применения новых технологий для организации режимов крупных теплоснабжающих систем // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 12. С. 240–248. EDN: ONXUXB.

23. Novitsky N.N., Shalaginova Z.I., Tokarev V.V., Alekseev A.V., Tsevegjav U. Application Experience of the Theory Hydraulic Circuits Methods and Modern Technologies for Organizing Operating Conditions of Mongolian District Heating Systems // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 397. P. 1–6. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202339704004.

24. Сидлер В.Г., Шалагинова З.И. Математическая модель для исследования режимов функционирования систем теплоснабжения // Современные проблемы системных исследований в энергетике (г. Иркутск, 02–06 июля 1990 г.). Иркутск, 1990. С. 106–115. EDN: RXQCXX.

25. Атавин А.А., Новицкий Н.Н., Сухарев М.Г., и др. Трубопроводные системы энергетики. Математические и компьютерные технологии интеллектуализации. Новосибирск: Наука, 2017. 384 с. EDN: YLMSLI.

26. Алексеев А.В., Гребнева О.А., Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. Математические модели и методы для оценки и реализации потенциала энергосбережения при управлении режимами теплоснабжающих систем // Исследования и разработки Сибирского отделения Российской академии наук в области энергоэффективных технологий. Новосибирск: Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и биофизики, 2009. С. 38–49. EDN: RSIBQJ.

27. Novitsky N.N., Shalaginova Z.I., Alekseev A.A., V.V. Tokarev, Grebneva O.A., Lutsenko A.V. et al. Smarter Smart District Heating // Proceedings of the IEEE. 2020. Vol. 108. Iss. 9. P. 1596–1611. https://doi.org/10.1109/JPROC.2020.2990490.

28. Novitsky N.N., Shalaginova Z.I., V.V. Tokarev, Alekseev A.A., Tsevegjav U., Oros P. et al. Current Issues of Russian and Mongolian District Heating Systems and Scientific and Methodological Lines for Solving Them // Energy Systems Research. 2022. Vol. 5. Iss. 3. P. 27–43. http://doi.org/10.38028/esr.2022.03.0005.

29. Novitskii N.N., Shalaginova Z.I., Alekseev A.V., Grebneva O.A., Tokarev V.V., Lutsenko A.V. et al. Intellectualization of Heat-Supply Systems: Current State, Trends and Tasks (A Review) // Thermal Engineering. 2022. Vol. 69. P. 367–383. https://doi.org/10.1134/S004060152204005X.