Modelowanie hydrotermiczne i optymalizacja systemów zaopatrzenia w ciepło
autor: Paweł Malinowski
Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
rok wydania: 2009
liczba stron: 240
oprawa: miękka
format: B5
ISSN: 0
[zasłonięte]084-28
SPIS TREŚCI: Wykaz ważniejszych oznaczeń 4
Wprowadzenie 9
1. Sytuacja i kierunki rozwoju sektora zaopatrzenia w ciepło w Polsce 13 1.1. Zaopatrzenie w ciepło w Polsce 13
1.1.1. Struktura ciepłowniczych źródeł ciepła 14
1.1.2. Struktura wiekowa infrastruktury ciepłowniczej 14
1.1.3. Paliwo technologiczne 15
1.1.4. Rozproszenie potencjału 15
1.1.5. Europejskie uwarunkowania polityczne działalności ciepłowniczej w Polsce 16
1.1.6. Uwarunkowania techniczne rozwoju ciepłownictwa 19
1.1.7. Podsumowanie uwarunkowań działania w sektorze zaopatrzenia w ciepło 21
1.2. Uzasadnienie celowości podjęcia badań dotyczących systemów zaopatrzenia w ciepło 22
2. Przegląd literatury dotyczącej aktualnych zagadnień badawczych w zakresie systemów zaopatrzenia w ciepło 23 2.1. Zagadnienia decentralizacji systemów energetycznych 26
2.1.1. Decentralizacja rynków i technologie rozproszone produkcji energii 26
2.1.2. Rozwój zastosowań generacji rozproszonej 26
2.1.3. Przyszłościowe technologie energetyczne 27
2.1.4. Metody prognozowania rozwoju technologicznego i innowacyjność 28
2.1.5. Planowanie lokalnej gospodarki energetycznej 28
2.1.6. Narzędzia i metody planowania lokalnej gospodarki energetycznej 29
2.1.7. Konkurencja na lokalnym rynku zaopatrzenia w ciepło 30
2.2. Zagadnienia ochrony środowiska 31
2.2.1. Mechanizmy wsparcia-system handlu emisjami 31
2.2.2. Regulacje europejskie na rynkach energii i paliw 32
2.2.3. Kogeneracja w systemach zaopatrzenia w ciepło 32
2.2.4. Optymalizacja systemów kogeneracji a systemy zaopatrzenia w ciepło 33
2.2.5. Rozwój elektrociepłowni z silnikami i turbinami gazowymi 33
2.2.6. Optymalizacja termodynamiczna i ekotermodynamiczna systemów 34
2.2.7. Wykorzystanie energii odnawialnych w zaopatrzeniu w ciepło 35
2.3. Zagadnienia efektywności wytwarzania i zużycia ciepła 36
2.3.1. Racjonalizacja zapotrzebowania na ciepło przez odbiorców 36
2.3.2. Prognozowanie zapotrzebowania na ciepło 37
2.3.3. Regulacja pracy sieci cieplnej 38
2.3.4. Straty techniczne i wycieki w przedsiębiorstwach ciepłowniczych 38
2.3.5. Magazynowanie energii cieplnej 39
2.3.6. Automatyzacja systemów ciepłowniczych 39
2.3.7. Modelowanie komputerowe systemów ciepłowniczych 40
2.3.8. Zagadnienia ekonomicznego rozdziału obciążeń 40
2.3.9. Ekonomia i narzędzia ekonomiczne w projektach energetycznych 40
2.3.10. Zagadnienia prawne i ekonomiczne rynku ciepła w Polsce 41
2.4. Zastosowanie nowych metod matematycznych
w optymalizacji systemów zaopatrzenia w ciepło 41
2.4.1. Algorytmy genetyczne w optymalizacji systemów hydraulicznych 42
2.4.2. Algorytmy genetyczne w optymalizacji systemów hydrotermicznych 42
2.5. Podsumowanie przeglądu literatury 43
2.6. Zakres badań autora 45
2.6.1. Przedmiot pracy 45
2.6.2. Cel pracy 46
2.6.3. Zakres pracy 46
3. Metoda algorytmów ewolucyjnych w zakresie optymalizacji
systemów zaopatrzenia w ciepło 47 3.1. Metoda algorytmów ewolucyjnych 47
3.2. Badania i optymalizacja systemów zaopatrzenia w ciepło 47
3.2.1. Metody oceny i optymalizacji systemów zaopatrzenia w ciepło 49
3.3. Zastosowanie modeli symulacyjnych do zagadnień optymalizacyjnych 52
3.3.1. Model symulacyjny a model optymalizacyjny 52
3.4. Ewolucyjny algorytm optymalizacyjny 53
3.4.1. Algorytmy genetyczne a tradycyjne metody optymalizacji 54
3.4.2. Podstawowe pojęcia algorytmów genetycznych 55
3.5. Metoda ewolucyjna rozwiązania zadania optymalizacyjnego 60
4. Ewolucyjna funkcja przystosowania w zagadnienieach optymalizacyjnych
systemów zaopatrzenia w ciepło 63 4.1. Kryteria optymalizacji a funkcja przystosowania w algorytmie ewolucyjnym 63
4.2. Funkcje celu w optymalizacji systemów zaopatrzenia w ciepło 64
4.2.1. Techniczne funkcje celu dla systemów zaopatrzenia w ciepło 64
4.2.2. Ekonomiczne funkcje celu dla systemów zaopatrzenia w ciepło 65
4.2.3. Współczesne metody oceny efektywności inwestycji 66
4.2.4. Wpływ sposobu finansowania na efektywność inwestycji 68
4.3. Sformułowanie technicznej funkcji celu 69
4.4. Sformułowanie ekonomicznej funkcji celu 77
4.4.1. Optymalizacja kosztów dostawy/przesyłu ciepła (strat ciepła i energii do pompowania) 82
4.4.2. Optymalizacja efektów inwestycyjnych w system przesyłowy ciepła 84
5. Metodyka obliczeń wartości funkcji 88 5.1. Symulacyjny model hydrauliczny sieci cieplnej 89
5.1.1. Struktura topologiczna sieci 89
5.1.2. Równanie ciągłości 90
5.1.3. Równanie pierścienia 91
5.1.4. Równanie przepływu dla sieci cieplnych 91
5.1.5. Obliczenia sieci 95
5.1.6. Metody rozwiązań 97
5.1.7. Obliczenia zapotrzebowania mocy do napędu pomp 101
5.2. Symulacyjny model termiczny sieci cieplnej 104
5.2.1. Sieć jednoprzewodowa nadziemna 105
5.2.2. Sieci jednoprzewodowe podziemne bezkanałowe 107
5.2.3. Sieci dwuprzewodowe podziemne bezkanałowe 109
5.2.4. Sieci dwuprzewodowe podziemne kanałowe 110
5.2.5. Obliczenia strat ciepła 112
6. Ewolucyjne algorytmy optymalizacji systemów zaopatrzenia w ciepło 114 6.1. Szczegółowe omówienie ewolucyjnych algorytmów optymalizacyjnych 114
6.2. Algorytm ewolucyjny optymalizacji lokalizacji źródła ciepła (AE-OT1) 115
6.2.1. Struktura algorytmu ewolucyjnego optymalizacji lokalizacji
źródła/źródeł ciepła w sieci cieplnej 115
6.2.2. Metoda doboru ustawień parametrów ewolucyjnego algorytmu optymalizacyjnego 121
6.2.3. Ocena zbieżności algorytmu do minimum globalnego 130
6.2.4. Obliczenia optymalizacyjne lokalizacji źródeł dla miasta
A z użyciem różnych funkcji celu 131
6.2.5. Zastosowanie algorytmu ewolucyjnego AE-OT1 do decentralizacji
systemu zaopatrzenia w ciepło miasta A 133
6.3. Algorytm ewolucyjny optymalizacji średnic przewodów sieci cieplnej (AE-OT2) 139
6.3.1. Struktura algorytmu ewolucyjnego optymalizacji średnic przewodów w sieci cieplnej 141
6.3.2. Obliczenia optymalizacyjne zmiany średnicy
przewodów dla systemu ciepłowniczego miasta A 145
6.3.3. Rozszerzenie zastosowania algorytmu AE-OT2 w algorytmie AE-OT1 149
6.4. Algorytm ewolucyjny optymalizacji topologii sieci cieplnej przez
wstawienie dodatkowych przewodów (połączeń) (AE-OT3) 150
6.4.1. Struktura algorytmu ewolucyjnego optymalizacji układu
topologicznego przewodów w sieci cieplnej 150
6.4.2. Obliczenia optymalizacyjne zmiany topologii przewodów
dla systemu ciepłowniczego miasta A 156
6.5. Algorytm ewolucyjny doboru lokalizacji i wielkości
pomp sieciowych w sieci cieplnej (AE-OT4) 164
6.5.1. Struktura algorytmu ewolucyjnego doboru lokalizacji i wielkości
pomp sieciowych w sieci cieplnej 165
6.5.2. Obliczenia optymalizacyjne doboru pomp dla systemu ciepłowniczego miasta A 168
6.6. Algorytm ewolucyjny rozdziału obciążeń dla wielu źródeł
pracujących na wspólną sieć cieplną (AE-OT5) 174
6.6.1. Zastosowanie algorytmu ewolucyjnego do optymalizacji
rozdziału obciążeń w sieci cieplnej 176
6.6.2. Algorytm ewolucyjny z procentową reprezentacją stanów pracy źródeł 177
6.6.3. Algorytm ewolucyjny z całkowitoliczbową reprezentacją pracy źródeł 181
6.7. Algorytm ewolucyjny wyboru lokalizacji i rozdziału przepływów dla wielu źródeł pracujących na wspólną sieć cieplną (AE-OT6) 184
6.7.1. Zastosowanie algorytmu genetycznego 186
6.7.2. Algorytm ewolucyjny z procentową reprezentacją stanów pracy źródeł 186
6.7.3. Algorytm ewolucyjny z całkowitoliczbową reprezentacją pracy źródeł 189
6.7.4. Obliczenia optymalizacyjne dla systemu ciepłowniczego miasta A 194
6.8. Kompleksowy algorytm ewolucyjny optymalizacji
systemów zaopatrzenia w ciepło (KAE-OT) 202
6.8.1. Struktura kompleksowego algorytmu ewolucyjnego
optymalizacji systemu zaopatrzenia w ciepło 206
6.8.2. Obliczenia optymalizacyjne dla systemu ciepłowniczego miasta A 207
7. Podsumowanie i wnioski 211 Literatura 213
Streszczenie w języku angielskim 234
