УДК 004

Разработка цифрового двойника паровой турбины ПР-28-90/10/2

Маркина Мария Васильевна – аспирант Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого

Амосов Николай Тимофеевич – доцент Высшей школы атомной и тепловой энергетики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, специалист Акционерного общества «Национальное бюро информатизации»

Аннотация: Среди современных цифровых решений в области энергетики разработка цифровых двойников оборудования – ключевой процесс, дающий возможность оптимизировать энергетические режимы работы электростанций. Данная статья содержит подробное описание процесса разработки цифрового двойника паровой турбины ПР-28-90/10/2. В ходе работы выполнено описание функций элементов, использующихся при разработке цифрового двойника турбины, разработана схема двойника и произведена оцифровка режимных характеристик НТД.

Ключевые слова: турбоагрегат, цифровой двойник, электростанция, оптимизация.

Цифровой двойник (модель) оборудования – цифровая информационная модель объекта, содержащая в себе данные о функциях моделируемого объекта в технологической схеме предприятия, нормативно-техническую документацию, фактические данные об эксплуатации объекта, и выраженный в математическом виде и (или) с помощью топологической схемы. Примером создания и использования цифрового двойника среди известных энергокомпаний может являться цифровой двойник ветряной турбины, а также цифровой двойник ветряного парка, разработанный компанией General Electric [1]. Концепция создания цифровых двойников электростанций и объектов теплоэнергетики нацелена на увеличение гибкости работы тепловых электростанций за счет планирования и совершенствования режимов работы оборудования электростанции-двойника. Использование цифровых двойников производственных объектов для оптимизации работы на ОРЭМ обеспечивает к значительному росту маржинального дохода тепловой электростанции. Например, на ООО «Ново-Салаватская ТЭЦ» удалось увеличить маржинальную прибыль на 2,5 млн руб [2] за счет оптимизации состава генерирующего оборудования и на 6,3 млн руб – за счет оптимизации графика загрузки основного и вспомогательного оборудования на РСВ.

Цель и задачи работы. Цель данной работы – описание процесса разработки модели (цифрового двойника) турбоагрегата ПР-28-90/10/2 с диапазоном противодавления 1,2…2,5  и с производственным отбором пара величиной 8…13 109 кгс/см². Задачами работы являются:

- описание элементов, использующихся для создания модели турбоагрегата;

- разработка топологической схемы двойника турбоагрегата;

- оцифровка эксплуатационных характеристик работы турбоагрегата.

С математической точки зрения цифровой двойник представляет собой комплекс математических уравнений, характеризующих работу электрической станции. Для читабельности комплекс составленных уравнений визуально принимает вид топологической схемы, разработанной на основе комплексной информационно-аналитической системы планирования и мониторинга режимов работы ТЭЦ EMAS [3], и в которой элементы, перечисленные слева направо на рисунке 1, имеют следующие названия: термопреобразователь, узел, линия передач.

 

Рисунок 1. Элементы топологической схемы турбоагрегата.

Перечисленные элементы имеют следующие функции:

1. Функция термопреобразователя в котлоагрегате – переход одного вида энергии в другой при отработке пара в турбине;
2. Функция узла – характеристика равенства передаваемой энергии между компонентами топологической схемы;
3. Функция линии передач – фиксация определенных данных.

В результате создания топологической схемы (рисунок 2) были сформированы следующие элементы:

- А0 – термопреобразователь, показывающий зависимость мощности, вырабатываемой турбогенератором ст. №6, от заданного расхода свежего пара;

- Аn – компонент, обозначающий передачу выработанной мощности;

-Аi характеризует преобразование мощности в электричество;

- Ао используется для передачи электрической энергии;

- Ак используется для фиксации электричества;

- АI – линия передач, показывающая небаланс мощности;

- Ар – компонент, обозначающий переход от D0 к D2 (заданное количество пара и реальное количество пара соответственно);

-Аj характеризует зависимость D2 от D0;

- Аq используется для трансфера D2;

- Аm показывает баланс по D2;

Рисунок 2. Элементы топологической схемы турбоагрегата.

Передача входных данных для решения математических уравнений, заложенных в цифровой двойник турбины, осуществляется при помощи XML-файлов. Формирование данных файлов производится на основе оцифрованных характеристик: зависимостей   от  и от (рисунок 2).

Рисунок 3. Режимные характеристики турбоагрегата ПР-28-90/10/2 из НТД

Оцифровка производилась в специальном конструкторе EMAS.ТЭП (Builder 4.0).

Итоги работы

• Выполнено описание функций элементов, использующихся при разработке цифрового двойника турбоагрегата ПР-28-90/10/2
• Разработана топологическая схема цифрового двойника турбоагрегата;
• Произведена оцифровка режимных характеристик турбоагрегата ПР-28-90/10/2.

Список литературы

1. General Electric : [сайт]. – URL: https://www.ge.com/news/taxonomy/term/2534 (Дата обращения 09.11.2023 г.)-Текст : электронный.
2. Хафизьянов Р. Важный проект энергетиков – Текст : непосредственный // Салаватский нефтехимик. – – 3 дек. (№ 47). – С. 4.
3. АО «НБИ»: Национальное бюро информатизации : [сайт]. – URL: https://nbiservice.ru (дата обращения: 01.12.2023 г.) – Текст : электронный.