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:
- Функция термопреобразователя в котлоагрегате – переход одного вида энергии в другой при отработке пара в турбине;
- Функция узла – характеристика равенства передаваемой энергии между компонентами топологической схемы;
- 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
- General Electric : [сайт]. – URL: https://www.ge.com/news/taxonomy/term/2534 (Дата обращения 09.11.2023 г.)-Текст : электронный.
- Хафизьянов Р. Важный проект энергетиков – Текст : непосредственный // Салаватский нефтехимик. – – 3 дек. (№ 47). – С. 4.
- АО «НБИ»: Национальное бюро информатизации : [сайт]. – URL: https://nbiservice.ru (дата обращения: 01.12.2023 г.) – Текст : электронный.