CC BY
49
Оригинальная статья / Original article УДК 519.673:658.264
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-11-126-144
ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС «АНГАРА-ТС» ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТА И АНАЛИЗА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ПРИ УПРАВЛЕНИИ КРУПНЫМИ МНОГОКОНТУРНЫМИ СИСТЕМАМИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
© Н.Н. Новицкий1, В.В. Токарев2, З.И. Шалагинова3, А.В. Алексеев4, О.А. Гребнева5, С.Ю. Баринова6
Институт систем энергетики имени Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
РЕЗЮМЕ: Цель - разработка программного комплекса для расчета и анализа функционирования крупных систем централизованного теплоснабжения при управлении режимами. Использованы методы: теория гидравлических цепей; теория графов; системные исследования в энергетике; многоуровневое моделирование; метод узловых давлений для расчетов гидравлических режимов; вычислительная математика; линейная алгебра; методы нелинейного программирования; информационные технологии. Выполнен анализ направлений развития централизованных теплоснабжающих систем в России и в ряде стран Северной Европы. Классифицированы типы режимов работы теплоснабжающих систем, а также цели и задачи их расчета на разных стадиях управления. Предложена адаптация математической модели для решения задачи наладочного расчета и анализа теплогид-равлических режимов и особенности ее реализации. Описаны функции и свойства разработанного информационно-вычислительного комплекса «АНГАРА-ТС» и проанализированы его отличия от аналогов. Рассмотрены вопросы актуальности построения многоуровневых компьютерных моделей теплоснабжающих систем иерархической структуры для задач расчета режимов и исследованы возможности графического анализа априорной информации и результатов расчета средствами разработанного инструмента. Автоматизация управления, повышение надежности, экономичности и качества работы теплоснабжающих систем требуют внедрения современных методов математического моделирования и информационных технологий. Расчет теплогидравлических режимов является необходимым элементом оценки реализуемости решений, принимаемых на всех стадиях управления. Разработан информационно-вычислительный комплекс «АНГАРА-ТС» четвертого поколения для решения традиционных и новых задач из области анализа и управления режимами крупных ТСС.
Ключевые слова: теплоснабжающая система, теплогидравлический режим, расчет, графический анализ, компьютерное моделирование, информационно-вычислительный комплекс
1
Новицкий Николай Николаевич, доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией, e-mail: pipenet@isem.irk.ru
Nikolay N Novitsky, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researche, Head of the Laboratory, e-mail: pipenet@isem.irk.ru
2Токарев Вячеслав Вадимович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: tslava@isem.irk.ru
Vyacheslav V. Tokarev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, e-mail: tslava@isem.irk.ru
3Шалагинова Зоя Ивановна, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, e-mail: shalaginova@isem.irk.ru
Zoya I. Shalaginova, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Leading Researcher, e-mail: shalaginova@isem.irk.ru
4Алексеев Александр Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: alexeev@isem.irk.ru
Aleksandr V. Alekseev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, e-mail: alexeev@isem.irk.ru
5Гребнева Оксана Александровна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры
ГСХ Института архитектуры и строительства, e-mail: oksana@isem.irk.ru
Oksana A. Grebneva, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Docent e-mail: oksana@isem.irk.ru
6Баринова Стефания Юозовна, ведущий инженер, e-mail: stefa@isem.irk.ru
Stefanija Y. Barinova, Leading Engineer, e-mail: stefa@isem.irk.ru
Благодарность: Исследование выполнено в рамках проекта Ш.17.4.3 программы фундаментальных исследований СО РАН (АААА-А17-117030310437-4) при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Иркутской области в рамках научного проекта № 17-48-380021.
Информация о статье: Дата поступления 24 сентября 2018 г.; дата принятия к печати 30 октября 2018 г.; дата онлайн-размещения 30 ноября 2018 г.
Для цитирования: 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;22(11):126-144. DOI: 10.21285/1814-3520-201811-126-144.
INFORMATION COMPUTING COMPLEX "ANGARA-HS" FOR CALCULATION AND ANALYSIS OF OPERATING CONDITIONS OF LARGE MULTILOOP HEAT SUPPLY SYSTEMS UNDER CONTROL
Nikolay N. Novitsky, Vyacheslav V. Tokarev, Zoya I. Shalaginova, Aleksandr V. Alekseev, Oksana A. Grebneva, Stefania Yu. Barinova
Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 130 Lermontov St., Irkutsk 664033, Russian Federation
ABSTRACT: Development of a software package for calculating and operation analyzing of large district heating systems under state control. Theory of hydraulic circuits. Graph the ory. System research in energy. Multilevel modeling. The method of nodal pressures for the calculation of hydraulic conditions. Computational Mathematics. Linear Algebra. Methods of non-linear programming. Information Technology. The analysis of the directions of centralized heat supply systems (HSS) development in Russia and in a number of countries of northern Europe is made. Types of HSS operation conditions are classified, as well as goals and tasks of their calculation at different stages of control. Adaptation of the mathematical model for the solution of the adjustment calculation problem and thermal-hydraulic conditions analysis and the features of its implementation are proposed. The functions and properties of the developed information and computing complex "ANGARA-HS" are described and its differences from analogues are analyzed. The questions of the relevance of the construction of multi-level computer models of hierarchical structure HSS for the problems of calculating conditions are examined. Possibilities of graphical analysis of a priori information and calculation results by means of the developed tool are explored. Automation of control, increase of reliability, economy and quality of HSS operation require the introduction of modern mathematical modeling methods and information technologies. Calculation of thermal-hydraulic condition is a necessary element for assessing the feasibility of decisions taken at all stages of control. An information and computer complex "ANGARA-HS" of the fourth generation was developed to solve traditional and new problems from the analysis and control of large HSS conditions.
Keywords: heat supply system, thermal-hydraulic state, calculation, graphical analysis, computer simulation, information-computational complex
Acknowledgement: The research was carried out within the project III.17.4.3 of the Fundamental research program of SB RAS (AAAA-A17-117030310437-4) with finance support of RFBR and the Government of Irkutsk Region in the framework of research project № 17-48-380021.
Information about the article: Received September 24, 2018; accepted for publication 30 October, 2018; available online 30 November, 2018.
For citation: Novitsky N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I., Alekseev A.V., Grebneva O.A., Barinova S.Yu. Information computing complex "ANGARA-HS" for calculation and analysis of operating conditions of large multiloop heat supply systems under control. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018;22(11):pp. 126-144. (In Russ.) DOI: 10.21285/1814-3520-2018-11-126-144.
Введение
Централизованные теплоснабжающие системы (ТСС) России по их количеству и суммарной мощности не имеют аналогов в других странах. Создание этих си-
стем, в основном завершившееся к середине 80-х гг. XX в., позволило наиболее эффективным способом решить проблему обеспечения тепловой энергией быстро
растущие города и промышленные центры. Несомненные экономические и экологические преимущества централизованных систем послужили причиной того, что они в последние десятилетия интенсивно сооружаются и развиваются и во многих зарубежных странах Европы (Дании, Швеции, Германии, Финляндии и др.) [1-8]. Есть перспективы развития таких систем и в северной Америке [9], однако пока они присутствуют только в некоторых городах и студенческих кампусах США и Канады.
В процессе становления рыночной экономики проявились и недостатки технической реализации Российских систем централизованного теплоснабжения, в основном связанные с их слабой управляемостью, отсутствием наблюдаемости, низкой надежностью, недостаточной оснащенностью контрольно-измерительными и регулирующими приборами. Начиная с 2010 г. в России принимались законы и постановления правительства, призванные исправить сложившуюся ситуацию*. Для решения проблемы коммерческого учета тепловой энергии и повышения уровня наблюдаемости ТСС предусматривается стопроцентное оснащение теплосчетчиками всех крупных потребителей тепловой энергии, а также экономическая стимуляция установки по-квартирных приборов учета. К 2022 г. планируется прекращение использования в ТСС открытого водоразбора на нужды горячего водоснабжения (ГВС).
Законы регламентируют необходимость разработки схем теплоснабжения городов - документа, содержащего пред-проектные материалы по обоснованию эффективного и безопасного функционирования ТСС, ее развития с учетом правового регулирования в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В период 2011-2014 гг. они активно разрабатывались, а в настоящее время требуется их периодическая актуализация.
Повышение надежности, экономичности и качества работы систем теплоснабжения требует комплекса мероприятий, связанных как с их техническим перевооружением, так и с внедрением современных аппаратных и программных технологий для оптимизации режимов и диспетчерского управления. Одним из основных способов оценки эффективности этих мероприятий является анализ режимов работы ТСС по результатам теплогидравличе-ских расчетов, который актуален на стадиях: разработки схем теплоснабжения, проектирования, эксплуатации и диспетчерского управления. Необходимость периодических расчетов режимов также обусловлена изменением параметров ТСС вследствие старения оборудования, изменения структуры нагрузок, мероприятий по развитию и реконструкции, что приводит к отклонению режимов работы систем от запланированных и нарушениям обеспеченности потребителей.
Постановка задачи расчета эксплуатационных режимов работы ТСС
На предприятиях тепловых сетей лительные комплексы (ПВК) по расчету широко внедряются программно-вычис- теплогидравлических режимов для задач
О теплоснабжении: федер. закон от 27 июля 2010 № 190 -ФЗ / O heat supply: Feder. Law, no. 190-FZ of 27 July 2010;
Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: федер. закон от 29 декабря 2014 № 261-ФЗ / On energy saving and energy efficiency and on amendments to certain legislative acts of the Russian Federation: Feder. law of 29 December 2014. no. 261-FZ;
О водоснабжении и водоотведении: федер. закон от 7 декабря 2011 № 416-ФЗ / On water supply and sanitation: Feder. law of 7 December 2011 № 416-FZ;
Правила горячего водоснабжения: постановление Правительства РФ от 29 июля 2013 г. № 642 / Rules of hot water supply: RF Government decree of 29 July 2013 № 642; и др./ etc.
планирования, наладки и имитации работы ТСС [10]. На практике выделяются следующие виды эксплуатационных режимов:
1) основной (зимний) режим, рассчитанный на максимальные нагрузки отопления и вентиляции и среднюю нагрузку ГВС. При этом в открытых неавтоматизированных системах отбор воды на ГВС осуществляется из обратной магистрали;
2) осенне-весенний режим, в котором отбор сетевой воды на ГВС осуществляется из подающей магистрали;
3) летний режим разрабатывается только на максимальную нагрузку ГВС;
4) аварийные режимы, которые имеют место при отключении элемента сети, вышедшего из строя в результате аварии и, как правило, разрабатываются при расчетных условиях, принятых для основного зимнего режима.
Проектирование новых тепловых сетей города или района осуществляется на основной (зимний) режим с последующей проверкой возможности функционирования ТСС в других эксплуатационных режимах. Существующие ТСС требуют периодической реконструкции и развития. Такие работы планируются заблаговременно с учетом перспективных нагрузок и застройки города. Для этого разрабатываются схемы теплоснабжения городов на длительный период (не менее 15 лет) с помощью многовариантных расчетов всех режимов.
Нормальные эксплуатационные режимы разрабатываются на очередной отопительный сезон. Однако в процессе эксплуатации ТСС может возникнуть необходимость их пересчета вследствие изменения нагрузок, схемы секционирования сети, состава работающего оборудования. Набор аварийных режимов определяется заблаговременно и под каждый из них на базе многовариантных расчетов разрабатывается схема переключений и порядок ликвидации аварии.
Расчет режимов ТСС требует создания компьютерной модели тепловой сети, которая включает: расчетную схему тепловой сети на плане местности; пьезометрические отметки, исходные данные по параметрам элементов (источников тепла, трубопроводных участков, насосных станций, потребителей); климатические данные (температуру наружного воздуха, скорость ветра), температурный график центрального регулирования отпуска тепловой энергии от источников тепла, режимные коэффициенты для перевода тепловых нагрузок потребителей в единицы расхода и учета допустимой доли снижения нагрузок в дефицитных и аварийных режимах.
Требуется определить параметры режима ТСС: давления и температуры в узлах сети; расходы теплоносителя на участках; температуры внутреннего воздуха у потребителей.
Цели и задачи расчета режимов на различных стадиях управления ТСС
Технологическое управление ТСС можно разбить на 3 стадии: долгосрочное, краткосрочное и оперативно-диспетчерское. К долгосрочному управлению относится проектирование ТСС, реконструкция и развитие. При этом целями расчетов является обоснование выбора: мест размещения оборудования, параметров работы источников и насосных станций, вариантов топологии тепловой сети и конструктивных параметров ее элементов (диаметров трубопроводов, типа и толщины изоляции, типа и мест установки: регуляторов, задвижек и компенсаторов). Для решения
этой задачи в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) Сибирского отделения Российской академии наук разработан ПВК «СОСНА-М» [11, 12].
Краткосрочное управление включает разработку (планирование) режимов функционирования ТСС на очередной отопительный сезон, без строительства новых источников или других объектов ТСС и трубопроводных участков, но с возможностью изменения состояний существующих элементов и состава потребителей. Целью расчетов при организации режимов является определение: состава работающего
оборудования; параметров режима в узлах управления (на источниках тепла, промежуточных ступенях регулирования и у потребителей). В данном случае решаются задачи:
- гидравлического и теплового расчета;
- анализа допустимости параметров режима по диктующим узлам;
- поиска секционирования тепловой
сети;
- расчета параметров дросселирующих устройств для поддержания требуемых параметров режима у потребителей и на сети;
- расчета и построения температурных и пьезометрических графиков;
- другие расчетно-аналитические задачи.
Для решения этих задач в ИСЭМ разработан информационно-вычислительный комплекс (ИВК) «АНГАРА-ТС».
При оперативном управлении диспетчер ограничен временем принятия решений (в отличие от инженера по режимам, который разрабатывает их заблаговременно). С одной стороны, используя поступающие данные от телеизмерений, он должен иметь возможность оценивать текущее состояние ТСС. С другой стороны, при обнаружении аварии, он должен максимально быстро принять решение по переключениям на сети, проверив свое решение на компьютерной математической модели систе-
мы. Таким образом, при диспетчерском управлении можно выделить следующие задачи:
- оперативное прогнозирование нагрузок и планирование отпуска тепловой энергии от источников;
- контроль и коррекция режимов;
- контроль достоверности телеизмерений;
- оперативное обнаружение мест аварий и выработка рекомендаций по их устранению;
- выработка управляющих команд для организации телеуправления;
- имитация режима работы ТСС после внесения возмущений и оценка последствий;
- оперативный поиск нужного фрагмента ТСС или данных на карте города или района;
- ведение электронных журналов: переключений на сети, дефектов и повреждений, заявок на ремонтно-восстанови-тельные работы, нарядов и распоряжений и т.д.
Целью расчетов при диспетчерском управлении является определение параметров режима ТСС в реальном времени и их допустимость, которые определяются в результате решения задачи оценивания состояния ТСС по данным измерений [13, 14]. ПВК для решения диспетчерских задач («АНГАРА-ДТС») разрабатывается в ИСЭМ.
Методическая база исследований и область ее приложения
На базе сформулированного и развиваемого в ИСЭМ научного направления -теории гидравлических цепей (ТГЦ) [15, 16], накоплен уникальный опыт создания методического и программного обеспечения для решения задач расчета и оптимизации трубопроводных систем различного типа и назначения [17-21], которое внедрено в десятках научно-исследовательских, проектных и эксплуатационных предприятий страны, а также за рубежом. При разработке ИВК «АНГАРА-ТС» использовалась так-
же сформулированная и развиваемая в ИСЭМ научно-методическая база - системные исследования в энергетике, как неразрывно связанная с математическим моделированием и применением вычислительной техники и позволяющая рассматривать работу ТСС в едином процессе производства, транспорта, распределения и потребления тепловой энергии. Многоуровневое моделирование ТСС, как научно-методологический подход, предназначен для преодоления проблем большой
сложности и размерности как самих ТСС, так и возникающих здесь задач. Для учета сетевой специфики задач расчета ТСС, использована теория графов, как наглядный и эффективный, с точки зрения алгоритмизации и программной реализации раздел математики. Базовыми методами для рас-
четов гидравлических режимов являются общие методы расчета потокораспределе-ния: метод узловых давлений [22], метод контурных расходов [15], метод глобального градиента [23], другие оптимизационные методы [24].
Математическое моделирование теплогидравлических режимов ТСС в ИВК «АНГАРА-ТС»
При эксплуатации различают наладочные расчеты (с целью определения необходимых параметров в узлах управления, мест секционирования сети и параметров дросселирующих устройств в основном режиме) и поверочные (с целью определения отклонений параметров от допустимых значений из-за дискретности типоразмеров дросселирующих устройств в расчетном режиме и при изменении расчетных условий в остальных режимах).
Для расчета режима работы ТСС требуется задать следующие параметры: 5 - гидравлические сопротивления всех элементов; ё, I - внутренние диаметры и
длины участков трубопроводов; в - требуемые тепловые потоки (нагрузки) потребителей; У - действующие напоры источников тепла и насосных станций (приращения давлений активными элементами сети); к - коэффициенты теплопередачи
для определения тепловых потерь через тепловую изоляцию на трубопроводных
участках; х, Р, Р - ограничения, накладываемые на расходы потребителей, и давления в узлах сети регулирующими устройствами; т, т2, т3 - температуры сетевой воды соответственно в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети и в местной системе отопления по температурному графику; го - температура окружающей среды.
В результате расчета определяются параметры режима: х, Р, Т - расходы на участках, давления и температуры в узлах
сети.
В традиционной постановке задачи наладочного гидравлического расчета, реализованной во многих отечественных ПВК, расчет выполняется с фиксированными расходами у потребителей. Особенность подхода, реализованного в ИВК «АН-ГАРА-ТС», заключается в моделировании режима с «фиктивными» регуляторами расхода на потребителях, уставки которых (величины расхода, которые должны поддерживать регуляторы) определяются по тепловым нагрузкам потребителей. Учет физически обоснованных функций поведения потребителей и регулирующих устройств позволяет получать потокорас-пределение, согласующееся с законами физики даже при недостаточной пропускной способности сети. Пьезометрический график, построенный по результатам анализа режима при недостаточном располагаемом напоре у потребителей, показывает слипание линий давления для подающей и обратной магистралей тепловой сети в виде «клюва» (рис. 1, а). При этом наблюдается уменьшение циркуляционных расходов в ТСС. В некоторых комплексах (например, в ПВК Zulu Thermo) расчет производится отдельно для подающей и обратной магистралей при фиксированных расходах теплоносителя через потребители. В этом случае при наложении результатов расчета отдельных магистралей может возникнуть, не имеющая физического смысла ситуация, с пересечением линий давления в виде «ножниц» (см. рис. 1, b).
a b
Рис. 1. Вид пьезометрического графика при недостаточной пропускной способности тепловой сети: а - по расчету в ИВК «АНГАРА-ТС»; b - по расчету в ПВК ZuluThermo Fig. 1. Type of piezometer chart with insufficient capacity of the heating network: а - according to calculation in the "ANGARA-TS"; b - according to calculation in the «ZuluThermo»
Определение расходов сетевой воды у потребителей
Максимальная (втах) и средняя (в )
нагрузки, расчетные расходы теплоносителя на потребителей задаются в исходных данных по договорам, проектным данным или по нормативам (СНиП, СП). На практике можно выделить различные типы нагрузок: отопления (в), вентиляции (в), технологии (вЛп) и ГВС (впт); схем присоединения систем отопления (зависимые, независимые) и систем ГВС (открытые, закрытые). Для компенсации тепловых потерь в сети в ИВК «АНГАРА-ТС» рассчитываются индивидуальные поправочные коэффициенты к расходу теплоносителя по каждому виду тепловой нагрузки (£с).
В открытых системах для учета величины и места отбора воды на ГВС (из подающего или обратного трубопровода) используется коэффициент 8 (доля отбора воды на ГВС из подающего трубопровода), который позволяет при расчете распределить узловые отборы теплоносителя между подающей (От 1 = 80ы) и обратной
(Опт 2 = (1 ) магистралями.
Для обеспечения возможности синхронного изменения расходов теплоносителя у группы потребителей предусмотрено использование режимных коэффициентов (кг) по видам нагрузки, которые определяются с учетом типа режима (расчетный, аварийный, дефицитный и т.д.) и нормативных коэффициентов ^, , , &4
(СНиП 41.02.2003 Тепловые сети), зависящих от схем присоединения нагрузок и масштаба ТСС.
Для перевода тепловой нагрузки (в) в массовый расход (х) в соответствии с температурным графиком отпуска тепла от источников введено понятие «теплового района». Каждый «тепловой район» содержит набор констант, которые включают: расчетные температуры сетевой воды в подающем (^) и обратном (^) трубопроводах и в подающем трубопроводе местных систем отопления (^); расчетную температуру воды на ГВС (/грвс); температуру холодной воды в водоеме (¿х); удельные расходы сетевой воды по видам нагрузок
К (для отопления кио = в„1 [с -г\)],
для вентиляции киу = в^\с•(*? -^)], для
ГВС =вш/[с• (£,-¿х)]); набор параметров для расчета удельных тепловых потерь трубопроводами в зависимости от типа прокладки и температурного графика отпуска тепловой энергии от источника.
Таким образом, для каждого вида нагрузки массовые расходы примут значения:
• = К, o К, o К o eo ; • = К v kr, v К v ev ;
x = k k k в
xthn ku, thn kr, thn kc, thn ethn
О>кт К, кт К, кт К, кт вкт .
С учетом вышеизложенного, суммарные расходы сетевой воды на потребители х определяются по следующим зависимостям:
- для закрытой системы:
х! = Хо + х + хгкп + ХЪт ; Окт 1 = 0 > Окт 2 = 0 >
- для открытой системы:
при Окт 2 < Хо + Хv + Хкп , Х! = Хо + Х + Хкп I
- для открытой системы:
при Qhm 2 > •o + •v + •thn , X = Qhm 2 ■
Модель теплогидравлического режима в узловой форме, соответствующая реализованным в ИВК методам, представлена в векторно-матричной записи [15-17, 25]:
Ах = О, (1)
ATP = y , У = f (•),
(2) (3)
AXty+A2xt2 =в,
ti = AiTT,
t2 = g(• t1)
(4)
(5)
(6)
где А и А - полная матрица инциденций узлов (т) и ветвей (п) расчетной схемы, размерностью (тхп) и для линейно независимых узлов, размерностью (т-1)хп, соответственно; А, А - (тхп)-матрицы, фиксирующие отдельно начальные и конечные узлы ветвей, которые могут быть получены из А заменой всех ее элементов э//, равных соответственно -1 или +1, нулями; х - п-мерный вектор массовых расходов на ветвях ГЦ; О - (т - 1)-мерный вектор узловых расходов, О > 0 - если в узле у приток, О < 0 - если отбор, О = 0 - если в узле у нет узлового расхода; Р - т-мерный вектор давлений в узлах; у - п-мерный вектор перепадов давлений на ветвях; /(х) - п-мерная вектор-функция гидравлических характеристик ветвей; ^, г2 - п-мерные векторы, состоящие из температур соответственно в начальных и конечных точках ветвей; в - т-мерная вектор-функция, состоящая из величин ОТ^ в случае притока, где Тп
- температура притока, и ОТ в случае отбора, где Т - температура смеси потоков в узле у; Т - т-мерный вектор температур смешанных потоков в узлах; g(x,^) - п-мерная вектор-функция аналитических зависимостей, отражающих изменение температуры теплоносителя на ветвях.
Движение теплоносителя по многоконтурной тепловой сети происходит в установившемся режиме в соответствии с двумя известными законами Кирхгофа: соблюдение материального баланса в узлах тепловой сети (1) и условия суммарного нулевого изменения перепадов давлений для всех контуров сети. Второй закон
и
Кирхгофа в узловой форме опирается на использование полного вектора давлений Р и поэтому не требует обращения к контурам. При этом уравнение (2) описывает связь между давлениями во всех узлах системы и их перепадами на участках. Движение на каждом участке сети сопровождается потерей энергии (давления), описываемой замыкающими соотношениями (3). Баланс расходов тепла во всех узлах описывается уравнением (4). Уравнение (5) описывает равенство начальных температур для потоков, исходящих из общего узла, т.е. условие полного смешения потоков в узлах. Закон падения температуры при течении теплоносителя по участкам сети описан уравнением (6).
Функции гидравлических (3) и теп-лофизических (6) характеристик ветвей принимают различный вид в зависимости от того, какому элементу ТСС они соответствуют: сетевому трубопроводному участку,
потребителю, источнику или насосной станции. В качестве примера, для /-й ветви трубопроводного участка можно привести следующую конкретизацию гидравлической (3) и теплофизической (6) характеристик:
У, = SX 1 X1 - Y,
t2,i = to,i + (tU - to,i )eXP
( TTdlb Л
ex,
где ^ - гидравлическое сопротивление; ^ - приращение давления для активного элемента (в случае пассивной ветви ^ = 0); - коэффициент теплопередачи;
^, /, - внутренний диаметр и длина трубопровода; с - теплоемкость транспортируемой среды; - температура окружающей среды.
Особенности вычислительной схемы расчета режимов
При реализации модели (1)-(6) в составе ИВК «АНГАРА-ТС» используется принцип декомпозиции задачи теплогид-равлического расчета [25] на гидравлическую (1)-(3) и тепловую (4)-(6) составляющие. Данный подход позволяет уменьшить размерность решаемых задач и использовать более эффективные методы их решения. Примененный для задачи расчета гидравлического режима метод узловых давлений [15] с корректировкой шага, дает устойчивую сходимость итерационного процесса и позволяет адаптировать модель для учета регуляторов расхода и давления [22]. В сочетании с «релейной» методикой** он позволяет избежать двойных циклов итераций. При этом время расчета
потокораспределения сети с большим числом регуляторов увеличивается незначительно по сравнению с временем расчета сети без регуляторов. Расчеты режимов осуществляются в соответствии с методикой многоуровневого теплогидравлического расчета [21, 26].
ТСС крупных городов, как правило, имеют многоконтурную структуру. Однако для удобства эксплуатации и повышения наблюдаемости схема сети преобразуется в разветвленную при помощи секционирующих задвижек. ИВК позволяет определять рациональные места секционирования ТСС [27].
Расчет теплового режима осуществляется на основе потокораспределения,
Токарев В.В. Разработка математических моделей и программных комплексов для расчета, анализа и контроля режимов работы трубопроводных систем при диспетчерском управлении: дисс. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2000. 192 с.
Tokarev V. Development of mathematical models and software systems for calculation, analysis and control of pipeline systems operation modes at dispatching control: diss.. kand. tech. sciences'. Irkutsk, 2000. 192 p.
результаты которого (расходы теплоносителя по участкам сети) являются исходны***
ми данными для теплового расчета . Расчет теплового режима сети производится с учетом остывания теплоносителя по длине трубопроводов и смешения потоков с различными температурами.
Тепловые пункты и потребители тепла, которые представляют собой разнохарактерные технологические системы, с происходящими внутри сложными гидравлическими и тепловыми процессами, на этапе моделирования режимов тепловых сетей представляются участками с эквивалентными сопротивлениями и разностью температур на входе и выходе, значения которых вычисляются при моделировании тепловых пунктов [28]. Модель теплового пункта является составной частью ИВК «АНГАРА-ТС» и описывает процессы пото-кораспределения, теплопередачи и теплового баланса в местных системах отопле-
ния, ГВС и вентиляции при различных схемах присоединения нагрузок. Результатами расчета являются температуры внутреннего воздуха в помещениях, воды на ГВС, обеспеченность потребителей требуемой нагрузкой.
Процессы, протекающие на источнике тепла, в модели подробно не рассматриваются. Источник моделируется активным участком с заданной температурой теплоносителя на выходе, давлением подпитки и напором насосов, установленных на источнике.
Сети ГВС при четырехтрубном исполнении распределительных тепловых сетей (РТС) имеют свою специфику. Сложность их моделирования заключается в необходимости определения циркуляционных расходов, при которых будет обеспечена температура горячей воды в местах водоразбора не ниже требуемой [29].
Основные характеристики ИВК «АНГАРА - ТС» для расчета режимов ТСС и сравнительный анализ с аналогичными программными комплексами
Разработанные в ИСЭМ методы расчета режимов ТСС впервые получили свою реализацию в виде программы «АСИГР» [30]. С помощью этой программы были проведены расчеты и разработаны рекомендации по организации режимов десятков городов СССР. Разработанные и опубликованные в [30] алгоритмы и по настоящее время используются во многих отечественных ПВК для расчета тепловых сетей. В дальнейшем были разработаны более эффективные методы, позволившие значительно увеличить размерность решаемых задач, повысить быстродействие и надежность расчетов, что нашло свое отражение в виде диалоговых систем «ДИСИГР», «ДИТЕГР», «ШАЙБА» и др. С появлением графических технологий эти
программы были интегрированы в один ПВК, получивший название «АРМ ТТС» (автоматизированное рабочее место инженера технолога тепловых сетей) [17, 18, 32]. Наглядное представление сетей на плане города с удобным диалоговым интерфейсом, а также высокое быстродействие расчетных алгоритмов, обеспечили уникальную возможность проведения многовариантных расчетов режимов работы тепловых сетей, насчитывающих тысячи элементов. В настоящее время разработана новая информационно-вычислительная среда (ИВС) «АНГАРА», как универсальное средство для моделирования трубопроводных систем различного типа и назначения (тепло-, водо-, нефте- газоснабжения и др.). На ее базе вышли несколько версий
Шалагинова З.И. Разработка и применение методов расчета теплогидравлических режимов в системах теплоснабжения с многоступенчатым регулированием: дисс. ... канд. техн. наук. Иркутск, 1995. 309 с. Shalaginova Z. I. Development and application of methods for calculating thermal-hydraulic regimes in heat supply systems with multi-stage regulation: diss. ... kand. tech. sciences'. Irkutsk, 1995. 309 p.
ИВК «АНГАРА-ТС», последняя из которых работает в среде Windows и включает:
1. ИВС, обеспечивающую возможность создания графических, иерархически связанных баз данных по ТСС, включающих:
- электронные карты города;
- графическое изображение схем тепловых сетей и сетевых сооружений;
- цифровую и текстовую информацию по параметрам элементов ТСС.
Аналитические функции ИВС позволяют осуществлять поиск элементов плана и сети на карте города по любому параметру БД, выделять цветом и размером элементы схемы, выполнять групповые операции по заполнению полей БД, вычислять длины участков и автоматически заносить их в БД, анализировать данные по выделенному фрагменту, конвертировать графические данные, формировать отчеты и выборки и многое другое [20, 21, 32 - 34].
2. ПВК, обеспечивающий решение следующих задач.
Расчетные задачи (одно- и многоуровневые): наладочный и поверочный расчеты гидравлического режима, температурного поля и теплогидравлического режима работы ТСС [21, 26]; поиск мест секционирования [27]; расчет [35] и построение температурных графиков отпуска тепла от источников; расчет параметров дросселирующих устройств на абонентских системах потребителей и в тепловой сети; расчет гидравлических и теплофизических параметров трубопроводов.
Аналитические задачи: построение пьезометрических графиков; определение нарушений режима по ограничениям на допустимые значения давлений, расходов, скоростей, температур и других параметров ТСС.
Среди основных характеристик ИВК «АНГАРА-ТС» необходимо выделить развитый пользовательский интерфейс, предельно упрощающий процессы занесения, отладки информации и проведения вычислений.
ИВК обладает следующими основными особенностями:
- возможностью решения режимных и наладочных задач для сетей произвольной конфигурации (разветвленных, многоконтурных) и структуры (с произвольным числом и размещением насосных станций, источников, потребителей, регуляторов давления и расхода), с присоединением потребителей тепла, имеющих разнородные нагрузки;
- высоким быстродействием, в среднем 20-50 с для многоконтурных сетей, содержащих порядка 32000 ветвей расчетной схемы при расчете на компьютере с процессором Intel 15/3Ггц; возможностью проведения одно- и многоуровневых расчетов при многоуровневой организации данных по ТСС;
- возможностью решения задач большой размерности;
- повышенной надежностью за счет детального автоматизированного контроля корректности задания исходных данных и теоретически гарантированной сходимости вычислительного процесса, обеспечивающей получение решения с наперед заданной точностью;
- возможностью графической визуализации исходной информации и интерпретации результатов расчетов (автоматизированное построение, отображение, спецификация и вывод на печать пьезометрических и температурных графиков и др.);
- графическим представлением расчетной схемы на фоне городской застройки, с возможностью изменения состояний элементов системы;
- автоматическим определением нарушений в расчетном режиме и их визуализацией на схемах; возможностью работы со схемами и данными в компьютерной сети.
В настоящее время существует ряд программных комплексов для моделирования режимов функционирования ТСС: ИВК «АНГАРА-ТС» (Россия, г. Иркутск), ZuluThermo (Россия, г. Санкт-Петербург), Potok (Россия, г. Москва), Bentley (США) и другие.
Основные отличия ИВК «АНГАРА-ТС» от аналогичных программных комплексов:
- возможность, но не обязательность иерархического представления схемы тепловой сети с автоматической увязкой граничных параметров между уровнями и обеспечением многоуровневых расчетов;
- применение методов гидравлического расчета ТСС полной сети без декомпозиции на подающую и обратную магистраль;
- учет физически обоснованных функций поведения потребителей и регулирующих устройств, позволяющий получать потокораспределение, согласующееся с законами физики даже при недостаточной пропускной способности сети;
- развитый набор поисковых и аналитических функций, с возможностью расширения пользователем состава параметров для анализа режимов;
- возможность раздельного выполнения гидравлических и тепловых расчетов и анализа их результатов, что позволяет более гибко использовать возможности ИВК при эксплуатации, проектировании и в научных исследованиях.
Моделируемая в ИВК «АНГАРА-ТС» ТСС может состоять из множества расчетных схем различных типов. Схема определенного типа собирается из своего набора элементов. Реальный элемент ТСС (например, источник) может быть представлен как агрегированным элементом на верхнем уровне, так и собственной расчетной схемой на нижнем уровне. Каждый элемент может находиться в одном из нескольких состояний (включен, выключен и т.д.). При помощи различных состояний элементов можно смоделировать и рассчитать практически любой режим работы
ТСС.
Компьютерная модель ТСС основана на универсальной базе данных. Для информационной поддержки иерархических моделей в ИВС «АНГАРА» разработан специальный инструментарий, обеспечивающий:
- функцию универсального интерфейса пользователя;
- возможность интерактивной настройки информационно-вычислительного окружения на любые классы решаемых задач в области теплоснабжения и сферы возможного применения (проектирование, эксплуатация, диспетчерское управление, исследования и обучение).
В зависимости от решаемой задачи, представление схемы тепловой сети может быть: однолинейным или двухлинейным; одноуровневым или многоуровневым; подробным или агрегированным; с отображением органов управления (оперативная схема) или без них. ИВК автоматически преобразует топологию схемы под вид расчета и передает описание однолинейной схемы с размещенными на ней регуляторами и фиксируемыми узловыми параметрами (давление или узловой расход) в базу данных.
В случае многоуровневого представления ТСС, декомпозиция на уровни МТС и РТС осуществляется при формировании компьютерной модели с учетом степени влияния фрагмента сети на режим всей ТСС [36-39]. На нижний уровень могут быть вынесены только тупиковые в однолинейном представлении фрагменты ТСС без активных элементов и регуляторов на сети.
Результаты расчета режимов ТСС и их автоматизированный анализ
В результате расчета режима ТСС вычисляются текущие параметры ее элементов (расходы на трубопроводных участках, давления и температуры в узлах сети), а также требуемые параметры управляющих элементов для обеспечения допустимого режима.
Модели ТСС современных городов содержат десятки тысяч элементов и сотни тысяч параметров, что значительно осложняет анализ таких систем. Наиболее наглядным способом интерпретации исходных данных и результатов расчетов является графическое представление, кото-
137
рое позволяет:
- выделять элементы на схемах сетей (цветом, размером, анимацией);
- строить графики (пьезометрические, температурные и др.) в привычном для инженеров виде;
- использовать элементы деловой графики (столбчатые, линейные, круговые диаграммы).
Пьезометрический график (ПГ) представляет собой графическое изображение изменения давлений в подающей и обратной магистралях вдоль заданной трассы с учетом рельефа местности. В отличие от используемых в проектировании ПГ, встроенный в ИВК модуль имеет возможность вывода расширенных спецификаций вдоль трассы: геодезических отметок земли, высот зданий, результатов замеров, давлений и статических напоров в узлах сети, расходов, скоростей, удельных потерь на участках сети и т.д. При многоуровневой организации компьютерной модели можно построить ПГ с уровня МТС до любого узла РТС.
На рис. 2 приведен пример ПГ, построенный средствами ИВК для случая, когда начальной точкой является источник, а конечной - потребитель, находящийся в самых неблагоприятных условиях. Построение трассы и ПГ выполняются автоматически. Для этого достаточно указать лишь начальный и конечный узлы трассы, или выделить эти узлы на схеме. При наличии контуров в однолинейном отображении тепловой сети трасса может быть не единственной. В этом случае необходимо указать промежуточные узлы, через которые требуется провести трассу. Для расчетных схем, насчитывающих многие сотни элементов, протяженность трассы может оказаться значительной. Для этого предусмотрена возможность масштабирования ПГ пропорционально длине трассы, при котором наглядно виден уклон ПГ, а следовательно и участки с большими удельными потерями давления. Отображение ПГ не в масштабе позволяет видеть все спецификации, входящих в него участков.
ПГ дает возможность не только
определять места возможных нарушений по допустимым давлениям или располагаемым напорам, но и обнаруживать их причины, например, узкие места в сети, для которых наблюдается резкое падение давления. ПГ позволяет обнаружить узлы с нарушениями ограничений по давлениям и участки с нарушением ограничений по скоростям и с высокими удельными потерями давления.
К аналитическим функциям можно отнести выделения на схеме цветом и размером элементов схемы как по результатам проверки допустимости режима (рис. 3), так и по значениям любых параметров. При помощи функций графической визуализации можно анализировать достоверность исходных данных. Например, при выделении участков с различной толщиной линии (в зависимости от величины диаметра трубопровода) становится очевидным, где не внесены данные (минимальная толщина линии), а где значение диаметра участка резко отличается от прилежащих (значительное увеличение толщины линии), что говорит о возможной ошибке.
Графическая визуализация используется и для анализа результатов расчета. Градацией цвета отображается температура трубопровода, толщиной линии трубопровода - перепад давлений (см. рис. 3) в концевой точке участка (пространственный аналог пьезометрического графика), а также значение удельных потерь давления на участке (более толстой линией показываются слабые места ТСС с недостаточной пропускной способностью). Раскраска разными цветами в зависимости от номера независимого фрагмента сети (см. рис. 3) выделяет цветом автономно работающие магистрали и места секционирования. Градация цвета по значению скорости показывает участки: с малыми скоростями -большими потерями тепла; высокими скоростями - опасность возникновения вибрации, шума. Выделения цветом и размером можно накладывать друг на друга, параметры выделения сохранять в библиотеке «шаблонов», позволяющей впоследствии повторно применять типовые операции по
выделению объектов сетей. Таким образом, имеется возможность вместо просмотра многостраничных таблиц с данными выделить на схеме узлы с нарушением режимных параметров.
ИВС «АНГАРА» позволяет: - задавать данные непосредственно с графической схемы (в специально настраиваемые формы), или в табличном
виде по типам элементов;
- создавать и выполнять SQL-запросы;
- осуществлять поиск по адресному плану или по параметрам элементов;
- выполнять групповые операции задания данных, суммирования параметров, экспорта отчетов в электронные таблицы MS Excel.
Рис. 2. Иллюстрация разработки режима работы ТСС в условиях пересеченной местности с помощью выбора параметров насосной станции и дросселирующих устройств в сети: а - схема трассы тепловой сети; b - пьезометрический график; 1 - диктующий потребитель
по давлению в обратном трубопроводе верхней зоны; 2 - источник тепла; 3 - балансировочный клапан; 4 - насосная станция; 5 - диктующий потребитель по давлению
в подающем трубопроводе нижней зоны Fig. 2. Illustration of the development of the HSS operation state in rough terrain conditions by selecting the parameters of the pumping station and throttling devices in the network: a - scheme of the heating network route; b - piezometer chart; 1 - dictating consumer on the pressure in the return pipeline of the upper zone; 2 - the heat source; 3 -the balancing valve; 4 - the pumping station; 5 - the dictating consumer for the pressure in the delivery conduit of the lower zone
b
a
Рис. 3. Иллюстрация графической визуализации анализа режима. На схеме выделены: толщиной линии - распределение располагаемых напоров в магистральной тепловой сети; цветом - независимо работающие магистрали; размером (окружности на схеме) - обобщенные потребители с нехваткой расхода теплоносителя Fig. 3. Illustration of graphical visualization of state analysis. The scheme highlighted the thickness of the line - distribution of the available heads in the main heating network; color - independent working mains; size (circle on the scheme) - generic consumers with a shortage of coolant flow
Заключение
Раскрыта актуальность разработки и развития универсальной информационно-вычислительной технологии и применения программных реализаций методов ТГЦ для компьютерного моделирования крупных ТСС для различных классов решаемых задач и сфер возможного применения (проектирования, эксплуатации и диспетчерского управления). Дана характеристика современного состояния разработанного в ИСЭм информационно-вычислительного комплекса «АНГАРА-ТС» четвертого поколения для решения традиционных и новых задач из области анализа и управления режимами ТСС. Представлены принципы реализации технологий, заложенных в основу ИВК «АН-ГАРА-ТС», такие как многоуровневое моделирование, декомпозиция схем и задач, позволяющие преодолеть проблемы боль-
шой размерности и сложности решаемых задач. Разработанный ИВК предназначен для автоматизации рабочего места технолога тепловых сетей и позволяет выполнять весь комплекс расчетов на стадии краткосрочного управления, необходимых при разработке режимов работы сложных ТСС большой размерности. ИВК реализован в среде Windows и обладает возможностью автоматизированного расчета крупных ТСС иерархической структуры с промежуточными ступенями управления на многоуровневой компьютерной модели. Комплекс был апробирован на реальных системах теплоснабжения городов Российской Федерации - Иркутск, Ангарск, Братск, Байкальск, Петропавловск-Камчатский, а также за рубежом - в Монголии - Улан-Батор, Дархан.
Библиографический список
1. Münster M., Morthorst, P. E., Larsen, H. V., Breg-nbaek, L., Werling, J., Lindboe, H. H., Ravn, H. (2012). The role of district heating in the future Danish energy system. The role of district heating in the future Danish energy system // Energy. 2012. Vol. 48. Iss. 1. Р. 47-55. doi: 10.1016/j.energy.2012.06.011
2. Werner S. District heating and cooling in Sweden // Energy. 2017. Vol. 126. Р. 419-429.
3. Paiho S., Reda F. Towards next generation district heating in Finland, Renewable and Sustainable // Energy Reviews. 2016. Vol. 65. Р. 915-924.
4. Klaassen R.E., Patel M.K. District heating in the Netherlands today: A techno-economic assessment for NGCC-CHP (Natural Gas Combined Cycle combined heat and power) // Energy. 2013. Vol. 54. Р. 63-73.
5. Wojdyga K., Chorzelski M. Chances for Polish district heating systems // Energy Procedia. 2017. Vol. 116. Р. 106-118.
6. Comodi G., Lorenzetti M., Salvi D., Arteconi A. Criti-calities of district heating in Southern Europe: Lesson learned from a CHP-DH in Central Italy // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 112. P. 649-659.
7. Schmidt D., Kallert A.M., Blesl M., Sipila K. Low Temperature District Heating for Future Energy Systems // Energy Procedia. 2017. Vol. 116. P. 26-38. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.05.052}
8. Latösov E., Volkova A., Siirde A., Kurnitski J., Thal-feldt M. Primary energy factor for district heating networks in European Union member states // Energy Procedia. 2017. Vol. 116. P. 69-77.
9. Gils H.C. GIS-based assessment of the district heating potential in the USA // Energy. 2013. Vol. 58. P. 318-329.
10. Токарев В.В., Шалагинова З.И. Опыт применения новых технологий для организации режимов крупных теплоснабжающих систем // Вестник Иркутского госудпрственного технического университета. 2011. Т. 59. № 12. С. 240-248.
11. Соколов Д.В., Стенников В.А., Ощепкова Т.Б., Барахтенко Е.А. Программный комплекс нового поколения для схемно-параметрической оптимизации многоконтурных теплоснабжающих систем // Теплоэнергетика. 2012. № 4. С. 1-6.
12. Barakhtenko E.A., Barakhtenko E.A., Oshchepkova T.B., Sokolov D.V., Stennikov V.A. New results in development of methods for optimization of heat supply system parameters and their software implementation // International Journal of Energy Optimization and Engineering. 2013. Vol. 2(4). Р. 80-99. DOI: 10.4018/ijeoe.2013100105
13. Новицкий Н.Н., Токарев В.В. Расчет установившихся теплогидравлических режимов работы тепловых сетей по ограниченному количеству измерений // Теплофизика и аэромеханика. 2007. Т.14. № 2. С. 289-298.
14. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. Моделирование режимов работы тепловых сетей в задачах диспетчерского управления // Трубопровод-
ные системы энергетики: управление развитием и функционированием. Новосибирск: Наука. 2QQ4. C. 352-361.
15. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 19B5. 278 c.
16. Меренков А.П., Сеннова Е.В., Сумароков С.В., Сидлер В.Г., Новицкий Н.Н., Стенников В.А., Чупин В.Р., Каганович Б.М., Шалагинова З.И., Ефремов В.А., Ощепкова Т.Б., Шлафман В.В., Илькевич Н.И. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения. Новосибирск: Наука, 1992. 4Q7 c.
17. Сеннова Е.В., Сухарев М.Г., Аверьянов В.К. Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения. Новосибирск: Наука, 2QQQ. 27З с.
1B. Аверьянов В.К., Алексеев А.В., Алексеев М.И. Трубопроводные системы энергетики: развитие методов математического моделирования и оптимизации. Новосибирск: Наука, 2QQB. 311 c. 19. Аверьянов В.К., Сеннова Е.В., Карасевич А.М. Трубопроводные системы энергетики: математическое моделирование и оптимизация. Новосибирск: Наука, 2Q1Q. 418 c.
2Q. Сеннова Е.В., Сухарев М.Г., Сарданашвили С.А. и др. Трубопроводные системы энергетики: математическое и компьютерное моделирование. Новосибирск: Наука, 2Q14. 274 c.
21. Тевяшев А.Д.Трубопроводные системы энергетики: методические и прикладные проблемы математического моделирования. Новосибирск: Наука, 2015. 476 c.
22. Новицкий Н.Н., Токарев В.В. Релейная методика расчета потокораспределения в гидравлических цепях с регулируемыми параметрами II Известия РАН. Энергетика. 2QQ1. № 2. С. 88-98.
23. Todini E., Pilati S. A gradient algorithm for the analysis of pipe networks // Computer Applications in Water Supply. 1988. Vol. 1. P. 1-20.
24. Ortiga J., Bruno J.C., Coronas A., Grossman I.E. Review of optimization models for the design of polygeneration systems in district heating and cooling networks. 17th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE-17). Ed. by V. Pleçu, S. Agachi. Amsterdam: Elsevier, 2007. 1362 p.
25. Шалагинова З.И. Методы теплогидравлического анализа режимов крупных теплоснабжающих систем II Теплоэнергетика. 2QQ9. № 12. С. 44-49.
26. Токарев В.В., Шалагинова З.И. Методика многоуровневого наладочного расчета теплогидрав-лического режима крупных систем теплоснабжения с промежуточными ступенями управления II Теплоэнергетика. 2Q16. № 1. С. 71-80.
27. Токарев В.В. Исследование задачи рационального секционирования тепловых сетей с помощью ИВК «АНГАРА-ТС» II Трубопроводные системы энергетики: математическое и компьютерное моделирование. Новосибирск: Наука, 2Q14. С. 16B-182. 2B. Шалагинова З.И. Математическая модель для
расчета теплогидравлических режимов тепловых пунктов теплоснабжающих систем // Теплоэнергетика. 2016. № 3. С. 69-80.
29. Шалагинова З.И., Токарев В.В., Гребнева О.А. Методика наладочного расчета распределительных сетей централизованного горячего водоснабжения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 3 (98). С. 165-174.
30. Хасилев В.Я., Меренков А.П., Каганович Б.М., Светлов К.С., Такайшвили М.К. Методы и алгоритмы расчета тепловых сетей. М.: Энергия, 1978. 176 с.
31. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. Новые информационно-вычислительные технологии для расчета и анализа режимов теплоснабжающих систем // Радюелектрошка. 1нформатика. Управлш-ня. 2001. № 1. С. 108-113.
32. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н. Компьютерная технология «АНГАРА» для интеграции информационного и вычислительного пространства при моделировании трубопроводных систем // Научный вестник НГТУ. 2017 № 3. С. 26-41.
33. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Ша-лагинова З.И. Принципы разработки и программная реализация информационно-вычислительной среды для компьютерного моделирования трубопроводных и гидравлических систем // Трубопроводные системы энергетики: методы математического моделирования и оптимизации: сб. науч. тр. Новосибирск: Наука, 2007. С. 221-229.
34. Информационно-вычислительная среда «АНГАРА» [Электронный ресурс]. URL: http://51.isem.irk.ru/angara/ (26.10.17)
35. Шалагинова З.И. Задачи и методы расчета тем-
пературных графиков отпуска тепла на основе теп-логидравлического моделирования систем теплоснабжения // Теплоэнергетика. 2004. № 7. С. 41-49.
36. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И., Алексеев А.В., Гребнева О.А., Баринова С.Ю. Иерархическое моделирование тепловых сетей в задачах эксплуатации и диспетчерского управления // Тр. XII Байкальской Всерос. конф. «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (Иркутск-Байкал, 02-11 июля 2007 г.). Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. С. 110-121.
37. Токарев В.В., Аверьянов В.К., Сеннова Е.В., Ка-расевич А.М. Декомпозиция и эквивалентирование расчетных схем тепловых сетей для задач эксплуатации и диспетчерского управления // Трубопроводные системы энергетики. Математическое моделирование и оптимизация. Новосибирск: Наука, 2010. С. 379-390.
38. Новицкий Н.Н., Шалагинова З.И., Токарев В.В., Гребнева. О.А. Технология разработки эксплуатационных режимов крупных систем теплоснабжения на базе методов многоуровневого теплогидравлическо-го моделирования // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2018. № 1. С. 12-24.
39. 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 СО РАН в области энергоэффективных технологий. Новосибирск: НИИ молекулярной биологии и биофизики, 2009. С. 38-49.
References
1. Münster M., Morthorst, P. E., Larsen, H. V., Breg-nbaek, L., Werling, J., Lindboe, H. H., Ravn, H. (2012). The role of district heating in the future Danish energy system. The role of district heating in the future Danish energy system. Energy. 2012, vol. 48, iss. 1, pp. 47-55. doi: 10.1016/j.energy.2012.06.011
2. Werner S. District heating and cooling in Sweden. Energy. 2017, vol. 126, pp. 419-429.
3. Paiho S., Reda F. Towards next generation district heating in Finland, Renewable and Sustainable. Energy Reviews. 2016, vol. 65, pp. 915-924.
4. Klaassen R.E., Patel M.K. District heating in the Netherlands today: A techno-economic assess-ment for NGCC-CHP (Natural Gas Combined Cycle combined heat and power). En-ergy. 2013, vol. 54, pp. 63-73.
5. Wojdyga K., Chorzelski M. Chances for Polish district heating systems. Energy Procedia. 2017, vol. 116, pp. 106-118.
6. Comodi G., Lorenzetti M., Salvi D., Arteconi A. Criti-calities of district heating in Southern Europe: Lesson learned from a CHP-DH in Central Italy. Applied Thermal Engineering. 2017, vol. 112, pp. 649-659.
7. Schmidt D., Kallert A.M., Blesl M., Sipila K. Low
Temperature District Heating for Future Energy Systems. Energy Procedia. 2017, vol. 116, pp. 26-38. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.05.052}
8. Latosov E., Volkova A., Siirde A., Kurnitski J., Thal-feldt M. Primary energy factor for district heating networks in European Union member states. Energy Procedia. 2017, vol. 116, pp. 69-77.
9. Gils H.C. GIS-based assessment of the district heating potential in the USA. Energy. 2013, vol. 58, pp. 318-329.
10. Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Application experience of new technologies for mode organization of major heat supply systems. Vestnik Irkutskogo gosud-prstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2011, no. 12 (59), pp. 240-248. (In Russian)
11. Sokolov D.V., Stennikov V.A., Oshchepkova T.B., Barakhtenko E.A. The new generation of the software system used for the schematic-parametric optimization of multiple-circuit heat supply systems. Teploenergetika [Thermal engineering]. 2012, no. 4, pp. 72-77. (In Russian)
12. Barakhtenko E.A., Barakhtenko E.A., Oshchepkova T.B., Sokolov D.V., Stennikov V.A. New results in de-
velopment of methods for optimization of heat supply system parameters and their software implementation. International Journal of Energy Optimization and Engineering. 2013, vol. 2(4), pp. 80-99. DOI: 10.4018/ijeoe.2013100105 (In Russian)
13. Novitskii N.N., Tokarev V.V. Calculation of steady-state thermal-hydraulic modes of thermal networks operation by a limited number of measurements. Tep-lofizika i aeromekhanika [Thermophysics and aeromechanics]. 2007, vol.14, no. 2. pp. 289-298. (In Russian)
14. Novitskii N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Mod-elirovanie rezhimov raboty teplovykh setei v zadachakh dispetcherskogo upravleniya. Truboprovodnye sistemy energetiki: upravlenie razvitiem i funktsionirovaniem [Modeling of operating modes of thermal networks in problems of Supervisory control. Truboprovodnye sistemy energetiki: upravlenie razvitiem i funktsionirovaniem]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2004. C. 352-361. (In Russian)
15. Merenkov A.P., Khasilev V.Ya. Teoriya gidravlich-eskikh tsepei [Theory of hydraulic circuits]. Moscow: Nauka Publ., 1985. 278 c. (In Russian)
16. Merenkov A.P., Sennova E.V., Sumarokov S.V., Sidler V.G., Novitskii N.N., Stennikov V.A., Chupin V.R., Kaganovich B.M., Shalaginova Z.I., Efremov V.A., Oshchepkova T.B., Shlafman V.V., Il'kevich N.I. Ma-tematicheskoe modelirovanie i optimizatsiya sistem teplo-, vodo-, nefte- i gazosnabzheniya [Mathematical modeling and optimization of systems of heat, water, oil and gas]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1992. 407 c. (In Russian)
17. Sennova E.V., Sukharev M.G., Aver'yanov V.K. Gidravlicheskie tsepi. Razvitie teorii i prilozheniya [Hydraulic circuit. Development of theory and application]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2000. 273 p. (In Russian)
18. Aver'yanov V.K., Alekseev A.V., Alekseev M.I. Truboprovodnye sistemy energetiki: razvitie metodov matematicheskogo modelirovaniya i optimizatsii [Pipeline energy systems: development of mathematical modeling and optimization methods]. Novosibirsk: Nau-ka Publ., 2008. 311 c. (In Russian)
19. Aver'yanov V.K., Sennova E.V., Karasevich A.M. Truboprovodnye sistemy energetiki: matematicheskoe modelirovanie i optimizatsiya [Pipeline systems of power engineering: mathematical modeling and optimization]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2010. 418 c. (In Russian)
20. Sennova E.V., Sukharev M.G., Sardanashvili S.A. i dr. Truboprovodnye sistemy energetiki: matematicheskoe i komp'yuternoe modelirovanie [The Pipeline system of energy: mathematical and computer modeling]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2014. 274 c. (In Russian)
21. Tevyashev A.D. Truboprovodnye sistemy energetiki: metodicheskie i prikladnye problemy matematich-eskogo modelirovaniya [Pipeline energy systems: methodological and applied problems of mathematical modeling]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2015. 476 c. (In Russian)
22. Novitskii N.N., Tokarev V.V. Releinaya metodika
rascheta potokoraspredeleniya v gidravlicheskikh tsepyakh s reguliruemymi parametrami [Relay method of calculation of flow distribution in hydraulic circuits with adjustable parameters]. Izvestiya RAN. Energetika [Izvestiya RAN. Energy]. 2001, no. 2, pp. 88-98. (In Russian)
23. Todini E., Pilati S. A gradient algorithm for the analysis of pipe networks. Computer Ap-plications in Water Supply. 1988, vol, 1, pp. 1-20.
24. Ortiga J., Bruno J.C., Coronas A., Grossman I.E. Review of optimization models for the design of polygeneration systems in district heating and cooling networks. 17th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE-17). Ed. by V. Pleçu, S. Agachi. Amsterdam: Elsevier Publ., 2007, 1362 p.
25. Shalaginova Z.I. Methods of thermal-hydraulic analysis of the major modes of heat supply systems. Tep-loenergetika [Thermal engineering]. 2009, no. 12, pp. 44-49. (In Russian)
26. Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. The Method of multilevel adjustment calculation of thermal-hydraulic regime of large heating systems with intermediate levels of control // Teploenergetika [Thermal engineering]. 2016. № 1. pp. 71-80. (In Russian)
27. Tokarev V.V. Issledovanie zadachi ratsional'nogo sektsionirovaniya teplovykh setei s pomoshch'yu IVK «ANGARA-TS» [Study of the problem of rational partitioning of thermal systems with the help of "ANGARA-TS" IVK]. Truboprovodnye sistemy energetiki: matematicheskoe i komp'yuternoe modelirovanie [Pipeline systems of power engineering: mathematical and computer modeling]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2014. pp. 168-182. (In Russian)
28. Shalaginova Z.I. Mathematical model to calculate the thermal-hydraulic regime-the MOU for thermal stations heat power plants. Teploenergetika [Thermal engineering]. 2016, no. 3, pp. 69-80. (In Russian)
29. Shalaginova Z.I., Tokarev V.V., Grebneva O.A. Commissioning calculation technique for centralized hot water supply distribution networks. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 3 (98) pp. 165-174.
30. Khasilev V.Ya., Merenkov A.P., Kaganovich B.M., Svetlov K.S., Takaishvili M.K. Metody i algoritmy rascheta teplovykh setei [Methods and algorithms of calculation of thermal networks]. Moscow: Energiya Publ., 1978. 176 p. (In Russian)
31. Novitskii N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. New information and computing technologies for calculation and analysis of modes of heat supply systems. Radi-oelektronika. Informatika. Upravlinnya [Radionics. Informatics. Superintendent]. 2001, no. 1. pp. 108-113. (In Russian)
32. Alekseev A.V., Novitskii N.N. Computer technology "Angara" for the integration of information and computing space in the modeling of pipeline systems. Nauch-nyi vestnik NGTU [Scientific Bulletin of NSTU]. 2017, no. 3, pp. 26-41. (In Russian)
33. Alekseev A.V., Novitskii N.N., Tokarev V.V., Shala-
ginova Z.I. Printsipy razrabotki i programmnaya reali-zatsiya informatsionno-vychislitel'noi sredy dlya komp'yuternogo modelirovaniya truboprovodnykh i gidravlicheskikh sistem [Principles of development and software implementation of information-computing environment for computer simulation of pipeline and hydraulic systems]. Truboprovodnye sistemy energetiki: meto-dy matematicheskogo modelirovaniya i optimizatsii: sb. nauch. tr. [Pipeline systems of energy: methods of mathematical modeling and optimization: collection of proceedings]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2007, pp. 221-229. (In Russian)
34. Informatsionno-vychislitel'naya sreda «ANGARA» [Information and computing environment "ANGARA"]. Available at: http://51.isem.irk.ru/angara/ (accessed 26 October 2017)
35. Shalaginova Z.I. Zadachi i metody rascheta tem-peraturnykh grafikov otpuska tepla na osnove teplog-idravlicheskogo modelirovaniya sistem teplosnabzheni-ya [Problems and methods of calculation of temperature graphs of heat release on the basis of thermal-hydraulic modeling of heat supply systems]. Teploenergetika [Thermal engineering]. 2004, no. 7, pp. 41-49. (In Russian)
36. Novitskii N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I., Ale-kseev A.V., Grebneva O.A., Barinova S.Yu. Ierarkhi-cheskoe modelirovanie teplovykh setei v zadachakh ekspluatatsii i dispetcherskogo upravleniya [Hierarchical modeling of heat networks in the problems of operation and dispatching contro]. Tr. XII Baikal'skoi Vseros. konf. «Informatsionnye i matematicheskie tekhnologii v nauke i upravlenii» [Tr. XII all-Russia Baikal. Conf. "Information and mathematical technologies in science and management"]. Irkutsk-Baikal, 02-11 July 2007 g. Ir-
Критерии авторства
Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И., Алексеев А.В., Гребнева О.А., Баринова С.Ю. заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
kutsk: ISEM SO RAN, 2007, pp. 110-121. (In Russian)
37. Tokarev V.V., Aver'yanov V.K., Sennova E.V., Ka-rasevich A.M. Dekompozitsiya i ekvi-valentirovanie raschetnykh skhem teplovykh setei dlya zadach ek-spluatatsii i dispetcher-skogo upravleniya. Trubo-provodnye sistemy energetiki. Matematicheskoe modelirovanie i optimizatsiya [Decomposition and equi-Valentinovna design schemes of thermal networks for the tasks of operation and Manager-governance]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2010, pp. 379-390. (In Russian)
38. Novitskii N.N., Shalaginova Z.I., Tokarev V.V., Grebneva. O.A. Tekhnologiya razrabotki eksplu-atatsionnykh rezhimov krupnykh sistem teplosnab-zheniya na baze metodov mnogourovnevogo teplog-idravlicheskogo modelirovaniya [Technology of development of operating modes of large-scale heat supply systems based on the methods of multilevel thermal-hydraulic modeling]. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Energetika [News of the Russian Academy of Sciences. Energy.]. 2018, no. 1, pp. 12-24. (In Russian)
39. Alekseev A.V., Grebneva O.A., Novitskii N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Mate-maticheskie modeli i metody dlya otsenki i realizatsii potentsiala energos-berezheniya pri upravlenii rezhimami teplosnabzhay-ushchikh system. Issledovaniya i razrabotki SO RAN v oblasti energoeffektivnykh tekhnologii [Mathematical models and methods for assessing and implementing energy saving potential in the management regimes of heat supply systems. Research and development of SB RAS in the field of energy efficient technologies]. Novosibirsk: NII molekulyarnoi biologii i biofiziki Publ., 2009, pp. 38-49. (In Russian)
Authorship criteria
Novitsky N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I., Alekseev A.V., Grebneva O.A., Barinova S.Yu. declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
