Methods and Models for Optimal Managing of District Heating System Accounting Reliability Based on Lagrange Multiplier Method and Markov Random Process

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The main purpose of the study is to determine the optimal condition of the district heating system functioning while minimizing the operating costs for the production and distribution of thermal energy, accounting the expected economic damages from possible heating undersupplies in case of failures of system components. To identification the parameters corresponding to these conditions, a methodological approach is proposed, which consists in the comprehensive calculation of nodal prices for thermal energy and reliability indices for the studied system when different component failures. The determination of nodal prices for thermal energy is based on the Lagrange multiplier method, while the calculation is carried out accounting the different cost of production at heating sources and the distribution of thermal energy flows on the heating network. Within the framework of the studied methodological problem, heating undersupplies to consumers in emergency conditions of the system and the corresponding economic equivalents (damages) are used as reliability indices. Assessment of probabilities of emergency conditions (states) is carried out using models of the markov random process. The general methodological basis for modeling thermal-hydraulic conditions in the system, including emergency ones, are the models of the theory of hydraulic circuits. The developed methods and models, along with the main formulated problem of optimal managing, allow identifying “bottlenecks” in the studied system, corresponding to the maximum economic damages from heating undersupplies to consumers based on obtained reliability indices. A computational experiment was carried out using the proposed methodology. The results are analyzed, their graphical interpretations are presented, and directions for further research are formulated.

Авторлар туралы

V. Stennikov

Melentiev Energy Systems Institute SB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: sva@isem.irk.ru
Russia, Irkutsk

I. Postnikov

Melentiev Energy Systems Institute SB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: postnikov@isem.irk.ru
Russia, Irkutsk

A. Penkovskii

Melentiev Energy Systems Institute SB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: penkoffsky@isem.irk.ru
Russia, Irkutsk

Әдебиет тізімі

  1. Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 1987.
  2. Попырин Л.С., Светлов К.С., Беляева Г.М. и др. Исследование систем теплоснабжения. Москва: Наука, 1989.
  3. Хрилев Л.С. Теплофикационные системы. Москва: Энергоатомиздат, 1988.
  4. Федеральный закон от 27.07.2010 № 190-ФЗ (ред. от 01.05.2022) “О теплоснабжении”. Эл. интернет-ресурс. Ссылка (дата обращения 22.02.2023): http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_102975/
  5. Стенников В.А., Пеньковский А.В. Теплоснабжение потребителей в условиях рынка: современное состояние и тенденции развития // ЭКО. 2019. № 3. С. 8–20.
  6. Hogan W. Contract networks for electric power transmission // J. of Regulatory Economics. 1992. V. 4. P. 211–242.
  7. Singh H., Hao S., Papalexopoulos A. Transmission congestion management in competitive electricity markets // IEEE Trans. on PWRS. 1998. V. 13(2). P. 672–680.
  8. Замбржицкая Е.С., Ямалетдинова А.У. Совершенствование существующей методики расчета регулируемых цен (тарифов) в сфере теплоснабжения // Молодой ученый. 2016. № 19. С. 449–453.
  9. Stoft S. Power Systems Economics Designing Markets for Electricity. Wiley-IEEE Press, 2002.
  10. Green R. Electricity Transmission Pricing – An International Comparison // Utilities Policy. 1997. V. 6(3). P. 177–184.
  11. Васьковская Т.А. Показатели разницы узловых цен на оптовом рынке электроэнергии // Электричество. 2007. № 2. С. 23–27.
  12. Васьковская Т.А. Вопросы формирования равновесных узловых цен оптового рынка электроэнергии // Электрические станции. 2017. № 1. С. 25–32.
  13. Паламарчук С.И. Среднесрочное планирование выработки электроэнергии в электроэнергетических системах // Электричество. 2013. № 7. С. 2–10.
  14. Булатов Б.Г., Каркунов В.О. Упрощенная модель определения узловых цен на рынке электроэнергии // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2009. № 34. С. 23–31.
  15. Сеннова Е.В., Смирнов А.В., Ионин А.А. и др. Надежность систем теплоснабжения. Новосибирск: Наука, 2000.
  16. Стенников В.А., Постников И.В. Комплексный анализ надежности теплоснабжения потребителей // Известия РАН. Энергетика. 2011. № 2. С. 107–121.
  17. Stennikov V.A., Postnikov I.V. Methods for the integrated reliability analysis of heat supply // Power Technology and Engineering. 2014. V. 47(6) P. 446–453.
  18. Postnikov I., Stennikov V., Mednikova E., Penkovskii A. Methodology for optimization of component reliability of heat supply systems // Applied Energy. 2018. V. 227. P. 365–374.
  19. Postnikov I. Application of the Methods for Comprehensive Reliability Analysis of District Heating Systems // Environmental and Climate Technologies. 2020. V. 24(3). P. 145–162.
  20. Postnikov I., Stennikov V. Modifications of probabilistic models of states evolution for reliability analysis of district heating systems // Energy Reports. 2020. V. 6. P. 293–298.
  21. Postnikov I. A reliability assessment of the heating from a hybrid energy source based on combined heat and power and wind power plants // Reliability Engineering & System Safety. 2022. V. 221. 108372.
  22. Postnikov I. Methods for the reliability optimization of district-distributed heating systems with prosumers // Energy Reports. 2022. V. 9(1). P. 584–593.
  23. Надежность систем энергетики. Сборник рекомендуемых терминов. Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005.
  24. Jiang J., Zhang L., Wang Y. et al. Markov reliability model research of monitoring process in digital main control room of nuclear power plant // Safety Science. 2011. V. 49(6). P. 843–851.
  25. Lisnianski A., Elmakias D., Hanoch B. A multi-state Markov model for a short-term reliability analysis of a power generating unit // Reliability Engineering and System Safety. 2012. V. 98. P. 1–6.
  26. Sabouhi H., Abbaspour A., Fotuhi-Firuzabad M., Dehghanian P. Reliability modeling and availability analysis of combined cycle power plants // Int. J. of Electrical Power & Energy Systems. 2016. V. 79. P. 108–119.
  27. Shahhosseini A., Olamaei J. An efficient stochastic programming for optimal allocation of combined heat and power systems for commercial buildings using // Thermal Science and Engineering Progress. 2019. V. 11. P. 133–141.
  28. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985.
  29. Меренков А.П., Сеннова Е.В., Сумароков С.В. и др. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения. Новосибирск: Наука, 1992.
  30. Penkovskii A., Stennikov V., Khamisov O. Optimum load distribution between heat sources based on the Cournot model // Thermal Engineering. 2015. V. 62. P. 598–606.
  31. Penkovskii A., Stennikov V., Mednikova E., Postnikov I. Search for a market equilibrium of Cournot-Nash in the competitive heat market // Energy. 2018. V. 161. P. 193–201.
  32. Стенников В.А., Хамисов О.В., Пеньковский Ф.В., Кравец А.А. Расчет узловых цен на тепловую энергию на основе метода неопределенных множителей Лагранжа // Энергетическая политика. 2022. № 4. С. 94–106.
  33. СНиП 41-02-2003 “Тепловые сети”. М.: Госкомитет РФ по строительству и жилищно-коммунальному комплексу, 2000.
  34. Соколов В.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Издательство МЭИ, 1999.
  35. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности. С.-Петербург: БХВ-Петербург, 2006.
  36. На ошибках – учимся? Обзор аварий, произошедших на тепловых сетях в отопительные периоды 2018–2019 и 2019–2020 гг. (по материалам СМИ из открытых источников). Новости теплоснабжения. 2020. № 3. С. 10–19.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2.

Жүктеу (126KB)
3.

Жүктеу (235KB)
4.

Жүктеу (159KB)
5.

Жүктеу (202KB)
6.

Жүктеу (195KB)

© Российская академия наук, 2023