Об электронных моделях систем теплоснабжения городов
, главный инженер проекта РУП «Белнипиэнергопром», к. т.н., г. Минск
Компьютерное моделирование реальных процессов нашло широкое применение во многих областях науки и техники. Эти расчетно-аналитические модели используются как инструмент для принятия решений путем построения прогнозов поведения моделируемой системы при определенных условиях и способах воздействия на нее.
Понятие электронного моделирования в полной мере применимо к системам теплоснабжения городов.
Программное средство для электронного моделирования тепловых сетей должно иметь мощный встроенный математический и алгоритмический аппарат, позволяющий описывать тепловые сети и рассчитывать режимы их работы. Кроме того, так как все элементы транспортной системы трубопроводов имеют конкретную привязку на местности - решать задачи моделирования необходимо в привязке к плану территории. То есть, для визуализации электронных моделей систем теплоснабжения следует использовать принципы, положенные в основу географических информационных систем (ГИС).
Эти части электронной модели являются достаточно универсальными и поставляются комплектно в качестве программного обеспечения.
Уникальной частью для каждого проекта являются данные, описывающие отдельный объект и всю систему теплоснабжения населенного пункта от источника до конкретного потребителя, а также электронный план местности, к которой эта система привязана. «Цифровое» представление трубопроводных сетей, по которым транспортируется тепло к потребителям, является наиболее трудозатратным при создании электронной модели.
Большинство задач, решаемых с помощью электронной модели, имеют прямое отношение к процессу эксплуатации тепловых сетей, диспетчерскому и технологическому управлению: моделирование изменений гидравлического режима при переключениях и отключениях, формирование рекомендаций по локализации аварийных ситуаций и моделирование последствий выполнения этих рекомендаций, формирование перечней и сводок по отключаемым абонентам, расчет номинальных и фактических теплогидравлических режимов в зимний и летний периоды, оптимизация загрузки теплоисточников и насосных станций, наладочные расчеты сетей и абонентских вводов.
Кроме того, на базе электронной модели можно и нужно решать задачи ведения разнообразных диспетчерских журналов: заявок, повреждений, проводимых работ, переключений, параметров режима и т. д.
Однако, кроме эксплуатирующих служб, электронная модель системы теплоснабжения города становится основным инструментом для работы и служб, отвечающих за перспективное развитие города и его инженерных коммуникаций.
Головной организацей по разработке схем теплоснабжения городов, в которых имеются источники Минэнерго, является институт РУП «Белнипиэнергопром».
В последние годы основной проблемой, приводящей к увеличению сроков и объемов работ при разработке схем теплоснабжения, является постоянное изменение городскими властями мест и объемов строительства новых жилых районов и общественных объектов.
Например, в процессе разработки «Схемы теплоснабжения города Минска на период до 2015 г.» Мингорисполкомом трижды вносились изменения в перспективы застройки города. В итоге, к моменту окончания работы, схема теплоснабжения оказалась безнадежно устаревшей и требовала полной переработки.
Учитывая, что полный срок разработки схемы составляет около года, из которых на сбор и обработку исходных данных приходится примерно половина, а стоимость ее выполнения - около 1 млрд. руб., понятно, что перевод такой работы в разряд постоянной становится непозволительной роскошью.
С другой стороны, вся перспективная работа тепловых сетей города, такая как, например, выдача техусловий, формирование планов строительства новых и реконструкции существующих тепловых сетей, осуществляется только на основании разработанной и утвержденной схемы теплоснабжения. То есть ее постоянная актуализация все-таки нужна.
Такая же ситуация, как в Минске, сложилась и по всем другим белорусским городам.
Для сокращения времени и сил на сбор исходных данных срочно требовалась программа, позволяющая иметь в любое время актуальное состояние системы теплоснабжения города.
Поиск такой программы привел специалистов РУП «Белнипиэнергопром» на форум НП «Российское теплоснабжение», который проходил в г. Москве в сентябре 2008 г. С этого момента началось знакомство и наше интенсивное сотрудничество с ИВЦ «Поток», который является разработчиком информационно-графической системы ИГС «CityCom-ТеплоГраф».
Надо сказать, что РУП «Белнипиэнергопром» не стал первым белорусским пользователем этой системы. Несколько лет до этого ИГС «СityCom-ТеплоГраф» был приобретен РУП «Гродноэнерго» для разработки электронной модели схемы теплоснабжения г. Гродно.
Выбор института пал на ИВЦ «Поток» по причине того, что, в отличие от конкурентов, компания осуществляет обучение и техническое сопровождение проектов. А без этого, особенно вначале, было просто не обойтись. Вопросы вызывало все: как нарисовать, почему не течет вода, как подключить насос или регулятор и прочее.
К чести специалистов ИВЦ «Поток» надо сказать, что на любые, даже самые глупые вопросы, был получен очень подробный ответ. В течение 2-х летнего сотрудничества без дополнительной оплаты (кроме ежегодной оплаты за техническое сопровождение проекта, начиная со второго года) разработчиками несколько раз были переданы обновленные версии программного обеспечения, что существенно повысило удобство работы и скорость обработки данных, сделано огромное количество отчетов и подпрограмм, необходимые для конкретных условий работы института.
Решение РУП «Белнипиэнергопром» переходить на современные методы электронного моделирования тепловых сетей было поддержано руководством Минэнерго и РУП «Минскэнерго».
С этого момента началась история создания электронной модели системы теплоснабжения г. Минска.
На момент начала разработки электронной модели в городе Минске уже имелась ГИС Мингорисполкома АС «Оперативно-технический учет инженерных сетей и сооружений», так называемый кадастр зданий и сооружений, которая успешно действует и сегодня.
В кадастре информация по всем инженерным коммуникациям ежедневно обновляется их владельцами, что позволяет каждый день иметь наиболее точную и актуальную информацию. По тепловым сетям свою часть кадастра ведут их владельцы: Минские тепловые сети и Минсккоммунтеплосети.
В базе Мингорисполкома тепловые сети были уже паспортизованы с использованием большого числа параметров. Также имелось векторное описание тепловых камер. Если бы в кадастре при занесении данных контролировалось соответствие начала и конца участков последовательности точек в графическом описании, конвертация из одной ГИС в другую могла быть проведена автоматически.
Образец плана города с тепловыми сетями из электронной модели схемы теплоснабжения г. Минска показан на рисунке 1.
Рисунок 1
Несмотря на то, что вся сконвертированная информация впоследствии была перепроверена и описана средствами ИГС «ТеплоГраф», ее использование позволило существенно сократить сроки разработки модели.
Поэтому, пользуясь случаем, РУП «Белнипиэнергопром» выражает огромную благодарность КУП «Техническое управление Мингорисполкома» и лично за разрешение воспользоваться данными кадастра зданий и сооружений г. Минска.
Большим достижением также стало подключение в ИГС «Теплограф» базы данных «Расчеты с потребителями» группы учета ПТО Минских тепловых сетей, в которой хранится информация по договорным и фактическим тепловым нагрузкам потребителей города.
В электронной модели к каждому дому на плане города была подключена информация о расположенных в нем потребителях тепла из базы данных МТС (рисунок 2).
Рисунок 2
При этом любые изменения нагрузок этих потребителей в базе «Расчеты с потребителями» приводит к изменению данных в электронной модели, что позволяет иметь актуальную информацию по фактическому теплопотреблению в городе.
Это особенно важно сегодня, так как в соответствии с новыми нормативными документами при определении перспективных тепловых нагрузок в качестве исходных используется фактическое теплопотребление существующих потребителей.
Создание электронной модели велось частями по отдельным зонам теплоснабжения. Все тепловые сети теплоисточника были проверены и откалиброваны в соответствии с фактическими замерами в магистральных тепловых камерах, т. е. падение давления в трубопроводах в модели соответствует фактическому. Это позволяет использовать электронную модель для выполнения реальных задач с высокой степенью точности.
Надо сказать, что в ИГС «Теплограф» построить пьезометрический график может даже самый неподготовленный пользователь. Для этого надо всего лишь выбрать мышкой теплоисточник и интересующий объект, после чего нажать две кнопки (рисунок 3).
Рисунок 3
В настоящее время РУП «Белнипиэнергопром» заканчивает разработку электронной модели по зонам централизованного теплоснабжения г. Минска, и основной задачей становится разработка программы автоматического импорта в электронную модель новых данных из АС «Оперативно-технический учет инженерный сетей и сооружений».
Это позволит отказаться от параллельного ведения двух баз данных и, следовательно, избежать появления разной информации по одному и тому же объекту.
Таким образом, сегодня схема теплоснабжения населенного пункта из бумажного документа на 300 листах, который разрабатывается один раз на 15 лет и устаревает в первые же годы, превращается в живую систему. Эта система постоянно растет и развивается вместе с городом, поэтому вопрос подключения новых потребителей может быть оперативно решен в технико-экономических обоснованиях.
В частности, за прошлый 2010 г. с помощью электронной модели выполнены технико-экономические обоснования схемы теплоснабжения нового крупного района, строящегося на месте выносимой птицефабрики им. Крупской, теплоснабжение района Колядичи, новых объектов, строящихся вдоль проспекта Дзержинского.
С конца 2010 года начато внедрение электронной модели схемы теплоснабжения в Минских тепловых сетях: будущие пользователи электронной модели - специалисты диспетчерской службы и ПТО Минских тепловых сетей - проходят стажировку в РУП «Белнипиэнергопром», учатся пользоваться программой, вносить исходные данные, проводить расчеты. После завершения работы по созданию электронной модели планируется провести обучение персонала и тестирование электронной модели на реальных задачах непосредственно в Минских тепловых сетях.
География внедрения электронных моделей систем теплоснабжения белорусских городов постоянно расширяется. После работы с электронной моделью возврат к ручному сбору и обработке информации становится уже просто невозможен. Поэтому в схемах теплоснабжения городов Гомель, Борисов, Лида, которые выполняются в настоящее время, параллельно разрабатываются и их электронные модели.
Красным цветом на рисунке 4 показаны города, для которых сегодня ведется такая работа. Уверены, что их количество будет постоянно увеличиваться.
Рисунок 4
В заключение хочется отметить, что в России необходимость создания и использования компьютерных электронных моделей систем теплоснабжения городов законодательно закреплена в Федеральном законе «О теплоснабжении». Так что белорусские энергетики в этом плане уже не уступают своим российским коллегам.
