CHƯƠNG 2 PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA VƯỢT KHE CHO HỆ THỐNG CHILLER
2.1 Các hàm mục tiêu trong vận hành và bài toán phân phối phụ tải tối ưu trong trạm lạnh trung tâm chiller
tải tối ưu trong trạm lạnh trung tâm chiller
2.1.1 Các hàm mục tiêu trong vận hành trạm lạnh trung tâm chiller.
Trong thực tế vận hành hệ thống ĐHKK trung tâm chiller nói chung và TLTT chiller nói riêng, mục tiêu quan trọng nhất là chỉ tiêu tiêu hao năng lượng nhỏ nhất, đồng thời đảm bảo tốt nhất chỉ tiêu về độ tin cậy và các thông số vận hành của thiết bị, hệ thống. Bên cạnh đó là mục tiêu về giảm thiểu phát thải ra môi trường xung quanh [14, 20].
Chỉ tiêu về độ tin cậy được hiểu là khả năng đáp ứng liên tục và đầy đủ cho phụ tải lạnh với chất lượng, thông số vận hành đảm bảo. Chỉ tiêu về độ tin cậy là một chỉ tiêu phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố như: chỉ tiêu về suất sự cố trung bình của hệ thống, số lần và thời gian sự cố của hệ thống, thông số vận hành (chất lượng phụ tải) từ đó tính toán ra số thiệt hại hay ảnh hưởng cho mỗi lần sự cố và đề ra các biện pháp thích hợp để giảm thiểu số lần, thời gian sự cố và phạm vi ảnh hưởng để tăng độ tin cậy của hệ thống. Đây là một chỉ tiêu phức tạp và không nằm trong phạm vi nghiên cứu của luận án này. Chỉ tiêu về độ tin cậy được coi như xác định trong một giới hạn xác định trước chấp nhận được.
Chỉ tiêu về phát thải ra môi trường xung quanh bao gồm hai thành phần cơ bản: phát thải trực tiếp và phát thải gián tiếp [34]. Phát thải trực tiếp liên quan đến thiết bị và quá trình sản xuất ra thiết bị trong hệ thống sử dụng các chất có ảnh hưởng đến môi trường như: môi chất lạnh, vật liệu bảo ôn, dầu máy, vật liệu chế tạo máy... Phát thải gián tiếp liên quan đến năng lượng tiêu thụ trong quá trình vận hành, tức chỉ tiêu tiêu hao năng lượng. Bài toán chế độ vận hành hệ thống xét trong luận án chỉ liên quan đến phát thải gián tiếp.
Ứng với mỗi chế độ vận hành xác định, đồng nghĩa với một mức phụ tải lạnh xác định, chỉ tiêu tiêu hao năng lượng chính là lượng điện năng tiêu thụ hoặc lượng điện năng
33
tiêu thụ tương đương quy đổi để đáp ứng được mức phụ tải lạnh xác định đó. Đây là mục tiêu cốt lõi của vấn đề vận hành và là mục tiêu chính của nghiên cứu này..
2.1.2 Bài toán phân phối phụ tải tối ưu trong trạm lạnh trung tâm chiller
Trong thực tế các TLTT chiller được cấu hình từ các thiết bị làm việc song song (nhiều chiller, nhiều bơm, nhiều tháp giải nhiệt…) và các thiết bị này có sự hoạt động liên động với nhau. Do yêu cầu, tính chất vận hành của hệ thống, các thiết bị thường phải làm việc ở chế độ năng suất (phụ tải) thay đổi để đáp ứng với nhu cầu của vận hành. Do vậy, với một hệ thống gồm nhiều thiết bị làm việc song song với nhau, ngoài việc vận hành thiết bị an toàn và đảm bảo tuổi thọ và đạt hiệu suất cao nhất tại phụ tải đó, thì việc PPPT (năng suất) giữa các máy theo tỷ lệ như thế nào là tối ưu, thì đó là một vấn đề quan trọng cần phải giải quyết trong bài toán tối ưu PPPT.
Nguyên tắc chung để xây dựng và giải bài toán PPPT tối ưu theo phương pháp phân cấp. Cấu trúc của sơ đồ phân cấp của bài toán tối ưu PPPT được thể hiện ở hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ phân cấp giải bài toán phân phối phụ tải
Cấp cơ sở
Đây là bước quan trọng xây dựng đặc tuyến năng lượng và đặc tuyến làm việc của từng thiết bị cụ thể: AHU, bơm, chiller, tháp giải nhiệt… Bài toán ở cấp này chủ yếu là các hàm 1 hoặc 2, 3 biến.
Cấp cơ sở Cấp cụm thiết bị nhỏ
Cấp tổ hợp Trạm lạnh trung tâm chiller Cụm máy lạnh trung tâm chiller Từng máy lạnh trung tâm chiller Cụm bơm nước lạnh Từng máy bơm nước lạnh Cụm bơm nước giải nhiệt Từng máy bơm nước giải nhiệt Cụm tháp giải nhiệt Từng tháp giải nhiệt
34
Phương pháp giải đối với cấp cơ sở chủ yếu sử dụng hàm xấp xỉ từng khúc, xây dựng hàm mục tiêu không điều kiện rằng buộc tương đương với phương pháp tiếp cận chọn mục tiêu chính và ghép với bài toán vượt khe để giải.
Cấp cụm thiết bị nhỏ
Đây là cấp tối ưu các cụm thiết bị hoạt động song song, ví dụ như cụm bơm nước lạnh, cụm MLTT chiller, cụm tháp giải nhiệt làm việc song song… Kết quả của nó là xây dựng đặc tuyến của cụm thiết bị khi làm việc song song. Kết quả hay giá trị tối ưu của cấp dưới (cấp cơ sở) được sử dụng để giải bài toán tối ưu ở cấp này.
Cấp tổ hợp
Đây là bài toán PPPT giữa các tổ máy. Kết quả của bài toán này là xây dựng đặc tuyến làm việc của các cụm máy: cụm máy liên động giữa MLTT chiller cùng bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt.
Trên quan điểm tối ưu hóa, đặc tuyến làm việc cũng như đặc tuyến năng lượng của từng thành phần các thiết bị trong hệ thống dùng để nhận dạng cho bài toán tối ưu hóa. Trong thực tế, đặc tuyến làm việc cũng như đặc tuyến năng lượng của các thiết bị được xác định từ các số liệu và thông số vận hành thực tế của thiết bị hay cụm thiết bị. Việc xác lập đặc tuyến làm việc, đặc tuyến năng lượng của các thiết bị hay cụm các thiết bị là bước cơ sở để xây dựng và giải bài toán tối ưu ở các bước tiếp theo.