Главная  —  Публикации

Развитие технологии моделирования процессов энергоблоков тепловых электростанций.

1. Введение

Эта статья посвящена рассмотрению различных технологий создания моделей энергоблоков тепловых электростанций, применяемых разработчиками тренажеров, как в России, так и во всем мире. В зависимости от используемых технологий разработки моделей, авторы различают 3 поколения тренажеров для тепловых электростанций. Описываются основные черты тренажеров каждого из поколений.

Один из основных тезисов, которые, как правило, отстаивают разработчики тренажеров различных фирм, включая зарубежных, состоит в том, что все хорошие тренажеры устроены более или менее одинаково. Поэтому для Заказчика вопрос о том, у какой фирмы заказать тренажер – это вопрос, главным образом, цены и личного предпочтения.

Основная цель данной статьи состоит в том, чтобы развеять это представление.

2. О каких тренажерах мы говорим

Прежде всего, о каких тренажерах идет речь.

В производстве электроэнергии задействованы работники многих специальностей. Понятно, что всех их надо учить, и разных специалистов надо учить по-разному, и на разных средствах обучения.

В данной статье речь пойдет о средствах обучения операторов котлов и турбин.

Профессиональное мастерство операторов включает как минимум 2-е основных составляющих:

• теоретические знания и знания НТД (инструкций по эксплуатации в том числе)
• умение (практические навыки) управлять энергоблоком

В данной статье мы не рассматриваем учебные средства для получения знаний, а обсуждаем только тренажеры, основная цель которых – тренировка практических навыков.

Следующий вопрос, какие практические навыки у операторов котлов и турбин надо вырабатывать? Очевидно, например, что операторам необходимы практические навыки, в том числе моторные, по работе с установленной на блоке системой управления - это может быть либо традиционная АСУ с блочным щитом, либо современная компьютерная АСУ. При этом, как бы полно ни охватывала АСУ все режимы работы оборудования (а эта полнота реализуется далеко не всегда), и как бы ни был высок ее коэффициент использования, в реальной эксплуатации многократно создаются ситуации, когда оператору приходится в условиях жесткого лимита времени осознанно принимать и оперативно осуществлять решения по управлению энергоблоком. Это умение надо тренировать.

Забегая вперед, следует отметить, что нередко разработчики тренажеров пытаются убедить потенциальных Заказчиков, что уж если тренажер может быть использован для обучению работе с АСУ, то он тем более может быть использован для обучения операторов управлять энергоблоком в сложных технологических ситуациях. На самом деле это совсем не одно и то же.

3. Чем определяются мгновенные значения параметров в реальной физической системе

Прежде чем описывать различные технологии моделирования динамических процессов, необходимо дать далекому от проблем динамики читателю объяснение, чем в реальной физической системе определяются мгновенные значения различных физических элементов.

Рассмотрим пример: прогрев стопорного клапана турбины на начальной стадии пуска блока. Прогрев осуществляется паром, который подводится к клапану из паропровода и сбрасывается после клапана в дренажную линию. Чем будет определяться температура металла клапана через 1 минуту после начала прогрева? Через 5 минут? Через любое другое время?

Интуитивно понятно, что чем больше пара мы подадим на прогрев и чем выше будет его температура, тем выше будет температура металла и через 1 минуту, и через 5 минут, и вообще тем быстрее будет расти температура металла, т.е. тем выше будет скорость прогрева. Расход пара и его температура совместно определяют "расход" подводимого к металлу тепла.

Но тепло к клапану не только подводится, но и отводится – в частности, в окружающую среду. Если клапан хорошо изолирован, то "расход" отведенного тепла мал, и клапан греется быстро. Если изоляция не наложена, или она плохого качества, то "расход" отведенного тепла будет больше, и клапан будет греться медленнее.

Таким образом, реально в каждый момент времени температура металла клапана (а точнее скорость прогрева металла) зависит от небаланса "расходов" приходящего и уходящего тепла.

От чего еще зависит температура металла клапана через 1 минуту после начала прогрева? Очевидно, что от значения начальной температуры. Еще от чего? От массы металла клапана – чем меньше масса, тем быстрее клапан нагревается при тех же расходе и температуре греющего пара. Это означает, что чем меньше масса металла, тем горячее он будет через 1 минуту после начала прогревания при прочих равных условиях.

Таким образом, если говорить более формальным языком, температура металла стопорного клапана – это интеграл от небаланса расходов приходящего и уходящего тепла. А коэффициент при интеграле, скорость интегрирования, зависит в обратной пропорции от массы клапана, а более формально – от его общей теплоемкости.

Конечно, это рассмотрение предельно упрощено. Например, не учтено, что пар, отдавая тепло, конденсируется, что отвод тепла сам зависит от температуры металла и т.п. Но суть дела наше рассуждение отражает.

Мы рассмотрели вопрос о температуре. Те же рассуждения и выводы применимы к давлениям рабочих тел (пара, газов), только речь в этом случае идет не о расходах тепла, а о расходах вещества. Давление в некоторой точке реальной физической системы – это интеграл от небаланса расходов приходящего и уходящего вещества. Коэффициент при интеграторе обратно пропорционален внутреннему объему (т.е. емкости), относящемуся к данной точке.

В дальнейшем будет показано, что применение этих представлений к разработке моделей энергоблоков было серьезным скачком в технологии моделирования тепловых электростанций.

4. Поколения тренажеров

В этом разделе мы определим 3 поколения тренажеров на основе используемого подхода к созданию моделей объекта и дадим им характеристики.

4.1. Тренажер, включающий модель, прямо воспроизводящую известные процессы объекта.

В тренажерах 1-го поколения (Т1П) модели строятся на основе известных статических и динамических характеристик объекта. В большинстве случаев источником этих характеристик являются опытные данные, полученные непосредственно на работающем объекте. Иногда для получения каких-то характеристик могут использоваться расчетные методы (например, в работах ВТИ и ОРГРЭС рассчитывались кривые разгона на основе так называемого "Нормативного метода расчета динамических характеристик прямоточных парогенераторов"). Модель в целом строится как программная система, которая воспроизводит известные режимы и процессы объекта. При этом структура модели преимущественно воспроизводит структуру каналов, связывающих входные воздействия с выходными переменными. Объект, по существу, оказывается черным ящиком: его технологическая структура, конструктивные характеристики, физические законы, лежащие в основе протекающих в нем процессов, остаются вне пределов модели. Динамические характеристики, на воспроизведении которых основывается модель, чаще всего рассматриваются как линейные (не зависящие от величины и знака изменения входных воздействий). В особо изощренных случаях коэффициенты аппроксимирующих их передаточных функций ставятся в зависимость от какого-то параметра, который рассматривался как определяющий, например, от нагрузки. Для получения реакций на комбинацию входных воздействий естественно используется принцип суперпозиции, который применим к любой линейной системе. Промежуточные режимы и процессы, для которых нет опытных (или расчетных) данных, реализуются путем интерполяции того, или иного вида. Режимы и процессы вне области известных данных получаются с использованием экстраполяции.

Существенные достоинства подобных моделей:

• практически отсутствует проблема обеспечения устойчивости решения, поскольку количество обратных связей минимально; это позволяет осуществлять решения при относительно больших шагах по времени, т.е. малыми затратами машинного времени - а это существенно снижает требования к вычислительной мощности используемых для моделирования компьютеров;
• возможность четко разделить работу по созданию моделей между специалистами различных специальностей: одни определяют характеристики и строят схему каналов, другие - воспроизводят в компьютере эту схему и характеристики; причем этим последним - математикам и программистам - вовсе не обязательно понимать технологию и физику процессов.

С другой стороны, этому подходу свойственны существенные недостатки:

• низкая точность, являющаяся следствием, во-первых, того, что существенно нелинейный объект (каким является энергоблок) воспроизводится как линейный, и, во-вторых того, что любые исходные характеристики, полученные экспериментально на действующем объекте, заведомо имеют невысокую точностью;
• низкая достоверность процессов, которые могут быть воспроизведены на такой модели для промежуточных (интерполяция) и особенно выходящих за рамки опытных данных (экстраполяция) режимов, в частности, для пусков различного вида;
• такая модель не может быть построена для объекта, для которого еще не определены опытные характеристики, т.е. для объекта, находящегося в стадии проектирования, строительства или монтажа.

Следствием низкой точности и достоверности модели в промежуточных режимах оказывается то, что в них весьма часто не сводятся тепловой и массовый балансы, причем этот недостаток пользователи обнаруживают в первую очередь.

4.2. Тренажер, включающий модель, основанную на уравнениях баланса с коэффициентами, полученными из экспериментальных данных.

Существенным шагом вперед в сфере построения моделей энергоблоков стало признание того факта, что модели должны напрямую строиться на основе физических законов, которыми определяется функционирование реального объекта. Прежде всего, это законы сохранения энергии (тепла), массы и количества движения. Например, в США применение для построения моделей законов сохранения (баланса) получило название применения "основных принципов". Это те самые законы, о которых мы говорили в предыдущем разделе.

Законы сохранения математически записываются, как дифференциальные уравнения баланса. Баланс тепла описывается уравнением, в котором производная по времени для температуры, или теплосодержания пропорциональна разности расходов подведенного и отведенного от рабочего тела тепла. Сама температура, или теплосодержание вычисляются интегрированием этой разности (небаланса).

Уравнения баланса тепла записываются для всех рассматриваемых компонентов и рабочих тел, например, для пара, текущего через пакет пароперегревателя, для дымовых газов, отдающих тепло этому пакету, для металла труб пакета, и так далее.

Баланс массы может описываться уравнением, в котором производная давления по времени пропорциональна небалансу расходов подведенного и отведенного рабочего тела (пара и/или воды, дымовых газов, и так далее). Само давление вычисляется интегрированием этого небаланса.

В модели, основанной на системе дифференциальных уравнений баланса, объект уже не является черным ящиком. Поскольку уравнения записываются для взаимосвязанных компонентов объекта, структура уравнений баланса и их взаимосвязи отображают структуру компонентов объекта.

Принципиальные вопросы: как определяются расходы тепла, или рабочего тела (пара, воды, газов), входящие в уравнения баланса, и как определяются коэффициенты при производных, от которых зависит динамика процессов на тренажере.

Рассмотрим пример: уравнение баланса тепла для металла труб пакета ширмового пароперегревателя котлоагрегата (без учета распределенности металла по длине и толщине стенки):

где М - масса металла труб пакета
Сm - удельная теплоемкость металла
aнар - коэффициент теплоотдачи снаружи (от газов к металлу)
Sнар - поверхность нагрева со стороны газов
aвн - коэффициент теплоотдачи внутри (от металла к пару)
Sвн - поверхность нагрева со стороны пара
Тг - температура дымовых газов (средняя)
tm - температура металла (средняя)
t - температура пара (средняя)
t - время.

В правой части уравнения записана разность между расходом тепла от газов к металлу снаружи (обычно это - подведенное к металлу тепло) и расходом тепла от металла к пару внутри (обычно это – отведенное от металла тепло). Через эти расходы данное уравнение связано с другими уравнениями баланса: баланса тепла газов в районе ширм, где тот же наружный для метала расход является отведенным от газов, и баланс тепла пара, где расход тепла, внутренний для метала, является подведенным для пара. Вычисление этих расходов при моделировании представляет определенные трудности. Прежде всего это относится к определению коэффициентов теплоотдачи, особенно к коэффициенту теплоотдачи от газов к металлу. Трудность заключается в том, что в районе ширм имеет место и радиационный (за счет высокой температуры газов), и конвективный (за счет скорости движения газов) теплообмен. Коэффициент теплоотдачи по каждому из этих видов теплообмена зависит от состава дымовых газов, от их температуры, от геометрических характеристик самих ширм и газохода, и т.п.

Точный расчет этих расходов тепла для всех режимов работы котла можно было бы выполнить на базе формул и рекомендаций "Нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов", который содержит для этого необходимые рекомендации. Однако, эта процедура достаточно сложна и требует большого количества конструктивных исходных данных.

Гораздо проще определять эти расходы из опытных данных, полученных на работающем объекте. Легко видеть, что в установившихся режимах работы энергоблока эти два расхода тепла к металлу (подведенный и отведенный) равны. Расход тепла к пару в установившемся режиме на реальном блоке сравнительно просто вычислить, если известны расход и давление пара, а также температура пара до и после ширм. Все эти величины, как правило, на действующем энергоблоке измеряются. Если разработчик имеет информацию по нескольким установившимся режимам работы, то он может попытаться построить аппроксимирующую функцию для вычисления расходов тепла от газов к металлу и от металла к пару в зависимости от каких-то других реально измеряемых на энергоблоке параметров. Например, можно построить аппроксимирующую функцию для вычисления расхода тепла от газов к металлу в зависимости от температуры газов в какой-либо точке газового тракта, где эта температура на реальном энергоблоке измеряется. При этом необязательно, чтобы этой температурой газов была бы температура газов в районе самих ширм, потому что между температурами газов в разных точках газового тракта котла существует корреляция. Наконец, можно аппроксимировать не сами расходы тепла, а на их основе делать аппроксимацию коэффициентов теплоотдачи от газа к металлу и от металла к пару. Тогда в тренажере необходимо вычислять расход тепла,перемножая "предполагаемое" значение коэффициента теплоотдачи, полученное на основе процедуры аппроксимации, на поверхность теплообмена и на разность температур.

Этот же подход можно применить и для других компонентов котла и блока.

Особо следует остановиться на коэффициенте при производной, от которого в нашем примере будут зависеть реализуемые на модели динамические свойства температуры метала в районе ширм. По своему физическому смыслу этот коэффициент - общая теплоемкость металла ширм. Она может бытьопределена на основе детального анализа конструктивных исходных данных.

Другой способ заключается в том, чтобы просто использовать коэффициенты при производных в уравнениях баланса (не только тепла, и не только для металла) как настроечные коэффициенты. Для любого переходного процесса (разгрузка, останов, холодный пуск и т.д.) подбирая и подстраивая эти коэффициенты внутри модели, можно реализовать динамические свойства энергоблока, которые отвечают представлениям Заказчика, полученным на основе опыта эксплуатации энергоблока. То есть опять-таки коэффициенты уравнений модели определяются на основании опытных данных.

Подбирать, подстраиваясь под реальные процессы, какими их представляют себе эксперты Заказчика, динамические коэффициенты можно и в том случае, если статические параметры (коэффициенты теплоотдачи, разности температур, сами тепловые потоки) рассчитывается достаточно точно. Некоторые авторы называют это разделением статической и динамической задач (в то время как сама природа "решает" эти задачи совместно - как единую задачу).

Тренажеры, использующие модели такого типа, мы называем тренажерами второго поколения (Т2П). Они имеют существенные преимущества перед Т1П, в первую очередь потому, что они гораздо детальнее воспроизводят структуру объекта и физику процессов. Баланс тепла и массы во всех компонентах и в модели в целом в таких моделях сводится в принципе. Исходную информацию с действующего объекта, которой оперирует разработчик Т2П, получить легче, чем для Т1П, для которых требуется гораздо большая точность. По преимуществу речь здесь идет об информации о статических (установившихся) и динамических режимах работы оборудования, которая в ряде случаев может быть получена без специальных испытаний на оборудовании - методом пассивного эксперимента.

Однако этим моделям присущи те же недостатки, что моделям Т1П:

• неопределенность в отношении точности и достоверности воспроизведения неустановившихся режимов, для которых нет опытных данных (для пусков, аварийных ситуаций, и т.п.)
• трудности построения такой модели для объекта, у которого нет работающего прототипа
• и так далее

Эти недостатки являются следствием того, что при построении таких моделей, как и моделей Т1П, хотя и в меньшей степени, разработчики идут "от процессов к процессам" - от процессов, так или иначе зафиксированных на реальном объекте, к процессам, которые выдает модель. Для разработчиков тренажеров такие модели весьма удобны тем, что при их построении они отвечают не за адекватность модели в отношении любых процессов и режимов объекта, а за адекватность её только в тех режимах, данные по которым были получены от Заказчика. И основная задача – соответствовать представлениям Заказчика. Видимо, это одна из главных причин, почему большинство ведущих разработчиков тренажеров для тепловых электростанций не только в России, но и мире, до сих пор разрабатывают Т2П.

4.3. Тренажер, включающий объективную модель, основанную на уравнениях баланса с коэффициентами, полученными из конструктивных данных.

Статические и динамические характеристики реального энергоблока определяются множеством факторов, которые можно условно разделить на следующие группы:

• основные конструктивные параметры оборудования, выбираемые на этапе проектирования, которые поддаются точной оценке, такие как:
• величины поверхностей нагрева в различных зонах котла,
• сечение для прохода газов в различных зонах котла,
• количество и конструктивные параметры ПВД и ПНД
• масса метала отдельных компонентов оборудования
• и т.д.
• параметры, обобщающие некоторые совокупности принятых конструктивных решений, которые на проектной стадии не поддаются точному расчету для конкретного оборудования; однако исходя из конструктивных и проектных решений значения таких параметров могут быть предварительно оценены на основе статистического обобщения данных по аналогичному оборудованию; после завершения монтажа и ввода оборудования в эксплуатацию предварительные оценки могут быть уточнены; к таким параметрам относятся, например:
• степени эффективности использования различных поверхностей нагрева
• термическое сопротивление изоляции
• высота факела в топке
• и т.д.
• внешние факторы, не зависящие от конструктивных параметров энергоблока, такие как:
• состав поступающего в данный момент топлива (например, в какой-то момент времени топливо может иметь повышенную влажность или котел может работать на смеси разных топлив)
• температура окружающего воздуха
• температура охлаждающей воды
• факторы, зависящие от особенностей эксплуатации энергоблока, такие как:
• степень загрязнения поверхностей нагрева в котле, трубок в конденсаторе и т.д.
• величина присосов воздуха в различных элементах котла и в конденсаторе турбины
• и т.д.

Оператор воспринимает свойства объекта через установленную на объекте систему контроля и управления. Поэтому дополнительными факторами, которые влияют на восприятие человеком свойств энергоблока, являются:

• свойства измеряющих датчиков и особенности их монтажа
• свойства самой системы управления

Учесть все эти факторы при создании тренажера весьма сложно. И это тоже одна из причин, по которой в течение длительного времени основной технологией построения моделей энергоблоков была технология создания моделей Т2П.

Однако, технологии не могут стоять на месте, и сделать следующий принципиальный шаг было необходимо. Результатом этого шага стала технология разработки моделей для тренажеров 3-го поколения (Т3П).

Основные положения технологии моделирования Т3П следующие:

1. Моделирование базируется на так называемых основных принципах:
• законах баланса тепла, массы и количества движения
• на уравнениях термодинамики воды, пара и газовых смесей
• на критериальных уравнениях теплообмена

1. Для объекта моделирования строится единая система дифференциальных и алгебраических уравнений, описывающая его поведение во всех режимах работы, начиная от исходного состояния для холодного пуска и заканчивая номинальным состоянием работы блока с полной нагрузкой
2. Все коэффициенты этой системы уравнений прямо или косвенно определяются на основе конструктивных данных моделируемого объекта
3. Значения основной массы коэффициентов в этих уравнениях (по нашей оценке не менее 95% из них), которые зависят от поддающихся точной оценке конструктивных параметров оборудования, могут быть точно вычислены. Эти значения определяются на начальной стадии разработки тренажера и являются окончательными. Это означает, что в процессе отладки и тестирования тренажера разработчик не меняет значений этих коэффициентов. Исключением является случай, когда оказывается, что при определении какого-то коэффициента была допущена ошибка.
4. Находятся значения статистически оцениваемых обобщенных параметров. По этим значениям вычисляются те коэффициенты в уравнениях, которые от них зависят. Для котельных агрегатов статистические оценки обобщенных параметров берутся из "Нормативного метода расчета котельных агрегатов". Например, существуют статистические оценки потерь тепла в окружающую среду, перетоков воздуха в уходящие газы в регенеративных воздухоподогревателях, коэффициентов эффективности использования поверхностей нагрева в газоходах котлов разных типов, и так далее.
5. Для факторов, зависящих от особенностей эксплуатации энергоблока, также применяется метод статистической оценки.
6. При необходимости значения статистически выбираемых параметров в дальнейшем корректируются.
7. Внешние факторы, влияющие на поведение оборудования, должны являться для моделей Т3П граничными условиями, которые могут оперативно меняться в процессе работы. Это означает, например, что на Т3П можно начать пуск блока с обычным топливом, а закончить его при увлажненном топливе.

Примером статистически выбираемого коэффициента является коэффициент, связывающий потери тепла в окружающую среду с разностью текущей температуры метала и температуры окружающего воздуха. Если в дальнейшем окажется, что в рамках тренажера при этих коэффициентах энергоблок остывает быстрее или медленнее, чем в реальности,коэффициенты корректируются в соответствующую сторону – и только.

Технология Т3П делает следующие важные шаги по сравнению с Т2П:

• вычисления расходов тепла, воды и пара во всех режимах работы моделируемого оборудования производятся на основе точных формул, аппроксимация не применяется
• теплоемкости и внутренние объемы всех элементов энергоблока правильно учитываются, при этом их значения не используются в качестве настроечных коэффициентов, чтобы добиться нужных динамических характеристик; модель объекта непосредственно работает с заранее вычисленными металлоемкостями и внутренними объемами всех элементов энергоблока

Благодаря всему перечисленному, Т3П обладают следующими важными потребительскими свойствами:

• достаточно точное воспроизведение любого статического режима работы оборудования; например, специальное тестирование нескольких Т3П, установленных в тренажерном центре ТЭЦ-26 Мосэнерго, показало, что отличие значений основных статических параметров работы блока на модели и в аналогичных режимах на реальном оборудовании в подавляющем большинстве случаев укладывается в погрешность измерений
• достаточно точное воспроизведение любых динамических режимов работы оборудования
• имеется возможность обучать персонал пускам блока из любых тепловых состояний
• модели Т3П позволяют Заказчику обратить внимание на потенциальные проблемы измеряющих устройств реального объекта (датчики, термопары) или реальной АСУ, поскольку если параметры какого-либо статического режима на тренажере и на реальном объекте не совпадают, то во многих случаях именно параметры на тренажере являются правильными, а на реальном блоке есть проблема, либо с АСУ, либо с реальными измерительными устройствами

Можно сказать, что Т3П идут не от процессов к процессам, как это делают Т1П и Т2П, а они идут от конструктивных данных к процессам. Задача разработчика Т3П состоит в том, чтобы на основе конструктивных данных правильно смоделировать статические и динамические свойства отдельных элементов, из которых состоит энергоблок (топочная камера, ширмовый перегреватель, трубопровод, клапана турбины, конденсатор, ПВД, ПНД и т.д.), увязать их между собой, и тогда на тренажере любой вариант пуска, правильный или неправильный, из любого теплового состояния может быть воспроизведен естественным путем без дополнительных подстроек тренажера.

Фактически Т3П – это больше чем просто средство для обучения начинающих операторов. Это в том числе советчик. Кроме того, это средство повышения квалификации для наиболее опытных и квалифицированных операторов. Они могут попробовать на нем крайне редко встречающиеся ситуации. Результатом будет адекватная и объяснимая реакция.

Для Заказчика существует достаточно простой способ понять, создает ли разработчик Т3П или нет. В результате разработки тренажера Заказчик получит в лучшем случае Т2П если разработчик:

• в качестве исходных данных для моделирования запрашивает у Заказчика информацию о динамических свойствах реального объекта, а не только конструктивные и проектные данные
• привлекает специалистов Заказчика к разработке тренажера до момента начала его тестирования

5. Сравнение тренажеров различных поколений

Модели Т1П до сих пор используются разработчиками, для которых создание тренажеров не является основной профессиональной деятельностью. Эти модели могут быть использованы для следующих целей:

• отладка в условиях полигона относительно простых компонентов АСУ ТП и обучение операторов работе с этими компонентами
• начальное обучение будущих операторов, которым еще рано выполнять на тренажере сложные режимы, и которые еще не могут оценивать адекватность модели тренажера

Т2П – это серьезный шаг вперед в качестве моделирования по сравнению с Т1П. Разработка таких тренажеров – это уже удел профессионалов в этой области.

В настоящее время большинство коммерчески разрабатываемых тренажеров – Т2П. При тщательной реализации Т2П позволяют добиться приемлемого качества моделирования технологического процесса в случае, если основная задача обучения формулируется так:

• обучение ограничивается некоторым множеством заранее определенных операций
• обучение начинается из заранее согласованных исходных состояний (например, разгрузка блока от 100 до 70%, пуск блока из заранее заданного исходного состояния)
• обучение производится по заранее известным сценариям (разгружать блок от 100 до 70% можно только заранее определенным образом)

Многие разработчики Т2П ставят себе в заслугу то, что на начальной стадии разработки тренажера они привлекают специалистов Заказчика и используют данные с реального объекта, поскольку только так, как они утверждают, можно максимально приблизить тренажер к реальному блоку.

Читая данное описание поколений тренажеров, кто-то из разработчиков Т2П может сказать, что, на самом деле, все ведущие разработчики создают Т3П. Различается только процедура определения тех же коэффициентов, которые возможно определить на основе статических и динамических характеристик объекта.

Так ли это? Уравнения моделей Т3П оперируют с понятием массы металла (а через массу считается теплоемкость этого металла при текущей температуре металла) необогреваемых поверхностей котла: коллекторов, перепускных труб и т.д. В Т3П конкретные значения массы для всех таких элементов (например, перепускные трубы перед 1-ым впрыском, подводящие коллектора, коллектор 1-го впрыска, отводящие коллектора и т.д.) считаются разработчиками на основе конструктивных данных и заносятся в модель. Вследствие распределенности объекта в пространстве, масса необогреваемого элемента имеет самостоятельное значение, а не только в сумме с массой обогреваемого элемента. Определить эти данные на основе экспериментальных динамических свойств котла невозможно: в отличие от прямой задачи определения суммы по слагаемым или произведения по сомножителям, обратная задача разделения суммы на слагаемые или произведения на сомножители не имеет решения. Попробуйте, имея тарелку супа, определить "обратным ходом" сколько соли положил в него повар, и сколько соли было в исходных продуктах. Поэтому если разработчик тренажера в процессе разработки модели использует динамические данные с объекта, или если он привлекает специалистов Заказчика к разработке тренажеров до начала его тестирования, то значит такие тренажеры использует другие уравнения по сравнению с Т3П. Например, эти другие уравнения, в отличие от уравнений Т3П, не учитывают распределение металоемкости вдоль пространственной координаты. Насколько нам известно, практически никто из ведущих мировых производителей тренажеров для тепловых электростанций даже не запрашивает у Заказчика подробных данных по необогреваемым поверхностям котла. А значит в их уравнениях нет понятий об аккумуляции тепла в металле этих поверхностей.

6. Состояние дел в мировом тренажеростроении

Российская компания "Тренажеры для электростанций" занимает лидирующие позиции в России в области разработки тренажеров для обучения операторов котлов и турбин, разрабатывая Т3П.

В январе 2004 ее специалисты приняли участие в ежегодной конференции "Fossil Simulation and Training", которая была организована в рамках "2004 Western Simulation MultiConference" международным обществом по моделированию SCS (Society for Computer Simulation) при поддержке американского энергетического инстутута EPRI. В этой конференции также принимали участие представители таких известных в мире фирм по тренажеростроению, как:

• "CAE – Power Simulation" - Канада
• "SimSci-Esscor/Invensys" - США
• "PowerGen – Power Technology" - Англия
• DS&S (Data Systems & Solutions) - США
• "TRAX Corporation" - США
• "Corys TESS" - Франция

На этой конференции компания "Тренажеры для электростанций" продемонстрировала возможности своих тренажеров и выступила с пленарным докладом.

Основной темой доклада российских представителей была технология создания моделей для Т3П, которую эта российская компания успешно применяет на российском рынке уже более 10 лет. По этой технологии построены уже более 20 тренажеров, которые с успехом применяются в российской энергетике. Более того, именно вследствие высокого качества моделей, тренажеры этой российской компании выбраны в качестве базового технического средства для проведения международных соревнований профессионального мастерства операторов тепловых электростанций. Эти соревнования уже дважды были успешно организованы, вначале в ЮАР, а потом и в России.

На дискуссии, которая прошла по окончании доклада на конференции "Fossil Simulation and Training", стало очевидно, что на сегодняшний день ни одна из участвующих в конференции фирм технически не готова разрабатывать тренажеры на базе конструктивных данных, как это делает компания "Тренажеры для электростанций". Все они требуют интенсивного участия специалистов Заказчика в процессе разработки тренажера с самого начала. Фактически это означает, что все они разрабатывают только Т2П.

Почему же развитие тренажеростроения в мире остановилось на рубеже Т2П? Неужели ведущие западные фирмы были не способны создать технологии моделирования Т3П? Конечно же нет. Но условия в индустрии тренажеростроения сложились так, что технология создания Т2П оказалась крайне удобной для разработчиков, в том числе и с коммерческой точки зрения. А Заказчик не знал ничего лучшего. Ему объясняли, что толькотак и можно разрабатывать тренажеры. Невольно в этом вопросе разработчикам тренажеров помогло МАГАТЭ (Международное АГентство по АТомной Энергии), которое приняло решение, что каждая атомная электростанция должна иметь тренажер. Это означало, что станция должна была не только потратить деньги на тренажер, но она еще и должна была быть довольна этим тренажером (если тренажер не пригоден для обучения персонала, то атомную станцию формально нельзя эксплуатировать). Разработчики объясняли Заказчику, что уж если сложилась такая ситуация, что Заказчик по существу заинтересован в качестве тренажере больше чем сам разработчик, то Заказчик должен помочь разработчику создать хороший продукт. Так Заказчик реально стал соавтором тренажера. Пользуясь этим, разработчик переложил на Заказчика основную ответственность за качество тренажера: Заказчик выделяет своих технологов, предоставляет режимы, а разработчик делает по существу "что изволите".

Постепенно такой подход перекочевал с атомных станций в тепловые, поскольку Заказчиков с тепловых станций постоянно "воспитывали", что опыт разработки тренажеров атомных станций – самый передовой в мире.

Для разработчика переход к Т3П фактически означает, что он берет всю ответственность за качество тренажера на себя. При этом Заказчик отстраняется от разработки, и ему возвращается его естественная роль – стороннего критика качества тренажера. Кому нужна такая ответственность, если Заказчик этого не требует.

Примерно лет 10 назад, когда начались активные научно-технические контакты между Россией и западом, "передовые" технологии создания господствующих в мире Т2П пришли в Россию, главным образом в атомную энергетику.

В мире естественной является ситуация, когда одни и те же фирмы, специализирующиеся на тренажерах для атомных станций, получают крупные контракты и разрабатывают тренажеры и для тепловых электростанций. В России другая ситуация: ведущим российским производителям тренажеров для АЭС пока не удалось разработать ни одного серьезного тренажера теплового энергоблока или станции. Одна из причин - высокие цены, по которым привыкли работать эти разработчики (если атомная станция все равно обязана иметь тренажер, то можно поднять цену). Однако, мы полагаем, что дело не только в цене. Примерно в то же время в России стали появляться Т3П, и с каждым годом все больше и больше энергетиков знает, что эти тренажеры очень высокого качества.

7. Заключение

Разработчики тренажеров в России чтобы получить следующий контракт в качестве доказательства своей успешной деятельности часто приводят примеры других "успешных" проектов, утверждая, что Заказчик доволен. Ситуация в тренажеростроении, когда "Заказчик доволен" на самом деле никого не убеждает, ни в России, ни за рубежом. Существует множество причин, почему Заказчик может быть доволен, а у одного и того же Заказчика довольными могут быть разные люди. Например, тренажером может быть публично доволен главный инженер или директор станции, в то время как рядовые операторы не довольны, но их никто не спрашивает. Главный инженер или директор станции могут быть публично довольными, например, потому, что они заплатили за тренажер деньги, как правило немалые, и они не могут признаться, что была допущена ошибка. Другая причина, почему кто-то может быть доволен имеющимся у него Т1П или Т2П – просто потому,что он не имел дела с Т3П.

Обоснованное выше в статье утверждение, что Т3П используют другие уравнения и другую технологию для моделирования энергоблока, по сравнению с Т2П, многое объясняет:

• почему практически невероятна ситуация, когда оператор высокого класса, хорошо знакомый с каким-либо Т3П, может быть им недоволен, но в то же время доволен каким-то Т2П
• почему на Т3П можно успешно проводить соревнования профессионального мастерства операторов тепловых электростанций, в том числе и международные, предлагая участникам выполнить наисложнейшие опыты, длящиеся часами, в которых команды выполняют сотни различных операций управления в различной последовательности и сочетании, а тренажер на все их действия реагирует адекватно
• и так далее

Приобретение Т1П или Т2П вместо Т3П с точки зрения Заказчика можно оправдать только в том случае, если приобретаемый тренажер в несколько раз дешевле Т3П. Однако, приобретая Т1П или Т2П, в то время как ваши коллеги с других электростанций уже давно и успешно используют Т3П, вам все равно вскоре придется приобрести еще и Т3П – надо же идти в ногу со временем. А потребительские качества Т3П и остальных тренажеров просто несопоставимы.

В настоящее время российская тепловая энергетика в области тренажеростроения обладает уникальными высокими технологиями, которые превосходят лучшие западные образцы. По нашим данным на январь 2004 года ни один ведущий мировой производитель тренажеров для тепловых электростанций, кроме российской компании "Тренажеры для электростанций" по сути даже не заявил, что он создает Т3П. Даже если кто-то сегодня начнет менять свою технологию моделирования на Т3П, то ему понадобится несколько лет, для создания необходимых инструментальных и программных средств и разработки своего первого Т3П.