ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
ЦЕЛЬ. Исследование влияния согласованного управления накопителями электроэнергии и установками распределенной генерации на режимы работы сетевого кластера, представляющего собой распределительную электрическую сеть, подключенную к системе электроснабжения железной дороги переменного тока через вставку постоянного тока (ВПТ).
МЕТОДЫ. Исследования проводились на имитационной модели, реализованной в системе MATLAB.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Рассматривались следующие возмущающие воздействия: отключение на время 0,5 секунд основного питания сетевого кластера со стороны ВПТ; трехфазное КЗ с длительностью в 0,5 с в конце кабельной линии 6 кВ протяженностью в два километра. Результаты моделирования показали эффективность согласованного управления накопителями электроэнергии и турбогенератором с самонастраивающимися прогностическими регуляторами. На этой основе снижаются величины перерегулирования частоты вращения ротора, и уменьшается время переходного процесса для всех параметров в различных режимах. Например, время переходного процесса для скорости ротора генератора в режиме подключения дополнительной нагрузки снижается в три раза, а для напряжения – в два раза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе компьютерного моделирования показано, что согласованное управление накопителями электроэнергии и турбогенератором с прогностическими регуляторами снижает практически до нуля величину перерегулирования скорости ротора и почти на 90 % уменьшает время переходного процесса. Целесообразно проведение дальнейших исследований по применению метода согласованного управления активными элементами, используемыми в системе электроснабжения для регулирования параметров режима.
АКТУАЛЬНОСТЬ. В настоящее время моделирование является одним из наиболее достоверных способов изучения нормальных и аварийных режимов работы электрических сетей. В связи с этим, была разработана математическая модель сельской электрической сети 0,4 кВ в программе MATLAB Simulink.
ЦЕЛЬ. Оценка достоверности получаемых с помощью моделирования в MATLAB Simulink параметров режимов работы сельской электрической сети 0,4 кВ путем оценки значений тока установившегося однофазного короткого замыкания на разном расстоянии от трансформаторной подстанции.
МЕТОДЫ. Токи, полученные на разработанной в MATLAB Simulink модели электрической сети 0,4 кВ, были сравнены с токами, полученными с применением других методов расчета (по ГОСТ 28249-93, упрощенному методу петли «фаза-ноль» и математической модели «Проект РЗА»).
РЕЗУЛЬТАТЫ. Было выявлено, что расхождение результатов в отдельных точках составило 9-11%. При моделировании в MATLAB Simulink режима установившегося однофазного короткого замыкания установлено, что напряжение поврежденной фазы А уменьшается до 0 В, при этом напряжения на двух оставшихся неповрежденных фаз увеличиваются в 1,4-1,5 раза, т.е. в √2 раз до значений 335-354 В при замыкании на выводах трансформатора и до значений 329-338 В при замыканиях за участком линии электропередачи 0,4 кВ.
ВЫВОДЫ. Полученная математическая модель сельской электрической сети 0,4 кВ в программе MATLAB Simulink может использоваться для исследования нормальных и аварийных режимов работы, исследования режимов совместной работы возобновляемых источников энергии с централизованной сетью, процессов включения резервных источников генерации.
АКТУАЛЬНОСТЬ: Возможность обоснованного выбора альтернативной стратегии для организации технического обслуживания и ремонта (ТОиР) оборудования энергокомпании – есть гарантия успешной реализации её стратегических приоритетов. Задачи в этом направлении достаточно актуальны.
ЦЕЛЬ: Разработать унифицированную методику, которая с общих позиций риск-ориентированного подхода позволяла бы сопоставлять две альтернативные стратегии управления активами энергетической компании «по периодичности, наработке» ППР и «по техническому состоянию», по комплексу ключевых критериев эффективности ТОиР.
МЕТОДЫ: При решении задач применялись методы формирования и корректировки планов-графиков ремонтов электрооборудования, расчета надежности и вероятностей отказа в системе электроснабжения потребителей с учетом ее схемных особенностей, оценки технического состояния оборудования по данным неразрушающего контроля и диагностирования, сравнения затрат на поддержание и восстановление надежности и ущербов от ее нарушений.
РЕЗУЛЬТАТЫ: Разработана и верифицирована риск-ориентированная методика, позволяющая по единым критериям эффективности оценить и выбрать предпочтительную для энергокомпании стратегию ТОиР оборудования. Получена алгоритмическая реализация разработанной методики, положенная в основу вычислительного комплекса для выбора и принятия решений. Верификация методики и алгоритма выполнена на примере реального объекта – системы электроснабжения потребителей нефтедобычи с использованием достоверной эксплуатационной и диагностической информации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Полученные результаты в полной мере компенсируют отсутствие методологической возможности в сопоставлении двух базовых альтернативных стратегий ТОиР электрооборудования на основе единого рискориентированного подхода. Разработанная методика представляет собой унифицированный инструмент принятия решения на стадии анализа альтернатив. Иллюстрация методики реальным числовым примером демонстрирует согласованность получаемых решений с результатами экспертных оценок и опытом эксплуатации.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ
ЦЕЛЬ работы заключается в повышении эффективности функционирования централизованных городских систем теплоснабжения путем модернизации индивидуальных тепловых пунктов (ИТП). В статье рассмотрена актуальность вопросов функционирования систем централизованного теплоснабжения с открытым водоразбором. Предложены технические решения, повышающие эффективность работы ИТП с приставкой на горячее водоснабжение. Разработана технологическая схема, выполнен подбор оборудования ИТП. Приведено обоснование применения разработанных технических решений в виде основных технико-экономических, инвестиционных показателей. Объективность определения технико-экономического эффекта модернизации ИТП обеспечена сравнением полученных показателей модернизированного и аналогичных ему объектов.
МЕТОДЫ. При решении поставленных задач применены методы: натурных испытаний на реальном объекте; обработки экспериментальных данных с применением прикладных программ; технико-экономического обоснования в коммунальной теплоэнергетике.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Получены следующие технические показатели в результате внедрения разработанных технических решений модернизации индивидуальных тепловых пунктов в многоквартирных домах г. Йошкар-Олы: достигнуто снижение расхода сетевой воды на 36 – 39 %; снижение среднегодовой температуры в обратном трубопроводе составило 2,9 ºС (с 52,2 °С до 49,3 °С); теплосодержание горячей воды составило 0,136 Гкал/м3 (норматив - 0,068 Гкал/м3), при этом требуемая циркуляция теплоносителя в системе горячего водоснабжения обеспечена в полном объеме. Суммарные потери тепловой энергии в сетях за период с октября 2021 г. по сентябрь 2022 г. составляют 3486,4 Гкал или 11,4 % от отпущенной потребителю теплоты при нормативе 13 %, установленным тарифом. По сравнению с домом-аналогом без системы управления погодным регулированием (СУПР) потребление тепловой энергии за отопительный сезон снижено на 80 Гкал (10,9 %).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Впервые для применения в открытой схеме присоединения ц централизованному источнику потребителей разработана схема ИТП с возможностью регулирования расхода циркуляционной воды системы ГВС и установкой гидроэлеватора с погодным регулированием. Применение разработанного технического решения модернизации ИТП актуально для систем с открытым водоразбором. В результате выполнения экспериментальных исследований выявлено влияние совместной установки насоса и регулирующего клапана на линии рециркуляции ГВС перед узлом смешения рециркуляции ГВС с обратным трубопроводом системы отопления и гидроэлеватора с погодным регулированием. Результаты исследования могут быть использованы при выборе схемных решений модернизации ИТП и обосновании оптимальных технико-экономических показателей рассматриваемых вариантов. Опыт эксплуатации показал, что применение разработанной технологической схемы ИТП с открытым присоединением систем ГВС имеет следующие положительные эффекты: снижение расхода сетевой воды, снижение температуры в обратном трубопроводе тепловой сети, уменьшение тепловых потерь; улучшение циркуляции теплоносителя в системе ГВС; снижение потребления тепловой энергии в период «нижней» срезки температурного графика; сдерживание роста отпускных тарифов на тепловую энергию.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА
На сегодняшний день легко извлекаемые запасы нефти уже добыты, поэтому большой интерес представляют месторождения с остаточными запасами нефти или места со слабой проницаемостью. Известно, что нефть при понижении температуры становится более вязкой, что создает трудности при ее добыче. Следовательно, для снижения вязкости, необходим подогрев нефти до той температуры, при которой возможно реализовать ее добычу. В исследовании предложена математическая модель расчета температурного поля в кольцевом пористом слое при бесконечном нагреве во внутрискважинном реакторе непрерывного разогрева призабойной зоны пласта, содержащий высоковязкую нефть и природный битум (ВВН и ПБ).
ЦЕЛЬ. Построить решение нагрева для бесконечно длинного кольцевого слоя во внутрискважинном реакторе. Получить профиль температуры в поперечном сечении кольцевого слоя и картину температурного поля.
МЕТОДЫ. Уравнения математической модели строятся на основе законов сохранения энергии и массы, их исследование и оценки проводятся с применением аналитических методов теории дифференциальных уравнений, методов теории подобия и размерностей, а также численных методов решения краевых задач.
РЕЗУЛЬТАТЫ. В ходе проведения исследования были получены зависимости расстояния, при котором достигается заданная температура воздуха в реакторе при различных значениях массового расхода, линейной плотности теплового потока и теплоемкости смеси.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Проведенные исследования позволили получить математическую модель расчета температурного поля в кольцевом пористом слое при бесконечном нагреве во внутрискважинном реакторе. Полученные результаты показали, что при увеличении массового расхода и теплоемкости смеси расстояние, при котором достигается заданная температура воздуха в реакторе, увеличивается в 1,6 и 1,5 раза соответственно во всем диапазоне температур, а при увеличении линейной плотности теплового потока это расстояние уменьшается в 0,6 раза.
АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в необходимости использования бросового тепла, являющегося побочным продуктом работы энергетических машин для повышения эффективности их работы. На примере внедрения системы утилизации теплоты конденсации и использования ее в системе воздушного отопления, подтверждена возможность полезного использования бросового тепла, вырабатываемого холодильными машинами, используемыми для намораживания ледовой арены спортивного комплекса.
ЦЕЛЬ. Разработка системы утилизации теплоты конденсации холодильных машин для использования бросового тепла при организации воздушного отопления.
МЕТОДЫ. Исследование инженерных систем на предмет возможности полезного использования низкопотенциального тепла. Организация системы утилизации теплоты конденсации холодильных машин в спортивном комплексе. Установка измерительного стенда, включающего, в том числе, теплосчетчик, тепловычислитель, контроллер передачи результатов замеров на персональный компьютер, проведение необходимых вычислений, их последующая обработка и анализ.
РЕЗУЛЬТАТЫ. На объекте с постоянной работой холодильных машин и потребностью в отоплении, внедрена система утилизации теплоты конденсации. Показана возможность внедрения предлагаемой системы без длительного простоя основного оборудования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Внедрение системы утилизации теплоты конденсации повысило энергетическую эффективность системы, что позволило на 2,6 млн.руб. снизить коммунальные платежи теплоснабжающей организации, а также сократить тепловое загрязнение окружающей природной среды не менее чем на 1,4 ГВт в год.
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
ЦЕЛЬ. Рассмотреть опыт использования и провести исследование электротехнических комплексов морских судов для выяснения возможности улучшения их эксплуатационных характеристик. Получить данные об уровнях шума и вибрации элементов электротехнического комплекса.
МЕТОДЫ. В статье произведен анализ электротехнического комплекса винторулевыми колонками типа Azipod ледокола Балтика. Рассмотрен вопрос регулирования скорости вращения гребных электродвигателей с помощью частотного регулирования на основе звена постоянного тока и параллельно включенных инверторных блоков на IGBT транзисторах. Управление двигателем со стороны преобразователя частоты может быть основано на прямом управлении крутящим моментом, скалярном и векторном управлении. Существуют режимы контроля над снижением и повышением напряжения.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Приведены типичные зависимости уровней корпусного шума главных двигателей и генераторов. Проведены замеры на различных частотах уровней звуковой мощности двигателя, выхлопных газов и вибрации генераторных установок. Получены экспериментальные осциллограммы обменных и синфазных колебаний мощности при совместно-параллельной эксплуатации дизель генераторных установок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложено использовать многофазные электрические двигатели переменного тока для улучшения эксплуатационных характеристик, в том числе снижения шума и вибрации. Имеющийся опыт применения в гребных электрических установках с винторулевыми колонками Azipod частотных преобразователей на основе выпрямительного звена и инверторных блоков позволяет осуществить такое изменение. Для этого необходимо распараллелить инверторы, питающие каждую из трех фаз и обеспечить соответствующие сдвиги фаз.
ЦЕЛЬ. Разработать изменения в строительный свод правил в части актуализации удельных расчетных электрических нагрузок многоквартирных жилых домов. Выполнить сравнительный анализ мощности технологического присоединения многоквартирных жилых домов, рассчитанной по нормативно-техническим документам и по разработанным на основе фактических измеренных данных с оценкой эффекта от актуализации удельных расчетных электрических нагрузок.
МЕТОДЫ. При выполнении поставленной цели были использованы математические и статистические методы анализа.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Выполнена статистическая обработка удельной электрической нагрузки квартир многоквартирных жилых домов Московской области кластера 11–18 этажей за двадцать три месяца 2021 – 2023 гг., которая позволила сформировать статистически значимые выборки путем исключения из них выбросов и получить их базовую описательную статистику. На основании полученных результатов разработаны изменения в нормативно-технический документ в части актуализации удельных расчетных электрических нагрузок квартир многоквартирных жилых домов Московской области кластера 11 – 18 этажей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Внедрение актуализированных значений удельной расчетной электрической нагрузки приведет к выбору силовых трансформаторов с оптимальной загрузкой, что, с одной стороны, сократит «запертую электрическую мощность», вследствие чего уменьшатся потери электроэнергии, а с другой стороны, снизит затраты на технологическое присоединение.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ЦЕЛЬ. Исследование особенностей гидробиологических характеристик развития зоопланктона в условиях работы рыбозащитного сооружения по типу водовоздушной завесы (ВВЗ) на объекте энергетики.
МЕТОДЫ. Собран, обработан и проанализирован гидробиологический материал по физико-химическим характеристикам воды и по качественному и количественному составу зоопланктона в районе водозабора Заинской ГРЭС. Проведен сравнительный анализ собственных исследований и литературных данных по характеристике вод в районе рыбозащитного сооружения типа водовоздушной завесы. Обработку материала проводили общепринятыми гидробиологическими методами в лаборатории кафедры «Водные биоресурсы и аквакультура» Казанского государственного энергетического университета.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Показано, что рыбозащитное устройство по типу водовоздушной завесы является многофункциональным техническим решением, которое в процессе работы изменяет физико-химические характеристики состояния экосистемы, особенно в придонном слое. Выявлено, что рыбозащитное сооружение (РЗС) по типу водовоздушной завесы не снижает видового разнообразия зоопланктона. В районе функционирования ВВЗ отмечены максимальная численность и биомасса зоопланктона по сравнению с контрольными станциями. Основу численности и биомассы зоопланктона составляли ракообразные: на ветвистоусых ракообразных приходилось 50,2% от общей биомассы, на веслоногих рачков – 46,1%.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Наблюдения за состоянием экосистемы в районе действия водовоздушной завесы и оценка качества вод по гидробиологическим показателям выявили высокое качество вод на участке в районе функционирования ВВЗ, улучшение экологической ситуации.
ISSN 2658-5456 (Online)