Preview

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Расширенный поиск
Том 21, № 4 (2019)
Скачать выпуск PDF

ЭНЕРГЕТИКА

3-11 120
Аннотация
В данной работе представлена оценка энергоэффективности гибридной гелиогеотермальной электростанции с учетом геотермального ресурса одной из продуктивных скважин (ТД4) и прямого солнечного излучения на геотермальном поле Тендахо (англ. Tendaho) в Эфиопии. Для оценки выработки энергии в гибридной солнечногеотермальной электростанции разработана термодинамическая модель геотермальной электростанции с системой одноступенчатого разделения пара, интегрированной с параболоцилиндрическом концентратом установки солнечного нагрева. В гибридной электростанции солнечной энергии используется для перегрева геотермального пара, чтобы получить больше энергии, прежде чем он расширяется в турбине. Выполнен термодинамический анализ, основанный на принципах сохранения массы и энергии, для оценки эффективности гибридной электростанции в заданных условиях геотермальном поле Тендахо. Также выполнен анализ качественного показателя, для того чтобы оценить, может ли гибридная электростанция вырабатывать больше энергии, чем две автономные электростанции, а именно солнечная и геотермальная электростанция, которые составляют гибридную электростанцию. Результаты показали, что гибридная электростанция технически и экономически превосходит две автономные электростанции. Благодаря интеграции двух энергетических ресурсов, гибридная электростанция может генерировать 7158 кВт электроэнергии, т.е. больше, чем сумма двух автономных электростанций (геотермальной и солнечной).
12-19 74
Аннотация
В статье рассматривается работа теплофикационных энергоблоков ТЭЦ в условиях разукрупнения графика тепловых нагрузок. Показано, что для повышения эффективности может использоваться оригинальная методика разбиения температурного графика на три зоны, каждая из которых характеризуется способом регулирования отпуска теплоты, а для оценки эффекта использоваться критерий минимального расхода топлива. Разработан метод определения эквивалентной расчетной температуры, который учитывает режимные особенности теплофикационных энергоблоков в виде способа регулирования отпуска теплоты. Показано, что при зонировании температурного графика следует иметь три расчетных точки. На основании оптимизационных расчетов для теплофикационных энергоблоков стандартных типоразмеров широкой линейки мощностей показано, что оптимальные параметры теплофикационных энергоблоков в условиях зонирования температурного графика в целом соответствуют стандартным значениям. Кроме того, показано, что в каждой зоне температурного графика наблюдается экономия топлива, которая может составить от 3 до 30% в зависимости от типа энергоблока, его мощности и зоны температурного графика, а годовой расход топлива теплофикационными энергоблоками может быть снижен приблизительно на 10%.
20-32 70
Аннотация
Целью данной работы является исследование квазистатических тепловых двигателей Филипса и Карно, в рамках которого осуществлен сравнительный анализ их работы как для циклов с рабочим телом «идеальный газ», так и для циклов с рабочим телом «реальный газ». В качестве основного метода исследования использован метод термодинамических потенциалов. В результате проведѐнной работы установлено, что существующая формулировка теоремы Карно справедлива только для рабочего тела «идеальный газ». Таким образом можно сделать вывод о том, что в общем случае теорема Карно может быть сформулирована, например, так: «Коэффициент полезного действия обратимого теплового двигателя максимален, не зависит от свойств теплового двигателя и является функцией температур только горячего и холодного резервуаров: η=1-ƒ(t1,t2), где ƒ(t1,t2) – функция только температур t1 и t2 горячего и холодного резервуаров. Данная формулировка справедлива только для рабочего тела «идеальный газ». В случае использования в качестве рабочего тела реального газа коэффициент полезного действия теплового двигателя, помимо зависимости от температур горячего и холодного резервуаров, является функцией термодинамических характеристик рабочего тела и типа теплового двигателя, а своего максимального значения для данного вида рабочего тела и типа двигателя он достигает при наличии обратимости рассматриваемой системы».
33-40 89
Аннотация

Инновационные технологии находят применение в самых разных областях человеческой жизни. Энергетическая сфера не является исключением, особенно в части вопросов эффективного хранения и использования энергии.

Научных разработок в этих областях существует достаточно много. Одни из них находятся на стадии теоретической разработки, а другие уже существуют в области работающих прототипов. Технологии накопления энергии сохраняют энергию, когда потребление ниже, чем ее производство, и снабжают энергией, когда потребление выше, чем ее производство. Это обеспечивает энергетическую безопасность и готовность к чрезвычайным ситуациям, например в случае аварии на электростанции; дает возможность балансировать нагрузки сети, где электричество генерируется с помощью возобновляемой энергии. Системы хранения энергии полезны и для потребителей – благодаря им возможно поддерживать стабильные цены на электроэнергию в масштабе общей сети или обеспечить индивидуальную гибкость и независимость потребления при локальном хранении в домах.

Развитие систем накопления и хранения энергии становится потенциальным методом решения проблем глобальной энергетической системы. Однако существуют технические и нетехнические барьеры, препятствующие широкому распространению устройств накопления энергии. В связи с этим необходимо выявить инновационные процессы, механизмы и системы, которые позволяют разработкам в области накопления энергии содействовать решению проблем энергетической системы, а также обеспечить промышленный рост за счет компаний, занимающихся разработкой технологий. В данной статье рассматриваются актуальные достижения и тенденции в области инноваций в сфере накопления энергии. Научная новизна статьи заключается во всестороннем обзоре современного положения дел в данной области и определении основных направлений развития.

41-47 81
Аннотация
Целью работы является исследование диэлектрических характеристик масла на растительной основе в процессе циклического температурного старения и определении параметров, необходимых для контроля состояния масла, и разработке метода диагностики электроизоляционной жидкости. Методика исследования включала измерение диэлектрической проницаемости масла и тангенса угла диэлектрических потерь для образца масла, которое подвергалось циклическому температурному окислению. Тепловое окисление заключалось в циклическом нагревании и естественном остывании образца в течение суток без воздействия света. Таким образом, выполнялась имитация изменения температурного режима в баке силового трансформатора при изменяющемся графике нагрузки в течение суток. Для сравнения измерялась диэлектрическая проницаемость базового подсолнечного масла, которое хранилось в стеклянной таре при комнатной температуре без воздействия света. Результаты исследования показали, что диэлектрическая проницаемость масла на растительной основе линейно увеличивается в процессе окисления. Увеличение диэлектрической проницаемости связано с ростом числа полярных молекул в результате образования вторичных продуктов окисления. Температурное воздействие приводит к химическому изменению состава масла. В результате образуются первичные продукты окисления – гидроперекиси. Гидроперекиси при высокой температуре нестабильны и быстро разрушаются с образованием вторичных продуктов окисления. Продукты окисления масла на растительной основе не образуют осадка. Вместо этого масло начинает густеть и полимеризуется. Разработанный метод диагностики состояния электроизоляционной жидкости заключается в определении коэффициента, пропорционального скорости роста числа полярных молекул, образующихся при окислении масла. Полученные результаты показывают, что контроль только тангенса угла диэлектрических потерь не дает полной картины состояния масла на растительной основе и не всегда является индикатором окислительных процессов в масле. Процесс термического окисления оказывает устойчивое влияние на величину диэлектрической проницаемости, которая указывает на изменения в молекулярном составе масла, в результате полимеризации.
48-57 61
Аннотация
В статье проводится математическое моделирование двухтрубного теплообменника, имеющего продольные прямоугольные оребрения размером (2*3*1000) мм, установленные на внешней поверхности внутренней трубки теплообменника. В данной работе математически обосновано преимущество применения такой конструкции при передаче тепла между жидкостями, протекающими через теплообменник, и влияние установки продольных прямоугольных оребрений на эффективность работы теплообменника. Проведенные исследования позволяют проводить расчет оптимальных конструктивных параметров теплообменников. Диаметр внешней трубы (34,1 мм), а диаметр внутренней трубы (16,05 мм). Толщина стенок труб составляет (1,5 мм), а длина системы (1 м). Горячая вода течет через внутреннюю трубу параллельно с холодной водой, которая проходит через внешнюю трубу. Температура горячей и холодной воды на входе составляет (75 ° C и 30 ° C) соответственно. Массовый расход внутри центральной трубы составляет (0,1 кг / с), а кольцевая труба несет (0,3 кг / с).Для исследований была использована компьютерная программа ANSYS Workbench 15.0, с целью расчета и визуализации поведения жидкостей внутри теплообменника и получения результатов.
58-65 59
Аннотация
Данная статья поможет рассмотреть проблему термодинамической оптимизации теплоэнергетического оборудования. Решение данного вопроса позволяет повысить энергоэффективность тепловых систем путем снижения затрат энергетических ресурсов. Существует большое количество методов для исследования энергетических установок, в работе совмещены два метода: эксергетический и пинч метод. Эксергетический анализ тепловых систем показывает количественные и качественные характеристики эффективности. Пинч-метод позволяет решать конкретные проектные задачи по оптимизации параметров теплоэнергетических объектов. В основе пинч-анализа лежит энтальпия, которая не учитывает потенциал тепла. В работе предлагается проводить пинч-анализ источников тепловой энергии при помощи эксергии, которая может более качественно оценить потенциал тепловых потоков и показывает зависимость энергии тепловых потоков от температуры окружающей среды. В статье приводится эксергетический анализ такого объекта, как прямоточный котел ПП-2650-255 ГМ с помощью пинч-метода. Результаты работы показывают, что для повышения энергоэффективности котла можно изменить площади поверхностей нагрева экономайзера и воздухоподогревателя. Таким образом, эксергетический пинч-анализ является эффективным методом для повышения энергоэффективности теплоэнергетического оборудования.
66-76 74
Аннотация
При системных авариях, связанных со снижением частоты с целью предотвращения полного погашения энергорайона и ускорения ликвидации аварии применяется частотная делительная автоматика (ЧДА). Существующие технические решения по реализации ЧДА не всегда обеспечивают баланс вырабатываемой и потребляемой мощности при действии ЧДА, поскольку не учитывается текущая схемно-режимная ситуация. Целью настоящей работы является разработка эффективных алгоритмов функционирования адаптивной ЧДА, осуществляющей выделение энергоблоков электростанции на сбалансированную нагрузку изолированного энергорайона с учѐтом текущей схемно-режимной ситуации. Для решения поставленной цели используется метод структурного и параметрического синтеза алгоритмов противоаварийного управления, который заключается в создании составной алгоритмической модели адаптивной ЧДА. Результатом данной работы является разработанная алгоритмическая модель адаптивной ЧДА электростанции, состоящая из алгоритмов ввода и обработки входных аналоговых сигналов ЧДА, алгоритмов ввода и обработки входных дискретных сигналов ЧДА, алгоритмов формирования пусковых органов ЧДА, алгоритмов выделения электростанции на сбалансированную нагрузку энергорайона. Предложенный алгоритм функционирования адаптивной ЧДА является универсальным и позволяет автоматически выделять энергоблоки электростанции на сбалансированную нагрузку изолированного энергорайона, вне зависимости от вида аварии и еѐ причины, конфигурации электрической сети и величин выработки и потребления электроэнергии, а также текущей схемно-режимной ситуации.
77-84 54
Аннотация
Известно, что поршневые двигатели с турбокомпрессором имеют лучшие показатели по удельной мощности, экологичности и экономичности, по сравнению с атмосферными двигателями. В настоящей статье производится сравнительный анализ нестационарной газодинамики и мгновенной локальной теплоотдачи пульсирующих потоков во впускных и выхлопных системах поршневых двигателей внутреннего сгорания в случае установки турбокомпрессора и без него на основе результатов экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились на натурных лабораторных стендах в условиях газодинамической нестационарности. Опыты проводились на одноцилиндровом двигателе размерности 8,2/7,1, оснащенным турбокомпрессором ТКР-6. В статье приводится оригинальная методика определения мгновенных значений локального коэффициента теплоотдачи в трубах, а также описывается процедура проведения исследований. Установлено, что наличие турбокомпрессора в газовоздушной системе двигателя приводит к значительным отличиям в закономерностях изменения газодинамических и теплообменных характеристик пульсирующих потоков. В частности, показано, что наличие в выхлопной системе турбокомпрессора происходит к подавлению теплоотдачи, а во впускной системе – к интенсификации теплообмена. Полученные новые данные могут использоваться для совершенствования инженерных методик расчета показателей качества процессов газообмена, для доводки рабочих процессов двигателя при установке турбокомпрессора, а также для разработки перспективных газовоздушных систем ДВС с турбонаддувом.
85-94 64
Аннотация
Для определения результатов передачи электрической энергии по линии электропередачи (ЛЭП) от источника к потребителю необходимо иметь точные сведения о параметрах данной линии. Определить эти параметры для действующих линий с минимальной погрешностью достаточно трудоѐмко. Но если исследователя интересуют лишь напряжения и токи в конце и в начале однородного участка ЛЭП трехпроводного исполнения, то для этого достаточно использовать теорию многополюсников. В частности, теорию восьмиполюсников. В статье представлена методика экспериментального определения продольных и поперечных параметров исследуемой ЛЭП. В исследовании использовались методы натурного эксперимента с использованием соответствующего парка электроизмерительных приборов, методы косвенного измерения искомых величин. Эксперимент состоит из шести этапов, на основании полученных данных появляется возможность определить численные значения основных параметров исследуемого участка ЛЭП, с учетом которых возможно установить количественную связь между входными и выходными характеристиками электрической энергии. Кроме того, описываемая методика, в принципе, может быть применена и для анализа активных восьмиполюсников подобного исполнения. Это значит, что предлагаемая методика может обеспечить всесторонний анализ исследуемого объект и поможет идентифицировать параметры воздушной ЛЭП на этапе строительства или ее подключения для потребителя. В статье представлена схема опытной установки, описаны методики проведения опытов, оценена погрешность результатов расчета.
95-103 82
Аннотация
Цель работы– снижение потерь и повышение энергосбережения в электрических сетях. Задачи энергосбережения и энергоэффективности требуют не только снижения потерь на различных этапах передачи и преобразования электроэнергии, но и сохранения баланса энергии, генерируемой в электросистеме и потребляемой электроприемниками в различных режимах работы. С увеличением числа электроприемников и усложнением электроэнергетических систем произвести такое согласование в традиционных способах передачи электроэнергии достаточно сложно, что неизбежно приводит к потерям, снижению энергоэффективности таких систем. Для достижения данной цели предложена многоуровневая топология электрической сети и асинхронный способ передачи электрической энергии между узлами, включающими нагрузку, источники энергии, накопители энергии, присоединенные соответствующим образом. Математическим методом показано, что данная топология сети позволяет с помощью накопителей энергии, управляемыхпо определенному алгоритму, и телеинформационных технологий оптимизировать баланс электрической энергии в сети, добиваясь равенства выработанной и потребленной электроэнергии. Такая топология сети и способ передачи электрической энергии могут быть положены в основу цифровых технологий в энергетике (ЭНЕРНЕТ). Ключевым элементом многоуровневой топологии и асинхронного метода передачи электрической энергии являются накопители энергии, управляющие энергетическими потоками в сети с помощью телеинформационных технологий. Данная топология сети и асинхронный способ передачи электрической энергии позволяют уменьшить дисбаланс выработанной и потребленной в сети энергии, что приводит к ряду положительных результатов.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

104-112 49
Аннотация
Цель исследования заключается в выборе эффективной технологии мониторинга состояния грозозащитных тросов в пролете на основе применения программно-аппаратного комплекса обеспечения анализа технического состояния грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше, позволяющих выполнить комплексную оценку воздействия как внешних климатических факторов от ветровой и гололедной нагрузок, так и величины теплового удлинения грозозащитных тросов от воздействия протекающего тока в режиме плавки гололеда. Методы исследования заключаются в проведении анализа текущего состояния грозозащитных тросов и их предельных значений механической прочности, позволяющих произвести оценку эффективности мероприятий по предотвращению аварийных ситуаций. Результатами исследования выступает возможность визуализации текущих параметров грозозащитных тросов в пролете воздушной линии электропередачи, что в свою очередь сокращает время принятия решений по предотвращению аварийных режимов работы линий. В качестве вывода исследования выступает алгоритм мониторинга состояния грозозащитных тросов, основанный на информации о текущих значениях продольного и поперечного углов, а также значениях окружающей температуры и температуры грозозащитного троса получаемой с сенсоров, смонтированных непосредственно на тросах.
113-122 88
Аннотация
Задача оценки и анализа переходных режимов электромеханических преобразователей с получением их математических моделей, с высокой точностью соответствующих объектам исследования, является актуальной на этапах проектирования и эксплуатации. Программные продукты LabView, MatLab Simulink и другие открывают широкие возможности для решения поставленной задачи и позволяют получить достоверные результаты. В работе проведена экспериментально-аналитическая оценка переходных режимов двигателя постоянного тока на базе установки для исследования электрических машин. На основании полученных результатов проведены аппроксимация графиков переходных процессов с применением метода наименьших квадратов и подбор аппроксимирующего полинома соответствующего порядка с наибольшим приближением к динамическим свойствам исследуемого объекта. Произведена оценка динамической точности процесса аппроксимации. Для оценки погрешности применен критерий минимума интеграла от квадрата невязки. Проведенные эксперимент, моделирование переходных процессов и анализ полученных графиков показывают, что полученная математическая модель с большой степенью точности соответствует данным эксперимента. Данное обстоятельство позволяет использовать предложенный метод для контроля вариаций параметров исследуемого объекта и их экспериментальноаналитической оценки на этапах проектирования и контроля функционирования электромеханических преобразователей в процессе эксплуатации.

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО- ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

123-133 54
Аннотация
В электроэнергетике России и за рубежом особое внимание обращено на проблему возрастания числа возникших из-за повреждений высоковольтных изоляторов (ВИ) аварий в высоковольтном оборудовании. Был проведен анализ аварийных ситуаций на подстанциях и открытых распределительных устройствах [1,2,3], показавший, что причинами повреждения ВИ в большинстве случаев являются естественное старение в приложенном электрическом поле (ЭП), перенапряжения и наличие первоначальных дефектов при изготовлении ВИ. Опираясь на этот факт, нами разрабатывались различные методы бесконтактной диагностики ВИ с целью выявления дефектов на ранней стадии их развития. Особое внимание было обращено на метод частичных разрядов (ЧР), поскольку характеристики ЧР позволяют получить информацию о параметрах дефектов. В статье описан комплекс бесконтактных методов для проведения дистанционной диагностики высоковольтных изоляторов; двухканальный метод дистанционной диагностики рабочего состояния высоковольтных изоляторов, основанный на регистрации частичных разрядов электромагнитным и акустическим датчиками; устройство, позволяющее проводить визуальный контроль и поиск неисправного высоковольтного оборудования; дистанционный бесконтактный метод регистрации электрических полей высокой напряженности промышленной частоты, а также их пространственной ориентации на основе электрооптического эффекта. Мы разработали макет мобильного прибора для реализации методик исследования высоковольтных диэлектрических элементов для диагностики их технического состояния с помощью описанного комплекса бесконтактных методов. Измерительное устройство в составе мобильного диагностического прибора состоит из набора сенсоров для сбора диагностической информации, детектированной электромагнитным, акустическим и электрооптическим датчиками и сигнала фазы напряжения, приложенного к исследуемому ВИ. Одновременное использование сразу нескольких датчиков позволило повысить точность локализации ЧР в ВИ. Визуализация результатов диагностики возможна на диспетчерском пункте в виде амплитуднофазовых, частотно-фазовых и амплитудно-частотных диаграмм распределения характеристик частичных разрядов и на портативном устройстве в виде интенсивности излучения с выбранного датчика. Мобильный диагностический прибор позволил в лабораторных условиях выполнить изучение электрофизических процессов в различных диэлектрических материалах и изделиях под воздействием сильных переменных электрических полей. Выполнено изучение особенностей дефектов на стержне и контакте «стержень-оконцеватель», построена схема электрофизических процессов, сопровождающих излучение ЧР, и установлены причины их возникновения.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-9903 (Print)
ISSN 2658-5456 (Online)