Preview

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Расширенный поиск
Том 22, № 1 (2020)
Скачать выпуск PDF

ЭНЕРГЕТИКА

3-9 105
Аннотация

Высокоэффективная очистка газового потока от твердых частиц малого диаметра при малых потерях давления в аппарате является одним из основных показателей  при  выборе  очистительного  устройства.  В  статье  предлагается разработанный авторами прямоугольный сепаратор для эффективной очистки газовых выбросов котельных установок от твердых частиц. Произведен сравнительный анализ сепаратора с циклоном ЦН-11-400. Определены оптимальные размеры элементов внутри прямоугольного сепаратора. Построена зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от безразмерного геометрического коэффициента, на ней определен глобальный минимум и соотношение размеров двутавровых сепарационных элементов, при которых достигаются минимальные энергетические затраты. Для различных значений длины двутавровых элементов получены результаты по эффективности работы предлагаемого сепарационного устройства. В частности, показано, что с уменьшением длины двутавровых элементов увеличивается эффективность сепарации частиц небольшого диаметра. В результате численного эксперимента определено, что при длине двутавровых элементов равной 13 мм достигается наибольшая эффективность. При объемном расходе Q = 0,444 м3/с эффективность сепаратора в среднем на 52% выше эффективности циклона ЦН-11-400 при сепарации газа от частиц диаметром до 8 мкм.

10-17 114
Аннотация

В статье приведены результаты одноцелевой оптимизации состава гибридного комплекса, включающего ветро-солнечную и дизельную электростанцию, по критерию минимальной себестоимости выработанной электроэнергии для небольшого населённого пункта в заданных географических условиях. Дана оценка влиянию учёта дополнительного критерия ограничения капитальных затрат на результат решения задачи оптимизации. Показано, что соотношение долей солнечной и ветровой электростанции непостоянно при изменении располагаемых капитальных затрат и меняется вплоть до исключения одного из возобновляемых источников энергии из состава комплекса.

18-27 88
Аннотация

Совокупность характеристик, обуславливающих качество электроэнергии (КЭ) может быть использовано для описания состояния и эффективности работы системы электроснабжения с точки зрения влияния электромагнитных помех. Воздействие электромагнитных помех на электротехническое оборудование проявляется в сокращении времени безотказной работы, дополнительных потерях активной мощности, потерях данных т.д. Наиболее распространенными источниками помех в современных условиях являются электроприемники потребителей с нелинейной вольтамперной характеристикой. Данный вид электроприемников создает искажение формы кривой тока и напряжения. Ввиду широкого распространения таких электроприемников в быту и промышленности необходимо уделять особое внимание вопросам гармонических искажений. В данной статье представлены результаты измерений и анализа качества электроэнергии, а также показан эффект применения активного фильтра (АФ) с целью обеспечения качества электроэнергии в распределительной сети (66/20 кВ) города Латакия Сирийской Арабской Республики. Дано определение оптимальной емкости звена постоянного тока АФ с помощью метода роя частиц с целью минимизации суммарного коэффициента несинусоидальности тока и напряжения в исследуемой электрической сети.

28-37 95
Аннотация

Целью данной работы является снижение стоимости теплонасосной системы теплоснабжения путем использования солнечного коллектора в первичном контуре теплового насоса. Известно, что цена материала и монтаж коллектора первичного контура составляет 30% от общей стоимости теплонасосной системы теплоснабжения. Использование солнечного коллектора в первом контуре теплового насоса исключает необходимость бурения или подземного монтажа коллектора низкопотенциальной тепловой энергии. Отказ от классических видов коллекторов: горизонтальные коллекторы и вертикальные зонды, оказывает также положительный экологический эффект на почву. Комбинированное использование солнечного коллектора и теплового насоса добавит вариативности в компоновке теплонасосной системы теплоснабжения. В статье представлены результаты теоретического исследования целесообразности эксплуатации солнечных коллекторов на широтах Республики Татарстан. Приведен сравнительный анализ различных видов теплового насоса и солнечного коллектора, исходя из которого были подобраны основные компоненты комбинированной системы. Работа включает в себя расчеты необходимой мощности и площади поверхности поглощения солнечного коллектора. Приведены результаты сравнительного анализа производительности солнечного коллектора в зависимости от угла падения солнечных лучей и среднего уровня инсоляции. В результате работы, было определено, что использование солнечного коллектора в первичном контуре теплового насоса будет дешевле в 2 раза по сравнению с горизонтальными коллекторами и в 4 раза по сравнению с вертикальными зондами.

38-48 71
Аннотация

Одним из актуальных трендов на настоящее время является развитие малой энергетики, что является особенно актуальной задачей для Российской Федерации с ее огромными территориями и спецификой электроэнергетической системы.

Использование синхронной электрической машины возвратно-поступательного действия с постоянными магнитами в энергетических установках модульного типа позволяет рационально спроектировать автономный источник электроснабжения, получить наиболее оптимальную конструкцию.

Разработано математическое описание термодинамических, электромеханических и тепловых процессов, происходящих в рассматриваемом энергетическом комплексе (синхронный двигатель), что является необходимым условием для проектирования и оптимизации конструкции автономного электроэнергетического комплекса.

Согласно теоретическим выкладкам в приложении Matlab на базе дополнительного модуля Simulink была разработана и рассчитана имитационная модель свободно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, блоки расчета линейной токовой нагрузки, магнитной индукции статора, магнитной индукции, создаваемой постоянными магнитами индуктора, электромагнитной силы.

Созданная методика расчета параметров электромагнитной составляющей силы синхронной машины с постоянными магнитами позволяет провести расчет и оптимизацию конструктивных параметров индукторного и статорного элемента рассматриваемого электрического двигателя, что повышает энергоэффективность всей системы.

49-57 108
Аннотация

На сегодняшний день загрязнение теплообменного оборудования приводит к серьезным экономическим убыткам в многих отраслях промышленности, поэтому поиски метода для снижения скорости или предотвращения загрязнения остается актуальной задачей. В данной работе предложено практическое решение для реализация пульсационного метода очистки на примере маслоохладителей. Проведено численное исследование влияния пульсационного потока на эффекты способствующие уменьшению загрязнений на внешней поверхности пучков труб. Численное исследование проводилось с использованием ПО Ansys Fluent. Течение жидкости описывалось уравнением Навье-Стокса, движение частиц и их взаимодействие описывалось методом дискретных элементов (DEM). При исследовании был рассмотрен шахматный пучок труб. Частота пульсаций соответствовала 0,3125 Гц, амплитуда отнесенная к диаметру трубки пучка 35, число Рейнольдса 100, скважность пульсаций соответствовала 0,25. В качестве рабочей среды было выбрано масло. Оценка пульсационной методики очистки осуществлялась на основе анализа механика соударения частиц о поверхность центрального цилиндра в пучке, при стационарном и пульсационном потоке. Установлено, что пульсационный поток способствует уменьшению загрязнений в передней области цилиндра и не эффективен в задней. Анализ механики соударения частиц о поверхность теплообмена показал, что данный режим пульсаций эффективней для удаления пластичных отложений.

58-68 113
Аннотация

Цель работы заключается в теоретическом и экспериментальном исследовании процессов при однофазных замыканиях на землю в электрических распределительных сетях 6-10-35 кВ с изолированным режимом работы нейтрали. Используется метод математического нормирования, применяемый при анализе спектрального состава токов и напряжений с целью повышения информативности выделяемых высших гармонических составляющих тока и напряжения. В статье приведено сопоставление результатов спектрального анализа с учетом и без учета математического нормирования, полученных на имитационной модели. Натурные эксперименты продемонстрировали эффективность использования метода математического нормирования высших гармонических составляющих тока и напряжения при различных видах однофазных замыканий на землю. Результаты натурных экспериментов предоставили возможность улучшения методики раннего выявления однофазных замыканий на землю в электрических сетях 6-10-35 кВ с изолированным режимом работы нейтрали. Выводом исследования является возможность существенно более точного выделения резонансных частот спектра токов и напряжений, получаемых с использование метода математического нормирования. Одновременно продемонстрирована возможность более ранней и уточненной локализации фидера с замыканием на землю на основе более точного выделения резонансных частот токов и напряжений.

69-76 99
Аннотация

Improving energy efficiency and reducing the cost of creating an electrical complex of autonomous power supply for an oil-producing enterprise is an urgent problem and requires a rational solution. The goal is the construction of energy-efficient electrical systems of autonomous power supply for oil-producing enterprises, leading to a reduction in the unit cost of electricity per unit of production. A methodology for constructing an autonomous power supply system for an oil producing enterprise, optimized in length and number of generation centers is present. The results presented in the work were obtained using methods of the theory of electric and magnetic circuits, theory of electric drive, methods of optimization of power supply systems, methods of mathematical and computer modeling. The configuration of the power supply system of oil producing enterprises and the efficiency of its work is analyze. To test the efficiency of the methodology, the power supply system of an oil producing enterprise is simulate in the RTDS software package. The results of the work were introduced and used in the creation of energy-efficient electrical systems for autonomous power supply to oil-producing enterprises based on autonomous diesel generators and optimized by the length of power lines and the number of generation centers. Implementation of the results of the work allows reducing the specific energy consumption per unit of extracted products and reducing the cost of building an energy-efficient electrical complex of autonomous power supply for oil-producing enterprises.

77-84 89
Аннотация

В статье рассмотрены вопросы реализации нового отечественного природоохранного законодательства, предусматривающего разделение в зависимости от степени негативного воздействия на окружающую среду всех энергетических предприятий на 4 категории, введение технологического нормирования, реализуемого на принципах наилучших доступных технологий при условии наличия технической возможности их применения, проведение дифференцирования мер государственного регулирования в области охраны окружающей среды. В рамках данного подхода с целью оценки степени влияния на окружающую среду выбросов котлов малой тепловой мощности КЕ-25-14С посредством проведения численных экспериментов определены значения суммарного показателя вредности (токсичности) продуктов сгорания, образующихся при сжигании березовского угля марки Б2 (класс обогащения Р). Суммарный показатель вредности выбросов определен с учетом вклада частных показателей вредности компонентов сгорания, представленных оксидами азота, диоксидом серы, монооксидом углерода, золовыми частицами, пентаоксидом ванадия и бенз(а)пиреном. Установлен частный вклад рассмотренных загрязняющих веществ в суммарную токсичность выбросов при реализации режимов сжигания с умеренным и большим химическим недожогом топлива. Даны практические рекомендации применения результатов исследования в качестве исходных данных при установлении технологических нормативов котлов тепловых электрических станций в процессе согласования и получения комплексного экологического разрешения, разработке программы повышения экологической эффективности энергетических предприятий.

85-92 96
Аннотация

Обсуждаются пути обеспечения требуемого качества электрической энергии (ЭЭ) в условиях ограниченных финансовых возможностей энергоснабжающих организаций (ЭСО) с учетом опыта зарубежных стран. Предлагается разрабатывать и применять тарифы, дифференцированные по степени надежности и качества ЭЭ, в соответствии с требуемым для отдельных потребителей качеством ЭЭ.

В результате использования тарифов, дифференцированных по уровням качества, в выигрыше могут оказаться как потребители, так и ЭСО. Потребители, с энергопринимающими устройствами, не требующими высокого качества ЭЭ – за счет снижения платежей, потребители с энергопринимающими устройствами, требующих повышенного качества ЭЭ – за счет успешной работы электротехнических устройств, повышения их ресурса и обеспечения высокого качества выпускаемой продукции. ЭСО приобретают стимулы для управления качеством ЭЭ по запросам потребителей и возможности более рационального использования финансовых средств, направляемых на предоставление потребителю ЭЭ различного качества.

93-102 87
Аннотация

Рассматривается несимметричная распределительная электрическая сеть в условиях функционирования автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Сформулирована задача идентификации ее математической модели в комплексной форме, которая сводится к определению фазовых сдвигов переменных (токов, напряжений), определяющих электрическое состояние трехфазной сети. Предложен метод ее решения, основанный на математических соотношениях, описывающих функциональные связи между переменными состояния, и использовании алгоритмов параметрической оптимизации. Реализация процедуры идентификации модели распределительной сети осуществляется с непосредственным использованием исходных данных, полученных по каналам связи с абонентских счетчиков электроэнергии. Метод можно использовать для решения ряда функциональных задач в составе АСКУЭ, ориентированных для диагностики состояний магистральной линии и мониторинга потерь электроэнергии в распределительной сети.

103-112 81
Аннотация

Прогнозирование спроса на тепловую энергию энергетическими комплексами зданий и сооружений является актуальной задачей. Для достижения необходимой точности расчёта принято использовать различные детерминированные способы, опирающиеся на имеющиеся изменяющиеся и мало изменяющиеся данные об объекте исследования. Вместе с этим статистические данные могут использоваться и при анализе стохастическими методами. Целью настоящей статьи является анализ вопроса допустимости объединения детерминированного и стохастического подходов с целью повышения точности расчёта. Показаны формулы расчёта составляющих расходной части теплового баланса на примере здания для занятий водными видами спорта. На основании приведённых формул проведён расчёт с ежемесячной дискретизацией в период с января 2009г. по январь 2019 г. Приведён пример расчёта точности прогноза спроса на тепловую энергию посредством многофакторного регрессионного анализа и применения искусственных нейронных сетей. На основании этих же данных проведено обучение искусственной нейронной сети по семи различным факторам: шести независимым и седьмым – идеализированным значением тепловых потерь здания через ограждающие конструкции. На примере анализа здания для занятий водными видами спорта показана недопустимость описанного подхода в случае использования в детерминированном и стохастическом способе одних и тех же исходных данных. Результаты: точность прогноза, выполненного с применением регрессионного анализа возрастает с увеличением числа факторов. Однако использование в стохастическом методе дополнительной группы факторов, например, численно являющихся обработанными климатическими данными, уже используемыми в качестве исходных, приведёт к необоснованному завышению значимости дважды используемого фактора. Присутствие в прогнозных моделях с применением искусственных нейронных сетей коллинеарности и мультиколлинеарности переменных не сказывается негативно на прогнозе. Вывод: объединение детерминированного и стохастического подходов при составлении прогнозного теплового баланса путём использования в детерминированном подходе только тех же входных данных, что используется в стохастическом подходе, является недопустимым.

Показано преимущество моделей расчётов потребности в спросе на энергоресурсы энергетическим комплексом с искусственными нейронными сетями относительно моделей, использующих многофакторный регрессионный анализ.

113-127 115
Аннотация

Высокая цена квалифицированного жидкого топлива в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока, а так же значительные запасы древесной биомассы в этих районах определяют актуальность представляемых исследований. Комплексная переработка древесной биомассы в синтетические жидкие топлива и электроэнергию позволит повысить энергетическую и экономическую эффективность переработки техногенных отходов, а так же улучшить экологическую обстановку указанных районов.

Целью работы является технико-экономическая оптимизация параметров модульных установок комбинированного производства электроэнергии и метанола из древесной биомассы.

В статье приведен анализ ранее выполненных работ по теме исследований. На его основе выбрано одно из эффективных направлений переработки древесной биомассы: окислительная конверсия этого сырья газифицирующим агентом с получением газа, обогащённого водородом и оксидами углерода; синтез из него квалифицированных жидких топлив; получение электроэнергии путем утилизации тепла конверсии, синтеза и тепла при сжигании продувочного газа процесса синтеза.

Приведена технологическая схема модульной энерготехнологической установки (МЭТУ), математическая модель ее элементов и схемы в целом. На основе разработанных методических подходов выполнены оптимизационные исследования технико-экономических параметров и конструкции модульной энерготехнологической установки.

В результате исследований получены оптимальные показатели представляемой технологии. Показано, что производство электроэнергии и метанола на основе биомассы с учетом комбинирования процессов повышает термический КПД процесса синтеза на 12% и выше, уменьшает инвестиции на 15-20% по сравнению с раздельным производством. При заданной эффективности инвестиций 15% стоимость метанола, произведенного из древесной биомассы составит 275-317 дол./т у.т. При такой стоимости метанол может конкурировать с как котельно-печным, так и моторным топливом в восточных регионах России.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

128-135 91
Аннотация

В статье представлен обзор современного состояния энергетики в мире и России, которая сосредоточена на развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Проведен анализ тенденции в производстве и потреблении энергоресурсов, а также оценки использования ВИЭ в России. Определены стимулы развития возобновляемых источников энергии с характеристиками имеющимися в мире. Сделаны выводы о важности развития данной отрасли как в России, так и в Чеченской Республике, как одного из ее регионов. Дана оценка развития ветровой и солнечной энергетики России. Рассмотрена действующая структура электроснабжения Чеченской Республики, где приведены показатели максимальной электрической мощности, потребляемой электроэнергии, а также генерации электроэнергии республики. Проведен анализ возможности использования ресурсов ветровой и солнечной энергии, а также малой гидроэнергетики Чеченской Республики. Рассмотрены варианты освоения и эффективного применения возобновляемых источников энергии, с учетом того, что использование энергоресурсов на основе современных инновационных технологий, внедрение новых перспективных альтернативных источников, поиска путей стимулирования использования ВИЭ, где предполагается организация и внедрение тарифной политики, является одной из главных задач развития энергетики, которые дают полное системное представление о масштабах проблемы перевода системы энергетики на инновационные рельсы. Предложены некоторые варианты наиболее целесообразного развития энергосистемы Чеченской Республики, строительством небольших опытных установок, использующих ВИЭ, с целью фактического (экспериментального) подтверждения прогнозных расчетных значений, а также постепенным массовым внедрением установок, использующих ВИЭ в частном секторе с созданием необходимых тарифных условий для использования и строительства установок в промышленных масштабах в рамках энергетических частных или государственных компаний. Поставлены первоочередные задачи перспективного развития энергетики республики внедрением возобновляемых источников энергии.

136-144 78
Аннотация

Рассмотрено применение автономных электротехнических комплексов, имеющих в своем составе параллельно работающие дизель-генераторные агрегаты на основе синхронных генераторов. Описана проблема существования обменных колебаний мощности в таких технических системах. Разработана математическая модель, позволяющая проводить исследования автономного электротехнического комплекса. Графическую визуализацию зависимости амплитуды обменных колебаний мощности от постоянных времени в контурах регулировки частоты вращения дизель–генераторов предложено реализовывать в виде карт настройки. Приведен пример применения предложенной методики конкретного электротехнического комплекса. Обоснована возможность уменьшения амплитуды обменных колебаний мощности путем уменьшения значений постоянных времени контуров регулирования частоты, что является основой нового метода устранения обменных колебаний мощности и дает возможность совершенствования метода, который основан на изменении коэффициентов передачи регуляторов частоты.



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


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