Preview

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Расширенный поиск
Том 22, № 5 (2020)
Скачать выпуск PDF

ЭНЕРГЕТИКА 

3-17 143
Аннотация
ЦЕЛЬ. Проведение сравнительного аналиа проблем эффективного электроснабжения сельских потребителей. Предложение решений проблем путем использования многотопливных микро тепловых электростанций на основе двигателя стирлинга для сельских районов. Обоснование и описание перспектив использования многотопливных микро тепловых электростанций на основе двигателя стирлинга для сельских районов. МЕТОДЫ. Проведен научный анализ совремнного состояния и уровня развития альтернативных источников на основе двигателя с внешним подводом теплоты, работающий по термодинамическому циклу Стирлинга. Использованы методы компьютерного моделирования термодинамических процессов многотопливных микро тепловых электростанций на основе двигателя с внешним подводом теплоты. Разработан метод компьютерной симуляций, позволяющий построить PV диаграмму и визуализировать процессы изменения давления и объема рабочего тела зависимостей от положения рабочего поршня и вытеснителя . Использованы математические методы анализа и описания термодинамического цикла двигателя с внешним подводом теплоты. РЕЗУЛЬТАТЫ. Выполнен анализ достижений и уровня современных достижений в области микро электростанций. Установлено направление развития научных исследований по разработке двигателя с внешним подводом тепла. Приведены некоторые результаты исследований по эффективности работы двига теля с внешним подводом теплоты. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Одним из решений проблемы эффективного электроснабжения сельских потребителей может быть внедрения микро тепловых электростанций. Их использование позволит снизить стоимость электроэнергии и обеспечить ее беспер ебойную поставку. Основой микро тепловой электростанции является двигатель с внешним подводом теплоты, работающий по термодинамическому циклу Стирлинга.
18-27 103
Аннотация
Повышение точности прогнозных величин спроса на энергетические ресурсы является актуальной задачей особенно в свете программы «Цифровая энергетика Российской Федерации». Прогнозирование тр ебуется в том числе для систем теплоснабжения. Сложность ю проведения анализа является неподтвержденность свойства подобия энергетических систем и комплексов для зданий со сходным функционалом. На примере зданий средних образовательных учреждений, расположенных на территории г. Москва , доказано предположение о гетероморфизме тепловых систем. МЕТОДЫ. В работе принято допущение об отсутствии существенных изменений данны х по теплопотреблению энергохозяйств школ, что подтверждается отсутствием как изменений сред негодовых объѐмов теплопотребления, так и скачков на ежемесячных графиках потребления тепловой энергии. На измеренные и переданные в информационную систему объѐмы потребления тепловой энергии оказывает влияние ряд дополнительных факторов: дрейф точности приборов учѐта тепловой энергии; старение и зарастание внутренних поверхностей оборудования тепловой сети здания; физическое старение и износ ограждающих конструкций здания, ухудшение характеристик их теплоизоляции и пр. При составлении прогнозного энергопот ребления это означает допустимость использования не только статистических данных о самом анализируемом объекте, но и о множестве объектов, аналогичных анализируемому по структуре и функционалу. РЕЗУЛЬТАТЫ. Предложен набор входных факторов, позволяющий с до статочной точностью выполнить определение прогнозного спроса на тепловую энергию для зданий средних образовательных учреждений. Показана возможность и сходная точность результатов прогнозирования спроса на тепловую энергию как посредством использования многофакторного регрессионного анализа, так и искусственных нейронных сетей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основании комбинированного использования различных математических подходов предложено применение методики прогнозирования спроса на энергоресурсы энергетическими компл ексами и системами в качестве механизма для определения корректности переданных показаний приборов учѐта.
28-40 94
Аннотация
ЦЕЛЬ. Цель работы – нахождение метода математического моделирования и анализа неоднородных физических полей и влияния внутренних структур на эти поля.. Ищутся решения в областях, в которых существуют подобласти с уже известным поведением («встроенные» области и встроенные решения). Целью является нахождение метода моделирования, не требующего изменения уже существующих программных средств и связанного только с модификацией правых частей рассматриваемых уравнений. МЕТОД. Предлагаемый метод математического моделирования характеризуется использованием характеристических функций для задания геометрического расположения и формы встроенных областей, для задания систем встроенных областей (например, шарообразных засыпок или турбулентных вихрей) без задания их как геометрических объектов, для модификации расчетного дифференциального уравнения в пределах встроенных областей. РЕЗУЛЬТАТЫ. Сформулирована и доказана (в виде утверждения) теорема, формализующая суть предлагаемого метода и дающая алгоритм его применения. Этот алгоритм состоит в а) представлении дифференциального уравнения задачи в другой аналитической форме; в этой форме к исходному дифференциальному уравнению (к его правой части) добавлен член, при наличии которого это уравнение дает заранее заданное («встроенное») решение в необходимых областях и б) представлении искомого решения (с помощью характеристической функции) в виде, в котором это решение имеет вид либо искомой функции (в основной области), либо заданных функций (во встроенных областях). Представлены примеры расчетов из двух физико-технических областей теплопроводности и гидродинамики. Результатом работы является также расчет турбулентного течения в трубе, в которой задана система шаровых вихрей, скорости и направления вращения этих вихрей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложенный метод позволяет моделировать сложные физические процессы, в том числе турбулентность, апробирован, достаточно прост и незаменим в случаях, когда встроенные структуры могут быть заданы только программным образом.
41-51 254
Аннотация
ЦЕЛЬ. Изучить возможность сжигания в стационарной энергетическ ой газотурбинной установке General Electric PG111 6FA природного газа разных месторождений. МЕТОДЫ. Для проведения исследований определена аппроксимация термодинамических свойств топлив различного состава. В настоящее время газотурбинные технологии представляют собой одну из самых стабильно развивающихся областей, связанных с модернизацией генерирующего оборудования. В республике Татарстан происходит модернизац ия электрических станций единичными газотурбинными установками, так и установками в составе парогазового энергоблока. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведенные исследования позволяют оценить влияние компонентного состава топлива на работоспособность газовой турбины. Сравнит ельные исследования позволяют оценить изменения энергетических характеристик газовой турбины, работающей в составе парогазового энергоблока. Исследование показывает, что изменения состава топлива оказывает влияние на энергетические характеристики газотурбинной установки (коэффициент полезного действия, расход воздуха). Работа при отклонении индекса Воббе не допустима. Отклонение индекса Воббе для города Заинска составляет 5.29 %, следовательно, при установке газовой турбины GE PG111 6 FA необходимо изменить настройку топливной системы. Для синтез -газа отклонение индекса Воббе составило 22,23%, применение данного топлива недопустимо, без изменения конструкции и настройки топливной системы, так как пропускная способность топливной системы не рассчитана на расх од 27,8 кг/с. Наименьшие значения количества СО2, NО, O2 в составе продуктов сгорания достигаются на топливном газе города Казани. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование синтез-газа, как единственного топлива , нежелательно при работе газовой турбины в парогазовом блоке, так как теплотворная способность уходящих газов при работе на синтез -газа минимальна и составляет 94,3 МВт – это окажет влияние на работу паровой турбины.
52-70 139
Аннотация
ЦЕЛЬ. Выполнить обзор источников информации по состоянию тепловой энергетики малых мощностей в России при единичной мощности паротурбинных, газотурбинных и газопоршневых агрегатов менее 25 МВт. Оценить источники информации авторов публикаций, приводящих статистику для объектов малой энергетики. Произвести оценку состояния малой энергетики России на основе конкретного перечня объектов, ведущегося авторами за последние 25 лет. Рассмотреть производителей и характеристики агрегатов разных типов, а также схемы интегрирования агрегатов в тепловые схемы существующих источников. МЕТОДЫ. Определение статистических показателей объектов малой энергетики, представленных в табличной форме в программе Excel, производится на основе встроенных функций этой программы. РЕЗУЛЬТАТЫ. Рассмотрены производители и характеристики современных агрегатов на базе паровых турбин. Приведены применяемые на практике схемы интеграции противодавленческих паровых турбогенераторов в тепловые схемы существующих источников тепла. Рассмотрены российские и зарубежные производители и характеристики электроагрегатов на базе газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, работающих по циклу Отто. Приве дены тепловые схемы газотурбинных и газопоршневых агрегатов, производящих как электрическую, так и тепловую энергию. Выполнен статистический анализ перечня мини-ТЭЦ (ТЭС), составленного авторами. Определено количество станций разного типа, их распределение по общей мощности, регионам, отраслям, годам ввода в работу. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Показано, что в структуре малой тепловой энергетики определяющую роль играют газотурбинные и газопоршневые установки, общая мощность которых достигает 80%. Количественные показатели общее число станций объектов малой энергетики около 1500 штук и общая электрическая мощность более 18 ГВт позволяют получить представление о значимой роли малой тепловой энергетики в России. Рассмотрены также количественные показатели по солнечным и ветровым электростанциям в стране.
71-82 98
Аннотация
ЦЕЛЬ. Провести анализ материалов схем теплоснабжения крупных городов России, рассмотреть влияние «котельнизации» городов при плани ровании развития и модернизации источников теплоснабжения . Разработать методику выбора структуры тепловой генерации городов, отличающ уюся применением дополнительного критерия энергоэффективности и системой учитываемых ограничений по энергетическим балансам региона. Показать ослабление внимания к общей энергетической эффективности совокупностей источников тепловой генерации, выяв ить дополнительный резерв повышения энергетической эффективности теплоснабжения городов. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи , с применением метода сравнительного анализа рассматривались схемы теплоснабжения крупных городов Российской Федерации за последние 7 -10 лет. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, создана методическая база, направленная на повышение энергетической эффективности систем теплоснабжения города. П редложен критерий, учитывающий различную эффективность источников и структурные эффекты, реализуемые при выборе состава работающих тепловых источников для перспективного развития городской застройки. Приведены основные положения, используемые соотношения, особенности разработанной методики. Сделан вывод о целесообразности и эффективности данных предложений при использовании данной методики. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработанная методика выбора структуры тепловой генерации апробирована при анализе схем крупных городов РФ. Эффективность на примере районов г. Нижний Новгород составила от 16,5 млн. до 180,0 млн. рублей в год.
83-93 94
Аннотация
ЦЕЛЬ. Оценка условия достаточно глубокого термического разложения смолистых веществ, образующихся при слоевой газификации древе сного топлива. МЕТОДЫ. Для этого применяются математические модели в разных постановках: разложение смолы рассматривается в приближениях одно - и двухреакционной кинетической схемы; для оценки влияния размеров слоя и температуры используется уравнение конве кции-диффузии-реакции с заданным распределением температуры по длине реакционной зоны; температура процесса газификации оценивается из экспериментальных данных и термодинамических расчетов. Наряду с численной моделью разложения смолы применена упрощенная а налитическая формула (для больших чисел Пекле), определены границы ее применимости. РЕЗУЛЬТАТЫ. Эффективность процесса воздушной газификации древесины определяется температурным уровнем окислительной стадии: в области режимов, в которых достигается оптимальные значения эффективности, конверсия смолистых продуктов не протекает достаточно полно из -за кинетических ограничений; повышение удельного расхода окислителя приводит к снижению эффективности из -за стехиометрических причин. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Физико-химические ограничения не позволяют достичь предельных значений эффективности газификации, смещая оптимальные режимы в сторону увеличения удельных расходов воздуха; снижение выхода смолы требует, в первую очередь, изменения термических режимов газификации (например, внешнего нагрева или по вышения концентрации кислорода) .
94-106 79
Аннотация
ЦЕЛЬ. Рассмотреть стационарную диффузионную задачу при испарении чистой жидкости с плоской поверхности испарения в ламинарный пограничный слой вынужденного газового потока (в отсутствие заглубления поверхности испарения и волнообразования на ней) при числах. В классической модели диффузионной задачи поступления массы с плоской поверхности в ламинарный пограничный слой учитывается лишь возникающий при этом дополнительный подтормаживающий эффект. Однако получающееся решение не отвечает общему случаю испарения, поскольку при этом массоперенос может существенно зависеть от тепловой обстановки задачи, сопряжѐнной по фазам; в критериальной форме это обстоятел ьство выражается появлением дополнительного параметра. Отметим, что указанный параметр связан с величиной производной относительной концентрации по поперечной координате на поверхности испарения. В ходе предлагаемого решения температура поверхности испарения и соответственно величина этого параметра принима лись постоянными. МЕТОДЫ. При решении задачи использовались численные приближѐнные методы интегрирования уравнения диффузии (метод Эйлера, методинтегро-дифференциального уравнения, а также метод последовательных приближений). При этом подтормаживающее действие потока пара с поверхности фазового перехода полагали для нашего случая сравнительно незначительным (что соответствовало экспериментальным данным, использовавшимся в [1-3]). РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье анализируется известное классическое решение уравнения диффузиипо модели Хартнетта - Эккертаи отмечается, что получаемый в этой модели результат не отвечает общему случаю испарения, когда массоотдача в газовой фазе зависит также от комплекса . На основе решения, полученного в нашей работе, приходим к выводу, что действие указанного параметра проявляется в увеличении толщины диффузионного пограничного слоя. Кроме того, этот эффект связан также со значением продольной координаты, являясь более заметным при еѐ малых значениях. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Указанную картину испарения физически можно объяснить относительно бóльшим количеством испаряемого вещества , нежели в ”стандартном” случае поскольку представленные значения в свою очередь связаны с более высокими значениями температуры поверхности испарения . Можно также полагать, что в области газового потока, непосредственно примыкающей к поверхности испарения, указанные факторы проявляют себя схожим образом и в случае турбулентных течений.
107-115 129
Аннотация
ЦЕЛЬ. Трансформаторное масло широко применяется в высоковольтном электрооборудовании и выполняет функции диэлектрика, а также является охлаждающей средой. Оно состоит из сложной смеси углеводородных композиций с различными примесными соединениями. В процессе эксплуатации маслонаполненного электрооборудования под воздействием технологических условий эксплуатации высоковольтных аппаратов, происходит старение как трансформаторного масла, так и твердой изоляции. В этом случае диэлектрические свойства ухудшаются, что может вывести трансформаторное оборудование из строя. МЕТОДЫ. Для увеличения срока эксплуатации маслонаполненного электрооборудования в трансформаторное масло на стадии его изготовления вводится антиокислительная присадка, в качестве которой наиболее часто применяют ионол, концентрацию которого необходимо контролировать постоянно различными инструментальными методами. Для определения антиокислительной присадки в трансформаторном масле используют систему пробоподготовки, основанную на жидкофазной экстракции селективными растворителями в качестве которых применяют алифатические спирты различной физико-химической природы. РЕЗУЛЬТАТЫ. Установлено, что этиловый спирт, который широко применяется в системе пробоподготовки для жидкостной экстракции ионола, содержит значительное количество воды, оказывающей негативное влияние на процесс извлечения ионола из трансформаторного масла. Кроме того в состав этилового спирта входят примесные вещества, которые могут такие оказывать негативное влияние на процесс жидкофазной экстракции ионола из трансформаторного масла. Приведены обобщенные данные по физико-химическим свойствам экстрагентов, используемых для извлечения ионола из трансформаторного масла. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Показано, что для экстракции ионола наиболее перспективным органическим растворителем является бутанол, который имеет более высокую температуру кипения по сравнению с этиловым спиртом и содержит небольшое количество воды. Установлено, что селективность хроматографического разделения компонентов бутанола с повышенным температуры колонки надает. В то же время эффективность разделения повышается, так как увеличивается число теоретических тарелок на метр хроматографиче ской колонки. С повышением температуры капиллярной колонки увеличивается также симметрия хроматографических пиков разделяемых компонентов.
116-127 137
Аннотация
ЦЕЛЬ. Рассмотреть трехфазную распределительную электрическую сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ, в которой ведется мониторинг (коммерческий учет) потерь электроэнергии автоматизированной информационно-измерительной системой контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ). Решается задача оперативного расчета потерь электроэнергии имеющимися средствами АИИС КУЭ с целью выявления в РЭС несанкционированных отборов электроэнергии при условии неизвестных значений параметров схемы замещения сети, которые вследствие внешних климатических факторов могут существенн о изменяться. МЕТОДЫ. При этом используются одновременные измерения для одного и того же интервала наблюдения действующих значений тока и напряжения, а также активной и реактивной мощностей в начале РЭС и у каждого зарегистрированного в ней абонента . РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведен анализ известных методов решения указанной задачи, показаны их недостатки и представлен а новая методика, использующая ра венство сопротивлений фазных и нулевого проводов в пределах межабонентского участка трехфазной РЭС. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предлагаемая методика основана на предварительном оперативном расчете достоверных значений сопротивлений межабонентских участков при указанных условиях и может применяться в существующих АИИС КУЭ без внесения в них дополнительных измерительных средств (функций).
128-141 103
Аннотация
Рассмотреть как будет влиять изменение высоты оребрения биметаллических оребренных труб однорядного пучка на тепловые, габаритные и металлоемкостные характеристики в режиме свободной конвекции воздуха при различных углах наклона (γ = 0, 15, 30, 45, 60 и 90°) к горизонтальной плоскости. Исследуемые трубы имели следующие характеристики: материал несущей трубы – углеродистая сталь (наружный диаметр dн = 25 мм, толщина стенки δ = 2 мм), материал накатной ребристой оболочки – алюминиевый сплав АД1М. Геометрические параметры ребер: d×d0×h×s×Δ×φ×l = 56,0×26,8×14,6×2,5×0,5×19,3×300 мм (I тип). Исследования проводились методом полного теплового моделирования на специально разработанном экспериментальном стенде. Затем ребра стачивались путем шлифования с образованием новых типов труб (II−VI), которые компоновались в однорядный пучок с постоянным относительным поперечным шагом σ1 = S1 / d = 1,14 = const. В статье получены критериальные зависимости по теплоотдаче оребренного однорядного пучка из труб с различной высотой оребрения при разных углах наклона к горизонтальной плоскости, а также графическая зависимость поправочного коэффициента на угол наклона пучка (γ = 0–90°). Установлено, что увеличение угла наклона и высоты оребрения труб однорядного пучка в целом сопровождается снижением теплоотдачи. По габаритным и металлоемкостным характеристикам наиболее эффективным является однорядный пучок при различных углах наклона к горизонтальной плоскости с высотой оребрения трубы 2,0 мм.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 

142-154 97
Аннотация
ЦЕЛЬ. Задача анализа и контроля функционирования электромеханических преобразователей в переходных и установившихся режимах является актуальной на этапах проектирования и эксплуатации. Программные продукты для регистрации и обработки измерительной информации, а также проведения необходимых технических вычислений, такие как LabView, MatLab Simulink и другие открывают широкие возможности для решения поставленной задачи и позволяют получить достоверные результаты. МЕТОДЫ. В работе проводится исследование электромеханических преобразователей постоянного тока со встроенными тахогенераторами, измерение и фиксация выходных координат которых обеспечивается экспериментальными установками различной конфигурации с последующей обработкой результатов контроля функционирования с применением прикладных программ. РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработанные экспериментальные установки различаются по составу и стоимости аппаратного обеспечения, необходимости применения того или иного программного сопровождения , форме представления результатов контроля функционирования объектов исследования и точности полученных результатов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Настоящее исследование направлено на сравнительный анализ двух экспериментальных установок, позволяющих получить математические модели электромеханических преобразователей постоянного тока, необходимые для реализации метода контроля функционирования, с точки зрения материальных затрат на аппаратно-программное обеспечение, времени обработки результатов эксперимента и соответствия полученных результатов требуемой точности формирования математических моделей.


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


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