АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в устранении возможной ошибки при поставках баллонов с гексафторидом серы (Элегаз) и баллонов c тетрафторидом углерода (Фреон R-14) на высоковольтные подстанции для заправки коммутационных аппаратов таких как высоковольтные выключатели, трансформаторы напряжения и др.

ЦЕЛЬ. Провести анализ вероятных ошибочных поставок двух вышеупомянутых газов на подстанции. Сделать анализ возможных остатков (или недопоставок) баллонов с газами после заправки. Сделать предположение о причинах появления возможных остатков. Дать рекомендации по преодолению возможных проблем. Произвести соответствующие расчеты. Предложить формулу (таблицу) пересчёта расхода обоих типов газов. Сделать таблицу расчёта реальных значений количества поставляемых баллонов, связанных с дискретностью объёмов баллонов и самих коммутационных аппаратов. Сделать соответствующие выводы, дать рекомендации.

МЕТОДЫ. При решении поставленной цели применялся метод расчета состояния идеального газа программными средствами для работы с электронными таблицами (такими как: Excel, Calc и т.п.).

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье отражена актуальность темы, рассмотрены особенности (заправка «самотёком») заправки высоковольтного элегазового оборудования в различных климатических условиях (главным образом ниже минус 40-45°С). Проведён анализ типичных типономиналов высоковольтных выключателей, применяемых на высоковольтных подстанциях. Представлен график пересчёта молярной доли (вносящей вклад по давлению) газов в массовую долю. Представлен выборочный расчёт количества баллонов для двух часто встречающихся объёмов коммутационных аппаратов и сорокалитровых баллонов с газами (SF₆ и CF₄) для нескольких стандартных коэффициентов заполнения баллонов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Представлены предположительные умозаключения относительно оценки реальных ошибок при отправке баллонов с газами для заправки коммутационных аппаратов. Статья предлагает понимание последовательности проблем, связанных с неправильным расчётом и полную методику расчёта правильных объёмов (массы) газа в зависимости от реальных типов применяемых элегазово-хладонных (для элегазово-азотных методика тоже применима) аппаратов (той или иной фирмы) в зависимости от объёмов поставок единиц оборудования.

ЦЕЛЬ. Целью данной работы является разработка типового проекта установки по испытаниям средств индивидуальной защиты, которая позволяет проводить контроль технического состояния электрозащитных средств. Согласно типовому проекту установка должна быть функциональнее и дешевле существующих аналогов, при этом её конструкция должна полностью соответствовать требованиям нормативно-технической документации (Правила устройства электроустановок, Правила охраны труда при работе в электроустановках).

МЕТОДЫ. Согласно разработанному типовому проекту подразумевается использование испытательных аппаратов АИИ-70, которые выведены на хранение вследствие оснащения электротехнических лабораторий более мобильными современными аналогами. Вторичное использование освободившихся от эксплуатационной нагрузки испытательных аппаратов позволяет исключить затраты на приобретение источника высокого напряжения, входящего в его конструкцию, тем самым снизить общую стоимость проекта. Проектом предусмотрено, что в состав материалов из которого собирается установка, входят электротехнические изделия из розничной номенклатуры.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Установка, собранная по разработанному проекту, обеспечивает возможность проведения наибольшего числа видов испытаний среди аналогов. Стоимость установки собранной по разработанному проекту в несколько раз ниже аналогов. Полное соответствие установки требованиям нормативно-технической документации обеспечивает безопасность проведения высоковольтных испытаний и позволяет зарегистрировать её в надзорных органах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Стационарная установка по испытаниям средств индивидуальной защиты собрана в Казанском государственном энергетическом университете. Опробование её при испытаниях диэлектрических перчаток и указателя высокого напряжения доказывает работоспособность установки собранной по разработанному проекту.

АКТУАЛЬНОСТЬ данной работы заключается в изучении влияния кальциевого отложения различной толщины на внутренних поверхностях трубы на характеристики ее собственных колебаний.

ЦЕЛЬ работы: построить математическую модель стальной трубы без отложений и с кальциевыми наслоениями различной толщины на ее внутренних поверхностях, провести модальный анализ ее собственных колебаний с учетом заданных критериев. Теоретически обосновать зависимость изменения частоты колебаний трубы под воздействием налета.

МЕТОДЫ. В работе рассмотрен метод анализа собственных частот трубы с использованием акустического метода неразрушающего контроля, поскольку он допускает односторонний доступ и не нарушает герметичность контролируемого объекта. Для решения поставленной задачи используется метод математического моделирования в программном обеспечении для конечных элементов.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Описана актуальность темы, представлены основные методы неразрушающего контроля и дано определение волнам Лэмба. Построена математическая модель участка стальной трубы без внутренних отложений и с кальциевыми наслоениями 5 различных толщин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты вычислений показали, что собственные частоты колебаний трубы без наслоений и с кальциевыми отложениями изменяются в направлении увеличения значения, прирост частот происходит волнами. Наибольшее значение частоты достигается при моделировании налета кальция толщиной 10 мм на стенах трубы.

ЦЕЛЬ. Разработать лабораторный стенд для испытания аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание при замыкании на землю. Провести испытания на лабораторном стенде с последующей разработкой требований по применению аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание при замыкании на землю.

МЕТОДЫ. При выполнении поставленной цели были использованы математические и статистические методы анализа. Лабораторные испытания аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков при разных параме трах сети на корректность срабатывания при замыкании на землю.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведены лабораторные испытания при разных параметрах сети аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на корректность срабатывания при замыкании на землю. Осциллографом зафиксирована форма кривой напряжения и тока при замыкании на землю и время срабатывания аппаратов. Испытуемые аппараты продемонстрировали способность распознать и отключить замыкание на землю. Время отключения аппаратов варьируется, однако, не превышает установленных требований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработан лабораторный стенд для проведения испытания аппаратов защиты от параллельного дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание при замыкании на землю. С помощью данного стенда существует возможность проверки аппаратов на адекватность срабатывания при замыкании на землю с последующей сертификацией. Проведенные испытания демонстрируют необходимость разработки обязательных требований к аппарату для стандартизации их алгоритма работы. Установлено, что аппарат защиты позволяет отключить параллельный дуговой пробой на землю и таким образом повысить безопасность эксплуатации электрических сетей до 0,4 кВ с целью уменьшения количества пожаров, вызванных нарушением правил устройства и эксплуатации электрооборудования.

АКТУАЛЬНОСТЬ. На предприятиях в эксплуатации находится большое количество теплообменников, которые работают в различных температурных условиях. В качестве греющего агента применяется пар, горячая вода, нагретые продукты нефтепереработки и других производств, в которых могут присутствовать окислы железа, алюминия, сульфат кальция, силикаты и др. От состояния поверхностей нагрева теплообменного оборудования зависит эффективность его работы. Загрязнения этих поверхностей различными отложениями резко снижают коэффициент теплопередачи, что приводит к значительному увеличению расхода тепла. Характер отложений зависит от свойств греющего агента и нагреваемой среды.

ЦЕЛЬ. Цель заключается в оценке возможности контроля отложений на поверхностях теплообменного оборудования методом свободных колебаний. Наличие отложений изменяет массу конструкций и, следовательно, собственные частоты колебаний, по анализу которых можно определить не только наличие и толщину отложений, а также их вид.

МЕТОДЫ. В работе показаны результаты экспериментальных исследований, проведенных с помощью аппаратно-программного комплекса, и расчетов собственных колебаний поверхностей теплообменного оборудования в программном комплексе ANSYS для выявления зависимости их от толщины и плотности отложений. В качестве поверхностей теплообмена были смоделированы пластина, труба, также труба под давлением.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Результаты, полученные экспериментальным и расчетным путем, совпали, и был сделан вывод, что метод свободных колебаний позволяет определять не только наличие отложений на теплообменных поверхностях, но их толщину и вид.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Методом свободных колебаний можно своевременно обнаруживать отложения и контролировать их состояние, что в свою очередь позволит сократить общие эксплуатационные затраты, повысить энергоэффективность и продлить срок службы.

В работе представлена методика расчета температурных параметров и срока службы кабельных линий (КЛ) напряжением 10 кВ для различных видов изоляции и условий эксплуатации. Разработаны зависимости, рекомендуемые для уточнения параметров КЛ с учетом различных эксплуатационных режимов. Результаты исследования могут быть использованы для практического применения и будут способствовать уменьшению числа аварий, возникающих вследствие тепловых пробоев КЛ из-за неверного выбора параметров КЛ.

ЦЕЛЬ. Исследовать температурные параметры КЛ 10 кВ с учетом различных способов их прокладки и коэффициентов загрузки для климатических условий Республики Татарстан.

МЕТОДЫ. Используются методы расчета температурных параметров КЛ и их срока службы, методы статистической обработки данных, методы аппроксимации функций. Применяется программный комплекс «ELCUT» для осуществления визуализации полученных результатов при проведении расчетов.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлены результаты расчетов температурных параметров КЛ 10 кВ с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ), изоляцией из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ) и изоляцией из полиэтилена (ПЭ) при их прокладке в воздухе, в земле, в земле в трубе с учетом коэффициентов загрузки кабельных линий. Показаны результаты расчетов сроков службы КЛ. Определены значения оптимальных коэффициентов загрузки КЛ для снижения скорости теплового старения изоляции при различных условиях эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты проведенных исследований и выполненных расчетов могут быть использованы для оценки и выбора оптимальной загрузки КЛ 10 кВ на этапах эксплуатации и проектирования систем электроснабжения.

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в разработке системы краткосрочного прогнозирования потребления электрической энергии предприятием нефтегазовой промышленности с учетом технологических факторов и интерпретацией формируемых прогнозов.

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблемы краткосрочного прогнозирования. Проверить применимость мультиагентного подхода для выделения факторов, используемых для построения модели краткосрочного прогнозирования потребления электрической энергии предприятием нефтегазовой промышленности. Построить модели краткосрочного прогноза потребления на базе алгоритмов машинного обучения. Исследовать влияние технологических факторов на точность прогнозирования. Применить и проанализировать метод аддитивного объяснения Шепли для интерпретации результатов прогноза.

МЕТОДЫ. Предобработка данных, построение и тестирование моделей машинного обучения при решении поставленных задач было выполнено на языке программирования Python 3 с применением библиотек с открытым исходным кодом Scikit-Learn, XGBoost, LightGBM, Shap.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы краткосрочного прогнозирования потребления электрической энергии предприятием нефтегазовой промышленности в рамках ESG-подхода. Разработан метод выбора признаков, используемых для построения модели машинного обучения с использованием мультиагентного подхода. Построены модели машинного обучения. Проведены эксперименты с учетом ретроспективы потребления и технологических факторов. Сделана интерпретация формируемых моделью прогнозов с использованием алгоритма адаптивного объяснения Шепли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование технологических факторов потребления электрической энергии компрессорными цехами и аппаратами воздушного охлаждения позволило уменьшить среднюю относительную ошибку прогноза потребления электрической энергии рассматриваемого предприятия с 8,82 % до 3,65 %. Применение адаптивного объяснения Шепли позволяет интерпретировать прогнозы моделей машинного обучения и подтверждает необходимость учета технологических факторов при решении задачи краткосрочного прогнозирования нагрузки предприятия нефтегазовой промышленности.

АКТУАЛЬНОСТЬ. Протяженность и сложность географии магистралей КЛ среднего напряжения находится на высоком уровне. Такие линии распространяются под землей, на опорах в воздухе. Чтобы постоянно поддерживать надежность городского электроснабжения на высоком уровне, следует оперативно исправлять любые перебои и аварии.

ЦЕЛЬ. Основной целью работы является развитие теории исследования КЛ среднего напряжения, практически и теоретически обоснованный поиск наиболее удобной и эффективной установки для диагностики КЛ, изучение и разработка возможных модификаций установок для диагностики КЛ.

МЕТОДЫ. Предложен вариант диагностики КЛ на основе установки CPDA-60, позволяющий найти и локализовать места возникновения дефектов в изоляции на основании измерения и анализа частичных разрядов (ЧР). Применима для контроля изоляции во всех типах кабелей высокого напряжения. Установка CPDA может быть использована при испытании вводимых в эксплуатацию новых кабельных линий, и для проведения анализа состояния старых кабелей, находящихся в эксплуатации.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Кабельные линии нуждаются в комплексном подходе к диагностике и мониторингу, так как надежность современных систем аутентификации для генерации и распределения электроэнергии в значительной степени определяется электрической  надежностью  электрооборудования.  Техническое  диагностирование оборудования является ключевым звеном, от качества которого зависит эффективность процессов организации производственной деятельности, стратегического планирования и реновации электросетевых активов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Изучение и анализ представленных данных и исследований позволяют сформировать заключение относительно метода  измерения и локализации частных разрядов (ЧР) в силовых кабельных линиях (КЛ) с использованием диагностической системы Online Wire Testing System (OWTS). Система OWTS позволяет проводить измерения в реальном времени без прерывания эксплуатации кабельных линий, что делает ее особенно ценной для энергетической индустрии. Благодаря внедрению передовых технологий и алгоритмов обработки сигналов, метод обладает высокой точностью и чувствительностью к минимальным проявлениям частных разрядов, что позволяет не только обнаруживать, но и точно локализовать местоположение дефектов в изоляции. Применение данного метода может значительно увеличить продолжительность эксплуатационного периода силовых кабелей, снизить вероятность внезапных аварий и, как следствие, сократить расходы на ремонт и обслуживание электроэнергетического оборудования. В конечном счете, улучшение методов диагностики и мониторинга, включая метод измерения и локализации ЧР в силовых КЛ с использованием OWTS, представляет собой значительный шаг в направлении повышения надежности и безопасности электроэнергетических систем. Это позволит не только снизить эксплуатационные  расходы,  но  и  обеспечить  бесперебойное  и  качественное электроснабжение потребителей.

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в оценке влияния различных мер углеродного регулирования, стимулирующих достижение национальных климатических целей, на масштабы развития отдельных технологий производства электроэнергии и тепла в России.

ЦЕЛЬ. Рассмотреть изменение оптимальной структуры технологий в электроэнергетике и централизованном теплоснабжении России в перспективе 2050 года вследствие введения в 2030 году различных мер углеродного регулирования.

МЕТОДЫ. Проведена оптимизация структуры энергетических технологий в энергетике России  по  критерию  минимума  суммарных  дисконтированных  затрат  на энергоснабжение экономики до 2050 года с помощью разработанной в ИНЭИ РАН модели  EPOS. 

РЕЗУЛЬТАТЫ.  В  статье  рассмотрены  масштабы  изменения установленной мощности и объемов производства электроэнергии различных типов электростанций в ЕЭС России, а также отпуска тепла от различных централизованных источников теплоснабжения к 2050 году для 16 вариантов мер углеродного регулирования и базового варианта развития энергетики. Описана оптимальная структура технологий в электроэнергетике и централизованном теплоснабжении в условиях действия отдельных административных, фискальных и экономических мер. Сопоставлены варианты стимулирующих мер климатической политики на основе соответствующих приростов установленной мощности электростанций в ЕЭС России к 2050 году.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Декарбонизация сектора производства электроэнергии с учетом текущих прогнозов научно-технического прогресса будет преимущественно происходить за счет атомной энергии, производства тепла – за счет электрокотельных. При этом для вариантов углеродного регулирования, приводящих к снижению выбросов парниковых газов к 2050 году до уровня не выше 70% относительно 2019 года, АЭС станут новой доминантой в структуре производства электроэнергии вместо газовых ТЭС. Суммарный прирост установленной мощности электростанций в ЕЭС России к 2050 году может отличаться почти в семь раз для различных мер углеродного регулирования. Среди рассмотренных мер углеродного регулирования наиболее сильно влияют  на  структуру  технологий  в  электроэнергетике  и  централизованном теплоснабжении России квотирование выбросов и углеродное налогообложение.

АКТУАЛЬНОСТЬ данного исследования заключается в необходимости сохранения в процессе эксплуатации градирен их проектной эффективности охлаждения, а также недопущения снижения механической прочности оросителей в результате образования отложений,  способствующих  ухудшению  условий  теплообмена  и  прочностных характеристик  конструктивных  элементов. 

ЦЕЛЬ.  Повышение  эффективности теплообмена в процессах охлаждения циркуляционной воды при использовании на ТЭС башенных градирен.

МЕТОДЫ. Для достижения поставленных целей были проведены комплексные исследования проб циркуляционной воды и отложений, образующихся на оросителях  башенных  градирен,  классическими  методами  физико-химического  и элементного  анализов,  а  также  исследования  отложений  методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Отслежена связь между показателями охлаждающей воды и характером образующихся на оросителях отложений, в частности доли кристаллических и неорганизованных аморфных структур. Дана оценка стабильности охлаждающей воды с помощью индексов Ланжелье и Ризнера. Проведены результаты микробиологических анализов охлаждающей воды, включающих определение  общего  числа  микроорганизмов  и  общих  колиморфных  бактерий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Сделаны выводы о степени достаточности проводимой обработки охлаждающей воды и даны рекомендации по ее оптимизации, в частности, целесообразности применения сниженных доз биоразлагаемых биоцидных реагентов, в том числе, в условиях предварительного дозирования катионных флокулянтов.

АКТУАЛЬНОСТЬ. Паровая конверсия метана – доминирующий способ получения водорода. Значительная доля этого процесса в мировых выбросах CO₂ задаёт важность оптимизации его технологических параметров для снижения экологического воздействия. Разработанная многокомпонентная модель паровой конверсии метана в COMSOL Multiphysics актуальна не только благодаря ее применимости к оптимизации существующих производственных установок, но и потенциалом для разработки новых методов утилизации попутного нефтяного газа. В контексте импортозамещения в сфере водородной энергетики данная модель также представляет собой интерес, позволяя рассчитывать технологические параметры промышленных установок.

ЦЕЛЬ. Цель работы состоит в разработке и верификации многокомпонентной модели паровой конверсии метана.

МЕТОДЫ. Методология исследования включает в себя использование экспериментальных данных из литературы и промышленных показателей для интеграции в многокомпонентную модель в COMSOL Multiphysics. Это обеспечивает моделирование сложных химических взаимодействий в условиях, характерных для промышленного процесса паровой конверсии.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработанная многокомпонентная модель позволяет рассчитывать ключевые параметры процесса паровой конверсии метана, включая концентрацию компонентов (метана, водорода, монооксида и диоксида углерода) и  температуру  по  длине  реактора.  Модель  успешно  описывает  химические взаимодействия между компонентами и учитывает влияние операционных условий, таких как температура, давление и соотношение пар/газ, на эффективность процесса. Верификация модели осуществлялась путем сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными и показателями реальных промышленных процессов. Их соответствие подтверждает высокую степень достоверности и пригодность модели для практического применения в инженерных расчетах и оптимизации процессов паровой конверсии метана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Выводы, сделанные на основе моделирования, могут быть использованы для дальнейшего усовершенствования технологий конверсии метана что способствует повышению их эффективности и экологичности. Существует также потенциал применения модели для расчёта ступеней установок по утилизации продуктов переработки попутного нефтяного газа.

Авторами исследуется потенциальный энергетический, экономический и экологический эффект от использования локальной утилизации теплоты стоков, образующихся в душевых.

АКТУАЛЬНОСТЬ. На данный момент в России практически все хозяйственно-бытовые сточные воды удаляются в канализационные сети без полезного использования теплоты, которой они обладают. Важно определить эффект от реализации такого способа утилизации теплоты, выявить и проанализировать проблемы, мешающие это сделать.

ЦЕЛЬ. Цель работы заключается в определении потенциального эффекта от использования локальной утилизации теплоты стоков, образующихся в душевых.

МЕТОДЫ. На основе верифицированной математической модели теплообменника определяется энергетический эффект от отдельного использования душевой. К структуре теплопотребления отдельного здания применяется ряд допущений и на основе имеющихся данных о среднегодовом теплопотреблении жилых зданий в г. Москве рассчитывается экономический и экологический эффект от энергосберегающего мероприятия.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Относительная экономия в рамках годового теплопотребления здания с децентрализованной и централизованной системой горячего водоснабжения (ГВС) составила 5,3 % и 3,1 % соответственно (64 и 37 Гкал). Экономия топлива составила: 9145 тонн условного топлива (т.у.т.) и 5227 т.у.т для здания с децентрализованной и централизованной системой ГВС соответственно (14,5 и 8,5 тыс. тонн CO₂-эквивалента). Срок окупаемости энергосберегающего мероприятия для случая с децентрализованной системой ГВС на основе проточного электрического водонагревателя составил 1,5 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Локальная утилизации теплоты стоков дает возможность получить существенный энергетический и экологический эффект в рамках любого населенного пункта, но на данный момент отсутствуют меры поддержки потребителей, реализующих энергосберегающие мероприятия. В настоящее время подобный способ утилизации теплоты интересен только тем потребителям, у которых источником тепловой энергии для нужд ГВС является электричество.

ЦЕЛЬ работы заключается в определении массо-расходных характеристик рабочих веществ и энергетических показателей установки на основе СО₂-цикла с двухступенчатым повышением давления (цикла Аллама) при кислородном сжигании метанола.

МЕТОДЫ. Представлена методика, в которой массо-расходные характеристики рабочих веществ определяют на основе реакций горения и синтеза метанола и электролиза воды. Эти реакции являются основными для обеспечения рабочих процессов в установке. В основе метода лежат мольные соотношения веществ, участвующих в реакциях при стехиометрических условиях. С использованием термодинамических параметров цикла и при заданной мощности установки определяют расходы рабочего тела, долю обновления углекислоты, количество метанола, получаемого в установке синтеза, количество свежего метанола, подводимого к циклу, количество водорода, получаемого в установке электролиза воды и количество кислорода, необходимого для процессов горения топлива. Одновременно определяют количество коммерческого водорода, то есть выводимого на склад. Затраты электроэнергии на определение мощности собственных нужд определяют по нормативными методам и данным заводов изготовителей оборудования.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Показано, что при близких значениях термических КПД СО₂-циклов на основе кислородного сжигания метана и метанола у последнего количество углекислоты, выводимой из цикла на захоронение на 11% меньше. Показано, что СО2-цикл, работающий на метаноле, одновременно с выработкой электроэнергии способен вырабатывать коммерческий водород. Удельные затраты электроэнергии на его производство составят на ~22 % меньше, чем при производстве без сочетания с СО₂-циклом.