Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
Том 66, № 4 (2023)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-4

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 

305-321 227
Аннотация

Возобновляемые источники энергии рассматриваются как средство снижения углеродного следа топливно-энергетического комплекса, при этом стохастический характер генерации осложняет их интеграцию с электроэнергетическими системами. Эта существенная трудность обусловливает необходимость создавать и совершенствовать методы прогнозирования генерации электрических станций, использующих энергию солнца, ветра и водных потоков. Наиболее важным направлением, обеспечивающим повышение точности прогнозных моделей, является глубокий анализ метеорологических условий как главного фактора, влияющего на выработку электроэнергии. В данной работе предложен и исследован метод адаптации прогнозных моделей под метеорологические условия работы фотоэлектрических станций на базе алгоритмов машинного обучения. При этом вначале выполняется обучение без учителя методом k-средних для формирования кластеров. Для этой задачи также предложено и исследовано использование алгоритма понижения размерности пространства признаков для визуализации оценки точности кластеризации. Затем для каждого кластера построена своя модель машинного обучения для формирования прогнозов и алгоритм k-ближайших соседей для отнесения текущих условий на этапе эксплуатации модели к одному из сформированных кластеров. Исследование было проведено на почасовых метеорологических данных за период с 1985 по 2021 г. Одной из особенностей этого подхода является кластеризация метеоусловий на часовых, а не суточных интервалах. В результате средний модуль относительной ошибки прогнозирования существенно снижается в зависимости от используемой модели прогнозирования. Для наилучшего варианта ошибка прогнозирования генерации фотоэлектрической станции на час вперед составила 9 %.

322-332 884
Аннотация

В статье рассмотрены факторы, влияющие на электрическое сопротивление растекания тока заземляющего устройства; электрофизические параметры грунта, влияющие на его удельное сопротивление, и учет таких параметров при проектировании заземляющих устройств. Показано, что удерживание влаги в околоэлектродном пространстве заземлителя, а также поддержание ее на определенном уровне способствуют улучшению качества и надежности работы заземления. Установлена связь между способностью удерживать влагу и величиной сезонных колебаний электрического сопротивления грунта, а также коэффициентом сезонности, учитывающим изменения при разных климатических условиях окружающей среды. Рассмотрены вопросы применения различных способов снижения удельного сопротивления грунта при монтаже заземляющих устройств. Одним из основных способов снижения сопротивления заземления является применение растворов различных минеральных солей. Этот метод не оптимален, так как ускоряет коррозионные процессы в материалах электродов заземления. Также рассмотрены и другие способы снижения сопротивления контура заземления. В частности, авторами предложен метод уменьшения сопротивления заземляющего устройства на основе метода частичной замены грунта в околоэлектродной области на смесь с более низким удельным сопротивлением на основе графита и гидрогеля,  способной собирать влагу. Данный тип смеси является экологически безопасным при применении и не агрессивным к материалу заземляющего контура. Принцип работы смеси основан на том, что гидрогель позволяет стабилизировать влажность в месте закладки контура, а графит повышает общую проводимость смеси. В работе представлены результаты лабораторных исследований, которые проводились согласно ГОСТ 9.602–2016. Для этого контрольные образцы помещались в емкости из непроводящего материала (оргстекло) и осуществлялись измерения зависимости удельного сопротивления от влажности, температуры, удельного содержания графита и гидрогеля. В статье приведены графики зависимостей удельного сопротивления смеси от влажности, температуры, количественного содержания гидрогеля. Из полученных результатов можно сделать вывод о возможности применения смеси в энергетике для повышения надежности работы электроустановок и обеспечения электробезопасности.

333-343 152
Аннотация

Обосновывается необходимость отыскания новых путей энергосбережения на открытых распределительных устройствах электростанций. Предлагается для повышения эффективности энергосбережения вводить дополнительный выключатель между трансформатором блока и его двумя выключателями со стороны высшего напряжения. Целесообразность такого ввода доказывается на основе сравнения результатов расчетов недоотпуска электроэнергии (НЭ) по таблично-логическому методу (Ю. Б. Гук) полученных схем и традиционных. Для расчетов исследуются режимы, возникшие в связи с изменившейся главной схемой электростанции. При этом даются формулы, по которым рассчитываются уменьшения НЭ, ущерба от него при реконструкции и затрат при сооружении электростанции (считается, что издержки во всех вариантах одинаковы). Используются статистические данные России и спрогнозированная нами частота lэв отказов элегазового выключателя напряжением 750 кВ. Рассматривается использование в качестве вводимого выключателя элегазового с заменой и без замены остальных выключателей на элегазовые. Представляется таблица с результатами расчетов НЭ, ущерба и затрат при предлагаемом вводе, где определяется, насколько ввод выключателя изменяет их для 18 кольцевых схем и 17 схем «3/2» и «4/3» открытых распределительных устройств напряжением 330–750 кВ на КЭС, АЭС и ГЭС. Показывается, что наличие генераторного выключателя в блоках позволяет в несколько раз уменьшить эти показатели эффективности энергосбережения. Предлагается способ определения частоты отказов гипотетического выключателя, способного при традиционной замене принести такой же эффект, как вводимый элегазовый выключатель. Дается пример определения этой частоты. Приводятся результаты расчетного уменьшения НЭ, ущерба и затрат при замене воздушного выключателя на элегазовый.

344-353 145
Аннотация

Рассмотрена система с распределенными параметрами в механической части. Приведены примеры таких систем. Указана причина учета распределенности параметровв таких системах. Рассмотрены существующие методы исследования и расчета систем управления. Представлена краевая задача системы с распределенными параметрами. Предложено применение наблюдающего устройства как одного из способов реализации системы управления для системы с распределенными параметрами. Показана необходимость использования замкнутой системы управления и сложности ее реализации. Представлена структурная схема разрабатываемого способа управления. Приведены передаточные функции, описывающие систему с распределенными параметрами. Представлен математический расчет наблюдающего устройства. Получен способ реализации замкнутой системы управления по промежуточной координате для электромеханической системы с распределенными параметрами в механической части с применением наблюдающего устройства, которое находится в обратной связи и восстанавливает выходную скорость без непосредственного измерения. Для наблюдающего устройства определен общий вид передаточной функции. Представлены преимущества и недостатки передаточной функции наблюдающего устройства, графический вид простой реализации наблюдающего устройства с выделенным вспомогательным устройством в обратной связи. Описана аппроксимация, которая применяется для систем с распределенными параметрами. Получены выводы аппроксимации. По параметрам экспериментальной установки получены аппроксимированные передаточные функции механической части системы с распределенными параметрами без наблюдающего устройства и с наблюдающим устройством. Представлена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика механической части системы с распределенными параметрами с наблюдающим устройством и без наблюдающего устройства для экспериментальной установки для самого простого случая, а также способ реализации замкнутой системы управления по промежуточной координате для электромеханической системы с распределенными параметрами в механической части с применением наблюдающего устройства.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА 

354-373 215
Аннотация

В рамках политики «обезуглероживания» экономики предлагается технология получения водорода из местных видов топлива и горючих отходов человеческой деятельности в рамках развития функциональности теплофикационных циклов производства энергии. Целью исследования является оценка энергетической эффективности паросиловой мини-ТЭЦ, работающей на местных видах топлива, с модулем производства водорода термохимическим способом. Представлен краткий литературный обзор термохимических циклов производства водорода и показано, что наиболее перспективными считаются гибридные циклы медь-хлор Cu–Cl. В программной среде Aspen Hysys была синтезирована математическая модель мини-ТЭЦ с пятиступенчатым циклом производства водорода, которая может в дальнейшем быть использована как компонент в составе цифрового двойника. По результатам анализа математической модели было определено, что удельное потребление электрической энергии на 1 кг водорода для такой схемы составит 9,11 (кВт∙ч)/кг, что в среднем в пять раз меньше, чем при производстве водорода электролизом, остальная часть требуемой энергии замещена тепловой, при этом максимальный коэффициент использования топлива мини-ТЭЦ с модулем производства водорода, использующей в качестве топлива отходы древесины, составил 83,1 %, в том числе тепловой КПД составляет 51,5 %, эффективность производства водорода по низшей теплоте сгорания – 31%, электрический КПД по отпуску электроэнергии в сеть – 0,6 %. Для сравнения максимальный коэффициент использования топлива паросиловой мини-ТЭЦ той же электрической мощности достигает 90,9 %. Расширение опций мини-ТЭЦ на местных видах топлива путем ввода в ее схему блока производства водорода гибридным термохимическим методом позволяет повысить маневренность станции, что предполагает возможность организации функционирования мини-ТЭЦ в соответствии с требованиями тепловых потребителей и электрического графика нагрузок энергосистемы в часы максимумов и минимумов ее потребления за счет изменения электрической мощности отпуска в сеть или увеличения мощности потребления электроэнергии из внешней сети до мощности, требуемой для производства водорода. В заключение указывается на возможность развития исследуемой схемы мини-ТЭЦ на местных видах топлива в сторону дальнейшей утилизации продуктов сгорания с целью генерации искусственного природного газа, который в этом случае можно назвать «зеленым».

374-386 165
Аннотация

В настоящее время актуальной задачей развития топливно-энергетических комплексов ряда стран является увеличение доли генерации за счет вовлечения в оборот твердого топлива. В ряду подобных проектов особенно значимыми являются те, которые позволяют утилизировать отходы различных производств. Пищевые продукты с истекшим сроком годности в таком контексте представляются возобновляемым местным энергетическим ресурсом. Однако такие продукты требуют серьезных мероприятий по их подготовке к сжиганию или другому виду высокотемпературной переработки с целью получения энергии. Целью настоящей работы является совершенствование методов подготовки топлива из утилизируемых плодов моркови (непригодных для использования в пищевой сфере). При топливоподготовке моркови стадия сушки является лимитирующей для рациональной организации ее переработки в котлоагрегатах. Кроме того, стадия сушки является крайне энергозатратной, поэтому надежное прогнозирование ее кинетики во многом определяет эффективность всего технологического процесса. В ходе исследования решены следующие задачи: разработан численный метод описания процессов внутренней и внешней задач тепломассообмена с использованием явной разностной аппроксимации дифференциальных уравнений тепломассопереноса; выполнена параметрическая идентификация предложенной одномерной математической модели с использованием известных из литературных источников эмпирических зависимостей; проведена эмпирическая проверка предложенной математической модели путем сравнения получаемых расчетных прогнозов с результатами собственных натурных экспериментов. Тот факт, что предложенная математическая модель и результаты натурного эксперимента являются независимыми, при этом расчетные прогнозы и экспериментальные данные находятся в хорошем соответствии, позволяет рассматривать предложенный метод расчета как достоверную научную основу для компьютерного метода расчета тепломассообменных процессов при организации приготовления топлива из плодов моркови.

387-400 179
Аннотация

Представлены схемы полигенерационных установок на основе диоксида углерода, в которых источником энергии служат вторичные энергетические ресурсы и газотурбинная установка. Данные схемы полигенерации позволяют одновременно производить электрическую энергию, теплоту, холод, диоксид углерода в жидком и газообразном агрегатном состоянии, а также утилизировать часть выбрасываемого в атмосферу диоксида углерода за счет абсорбции из продуктов сгорания и использования в коммерческих и технологических целях. Представлена структура математической модели разработанной программы для проведения эксергетического анализа схем полигенерации. При помощи разработанной программы произведен эксергетический анализ схем полигенерации, в котором сравнивались полигенерационные турбоустановки с различными параметрами диоксида углерода перед турбиной, а также однократным и двукратным перегревом диоксида углерода. В качестве сравниваемых критериев принимались эксергетический электрический КПД полигенерационных установок в целом и отдельных ее элементов. Наибольшей эффективностью обладают полигенерационные установки с двукратным перегревом и сверхкритическими параметрами диоксида углерода перед турбиной. Представлена методика расчета экономических показателей схем полигенерации, которая позволяет учитывать влияние двукратного перегрева и параметров диоксида углерода в стоимости полигенерационной установки. Получены показатели экономической эффективности различных вариантов схем полигенерации, такие как внутренняя норма доходности, чистый дисконтированный доход, статический и динамический сроки окупаемости. Установлено, что все варианты схем полигенерации обладают приемлемыми показателями экономической эффективности, статический срок окупаемости предложенных схем полигенерации не превышает пяти лет, а внутренняя норма доходности не снижается менее 22,8 %.



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


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)