Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
Том 63, № 1 (2020)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-1

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

5-13 132
Аннотация

С помощью численного моделирования определены рабочие температуры тонкопленочного солнечного элемента на основе CuInSe2 и оптимизированы значения плотности мощности солнечного излучения, при которых не требуется стабилизация температурного режима данного элемента. Максимально возможное значение КПД ~14,8 % достигается при реальных условиях эксплуатации и поддерживается за счет поступающей тепловой энергии, как выделяющейся в этом элементе, так и инфракрасных излучений – солнца и окружающей среды. Модель предлагаемого тонкопленочного солнечного элемента была реализована в программной среде COMSOL Multiphysics с использованием модуля «Теплопередача». Определены рабочие температуры солнечного элемента без термостабилизации в условиях сезонного и суточного изменения температуры окружающей среды и плотности мощности солнечного излучения спектра AM1,5, максимальное значение которой варьировалось в пределах от 1 до 500 кВт/м2 при использовании концентраторов. Полученные значения рабочих температур тонкопленочного солнечного элемента использовались при определении основных его параметров в программе SCAPS-1D. Приведены графики зависимостей рабочей температуры, коэффициента полезного действия и коэффициента заполнения тонкопленочного солнечного элемента от плотности мощности солнечного излучения. Показано, что для получения максимально возможного КПД солнечного элемента необходимо использовать концентрированное солнечное излучение с максимальным значением плотности мощности 8 кВт/м2 в июле и 10 кВт/м2 в январе. В случае более низких и высоких этих величин необходима соответствующая термостабилизация рассматриваемого элемента. Также рассчитаны зависимости КПД, коэффициента заполнения и напряжения холостого хода от температуры стабилизации солнечного элемента, градиенты температур на границах раздела термоэлектрического слоя. Показано, что при выборе оптимальных значений термостабилизации эффективность предлагаемого солнечного элемента может составлять порядка 15 % и более.

14-29 96
Аннотация

Экономики мира находятся под влиянием быстроменяющейся повестки дня глобальной энергетической политики. Понимание последствий энергетических тенденций в долгосрочной перспективе имеет решающее значение для принятия ответственных и обоснованных решений по вопросам устойчивости в отношении преобразований, необходимых для повышения надежности энергоснабжения, эффективности использования ресурсов и их доступности, а также для нивелирования энергетической бедности и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду. В настоящее время ценовая (стоимостная) конкурентоспособность технологий и продуктов в качестве их способности отвечать требованиям устойчивости становится весомым критерием при выборе путей технологического роста или разработки экономических стратегий. Переход к энергетической устойчивости – это так называемая «тихая» энергетическая [р]еволюция или переход к 100%-му возобновляемому энергоснабжению. Используя теории социально-технических трансформаций, уязвимости при оценке уровня энергетической безопасности, а также теорию устойчивого развития, данная статья призвана содействовать пониманию культурных, институциональных и инновационных предпосылок перехода к устойчивой энергии. Основываясь на исторических примерах, мы утверждаем, что, несмотря на культурные аспекты, неравенство в энергетических ресурсах и структуре энергопотребления, географическом положении и размере дохода на душу населения, ценностная, а не стоимостная философия при выборе путей энергетической политики обеспечивает устойчивые энергетические трансформации. Ключевыми результатами является определение предпосылок устойчивости энергетических трансформаций, среди которых: культурные аспекты, инновации и скорость движения по кривым обучения при внедрении новых энергетических технологий, а также шаблоны энергетической политики, применяемые в стране, ценностные против стоимостных. Матрица энергетической политики «ценность против стоимости» разработана с целью определения степени ценностной ориентации энергетической политики той или иной страны.

30-41 102
Аннотация

Вьетнам – страна с огромным солнечным потенциалом, в которой могут быстро развиваться солнечные технологии. Инвесторы заинтересованы в строительстве солнечных электростанций на крышах, установка которых поможет владельцам снизить ежемесячные расходы на электроэнергию и даже получить экономическую выгоду, продавая избыточную электроэнергию, поступающую от них в электрическую сеть. В исследовании представлены результаты моделирования с использованием программы PVsyst солнечной электростанции мощностью 26 кВтп на крыше коммерческого здания в Ханое, что дает возможность оценить ее работоспособность в условиях солнечной радиации в северо-восточном регионе Вьетнама. Результаты позволили рассчитать потенциал солнечной энергии, количество вырабатываемой электроэнергии и эффективность солнечной электростанции, подключенной к сети. Солнечная энергия используется во Вьетнаме с 1990-х гг., но в основном в районах, удаленных от государственной электросети, таких как горные местности, острова. Также с 2010 г. солнечная энергия используется в отдельных жилых кварталах для удовлетворения потребности в электроэнергии мелких и средних потребителей. Общая мощность произведенной солнечными электростанциями электрической энергии во Вьетнаме к 2017 г. составила около 8 МВт, что очень незначительно. Это связано с отсутствием политики поддержки развития солнечной энергетики со стороны правительства. В соответствии с текущим графиком повышения цен на электроэнергию во Вьетнаме инвестиции в строительство на крышах зданий солнечных электростанций, подключенных к сети, могут быть экономически целесообразными, внося при этом положительный вклад в защиту окружающей среды и борьбу с изменением климата за счет сокращения выбросов CO2.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

42-54 131
Аннотация

Цифровые фильтры, выполненные с использованием дискретного преобразования Фурье, применяются в большинстве микропроцессорных защит как отечественного, так и зарубежного производства. При отклонении частоты входного сигнала от значения, на которое настроены указанные фильтры, на их выходе формируется сигнал с амплитудой колебаний, пропорциональной отклонению частоты сигнала от заданной. В статье предложен алгоритм компенсации колебаний ортогональных составляющих выходных сигналов цифровых фильтров, реализованных на основе дискретного преобразования Фурье, при отклонении частоты входного сигнала от номинальной. В среде динамического моделирования MatLab-Simulink реализована математическая модель предлагаемого цифрового фильтра с алгоритмом компенсации колебаний его ортогональных составляющих, а также модели сигналов для воспроизведения входных воздействий. В модели цифрового фильтра предусмотрены два канала – канал тока и канал напряжения, что позволяет моделировать их работу применительно к защитам, использующим одну или две входные величины, например, для токовой и дистанционной защиты. Проверка функционирования модели цифрового фильтра с компенсацией колебаний его выходного сигнала проводилась с применением двух видов тестовых воздействий – синусоидального сигнала с частотой 48–51 Гц (идеализированное воздействие), а также воздействий, приближенных к реальным вторичным сигналам измерительных трансформаторов тока и напряжения при коротких замыканиях, сопровождающихся понижением частоты. Проведенные вычислительные эксперименты при отклонении частоты от номинальной выявили наличие незатухающих колебаний на выходе стандартных цифровых фильтров Фурье и практически полное их отсутствие у предлагаемых цифровых фильтров, что позволяет рекомендовать к использованию в микропроцессорных защитах цифровые фильтры на основе дискретного преобразования Фурье, дополненные алгоритмом компенсации колебаний амплитуд выходных сигналов.

55-65 97
Аннотация

В проектной практике встречаются решения, когда в одном пролете используются различные натяжные гирлянды изоляторов. В работе приведен расчет стрел провеса и коэффициентов нагрузки для пролета с двумя разными натяжными гирляндами изоляторов при одинаковой высоте подвеса. Система «первая натяжная гирлянда изоляторов – токопровод – вторая натяжная гирлянда изоляторов» описана уравнениями параболы. Установлена связь между коэффициентом увеличения стрелы провеса и коэффициентами, учитывающими наличие натяжных гирлянд изоляторов. Полученная компактная формула коэффициента увеличения стрелы провеса подходит в общем случае для любого сочетания гирлянд в пролете. Показано совпадение расчета для конкретных случаев, известных из литературных источников. Выведена формула расчета коэффициента нагрузки для уравнения состояния, учитывающая наличие разных гирлянд в пролете. Достоверность формулы доказана совпадением результатов для частных случаев расположения гирлянд. Полученные выражения могут применяться как для вертикальных (весовых и гололедных) нагрузок, так и для горизонтальных (ветровых). В случае действия нагрузок в двух плоскостях уравнение состояния должно учитывать все составляющие при расчете результирующей приведенной нагрузки на провод в наклонной плоскости. Выполнены расчеты для разных длин пролетов распределительных устройств с разными проводами и гирляндами изоляторов. Рассмотрен пролет с одной и двумя натяжными гирляндами изоляторов, с одинаковыми высотами подвеса, при отсутствии ветра и гололеда. Построены кривые провисания провода для разных гирлянд. Показано, что при расчете стрел провеса и тяжений нельзя пренебрегать различием гирлянд.

66-80 88
Аннотация

В традиционных расчетах установившегося режима электрической сети не учитываются зависимости активных сопротивлений провода воздушной линии от температуры окружающей среды и токов в ветвях. Однако температура является функцией потерь активной мощности, потери – функцией сопротивления и тока, а сопротивление зависит от температуры. Поэтому эти соотношения должны быть связаны с традиционными уравнениями для стационарных режимов. Для повышения точности расчетов установившегося режима требуется температурная коррекция сопротивления ветвей. В работе представлен метод, основанный на совместном решении нелинейных уравнений установившегося режима электрической сети и теплового баланса проводов воздушных линий. Разработаны алгоритм и программа расчета установившегося режима электрической сети с учетом зависимости активных сопротивлений провода воздушной линии от температуры окружающей среды и токов в ветвях. Произведена оценка количественного влияния тока нагрузки, температуры провода, скорости ветра, солнечной радиации на активное сопротивление проводов, а также определены погрешности расчета годовых переменных потерь электроэнергии. Проводились численные эксперименты для шестиузловой модифицированной версии тестовой системы IEEE и эквивалентной схемы 110 кВ. Результаты проведенных расчетов установившегося режима на различных тестовых схемах показали, что неучет температурной зависимости активных сопротивлений может привести к ошибкам в потере мощности для отдельных нагруженных линий до 10 % и для суммарных потерь системы до 30 %, что является недопустимым в моделировании режимов электрической сети. Приведены результаты моделирования установившихся режимов с учетом температурной зависимости сопротивлений проводов на примерах шести- и семиузловых схем.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

81-88 92
Аннотация

Сегодня мир характеризуется достаточно большим количеством военных конфликтов, техногенных катастроф, стихийных бедствий. Ежегодно от разного рода природных катаклизмов на планете погибает около 50 тыс. человек. В докладе Управления ООН по уменьшению опасности стихийных бедствий (ЮНИСДР) отмечается, что стихийные бедствия, которые произошли в мире за период с 1998 по 2017 г., привели к гибели 1,3 миллиона человек (свыше половины из них – из-за землетрясений). Анализ показывает, что людские потери могли бы быть значительно меньше при быстром оказании первой медицинской помощи. Это требует наличия госпиталя, расположенного как можно ближе к очагу поражения. В настоящее время создаются полевые госпитали различного назначения. Важную роль в их функционировании играет система обогрева модулей. Предложена система отопления, которая включает в себя вихревой теплогенератор и нагревательные приборы из поливинилхлорида. Система отличается малым весом и быстрым выходом в рабочий режим. Однако в литературе отсутствует методика расчета коэффициента теплоотдачи в замкнутом пространстве, образованном поверхностью гибкого нагревателя и ограждающей стеной. На основе анализа зависимостей и экспериментальных данных получены новые критериальные уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи для произвольного расположения нагревателей в пространстве. Построена зависимость lgNu = f(lg(Gr×Pr)), которая позволяет определить величину коэффициента теплоотдачи для заданной области температуры. Предложен способ интенсификации процесса теплообмена за счет создания искусственной шероховатости. Построен график для определения доли роста теплоотдачи СK, входящей в критериальное уравнение. Применение искусственной шероховатости позволило увеличить коэффициент теплоотдачи на 28 %, а тепловую мощность нагревательного прибора – примерно на 26 %.

89-98 84
Аннотация

В статье рассмотрены общее понятие коррозии в соответствии с ГОСТ 5272–68 «Коррозия металлов», классификация коррозионного процесса, стадии коррозии в виде функций энергии от пути протекания коррозионного процесса, основные показатели процесса коррозии. В соответствии c прогнозами Международного валютного фонда и Focus Economics произведена оценка количества средств, которые будут затрачены на борьбу с коррозией и ее последствиями в отдельных промышленно развитых странах. Динамика роста средств, вложенных в борьбу с последствиями коррозии металлов в Российской Федерации за 2016–2019 гг., показана в виде диаграммы. Обосновано использование циркония в качестве конструкционного материала для оболочки твэлов. Представлены значения сечений поглощения тепловых нейтронов для различных элементов, служащих в качестве конструкционных для активной зоны ядерного реактора. Приведены факторы, влияющие на выбор легирующих элементов и их процентное содержание в различных сплавах (Zr-2, Zr-4, ZIRLO™, M5®), которые являются специальной разработкой, способствующей снижению скорости коррозии. Рассмотрен состав и механические свойства сплавов Э110 и Э635, использованных в качестве материалов для оболочки твэлов в активной зоне реакторов ВВЭР-1200 на БелАЭС. Проанализировано поведение циркониевых сплавов Э110 и Э635 в активной зоне. Выделены основные факторы, которые существенно влияют на коррозионный процесс в реальных условиях эксплуатации циркониевых сплавов в качестве оболочек твэлов. Приведены существующие методы предварительной специальной обработки оболочек твэлов, хранящихся на воздухе в течение продолжительного промежутка времени до поступления их на сборку. Показана структура оксида на оболочках из сплавов Э110 и Э635, окисленных в автоклаве.



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


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