Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
Том 63, № 4 (2020)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

301-311 162
Аннотация

Систематизированы технико-экономические показатели возобновляемых (солнечных и ветровых) и невозобновляемых источников энергии с учетом интервала их неопределенности для условий стран СНГ. Основное внимание уделено России и государствам Центральной Азии – Казахстану, Киргизии, Таджикистану, Туркмении, Узбекистану, где имеются наиболее благоприятные условия для развития солнечной и ветровой энергетики. Проведено сравнение возобновляемых и невозобновляемых источников энергии по критерию стоимости вырабатываемой электроэнергии. Показано, что плата за выбросы парниковых газов повышает конкурентоспособность солнечных и ветровых электростанций на энергетических рынках. В случае благоприятных для возобновляемой энергетики условий солнечные и ветровые установки в ряде районов могут вырабатывать дешевую электроэнергию стоимостью 3–5 цент./(кВт×ч). При таких показателях они могут быть конкурентоспособными без дополнительных мер стимулирования их внедрения. С помощью математической модели REM-2 (Renewable Energy Model) проведено сравнение энергоисточников разных типов с учетом системных эффектов. Система электроснабжения включает фотоэлектрические преобразователи, ветроэлектрические установки с возможностью краткосрочного аккумулирования и потребления электроэнергии от дублирующего энергоисточника. Выполнено моделирование режимов работы фотоэлектрических преобразователей и ветротурбин по времени (часам) для разных значений прихода солнечной радиации и скорости ветра. Определены оптимальные соотношения между производством электроэнергии фотоэлектрическими преобразователями и ветротурбинами, а также предпочтительный уровень потребления электроэнергии из сети при различных климатических и экономических условиях. Показана экономическая эффективность совместного использования солнечной и ветровой энергии в странах СНГ, в первую очередь в России (за исключением северных районов) и государствах Центральной Азии.

312-327 165
Аннотация

В настоящее время мировая энергетическая система сталкивается с многочисленными  переходами  и  сдвигами  существующих  социально-технических  режимов в сторону повышения устойчивости. Наряду с этим такие устойчивые трансформации часто откладываются, замедляются или отклоняются, чтобы избежать негативных внешних факторов, которые могут угрожать стабильности системы. Авторы статьи постарались донести более глубокое понимание внешних эффектов (экстерналий) энергетических трансформаций и уязвимости энергетических систем под воздействием негативных внешних факторов, вызванных устойчивыми энергетическими трансформациями. Используя теорию экстерналий (Баумоль, Оутс), теорию социотехнических трансформаций Гилса, а также метод трилеммы энергетической устойчивости для оценки устойчивости энергетических систем, можно утверждать, что такие внешние эффекты должны быть подвержены специальным мерам энергетической политики, отличным от общепринятых (классических) способов, которые могут привести к замедлению устойчивых трансформаций в энергетике и создать для них дополнительные барьеры. Рассмотрен переход к более чистым и низкоуглеродным энергетическим системам, использующим такие энергетические технологии, как солнечная энергия, энергия ветра, малая гидроэнергетика, биомасса, утилизация отходов, электронные транспортные средства. Проведена классификация широкого спектра методов политики (классических и новых), применяемых по отдельности и одновременно, выполнен анализ их использования при разработке энергетической политики, направленной на борьбу с негативными побочными эффектами трансформаций на пути к энергетической устойчивости во всем мире, которые можно минимизировать с помощью надлежащим образом разработанной энергетической политики каждой страны.

 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

328-339 136
Аннотация

Использование ортогональных составляющих (ОС) является основным направлением определения информационных параметров в микропроцессорной релейной защите и автоматике электроэнергетических систем. По известным ОС можно реализовать большинство измерительных органов, применяемых в современных устройствах защиты и автоматики. Для выделения ОС используются цифровые нерекурсивные частотные фильтры, в основу которых положено дискретное преобразование Фурье. Главный недостаток указанных фильтров – их невысокое быстродействие, превышающее период промышленной частоты. Для построения быстродействующих измерительных органов такое время установления истинного выходного сигнала часто является неприемлемым. В статье предлагается формировать ОС эквивалентного сигнала в микропроцессорных защитах по значениям косинусной и синусной ОС основной гармоники, сформированных с использованием дискретного преобразования Фурье, путем их умножения на корректирующий коэффициент, который является функцией значений амплитуды входного сигнала и его основной гармоники. Предлагаемый алгоритм формирования ОС входных сигналов в микропроцессорных защитах отличается высоким быстродействием в переходных режимах и обладает широкими функциональными возможностями. Разработана структурная схема формирователя ОС эквивалентного сигнала, все блоки которой могут быть реализованы по известным схемам на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. В среде динамического моделирования MatLab-Simulink реализована модель формирователя ОС. Проверка функционирования модели проводилась с использованием двух видов тестовых воздействий – синусоидального сигнала с частотой 50 Гц (идеализированное воздействие), а также сигнала, приближенного к реальному вторичному току трансформатора тока при коротком замыкании. В результате выполненных расчетов установлено существенное (до двух раз) повышение быстродействия предлагаемого метода формирования ОС по сравнению с формирователями, основанными на дискретном преобразовании Фурье, при идентичности частотных свойств обоих формирователей.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

340-354 202
Аннотация

Выполнен анализ экологической составляющей процессов сжигания природного газа в атмосферных горелках бытовых газовых плит. Проведены расчетные и экспериментальные исследования образования вредных веществ при сжигании природного газа. Рассмотрено равновесие в системе NO–O2–NO2. Проведен термодинамический анализ трансформации системы в процессе горения природного газа (метановоздушной смеси). Несмотря на существенное (иногда на порядки) отличие термодинамически равновесных концентраций оксидов азота [NOx]eq от локальных, фактических замеренных значений [NOx] = [NO] + [NO2], величины [NO]eq могут служить качественным индикатором реальных концентраций [NOx]. В процессах горения природного газа и других топлив при высоких температурах [NO] >>[NO2] как для равновесных, так и для замеренных концентраций. При умеренных и низких локальных температурах, вплоть до 600 К, равновесные концентрации [NO2]eq → [NO]eq по порядку величин. При определенных составах горючей смеси может наступить соотношение [NO2] >> [NO], что представляет опасность для здоровья. В связи с наблюдаемым в ряде случаев образованием особо токсичного NO2 анализируется влияние температуры реакции и состава горючей смеси на возможность образования диоксида азота в продуктах сгорания. Предложена методология экспериментального изучения образования вредных выбросов и создан огневой компьютеризованный стенд для исследования сжигания углеводородных газов в горелках бытовых плит. Установлено влияние коэффициента избытка первичного воздуха на образование СО, NO, NO2. Доказана возможность появления выбросов с высокой концентрацией диоксида азота.

355-364 156
Аннотация

Предложенная модель оценки теплового баланса и энергоэффективности биореактора позволяет определить для реактора малого размера, работающего на относительно низкоэнергетическом субстрате, величину критического объема, при котором в данных климатических условиях возможна круглогодичная, полностью автономная работа метантенка, и оценить вероятную энергетическую эффективность подобного биореактора (выход товарной теплоты). Для численной характеристики климатической зоны предлагается использовать среднегодовую температуру и/или распространенный в строительной теплотехнике показатель градусо-суток отопительного периода (ГСОП), более полно характеризующего неравномерность среднемесячного распределения температур (степень континентальности климата). Величина критического объема биореактора, при котором возможна круглогодичная автономная работа метантенка на осадке городских сточных вод, изменяется от 7,5 (Владикавказ, ГСОП = 3410) до 17,0 м3 (Томск, ГСОП = 6938), т. е. увеличивается практически пропорционально значению градусо-суток отопительного периода. Следует отметить, что при использовании субстрата с большим выходом биогаза, например свиного навоза (выход 40 г/кг), величина критического объема во всех случаях менее 1 м3. Такие результаты актуальны только для относительно низкоэнергетического сырья. Характер изменения выхода товарной теплоты в зависимости от объема биореактора и климатических условий вполне ожидаем – количество полезно используемой в интересах бизнеса теплоты тем выше, чем больше объем реактора и мягче климат. Однако при объеме реактора менее 5 м3 нелинейность графиков намного выше. Поэтому для проектировщиков особо малых биореакторов проведение подобных расчетов обязательно. Полученные численные значения могут быть полезны как для проектировщика биореакторов, так и для заказчика проекта при оценке экономической эффективности планируемых нововведений.

365-379 94
Аннотация

Представлены результаты численного исследования газодинамических и энергетических характеристик выхлопного отсека цилиндра низкого давления, включающего последнюю ступень с рабочей лопаткой длиной 1100 мм и выхлопной тракт, в условиях их взаимовлияния. Разработаны модели вариантов отсека, включающие межступенчатый зазор, отбор пара перед диафрагмой последней ступени, два отсоса пара из межвенцового зазора с камерой влагоудаления, надбандажные протечки, инжекцию пара из камеры влагоудаления в диффузор. Течение в расчетной области описывается полной системой нестационарных уравнений Навье – Стокса, осредненных по Рейнольдсу – Фавру. Турбулентные эффекты описаны на основе модели Ментера SST в ступени и модифицированной модели Спаларта – Аллмараса в тракте. Интегрирование системы уравнений осуществлялось с помощью авторского программного комплекса MTFS®. Расчетные подобласти аппроксимировались гексагональными сетками. Использовалась неявная разностная TVD-схема конечных объемов 2-го порядка точности на базе решения задачи Римана. При вычислении применяли вариант алгоритма, основанного на расщеплении вычислительного процесса для многопроцессорных платформ. Модель ступени использует осреднение потоков массы, импульса и энергии в окружном направлении в межступенчатом зазоре. Рассчитывались один канал диафрагмы с предвключенным фрагментом, а также один канал рабочего венца и течение в патрубке. Обмен параметров между ступенью и патрубком осуществлялся на основе осреднения по массовому расходу. Расчеты выполнены на базе табличной модели влажного пара в приближении равновесной конденсации. Рассмотрены направления совершенствования проточной части выхлопного отсека. Выполнено исследование работы вариантов отсека для номинального режима турбины К-220-44-2М АЭС «Ловииса». Проанализирована эффективность понижения крышки сборной камеры, управления потоком с помощью листовых ребер над обечайкой диффузора, расширения сборной камеры в плоскости горизонтального разъема, а также организации выхода избыточного пара из камеры влагоудаления через тангенциальные щели в нижней половине выпуклой оболочки диффузора.

380-388 95
Аннотация
В статье рассматривается теплообмен излучением пучков из труб с круглыми ребрами с окружающей средой и вытяжной шахтой. Система уравнений, описывающая всю совокупность первичных процессов, из которых складывается радиационный теплообмен ребристых пучков, очень сложна в математическом отношении. Поэтому расчеты лучистого теплообмена проводятся исходя из ряда упрощающих предпосылок с вынужденным искажением реальной физической картины. Кратко рассмотрены основные способы расчета излучения, используемые в инженерной практике: расчет по среднему угловому коэффициенту и зональный метод. Предложен уточненный зональный метод расчета лучистой составляющей теплового потока горизонтального пучка из оребренных труб с вытяжной шахтой. Проведено экспериментальное исследование однорядных пучков из оребренных труб с различными межтрубными шагами S1 (64 и 70 мм) для малых чисел Рейнольдса Re = 130−720 в широком диапазоне определяющей температуры на входе в пучок (16−83 °C). Алюминиевое оребрение трубы пучка имеет следующие параметры: диаметр винтового оребрения d = 0,0568 м; диаметр трубы по основанию d0 = 0,0264 м; высота, шаг и средняя толщина ребра соответственно h = 0,0152 м, s = 0,00243 м и Δ = 0,00055 м. Движение воздуха в пучке осуществлялось гравитационной тягой, создаваемой вытяжной прямоугольной шахтой. Экспериментальный пучок устанавливался над шахтой, а воздух перед поступлением в шахту предварительно подогревался, что позволило расширить диапазон температур воздуха на входе в пучок. Обнаружено, что неправильный учет переизлучения пучка с вытяжной шахтой при проведении расчетов однорядных оребренных пучков приводит к снижению конвективной теплоотдачи на 7−25 %.


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


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