ro en

Электронный журнал №1(49)2021

"ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49)"

СОДЕРЖАНИЕ

1	Тепловое влияние одноконтурного экрана на пропускную способность высоковольтной кабельной линии Авторы: Ткаченко А.О., Гринченко В.С., Добродеев П.Н. Государственное учреждение «Институт технических проблем магнетизма Национальной академии наук Украины» Харьков, Украина
	Аннотация: В работе исследовано тепловое влияние одноконтурного экрана с несимметричной магнитной связью, который применяется для уменьшения магнитного поля высоковольтной трехфазной кабельной линии. Целью работы является оценка влияния такого экрана на пропускную способность кабельной линии. В случае отсутствия экрана пропускная способность рассчитана согласно стандарту IEC 60287. Поставленная цель достигается за счет анализа теплового поля экранированной кабельной линии путем численного моделирования. При этом рассмотрены два характерных участка: протяженный участок, на котором экран расположен на некотором удалении от кабельной линии, и относительно короткий участок прилегания экрана к силовым кабелям. Рассмотрен установившийся режим работы кабельной линии. Соответственно, температуры кабелей и экрана не меняются с течением времени и являются функциями координат, а их распределения подчиняются стационарному уравнению теплопроводности. Распределение теплового поля на протяженном участке рассмотрено в двумерной постановке, а на участке прилегания экрана к силовым кабелям – в трехмерной постановке. В результате получены зависимости максимальной температуры силовых кабелей от параметров экрана и высоты его расположения над кабельной линией. Наиболее существенными результатами являются найденные допустимые сечения экранного кабеля и высоты его расположения, при которых тепловое влияние экрана на кабельную линию не приводит к снижению ее пропускной способности. Значимость полученных результатов состоит в обеспечении максимальной пропускной способности кабельной линии при ее экранировании. Также показано, что на участке прилегания кабеля экрана к силовым кабелям возможно превышение длительно допустимого значения температуры экрана. В этом случае уменьшение температуры достигается за счет использования засыпки, которая обеспечивает необходимые условия для длительной эксплуатации экрана. Рекомендуемые значения удельного теплового сопротивления засыпки определены при разных параметрах одноконтурного экрана.
	Ключевые слова: кабельная линия, пропускная способность, тепловое поле, контурный экран. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.01
2	Управляемая межсистемная связь на базе преобразователя, выполненного по схеме «шестиугольник» Авторы: Калинин Л.П., Зайцев Д.А., Тыршу М. С., Голуб И.В., Калошин Д.Н. Институт энергетики Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Объектом исследования является статический преобразователь частоты, выполненный по схеме «шестиугольник», который может быть использован для организации управляемой межсистемной связи при параллельной работе энергосистем, имеющих различные рабочие частоты, либо стандарты по поддержанию частоты. Целью работы является исследование режимных характеристик трансформаторного устройства, реализующего принцип кругового вращения фазы выходного напряжения относительно входного и управляемого средствами силовой электроники. Поставленная цель достигается посредством разработки стратегии «грубого» управления устройством, которая позволила обеспечить управляемую межсистемную связь переменного тока асинхронно работающих энергосистем без применения дополнительных гармонических фильтров и демпферов. При управлении устройством использованы два способа секционирования регулировочных обмоток, которые позволили применить 24-х и 48-и позиционные законы «тонкого» управления преобразователем. Также в среде Simulink/Matlab были разработаны структурно - имитационные модели объекта исследования. На основе SPS- моделей были проведены расчетные эксперименты, имитирующие работу преобразователя на активную нагрузку при соотношении частот передающей и принимающей системы 60Гц и 50Гц соответственно. Наиболее существенными результатами являются новый схемный вариант частотного преобразователя, а также стратегия «грубого» управления. Для оценки качества преобразования использованы показатели, характеризующие степень стабильности передаваемой мощности и коэффициент гармонических искажений тока. Результаты расчётных экспериментов, полученные на основе построенных структурно-имитационных моделей статического преобразователя частоты для различных вариантов регулирования, показали эффективность предложенной стратегии «грубого» управления. Доказано, что 48-и позиционное секционирование обмотки «тонкого» регулирования позволяет значительно улучить качество преобразования по отношению к 24-х позиционному. Значимость полученных результатов состоит в том разработанное техническое решение обеспечивает приемлемые показатели качества частотного преобразования и стабильности передаваемой активной мощности. Кроме того, применение предлагаемого схемного варианта преобразователя позволяет существенно уменьшить количество обмоток и средств регулирования по сравнению с образцами, исследованными авторами ранее.
	Ключевые слова: управляемая межсистемная связь, статический преобразователь частоты, стратегия управления, степень стабильности передаваемой мощности, коэффициент гармонических искажения по току. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.11
3	Определение влагосодержания изоляционных масел с помощью CoCl2 Авторы: Козлов В.К. 1, Туранова О.А. 2, Куракина О.Е. 1, Туранов А.Н. 2 1ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет, 2Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ «КазНЦ РАН», Казань, Российская федерация
	Аннотация: Трансформаторное оборудование является важной частью энергосистемы, а его бесперебойная и надежная работа является залогом качественного электроснабжения потребителей. Основная часть эксплуатируемых трансформаторов в качестве диэлектрика и охлаждающей среды использует трансформаторное масло. Влагосодержание – это один из параметров трансформаторного масла, определяющих его качество. Данный параметр является одним из наиболее критических, за которым ведется тщательный контроль. При эксплуатации трансформаторного масла в силовом оборудовании электроэнергетических систем допускается присутствие влаги порядка 10 грамм воды на тонну масла, т.е. допустимая доля воды - 10 миллионных долей (м.д.). При повышенных концентрациях воды возникает риск выхода из строя силовых трансформаторов, что осложняет их дальнейшую эксплуатацию и, следовательно, работоспособность всей энергосистемы. Целью работы является разработка нового метода определения допустимой доли воды в трансформаторном масле в малых количествах. Поставленная цель достигается за счет проведения спектральных исследований образцов трансформаторного масла в УФ и видимом диапазоне с добавлением порошка хлорида кобальта(II) (CoCl2). Хлорид кобальта (II) обладает способностью изменять свой цвет в зависимости от количества кристаллизационной воды. Наиболее существенным результатом статьи является вывод, полученный на основании записанных спектров, о взаимосвязи величины оптической плотности спектра в диапазоне 360-490 нм и влагосодержанием трансформаторного масла при добавлении порошка хлорида кобальта. Значимость полученных результатов состоит в том, что оптический метод определения малых значений доли воды в трансформаторных маслах, основанный на зависимости оптических свойств хлорида кобальта (II) от влагосодержания, обладает очень высокой чувствительностью, малыми затратами для определения доли воды и весьма перспективен для решения задач силовой энергетики.
	Ключевые слова: изоляционное масло, вода, кристаллогидрат, хлорид кобальта (II), спектры поглощения. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.07
4	Распределение дисперсной фазы в газоочистном аппарате с пульсационной насадкой Авторы: Козий И.С., Пляцук Л.Д., Гурец Л.Л. Сумский государственный университет, Сумы, Украина
	Аннотация: Работа посвящена снижению техногенного воздействия на окружающую среду от выбросов теплоэнергетики путем использования высокоэффективного аппарата для комплексной очистки отходящих газов, работающего в режиме развитой турбулентности — аппарата с регулярной пульсационной насадкой (РПН). Аппараты с РПН характеризуются высокой эффективностью улавливания различных по дисперсности твердых частиц, способностью к самоочищению контактных элементов от налипшей пыли, низкой материалоемкостью и высокой надежностью в эксплуатации. Основной целью исследования является физическое и математическое описание механизмов процесса улавливания мелкодисперсной пыли в аппарате с РПН. Поставленная цель достигается посредством описания физической и математической картины процесса пылеулавливания в экспериментальном аппарате с РПН. Наиболее важные результаты работы состоят в математическом описании конденсационного механизма улавливания мелкодисперсной пыли и процесса распределения капель в слое турбулизирующих насадочных элементов при восходящем движении фаз. Рассмотрены процессы укрупнения аэрозольных частиц за счет механизма конденсационного роста, а также турбулентной и броуновской коагуляции. Значимость результатов исследования состоит в том, что: 1) получено уравнение для определения радиуса частицы в процессе конденсации парогазожидкостной системы, которое позволяет определить дальнейшую возможность улавливания частиц за счет инерционного или турбулентно-диффузионного механизма в аппарате; 2) получено уравнение для расчета диаметра капель жидкости, образующихся при дробления жидкостных потоков турбулизирующими элементами насадки, которое позволяет сделать вывод о развитой поверхности контакта фаз, возникающей за счет пульсационного движения элементов насадки. Проведенное исследование позволило установить, что определяющую роль в образовании поверхности контакта фаз играет капельная составляющая. Исследования аппарата с РПН позволяют говорить о возможности его использования для комплексной очистки пылегазовых выбросов предприятий теплоэнергетики с целью снижения негативного влияния на окружающую среду.
	Ключевые слова: окружающая среда, пылегазовые выбросы, высокоэффективный аппарат, подвижная насадка, конденсация, поверхность контакта фаз, капля. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.05
5	Анализ процессов преобразования энергии сжатого воздуха в роторно-поршневом пневмодвигателе Авторы: Митрофанов А. С., Проскурин А. Ю. Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова Николаев, Украина
	Аннотация: В данной статье рассмотрен роторно-поршневой пневмодвигатель с конструкцией системы газообмена позволяющей минимизировать значение относительного мертвого объема, а также способствующей обеспечению минимальных габаритов и массы двигателя. Основной целью исследования является оценка эффективности преобразования энергии сжатого воздуха в рабочем цилиндре роторно-поршневого пневмодвигателя эксергетическим методом термодинамического анализа. Для достижения поставленной цели исследования выполнено физическое моделирование различных эксплуатационных режимов работы роторно-поршневого пневмодвигателя. Наиболее существенным результатом является то, что на основе результатов физического моделирования методом математического моделирования выполнена термодинамическая оценка эффективности преобразования энергии сжатого воздуха в роторно-поршневом пневмодвигателе. Значимость полученных результатов состоит в том, что установлено влияние основных эксплуатационных параметров роторно-поршневого пневмодвигателя на эффективность энергопреобразования. Приведены основные уравнения эксергетического метода термодинамического анализа. Представлены результаты физического и математического моделирования различных режимов работы роторно-поршневого пневмодвигателя. Выделены основные причины снижения эффективности энергопреобразования на режимах малых и номинальных нагрузок пневмодвигателя. Установлено количество подводимой с потоком сжатого воздуха эксергии в зависимости от эксплуатационного режима. Согласно представленным результатам исследования наиболее оптимальным диапазоном оборотов роторно-поршневого пневмодвигателя, исходя из достижения максимальных значений удельной эффективной работы и эксергетического КПД, является 55…70 % от номинального значения. Установлено, что повышение рабочего давления роторно-поршневого пневмодвигателя приводит к незначительному снижению эксергетического КПД. Увеличение рабочего давления во впускном ресивере роторно-поршневого пневмодвигателя в два раза способствует увеличению эффективной мощности на 46 % при одновременном снижении эксергетического КПД на 8,2 %. Представленные результаты исследований могут использоваться при проектировании и конструировании новых образцов роторно-поршневых пневмодвигателей разного назначения.
	Ключевые слова: сжатый воздух, роторно-поршневой пневмодвигатель, энергетическая установка, эксергия, анергия, термодинамический анализ. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.03
6	Оптимизация начальных параметров утилизационного контура теплофикационной ПГУ двух уровней давления Авторы: Калютик А.А., Трещёв Д.А., Трещёва М.А. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Санкт-Петербург, Российская Федерация
	Аннотация: Статья посвящена проблематике оптимизации параметров и структуры теплофикационных парогазовых установок (ТПГУ). Целью исследования является определение оптимальных начальных параметров двухконтурных ТПГУ утилизационного типа с газотурбинными установками (ГТУ) Е-класса. Поставленная цель достигается на базе методов математического моделирования тепловых схем ТПГУ, с использованием элементов термодинамического и экономического анализа. В качестве критерия оптимизации используется показатель относительной экономии топлива при комбинированной выработке электроэнергии и тепла. Применение данного показателя обусловлено соответствием его максимального значения максимуму приращения интегрального экономического эффекта от комбинированной выработки. Наиболее существенный результат исследований заключается в выявлении тенденции к увеличению оптимального давления пара контура высокого давления ТПГУ, по сравнению с аналогичным параметром конденсационной парогазовой установки (ПГУ КЭС). Для двухконтурной ТПГУ с ГТУ Е-класса, оптимальное начальное давление, определенное с помощью показателя относительной экономии топлива, составляет 9.8-10 МПа (для КЭС оптимальное начальное давление пара 8 МПа). Выявлена тенденция к увеличению относительной экономии топлива при усложнении тепловой схемы ТПГУ. Для одноконтурной ТПГУ относительная экономия составляет 26.43 %, а для двухконтурной ТПГУ – 27.35%. Установлено, что для аналогичных двухконтурных ТПГУ, расположенных в различных энергосистемах, величина относительной экономии топлива и приращение интегрального экономического эффекта, существенно отличается. Относительная экономия топлива для рассматриваемой ТПГУ по сравнению с аналогичной ПГУ КЭС составляет 27.35%, а по сравнению с паротурбинной КЭС, на базе серийного блока К-300-240, увеличится на 8.8%. Значимость полученных результатов состоит в том, что их использование, на стадии проектирования, позволит повысить энергетическую эффективность строящихся ТПГУ, а также оптимизировать структуру энергосистем отдельных регионов и государств.
	Ключевые слова: теплоэлектростанция, теплофикация, когенерационная установка, парогазовая установка, экономия топлива. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.06
7	Универсальная камера сгорания для утилизации разнородных по составу и теплопроизводительности нефтяных газов Авторы: Шилова А.А., Бачев Н.Л., Матюнин О.О. Пермский национальный исследовательский политехнический университет Пермь, Российская Федерация
	Аннотация: При разработке отечественных микрогазотурбинных утилизационных энергоустановок необходимо иметь в их составе универсальные двухзонные камеры сгорания для утилизации разнородных по составу и теплопроизводительности нефтяных газов на разных месторождениях. В зоне горения происходит устойчивое горение забалластированного нефтяного газа при высоких температурах. Расходы воздуха и топливного газа в эту зону выбираются таким образом, чтобы обеспечить коэффициент избытка воздуха в интервале между нижним и верхним концентрационными пределами горения. Предварительные исследования показали, что для нефтяных газов с содержанием балластирующих компонентов до 80 % коэффициент избытка воздуха в зоне горения может быть принят равным 1.5. В зоне разбавления подводом вторичного воздуха происходит подготовка рабочего тела с заданными параметрами для подачи на турбину. Коэффициент избытка воздуха на выходе из камеры сгорания определяется из уравнения энергетического баланса и зависит от температуры воздуха, состава, теплопроизводительности и температуры топливного газа на входе в камеру сгорания, от температуры рабочего тела на входе в турбину и от режимных параметров применяемых турбокомпрессоров в составе газотурбинной установки. Целью настоящей работы является выработка рекомендаций по созданию универсальной камеры сгорания для сжигания разнородных по составу и теплопроизводительности топливных газов. Указанная цель достигается подбором диаметра камеры, с целью обеспечения потребных соотношений между среднерасходной скоростью горюче-воздушной смеси и скоростью турбулентного горения, при которых наблюдается стабильное положение фронта пламени. Наиболее значимым результатом проведенных исследований является обоснование возможности использования универсальной камеры сгорания с постоянными размерами в утилизационных газотурбинных установках, предназначенных для сжигания нестандартных топливных газов с содержанием балластирующих компонентов до 70%, что позволит сократить время и стоимость их внедрени
	Ключевые слова: забалластированный нефтяной газ, диаметр универсальной камеры сгорания, устойчивое положение фронта пламени, мощностной ряд энергоустановок. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.12
8	Повышение выхода биогаза и электроэнергии при сбраживании навоза крупного рогатого скота путем оптимального добавления извести к экструдированной соломе Авторы: 1Полищук В. М., 1Шворов С. А., 2Фльонц И.В., 1Давиденко Т. С., 2Дворнык Е.А. 1Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев, Украина 2Обособленное подразделение "Бережанский агротехнический институт" Национального университета биоресурсов и природопользования Украины, г. Бережаны, Украина
	Аннотация: Целью работы является повышение выхода биогаза и выработки электроэнергии на биогазовых установках за счет совместного сбраживания навоза крупного рогатого скота с экструдированной соломой пшеницы и гашеной известью. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: определялся выход биогаза из навоза крупного рогатого скота с пеллетами экструдированной соломы пшеницы без применения гашенной извести; при сбраживании навоза и пеллет экструдированной соломы с различным количеством извести до экструзии, во время экструзии и после экструзии. На основе использования метода динамического программирования определялся оптимальный вариант загрузочного сырья. Измерение объема биогаза проводилось по методу Криворучко. Для проведения опыта использовались полиэтиленовые пакеты (ферментеры), устройство для запайки пакетов, pH-метр, калиброванный цилиндр. К рассчитанному количеству биомассы добавлялась затравка из расчета 1 часть пробы до 4 частей затравки, вытеснялся воздух из ферментера и герметично запаивалось отверстие. После этого пакет помещался в термостат при температуре 37,5°С на 35 суток. Измерение объема пакетов проводилось через каждые семь дней. На основе проведенных исследований определен оптимальный вариант предварительной обработки соломы раствором гашенной извести разной концентрации (до, во время, после экструзии). Новизна выбранной темы состоит в оптимизации химической обработки соломы в сочетании с экструзией. При экструзии проходит дополнительная термохимическая обработка. Преимущество использования пеллет экструдированной соломы пшеницы заключается в том, что такое сырье лучше транспортируется или хранится на складе. Пеллеты целесообразны для непрерывной работы биогазовых установок, поскольку отходы сельскохозяйственного производства имеют сезонный характер. Наиболее существенным результатом исследований является то, что оптимальное соотношение экструдированной совместно с известью соломы в качестве косубстрата позволит увеличить выход биогаза и электроэнергии более чем на 60%.
	Ключевые слова: биогаз, субстрат, навоз КРС, известь, сухое органическое вещество, экструдированная солома, завод по производству биогаза, метановая ферментация. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.02
9	Инноватика энергетических технологий дегидратации и экстрагирования пищевого сырья Авторы: Бурдо О.Г.1, Сиротюк И.В.1, Щербич М.В.1, Акимов А.В.1, Поян А.С.2 1 Одесская национальная академия пищевых технологий, Одесса, Украина 2 Общество с ограниченной ответственностью «Дельта Вилмар Украина», Южный, Украина
	Аннотация: Проведен анализ исследований в направлении обезвоживания и экстрагирования сырья. Выполнено сравнение традиционных аппаратов для обезвоживания сырья. Сформулированы проблемы пищевых технологий производства концентратов. Анализируются энергетические проблемы процессов обезвоживания продуктов. Определены причины потерь целевых компонентов с отходами производства. Показано, что в последнее время тенденции развития тепломассобменной техники связаны с использованием электромагнитных генераторов энергии. Определена цель работы – снижение затрат энергии при удалении жидкой фазы из твердого растительного сырья и сокращение потерь продукта из маслосодержащих отходов пищевых производств. Для достижения поставленной цели предложена научно-техническая идея, которая выражена гипотезой, что применение электромагнитных источников энергии в процессе удаления влаги из пищевого сырья, содержащего твердую фазу, позволит, кроме традиционного выхода паровой фазы, сформировать дополнительный поток жидкой фазы. Движущей силой такого потока является эффект, возникающий в результате локальной диссипации электромагнитной энергии в объеме твердой фазы. Представлена математическая модель процесса дегидратации и проведен комплекс экспериментальных исследований, который подтвердил справедливость гипотезы. Наиболее существенным результатом работы является то, что доказана возможность организовать режимы, когда выход сока в 4 раза выше, чем выход пара и соответственно снизить расход энергии на обезвоживание продукта. Научная значимость полученных результатов в том, что в работе получен новый эффект, который авторы назвали пародинамический. Практическая значимость работы в том, что предложена технологическая линия переработки маслосодержащих отходов: кофейного шлама, шелухи кофейных зерен, реагентов (глины и перлита). Линия включает микроволновые аппараты для дегидратации и экстрактор. Представлены термограммы и кинетические зависимости исследуемых процессов и объектов. Даны результаты проверки качественных характеристик полученных образцов.
	Ключевые слова: электромагнитные и вакуумные технологии, концентрирование, экстрагирование, обезвоживание, отходы пищевых производств. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.1-49.13
10	Памяти доктора-хабилитат технических наук, главного редактора журнала "Проблемы региональной энергетики", В.П. Берзана
	Аннотация: