ro en

Электронный журнал N2(54)2022

"ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54)"

СОДЕРЖАНИЕ

1	Определение влагосодержания и ароматических соединений в трансформаторном масле спектральным методом Авторы: Козлов В.К., Куракина О.Е. ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет, Казань, Российская Федерация
	Аннотация: Трансформаторное масло в силовых трансформаторах эксплуатируется в условиях электрического поля высокой напряженности, повышенных рабочих температур в присутствии кислорода и металлов, что приводит к окислению углеводородной составляющей масла. В результате влияния термохимического и электрического воздействия снижается эксплуатационные показатели трансформаторного масла в связи с измерением структурно-группового состава. Увеличение содержания ароматических углеводородов приводит к появлению осадка, а также, за счет своей гигроскопичности, повышению влагосодержания. 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. 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 новых методов определения содержания ароматических соединений и воды в трансформаторном масле в малых количествах. Поставленная цель достигается за счет проведения спектральных исследований образцов трансформаторного масла в УФ диапазоне и построения двух корреляционных прямых для определения влагосодержания и концентрации ароматических соединений. Наиболее существенным результатом статьи является установление корреляционных зависимостей между оптической плотностью трансформаторного масла в области 530 нм и концентрацией ароматических соединений и между оптической плотностью в области 980 нм и влагосодержанием в масле. Значимость полученных результатов состоит в том, что оптический метод определения малых значений доли воды и ароматических углеводородов в трансформаторных маслах, с помощью построенных корреляционных прямых, обладает высокой точностью и не требует использования дополнительных реагентов и сложных вычислений, что сокращает время и стоимость исследования качества трансформаторного масла.
	Ключевые слова: трансформаторное масло, влагосодержание, ароматические соединения, спектры поглощения. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.01
2	Разработка низкотемпературной установки блочного типа для деминерализации морской воды Авторы: Бурдо О.Г.1, Терзиев С.Г.2, Мордынский В.П.1, Сиротюк И.В.1, Фатеева Я.А.1, Молчанов М.Ю.1 1 Одесская национальная академия пищевых технологий, Одесса, Украина 2ЧАО «Энни Фудз», Одесса, Украина
	Аннотация: Проведен анализ дефицита пресной воды. Подчеркнута актуальность исследований в направлении водоподготовки. Показано, что основной запас воды на Земле сосредоточен в морях. Даны сравнительный анализ традиционных методов деминерализации воды и приведены перспективы низкотемпературных методов опреснения. Установлен рост интереса в мире к исследованиям инновационных технологий блочного вымораживания, приоритет в которых принадлежит авторам. Целью работы является совершенствование аппаратов блочного вымораживания при переводе их в непрерывный режим работы. Для достижения поставленной цели предложена универсальная конструкция аппарата, в которой последовательно реализуются процессы кристаллизации, сепарирования и плавления льда. Разработан модуль установки непрерывного опреснения морской воды. Из условий минимизации энергетических затрат обосновано время процесса формирования блока льда. Установлено число сепараторов — 3. В пятой емкости осуществляется процесс плавления блока льда и получения пресной воды. Система управления периодически переключает электромагнитные клапана на линиях холодильного агента и продукта, что обеспечивает последовательность и синхронность работы аппаратов. Показаны энергетические и эксплуатационные преимущества предложенного способа. Проведено системное моделирование такого оборудования. Целевой функцией моделирования определены ключевые параметры процесса гравитационного сепарирования блока льда — энергетика и солесодержание. Рассмотрены статика (энергетический и материальный балансы) и кинетика (баланс сил в капилляре и скорость истечения) сепарирования. Предложено традиционные принципы расчета истечения в каналах скорректировать коэффициентом «капиллярного торможения», который учитывает рельефную поверхность капилляров льда. Значение этого коэффициента установлено экспериментально. Предложена методика инженерного расчета солесодержания в блоке льда при сепарировании. Наиболее существенным результатом работы является то, что доказана возможность перевода установки блочного вымораживания в режим непрерывного опреснения морской воды с гарантированными показателями солесодержания. Значимость работы заключается в том, что создана энергоэффективная вымораживающая установка с рециклингом льда для деминерализации морской воды в потоке.
	Ключевые слова: тепломассообмен, блочное вымораживание, сепарирование, опреснение, энергоэффективность. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.02
3	Среднесрочное прогнозирование почасовых тарифов на электроэнергию с помощью ансамблевых моделей Авторы: Матренин П.В., Арестова А.Ю., Антоненков Д.В. Новосибирский государственный технический университет Новосибирск, Россия
	Аннотация: Прогнозирование ставок тарифов на рынках электроэнергии необходимо крупным поставщикам, потре-бителям и посредникам для работы на оптовых рынках. В то же время и на розничных рынках ставка тарифа для определенных групп потребителей электроэнергии меняется каждый час, что создает воз-можности более эффективного регулирования электрической нагрузки, чем традиционный подход по ее выравниванию. Объекты энергетики, которые имеют в своей электроэнергетической системе потребите-ли-регуляторы или источники собственной генерации, могут использовать их, подстраивая график элек-тропотребления под изменение ставок тарифа. Целью работы является исследование потенциала сред-несрочного прогнозирования ставок тарифа на электроэнергию розничного рынка и разработка про-гнозной модели на базе машинного обучения. Для достижения поставленной цели были собраны поча-совые данные о тарифах розничного рынка Новосибирской области (Сибирь) за три года, проведено исследование ряда моделей машинного обучения, а также анализ признаков, необходимых для форми-рования прогноза. Наиболее существенными результатами являются обоснование возможности получе-ния прогноза ставки тарифа на электроэнергию на месяц вперед со средней ошибкой 4 % при использо-вании для снижения затрат на электроэнергию путем регулирования графика нагрузки и выявление того, что дискретные модели, основанные на ансамблях логических правил, дают в данной задаче более вы-сокую точность, чем модели, основанные на непрерывных и кусочно-непрерывных функциях, такие как нейронные сети. Значимость полученных результатов заключается в том, что предложен и верифициро-ван на выборке данных за три года подход к созданию модели для прогнозирования ставок тарифа на электроэнергию розничного рынка, дающий среднюю ошибку прогноза на месяц вперед 4-5 %; подход основан на использовании открытых данных и моделей машинного обучения с открытым исходным ко-дом, что позволит применять его на практике специалистам даже с базовым уровнем навыков в обработ-ке данных.
	Ключевые слова: рынок электроэнергии и мощности, среднесрочное прогнозирование, управление спросом, ансамблевые модели, деревья решений. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.03
4	Синтез робастных децентрализированных систем управления ректификационными колоннами Авторы: Стопакевич А. Ал.1, Стопакевич Ал. А.2 1 Государственный университет интеллектуальных технологий и связи 2 Национальный университет «Одесская политехника» Одесса, Украина
	Аннотация: Целью работы является создание метода синтеза децентрализованных систем управления повышенной робастности в приложении к управлению ректификационными колоннами, многомерные модели которых имеют полные перекрестные связи. Поставленная цель достигается за счет решения следующих задач: выбор представительных моделей колонн; разработка алгоритма определения эффективной пере-даточной функции; разработка алгоритма синтеза децентрализованного регулятора с учетом влияния перекрестных связей; проверка полученного метода на выбранных моделях колонн. Наиболее важным результатом является разработанный метод синтеза, включающий два алгоритма. Первый алгоритм позволяет получить упрощенные модели эффективных передаточных функций по децентрализованным каналам управления. Эти функции создают диагональную матрицу модифицированной модели много-мерного полносвязного объекта управления. Второй алгоритм позволяет с учетом отношения диагоналей матрицы передаточных функций оригинальной модели и матрицы эффективных передаточных функций синтезировать децентрализованную систему управления. Синтез системы по алгоритму пред-полагает использование ПИ-регулятора специальной формы, параметры которого определяются с учетом перекрестных связей. Значимость полученных результатов состоит в том, что, в такой системе, при наличии перекрестных связей в каналах управления, достигнута робастность при синхронном технологически обусловленном отклонении параметров моделей на величину до трехсот процентов от номи-нального значения. При этом не возникает дополнительных проблем, которые бы усложнили цифровую реализацию регуляторов. Анализ литературных источников показывает, что ни в одном из предложенных ранее методов синтеза децентрализованных систем автоматического управления подобная задача поставлена не была. Эффективность разработанных алгоритмов проиллюстрирована на известных моделях динамики ректификационных колонн. Кроме того, приведен анализ ограничений метода и его значимые отличия от других подобных методов, таких как Biggest Log Tuning и поконтурная H∞ оптимизация.
	Ключевые слова: робастность, ректификационная колонна, параметрическая неопределенность, MIMO, многомерная, многосвязная система, децентрализованная система управления, эффективная передаточная функция. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.04
5	Повышение энергоэффективности доменной плавки за счет выбора рациональных параметров режима загрузки многокомпонентной шихты Авторы: Иванча Н.Г., Муравьева И.Г., Вишняков В.И., Щербачев В.Р., Ермолина К.П. Институт черной металлургии им. З.И. Некрасова Национальной академии наук Украины, г. Днепр, Украина
	Аннотация: Целью настоящего исследования являлась разработка расчетного инструмента для исследователей и технологов - металлургов, обеспечивающего возможность оперативной оценки распределения шихтовых материалов в рабочем пространстве доменной печи при загрузке ее многокомпонентной шихтой, включающей, в том числе, шихтовые материалы пониженного качества, некондиционные (отсеваемые) фракции шихтовых материалов, а также различные топливно - восстановительные, гарнисажеобразующие и промывочные добавки. Поставленная цель достигается путем анализа и обобщения результатов математического моделирования процесса загрузки доменной печи с конвейерной доставкой шихты на колошник и бесконусным загрузочным устройством, на основе которых получена многомерная матрица значений содержания компонентов шихты в десяти кольцевых зонах доменной печи в зависимости от вида программы загрузки, среднего радиуса зоны, содержания компонентов в шихте и уставки начала выгрузки их на главный конвейер. Наиболее важным результатом проведенных исследований является выполненное на примере окатышей, загружаемых в составе железорудной порции, обоснование возможности получения и применения расчетных зависимостей для определения характеристик распределения отдельных компонентов шихты на колошнике доменной печи с приемлемой для технологической практики точностью. К важным результатам следует отнести также установленные взаимосвязи содержания компонента в шихте и величины уставки начала выгрузки его на главный конвейер с относительным содержанием этого компонента в конкретной кольцевой зоне колошника. Значимость полученных результатов заключается в создании расчетного инструмента для оценки относительного содержания компонентов шихты в различных точках радиуса колошника, что обеспечивает возможность последующего прогноза состава смесей шихтовых материалов, формирующихся в различных кольцевых зонах доменной печи, свойств, образующихся из них расплавов и их корректировки. Это позволит обеспечить требуемый уровень энергоэффективности плавки путем оперативного выбора рациональных параметров режима загрузки в условиях работы доменных печей на многокомпонентной шихте.
	Ключевые слова: многокомпонентная загрузка, железорудные смеси, конвейер, радиусное распределение компонентов, расчетные зависимости. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.05
6	Влияние ветрогенерационных установок на режимы работы распределительной сети Авторы: Лупу М.Л., Зайцев Д.А., Тыршу М.C., Голуб И.В. Институт энергетики, Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Объектом исследования является участок распределительной сети, с подключенными к нему двумя ветроустановками (ВЭУ). Целью работы является исследование нормальных режимов электроснабжения потребителей распределительной сети с учетом производства электроэнергии с помощью ветроустановок, а также разработка рекомендаций, позволяющих оптимизировать режимы энергопотребления. Поставленная цель достигнута за счет анализа исходной информации по топологии сетевого участка, технических характеристиках линейного и трансформаторного оборудования, а также профилях потребления и генерации. Были подготовлены базы данных, позволившие осуществить расчетные эксперименты и провести сравнительный анализ характерных режимов работы исследуемого участка распределительной сети. Наиболее существенным результатом стало установление того факта, что подключение ВЭУ по принципу «установил и забыл» без предварительного обоснования места подключения и мощности ВЭУ часто приводит к существенному изменению режимных характеристик и дополнительным техническим потерям активной мощности. При этом основная часть потерь приходится на линии электропередачи. Это объясняется тем, что уровень генерации ВЭУ обычно значительно превышает требуемую мощность для покрытия существующей нагрузки, что приводит к нарушению баланса генерации и потребления и возникновению обратного перетока в сеть высшего класса напряжения. Значимость полученных результатов состоит в том, что были определены основные проблемы, связанные с согласованием режимов работы объектов распределенной генерации и нагрузки, а также предложены возможные технические решения, позволяющие улучшить ситуацию. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что при подключении ВЭУ к распределительной сети необходимо учитывать, как мощность, так и место установки оборудования, существенно изменяющие значения режимных параметров электрических сетей. Показано, что использование накопителей энергии, а также реконструкция сети могут позволить минимизировать потери активной мощности и осуществить балансирование режима.
	Ключевые слова: режим работы распределительной сети, потери активной мощности, распределенная генерация, ветроустановки, накопители электрической энергии. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.06
7	Автоматическое управление гибридным тепловым насосом для отопления многоэтажных зданий Авторы: Шит М.Л., Журавлев А.А., Тимченко Д.В. Институт энергетики, Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Работа посвящена системам управления гибридными тепловыми насосами, использующими теплоту обратной сетевой воды и наружного воздуха, предназначенными для работы в системах централизованного теплоснабжения на базе ТЭЦ. Целью исследования является разработка систем управления теплового насоса, работающего по качественному, количественному и количественно-качественному тепловых графикам. Поставленная цель достигается за счет введения двух управляемых теплообменников: одного типа «вода-хладагент», установленного после испарителя, и «воздух - хладагент», установленного после газоохладителя. Наиболее существенными результатами являются гидравлическая схема теплового насоса, схема системы управления перегревателем газа после испарителя и схема системы управления переохладителем газа после газоохладителя. Значимость полученных результатов состоит в получении технического решения, которое обеспечивает работу теплового насоса при различных отопительных графиках. Получены уравнения аппаратов теплового насоса, в которых акцентировано влияние расхода и температуры рабочего тела на режим работы теплового насоса. Полученные уравнения теплового баланса позволили разработать структуры систем автоматического регулирования теплообменными аппаратами, компрессорами и регулирующими клапанами гибридного теплового насоса. Разработанная схема воздушного тракта теплового насоса позволяет использовать минимум теплоты обратной сетевой воды в тепловом насосе. Установлено, что в схему этой САР должен быть включен функциональный преобразователь, связывающий температуру наружного воздуха и координаты состояния рабочего тела на выходе переохладителя газа. Разработана структурная схема регулирования режима теплового насоса посредством включения после газоохладителя и первичного контура внутреннего теплообменника, так называемого, балансирующего теплообменника. Режим работы этого теплообменника выбирается из условия обеспечения режима работы регулирующего клапана теплового насоса только на однофазной среде. Разработана структурная схема системы автоматического регулирования значения величины перепада энтальпий на этом теплообменнике.
	Ключевые слова: тепловой насос на диоксиде углерода, отопление, система управления тепловым насосом, термодинамический цикл. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.07
8	Достаточное условие обеспечения надежности восприятия стеганосообщения в области преобразования Уолша-Адамара Авторы: Кобозева А.А., Соколов А.В. Национальный университет «Одесская политехника» Одесса, Украина
	Аннотация: В виду высокого соответствия преобразования Уолша-Адамара архитектуре современных вычислительных средств практический интерес представляет его использование в современных методах стеганографии и стеганоанализа. В настоящий момент в литературе представлены эффективные стеганографические методы, использующие область преобразований Уолша-Адамара для внедрения информации. Известно, что для обеспечения надежности восприятия стеганосообщения, внедрение информации должно происходить в его высокочастотные составляющие, тем не менее вопросы соответствия трансформант Уолша-Адамара частотным составляющим исходной матрицы являются малоисследованными. Целью настоящей статьи является формирование формального достаточного условия обеспечения надежности восприятия стеганосообщений в области преобразования Уолша-Адамара. Поставленная цель была достигнута за счет установления взаимосвязи между трансформантами Уолша-Адамара и трансформантами дискретного косинусного преобразования, которая была теоретически обоснована двумя способами, а также подтверждена экспериментально. На основе установленной взаимосвязи преобразования Уолша-Адамара и дискретного косинусного преобразования, а также составляющих сингулярного разложения соответствующих матриц сформировано достаточное условие обеспечения надежности восприятия стеганосообщений в области преобразования Уолша-Адамара, которое состоит в том, что после внедрения дополнительной информации с помощью любого стеганографического метода, изменению должны подвергнуться те трансформанты Уолша-Адамара, которые соответствуют сингулярным тройкам матрицы, отвечающим малым (наименьшим) по значению сингулярным числам. Полученные в работе результаты могут служить основой разработки новых стеганоалагоритмов, а также методов стеганоанализа, основанных на применении свойств области преобразования Уолша-Адамара, при этом стеганопреобразование возможно проводить в любой области контейнера (пространственной, преобразования).
	Ключевые слова: стеганографический канал связи, надежность восприятия стеганосообщения, цифровое изображение, преобразование Уолша-Адамара, частость, дискретное косинусное преобразование, сингулярное разложение матрицы. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.08
9	Анаэробное сбраживание птичьего помета с инокулятом активного ила в комбинации с электролизной обработкой Авторы: Черныш Е.Ю.1,2,3, Штепа В.Н.2, Пляцук Л.Д. 1,2, Чубур В.С.1,3, Данилов Д.В.1 1Сумской государственный университет, Сумы, Украина 2Международный инновационно-прикладной центр «Водная Артерия», Сумы, Украина 3Чешский университет естественных наук в Праге, Прага, Чешская Республика
	Аннотация: Целью работы является изучение эффектов электролизного воздействии в процессе анаэробного сбраживания, на примере птичьего помета с инокулятом активного ила с городских очистных сооружений. Поставленная цель достигается за счет решения следующих задач: микрокопирование анаэробного активного ила в процессе сбраживания птичьего помета при воздействии на него электролизной обработки; изучение динамики выхода биогаза и его компонентного состава при электролизной обработке; изучение изменения значений рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в экспериментах с комбинацией биореактора с электролизной обработкой и без обработки. Наиболее существенным результатом является определение в процессе обработки в биореакторе-электролизере эффекта стимулирования метаболической активности эколого-трофических групп микроорганизмов с получением большего количества биогаза при поступлении экзогенного водорода и улучшении биодеградируемости сложных органических компонентов птичьего помета, так его объем выхода составил на 28 сутки 640,5 мл метана из 1525 мл, а в стандартных условиях уже на 28 сутки выход биогаза было 33,4 мл метана из 50 мл общего объема. Также выявлено значительное уменьшения H2S в биогазе при воздействии электролиза, а именно более чем в 10 раз в сравнении со стандартными условиями анаэробного сбраживания. При этом в контрольном эксперименте (без электролизной обработки) достигалось низкое значение ОВП до - 495 мВ, в биореакторе-электролизере ОВП постепенно возрастало в течении всех этапов сбраживания и на 28 сутки приобрело значение -53 мВ, рН стабилизировалось на нейтральном уровне. Значимость полученных результатов состоит в том, что экспериментально подтвердили положительный эффект комбинации анаэробного сбраживания с электролизной обработки на интенсификацию производство биогаза с большим объемом метана, а именно электрический разряд, воздействуя на рост метанообразующих микроорганизмов, позволяет получить энергию за счет восстановления CO2 до метана, при этом как акцептор электронов выступает экзогенный Н2.
	Ключевые слова: биогаз, электролиз, анаэробное брожение, активный ил, помет, интенсификация. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.09
10	Установка для обезвоживания семян в псевдоожиженном слое Авторы: 1Тыршу М.С., 2Попеску В.С.,2Балан М.М., 2Курдов И.С., 2Балан Т.В., 2Ротарь В.В. 1Институт энергетики, 2Государственный Аграрный Университет Молдовы Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Целью данной работы является повышение эффективности процесса обезвоживания семян сельскохозяйственных растений путем применения метода обработки в кипящем слое. Для достижения цели работы была разработана экспериментальная установка для обезвоживания семян в кипящем слое, на основе которой проводились исследования. В качестве источников обработки семян в псевдоожиженном слое использовались конвекция и СВЧ. Эффективность процесса обезвоживания с применением разработанной экспериментальной установки оценивалась для 3 видов семян сельскохозяйственных алеагиновых растений: семян винограда, семян льна и семян облепихи белой. Эти виды семян были выбраны для исследования потому, что в настоящее время их обезвоживание является проблемой, и они имеют большой потенциал для пищевой промышленности, народной медицины, косметической промышленности, фармацевтической промышленности и т.д. Основными результатами, полученными при применении разработанной установки для обработки семян сельскохозяйственных растений в псевдоожиженном слое, являются: увеличение скорости процесса обезвоживания, сокращение времени обработки, снижение расхода электроэнергии, повышение качества семян и снижение затрат на обработку. Опять же, установка проста по конструкции, удобна в использовании, имеет низкую стоимость и в процессе эксплуатации продемонстрировала высокий уровень эксплуатационной безопасности. Значимость полученных результатов заключается в эффективности процесса обезвоживания семян масличных сельскохозяйственных растений, основанного на обработке в кипящем слое, в основном при снижении технологических затрат на переработку и повышении качества этих семян, для дальнейшего использования в пищевой промышленности, народной медицине, косметической промышленности. применение разработанной установки существенно увеличивает скорость процесса обезвоживания и сокращает продолжительность тепловой обработки, способствуя обеспечению качества семян.
	Ключевые слова: обезвоживание семян, метод обработки, экспериментальная установка, кипящий слой. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.2-54.10