Известна методика совместного сведения материальных и энергетических балансов в энергетических системах, позволяющая учитывать различную степень достоверности определения отдельных параметров исходной информации, технологические и метрологические ограничения по всем или выбранным узлам. Актуальным является реализация этой методики при решении задачи расчета фактических и номинальных показателей тепловой экономичности оборудования ТЭС в условиях промышленной эксплуатации. Математическая модель структуры потоков в технологических подсистемах ТЭС разработана на основе теории графов. Задача совместного сведения материальных и энергетических балансов по узлам тепловой схемы формулируется в рамках концепции многокритериальной многопараметрической регуляризации потоков энергии и теплоносителя. Для численного решения задачи методом статистического программирования использован метод замены нескольких критериев интегральным. Разработана методика совместного сведения материальных и энергетических балансов в тепловой схеме энергоблока действующей парогазовой ТЭС, позволяющая учитывать связи по потокам энергии между отдельными технологическими подсистемами. Полученная методика реализована в виде программного модуля и интегрирована в систему расчета показателей тепловой экономичности оборудования ТЭС по данным технического учета. Выявлено влияние метода сведения материальных и энергетических балансов на фактические и номинальные значения показателей тепловой экономичности отдельных агрегатов и ТЭС в целом. Предложенная методика совместного сведения материальных и энергетических балансов в тепловой схеме ТЭС по данным технического учета и средства ее компьютерной реализации позволили существенно увеличить степень достоверности расчета фактических показателей тепловой экономичности отдельных агрегатов, а также обеспечить существенно более полное совпадение фактических и номинальных значений технико-экономических показателей как по отдельным агрегатам, так и по ТЭС в целом.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2017. — Выпуск 2
Содержание:
Расчет концентраций ионных примесей питательной воды энергетических котлов по показателям приборов-анализаторов давно интересует специалистов, однако практическая реализация расчетных методов стала возможной лишь с развитием систем химико-технологического мониторинга. В условиях сверхчистой питательной воды котлов современных энергоблоков наиболее достоверным автоматически измеряемым параметром является удельная электропроводность охлажденных проб. На базе измерений электропроводности прямой и Н-катионированной пробы возможен расчет ряда важных нормируемых параметров. В связи с этим необходима разработка расчетной методики определения рН, концентраций аммиака и хлоридов. Исходными данными (материалами) являются нормативные документы, определяющие требования к уровню концентраций примесей, и результаты химического анализа питательной воды различных энергоблоков ТЭС. В качестве метода принят расчетный метод, разработанный на кафедре ХХТЭ ИГЭУ и основанный на теории растворов электролитов. Особенностью метода является использование лишь измерений электропроводности охлажденных проб и оригинальной расчетной методики, применимой в широком диапазоне соотношений анионного состава примесей питательной воды. Разработана методика и алгоритм расчета рН и концентраций аммиака, хлоридов, гидрокарбонатов в питательной воде при изменении соотношения концентраций анионов. Представленная разработка (методика) позволяет по измеренным и приведенным к 25 С значениям удельной электропроводности (c и c) охлажденных проб питательной воды энергетических котлов производить косвенные (расчетные) измерения концентраций хлоридов, гидрокарбонатов, аммиака и значения рН и может использоваться для совершенствования систем химического контроля и управления водным режимом энергетических котлов ТЭС. Разработанная методика применима в системах химико-технологического мониторинга энергетических котлов различных типов ТЭС. Практическая значимость исследования состоит в реализации методики для определения рН сверхчистых сред, что подтверждено патентом на изобретение.
Ключевые слова
Рассматривая проблему повышения мощности и экономичности паровых турбомашин, как существующих, так и перспективных, следует отметить, что традиционные аэродинамические пути их повышения только лишь за счет совершенствования проточной части практически себя исчерпали. При этом все больше исследователей обращают свое внимание на совершенствование работы выходных устройств паровых турбин -выхлопных патрубков. Здесь все еще остаются значительные резервы повышения технико-экономических показателей работы турбоустановок. Как правило, большинство работ связано с возможностью получения диффузорного эффекта за счет установки диффузора в корпусе выхлопного патрубка и профилирования его стенок, при этом некоторые авторы даже не рассматривают появления такого критического для течения в патрубке явления, как его запирание. В этом плане значительный прорыв в исследованиях достигнут в школе турбостроения МЭИ, где были предложены различные методы стабилизации течения в выхлопных патрубках, произведены физические модельные исследования, а ряд предложенных мер был внедрен на турбомашинах. Однако необходимо отметить, что оптимизационные физические исследования даже на моделях достаточно трудоемки и материально затратны, и, в лучшем случае, исследуются несколько вариантов моделей. В результате активного развития за последние десять лет специализированных инженерно-расчетных программ становится возможным провести инвариантные и многокритериальные исследования. В связи с этим актуальны исследования, направленные на оптимизацию предложенных ранее технических решений по совершенствованию работы выхлопных патрубков паровых турбомашин. При выполнении исследований использованы методы математического моделирования турбулентных течений на основе уравнений Рейнольдса. Рассмотрено влияние выхлопных патрубков паровых турбин на технико-экономические показатели турбоустановок. Показаны ограничения, связанные с проектированием аэродинамически эффективных патрубков при создании мощных паровых турбомашин. Получены картины течения рабочей среды в выхлопном патрубке, предложены способы улучшения их аэродинамической эффективности: установка диффузора с отрицательной перекрышей относительно последней рабочей решетки и использование противовихревых решеток ниже горизонтального разъема патрубка. Расчетным путем доказана эффективность предложенных мер, произведена оценка интегральных характеристик стандартных и новых типов выхлопных патрубков. Результаты численного исследования способов аэродинамического совершенствования выхлопной системы паровых турбин обосновывают целесообразность использования в выхлопных патрубках осерадиальных диффузоров, устанавливаемых с отрицательной перекрышей, исключающих негативное влияние высокоскоростной струи на реализацию диффузорного эффекта, а также целесообразность установки ниже горизонтального разъема противовихревой решетки, позволяющей уменьшить интенсивность устойчивых вихревых шнуров, возникающих в результате поворота потока в патрубке относительно продольной оси турбины на 90. Проектирование новых патрубков для паровых турбин с учетом изложенных рекомендаций позволит увеличить экономичность паротурбинных установок за счет снижения потерь энергии в системе выхлопа, а также повысить их надежность за счет уменьшения вибрации корпуса патрубка и, следовательно, ротора цилиндра низкого давления.
Ключевые слова
Величины предельно допустимых выбросов вредных веществ теплоэнергетических установок используются для нормирования и регулирования воздействий на окружающую среду и определения сумм платежей за ее загрязнение. Известна методика (ОНД-86) определения предельно допустимых выбросов веществ, обладающих суммацией вредного действия, в которой для оценки экологической безопасности используются суммы безразмерных концентраций. Новыми Гигиеническими нормами ГН 2.1.6.2326-08 установлено, что газы SO и NO обладают частичной суммацией (однонаправленностью) вредного действия. Методики учета частичной суммации вредного действия газов SO и NO в нормативных, методических документах и литературе не описаны. В связи с этим для новых условий учета опасности газов SO и NO необходима разработка методики расчета предельно допустимых выбросов, учитывающей требования ГН 2.1.6.2326-08. Формулы для расчета предельно допустимых выбросов газов SO и NO получены на основе известной методики расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе (ОНД-86). Достоверность предлагаемых формул доказана путем решения «прямой и обратной» задач расчета рассеивания выбросов в приземном слое воздуха. Получены формулы для расчета предельно допустимых выбросов газов SO и NO с учетом частичной суммации их вредного действия согласно ГН 2.1.6.2326-08. Описана методика расчета предельно допустимых выбросов для каждого газа по приведенной («суммарной») величине предельно допустимых выбросов с учетом концентрации газов в выбросе. Приведен пример расчета предельно допустимых выбросов газов SO и NO. Определены концентрации этих газов в приземном слое воздуха при расчетных значениях предельно допустимых выбросов газов SO и NO. Проверено условие допустимости воздействия, установленное ГН 2.1.6.2326-08, которое было выполнено на пределе. Предложенную методику учета частичной суммации вредного действия газов SO и NO при расчете их предельно допустимых выбросов и выполненную численную проверку полученных формул, доказавшую их достоверность, рекомендуется учесть в новых редакциях нормативных и методических документов.
Ключевые слова
Быстрое определение поврежденной линии при однофазном замыкании на землю и места (зоны) замыкания в распределительных кабельных сетях среднего напряжения чрезвычайно важно для скорейшей ликвидации повреждения и восстановления нормального режима работы электрической сети. Для кабельных сетей среднего напряжения до сих пор не существует реально используемых эффективных методов дистанционного определения места (зоны) однофазного замыкания на землю на линиях, находящихся под рабочим напряжением. В связи с этим исследование и разработка методов дистанционного определения места однофазного замыкания на землю в распределительных кабельных сетях 6-10 кВ представляет практический интерес. Наиболее универсальными методами решения задачи определения места однофазных, в том числе, кратковременных самоустраняющихся замыканий на землю являются методы на основе контроля параметров электрических величин переходного процесса, возникающего при пробое изоляции. Для исследования переходных процессов использовано сочетание аналитических методов решения рассматриваемой задачи на основе упрощенной модели электрической сети и имитационного моделирования на ЭВМ. С использованием приближенного аналитического решения уравнений переходного процесса и имитационного моделирования на ЭВМ получены выражения для расчета параметров переходных токов и напряжений для решения задачи определения места замыкания на землю в кабельных сетях 6-10 кВ. Приведены результаты исследования влияния искажающих замер факторов на параметры электрических величин переходного процесса. Показано, что наиболее эффективный алгоритм решения рассматриваемой задачи можно получить на основе замера переходного напряжения поврежденной фазы и производной переходного тока i(t) в моменты времени, соответствующие переходу последнего через нулевые значения. Полученные результаты могут быть использованы при разработке способов и устройств дистанционного определения места однофазного замыкания на землю в распределительных кабельных сетях 6-10 кВ.
Ключевые слова
Создание энергоэффективного оборудования непрерывного действия, обеспечивающего симметричный на заданную глубину нагрев под термообработку изделий шарообразной формы без окисления и обезуглероживания, является актуальным для ряда отраслей промышленности, в частности в массовых производствах мелющих тел для горно-обогатительных фабрик и цементных заводов, шариков подшипников качения и клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойких шариков в обратных клапанах глубинных насосов для нефтедобычи, и др. Более всего этой востребованной промышленностью совокупности качеств нагрева отвечает индукционный способ с прямым и высокоскоростным (секунды - доли секунды) превращением электрической энергии в тепловую, отличающийся простотой регулирования температуры и глубины прогрева, что позволяет получать после закалки и отпуска оптимальное сочетание высокой поверхностной твердости изделий (контактная выносливость) с пластичностью сердцевины (противораскалываемость). Однако при всех известных достоинствах этого способа применимость его с обеспечением требуемой симметричности нагрева в настоящее время ограничена в мировой практике преимущественно изделиями непрерывного сечения или близкого к таковому. Следовательно, актуальной задачей является разработка системы управления индуктором для электротехнических комплексов оборудования, обладающих заявленными выше качествами. Исследование проведено с использованием теории автоматического управления, теории индукционного нагрева, а также методов математического моделирования. Численное решение уравнений математических моделей выполнено на ЭВМ с применением пакетов математических программ Simulink и FEMM (оба продукта - freetrialверсии). Разработана и исследована система управления индуктором, позволяющая осуществлять нагрев как неподвижных металлоизделий шарообразной формы, так и движущихся через индуктор, принцип работы которой заключается в сочетании частотно- и широтно-импульсной модуляции с непрерывной подстройкой частоты под резонансную. Представлены результаты проверки работоспособности разработанной системы управления на симуляционной модели в ПО Simulink (freetrialверсия). Полученные результаты будут использованы при разработке программного обеспечение для управляющего микроконтроллера электротехнического комплекса для симметричного индукционного нагрева под термообработку металлоизделий шарообразной формы на заданную глубину токами повышенной частоты. Указанный электротехнический комплекс может быть использован на предприятиях, выпускающих металлоизделия шарообразной формы, эксплуатирующиеся в тяжелых условиях, обусловливаемых ударными и иными видами нагрузки контактных поверхностей. К этим изделиям в первую очередь следует отнести мелющие шары (обогащение железной руды на ГОКах) и шарики подшипников качения различных типоразмеров.
Ключевые слова
Совместное измельчение смеси разнопрочных компонентов позволяет обогащать крупные и мелкие фракции смеси соответственно прочными и менее прочными компонентами. В энергетике совместное измельчение предлагается использовать для выделения из твердого топлива серного колчедана. Большинство существующих моделей описывает измельчение только одного компонента смеси. При измельчении двух компонентов моделируется обычно раздельное и независимое друг от друга протекание процессов в них. Такое независимое для каждого компонента описание измельчения приводит к существенной погрешности в результатах расчета. Таким образом, описание влияния компонентов смеси на их совместное измельчение и определение режимов работы, которые позволяют обеспечить требуемое разделение компонентов, является актуальной технологической задачей. Построение нелинейной модели совместного измельчения компонентов проведено в рамках концепции описания совмещенных процессов на основе дискретных аналогов уравнения Больцмана. Для описания кинетики измельчения смеси компонентов предложена модель, которая позволяет учитывать нелинейные эффекты, связанные с влиянием кинетики измельчения одного компонента на кинетику измельчения другого компонента смеси. Разработана компьютерная программа для решения уравнений предложенной модели. Представлена методика оценки эффективности обогащения готового продукта целевым компонентом смеси. Приведены результаты расчетного анализа оценки возможного разделения компонентов с различной прочностью путем их совместного измельчения. Проведенные исследования позволяют развить концепцию моделирования совмещенных механических процессов на основе дискретных аналогов уравнения Больцмана на случай описания совместного измельчения смеси разнопрочных компонентов. Разработанная математическая модель служит основой для создания более эффективных методов механического обогащения и разделения разнопрочных компонентов смеси.
Ключевые слова
Между энергией сильного и гравитационного взаимодействия существует экстремальное из всех возможных различие. Ни одна существующая теория не предлагает разумной схемы их логической взаимосвязи. Стандартная модель дает описание сильному, электромагнитному и слабому взаимодействиям, но не включает в себя гравитацию, не дает описания темной энергии и скрытого вещества. В 2000-е годы стали появляться результаты, в которых предсказания Стандартной модели расходятся с экспериментальными данными. Кроме того, Стандартная модель содержит слишком много внешних параметров. Теории единого фундаментального взаимодействия экспериментально подтвердить не удалось. Так, например, невозможность экспериментального наблюдения процесса распада протона говорит о том, что теория струн и используемый ею принцип суперсимметрии, скорее всего, ошибочны. Поэтому для дальнейшего прогресса теории необходимы альтернативные идеи, одной из которых может быть идея композитности фундаментальных частиц. В связи с изложенным актуальными являются работы, посвященные разработкам логических схем единого описания взаимодействий с экстремальными энергиями. В основу положены тензорный метод исследования сложных многомерных динамических систем, теория кратного интеграла Фурье, теорема Планшереля, теория поля, дифференциальное исчисление в частных производных, теоретический метод, основанный на исследовании физически изоморфных масштабно инвариантных физических систем с большими масштабными коэффициентами скейлинга 10, 10 и 10, планковские формулы, содержащие только три фундаментальные постоянные (скорость света в вакууме, редуцированную постоянную Планка и гравитационную постоянную). Важной составной частью является метод, основанный на анализе непрерывных многомерных криволинейных пространств с кручением. Впервые теоретически определены длина окружности протона как четыре его комптоновские длины волны и длина окружности нейтрона как четыре его комптоновские длины волны. Показано, что разница в длине волны протона и нейтрона является критерием бета-распада свободного нейтрона. Теоретически определен момент отделения электрона и антинейтрино от нейтрона в бета-распаде. Установлено, что минимальное действие внутри нуклонов меньше постоянной Планка в 10 раз: , . Определены безразмерные энергетические и геометрические соотношения между нуклонами и наблюдаемой Вселенной как двух физически изоморфных систем, при этом значения безразмерных масштабных коэффициентов (скейлинга) определены как 10, 10 и 10. Доказано, что гравитация является физическим изоморфизмом сильного взаимодействия; в формулу потенциала сильного взаимодействия входит константа , значение которой в 10 больше гравитационной постоянной : . Показано, что причина конфайнмента заключается в изоморфизме сильного и гравитационного взаимодействий. Теоретически получена формула для вычисления отношения элементарного электрического заряда протона к его массе. Показано, что энергию и массу нужно рассматривать как частотно-временные многообразия в пространстве с бесконечным числом частотно-временных измерений. Установлена структура метрики внутри нуклонов и во Вселенной: метрический тензор является многомерным и содержит симметричную и антисимметричную составляющие. Показано, что в соответствии с этими составляющими четыре фундаментальных взаимодействия разбиваются на две пары: электромагнитное и слабое, сильное и гравитационное. Получено представление о Вселенной в целом как о CPT-инвариантной структуре с суммарным алгебраически нулевым барионным зарядом. Переопределены планковские величины, в связи с чем планковская длина приобрела физический смысл длины окружности протона, планковское время приобрело физический смысл четырех временных интервалов движения со скоростью света вдоль переопределенной планковской длины, планковская масса приобрела физический смысл барионной массы Вселенной, умноженной на коэффициент 10, при этом планковское действие и момент импульса сохраняются. Показано, что масса преонного вещества в нуклонах составляет около 4 %, остальная энергия заключена в многомерной полевой частотно-временной динамической структуре, которая представляет собой темную энергию, участвует в сильном взаимодействии и дает около 96 % массы нуклонов. Аналогично, в наблюдаемой Вселенной обычное вещество - это 4 %, а 96 % - темная энергия. По сути разработаны фундаментальные основы тензорной частотно-временной единой теории поля, которая в рамках единой концепции способна дать ответы на все нерешенные вопросы современной физики элементарных частиц и космологии и установить связь между двумя фундаментальными теориями (общей теорией относительности и квантовой теорией), а также обозначить новые направления в области большой энергетики, фундаментальной науки и техники.
Ключевые слова
Разработка оптимального механизма оплаты системной услуги регулирования реактивной мощности за рубежом ведется уже более 30 лет. Однако до настоящего времени эффективная методология оплаты услуг по регулированию реактивной мощности не сформирована. Научные разработки и публикации в этой области характеризуются широким разбросом мнений о методах и способах закупки и оплаты реактивной мощности. Существующий в настоящее время на рынке системных услуг России механизм оплаты услуг регулирования реактивной мощности не решает основных задач локального регулирования реактивной мощности в энергосистеме, а только выполняет функции компенсации реактивной мощности на участках энергосистемы, недостаточно оснащенных источниками реактивной мощности. Существующие экономические механизмы не мотивируют ни производителей, ни потребителей, ни инфраструктурные организации оптового рынка к внедрению современных технических средств повышения экономичности и надежности функционирования энергосистемы. В связи с этим необходима разработка соответствующего механизма формирования цен на услуги по регулированию реактивной мощности. Исследование основано на научных трудах отечественных и зарубежных ученых и специалистов в сфере экономики, электроэнергетики, моделирования, а также на нормативно-правовых актах Российской Федерации в области функционирования оптового и розничных рынков электроэнергии и мощности. В исследовании использованы методы аналитического, экономического, логического анализа, методы формирования модели рынка электроэнергии, а также классификации и группировки данных. Показана необходимость совершенствования методик ценообразования на системные услуги регулирования реактивной мощности. Проведен анализ затрат генераторов электростанций, связанных с регулированием реактивной мощности энергосистем. Доказана необходимость разделения затрат, связанных с генерацией активной и реактивной мощности, и предложены методические рекомендации по их определению. На основе анализа существующих способов оплаты услуг по регулированию реактивной мощности в РФ разработаны рекомендации по формированию рыночного механизма оптимального ценообразования на системные услуги по регулированию реактивной мощности в РФ. Потенциал стимулирования надежности и качества системных услуг в электроэнергетике РФ в настоящее время используется не в полной мере. Разработка и внедрение полноценного механизма оплаты за оказываемые услуги по регулированию реактивной мощности энергосистем направлены на стимулирование развития новых объектов генерации реактивной мощности, что позволит повысить надежность и экономичность функционирования ЕЭС России.
Ключевые слова
В рамках инновационного сценария развития экономики РФ значительное внимание уделялось развитию инновационных энергосберегающих технологий, прогнозные значения развития отражены в виде целевых показателей. Анализ фактически достигнутых целевых показателей выявил значительное отставание от заданных. На данный момент широко применяются рейтинги, основанные на подобном анализе, но они не дают возможности широко оценить причины такого отставания. В условиях отсутствия единой методологии оценки причин подобного отставания и методологии анализа мотивационной среды, в том числе с применением интегрального подхода, весьма актуальной стала задача разработки подобной методологии. В рамках исследования применяется метод построения интегрального критерия, используемого для относительной оценки мотивационной среды региональных экономических систем с применением энтропийного метода нахождения весовых коэффициентов. Анализ оценок среднеквадратичных отклонений факторов мотивационной среды, получаемых по всей совокупности исследуемых региональных экономических систем, в том числе факторов мотивационной среды, характеризующих региональные экономические системы за 2015 год, проведен с использованием имитационной модели. С учетом требований нормативно-методической базы в области инновационного энергосбережения введены недостающие элементы терминологической системы в части определений терминов «инновационное энергосбережение», «мотивационная среда инновационного энергосбережения». Разработаны методы интегральной оценки мотивационной среды. Выявлены факторы, оказывающие влияние на мотивационную среду. На основе выявленных факторов с использованием разработанных методов предложена методика формирования рейтинга интегрального показателя мотивационной среды региональных экономических систем для развития инновационных, в том числе энергосберегающих, технологий. Разработанная методика расчета интегрального показателя мотивационной среды с использованием энтропийного метода нахождения весовых коэффициентов повышает достоверность полученных результатов по сравнению с экспертным методом. Оценка мотивационной среды, с одной стороны, является дополнительным инструментом для компаний, реализующих инновационные проекты в области энергосбережения, для минимизации сопутствующих рисков, с другой - позволяет отразить и сопоставить результаты действия региональных властей по созданию благоприятных условий для развития инновационных, в том числе энергосберегающих, технологий. Результаты исследования нашли практическое применение в работе Научно-Экспертного Совета при Рабочей группе Совета Федерации по мониторингу реализации законодательства в области энергетики, энергосбережения и повышения энергетической эффективности.