Тонкопленочные солнечные элементы CuInSe2 зарекомендовали себя как перспективные материалы для солнечной энергетики. Одной из главных задач исследователей является поиск путей повышения эффективности солнечных элементов. В данной работе предложена оригинальная структура тонкопленочного солнечного элемента на основе тандемного соединения фотоэлектрического преобразователя, состоящего из слоев CuInSe2 и CdS, и термоэлектрического слоя, выполненного на основе CuInSe2. Трехмерная модель предлагаемого тонкопленочного солнечного элемента была реализована в программной среде COMSOL Multiphysics с использованием модуля «Теплопередача». Моделирование осуществлялось для географических координат г. Минска с учетом суточного и сезонного изменения как температуры окружающей среды, так и плотности мощности солнечного излучения спектра AM1.5, максимальное значение которой может быть достигнуто порядка 500 кВт/м2 при использовании концентраторов. Рассчитано распределение температуры и градиентов температуры в каждом слое солнечного элемента без стабилизации и со стабилизацией температуры тыльной стороны подложки, а также при отсутствии и наличии теплоизоляции торцов подложки. Приведены графики градиентов температуры термоэлектрического слоя и изменения температуры фотоэлектрического преобразователя солнечного элемента. В результате моделирования показано, в какой степени происходит неравномерный нагрев как поверхности тонкопленочного солнечного элемента, так и его слоев в условиях суточного и сезонного изменения температуры и плотности мощности солнечного излучения. При воздействии концентрированного солнечного излучения поверхность фотоэлектрического преобразователя солнечного элемента без термостабилизации подложки может нагреваться до 700 °C. Рабочая температура фотоэлектрического преобразователя на уровне не более 2,35 °C в январе и 14,23 °C в июле поддерживалась за счет термостабилизации тыльной стороны подложки предложенного устройства. Это позволило достичь увеличения выходной мощности солнечного элемента как путем суммирования фото- и термоэлектрических выходных напряжений, так и концентрации солнечного излучения.
Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика
2018. — Выпуск 5
Содержание:
Рассмотрены методы определения зоны повреждения по параметрам аварийного режима, которые могут быть использованы для улучшения показателей технического совершенства токовых защит линий распределительных сетей 6–10 кВ с односторонним питанием. Отмечено преимущество алгоритма определения зоны короткого замыкания (КЗ) по уровню аварийных токов по сравнению с дистанционным односторонним методом по параметрам поврежденной петли (петель). Предложено производить вычисление расчетной удаленности места КЗ на основе разностей токов поврежденных фаз, что обеспечивает независимость полученного результата от вида повреждения. Предложен способ повышения достоверности метода определения зоны короткого замыкания по уровню аварийных токов на основе информации о виде повреждения. Методом вычислительного эксперимента исследовано влияние нагрузочных токов и переходных сопротивлений различного уровня на величину и характер изменения погрешностей определения расчетного расстояния до места короткого замыкания. Определены уровни переходных сопротивлений относительно полного сопротивления линии в зависимости от места возникновения КЗ, при которых обеспечивается достоверное установление зоны повреждения, показано, что характер их изменения примерно одинаков для линий средней и большой длины. Показана целесообразность коррекции расчетного расстояния до места повреждения во многих случаях коротких замыканий через переходное сопротивление для повышения защитоспособности быстродействующей ступени токовой защиты. По результатам вычислительного эксперимента получены поправочные коэффициенты для коррекции величины аварийного тока, на основе которого производится определение зоны повреждения. Выполнена оценка работоспособности предложенного способа коррекции, показано, что его применение позволяет повысить достоверность определения зоны повреждения и расширить зону мгновенного отключения КЗ. Исследованы динамические свойства предложенного алгоритма для различных режимов работы линии. Установлено, что в наихудшем случае обеспечивается определение зоны короткого замыкания за время, не превышающее 27 мс.
Ключевые слова
Новые условия функционирования электроэнергетики, повышение требований к технологическому состоянию отрасли предопределили переход к реструктуризации электрических сетей на базе инновационной структуры SMART GRID. Это приводит к совершенствованию традиционных задач расчета и анализа режимов и технологического расхода (потерь) электроэнергии. Авторами разработана перспективная методика оперативных расчетов технических потерь электроэнергии в современных электрических сетях 0,38–10 кВ на основе телемеханических графиков нагрузок на головных участках распределительных линий, в местах дополнительной установки цифровых приборов учета и источников распределенной генерации. В методике предложен новый способ определения потоков электрической энергии на участках распределительных линий. Делается это следующим образом. Вначале по данным дополнительных телеизмерений сети и с учетом рассчитанных потерь холостого хода трансформаторов вычисляются потоки электроэнергии на головных участках линий 6–10 кВ. Затем по полученным данным и замеренным значениям графиков активной и реактивной энергии на головных участках определяются потоки электроэнергии, предназначенные для их последующего распределения по всем участкам сети 0,38–10 кВ с учетом нагрузочных потерь электроэнергии и коэффициентов распределения потоков. Коэффициенты распределения представляют собой доли рассчитанных фазных нагрузок сети 0,38 кВ от их суммарной величины. Приведены основные аналитические соотношения по оценке потерь и режима и пример расчета технологического расхода (потерь) электроэнергии в общей схеме распределительной сети 0,38; 6 и 10 кВ. Пример выполнен для одной (первой) ступени графиков нагрузки.
Ключевые слова
Надежность эксплуатации энергетических систем определяется как надежностью силового оборудования, так и достоверностью измерительной информации, характеризующей состояние энергооборудования и протекающие в нем технологические процессы генерации, передачи, распределения и потребления энергии. Недостоверная информация приводит к ошибкам диагностики неисправностей оборудования, неправильной работе систем управления технологическими процессами и снижению эксплуатационных технико-экономических показателей энергосистем. Наряду с методами аппаратурного контроля достоверности измерений, использующих цифровые коды, известны методы программно-логического контроля, основанные на технологическом смысле измеряемых данных, их логической непротиворечивости и согласованности. Часто применяется контроль достоверности измерений по предельным значениям, когда результат измерения переменной сравнивается с ее известными верхней и нижней границами достоверных значений. Разрешающая способность контроля по предельным значениям резко снижается с расширением диапазона достоверных значений. В статье рассматривается контроль достоверности, основанный на анализе скорости изменения контролируемых переменных. При контроле по первым приращениям сравнивается первое приращение, т. е. разность результатов измерений в текущий и предшествующий ему моменты времени, с известным диапазоном первых приращений достоверных результатов измерений. Контроль по первым приращениям наиболее эффективен в случаях, когда контролируемые технологические процессы достаточно инерционны и скорости изменения переменных относительно небольшие. Разрешающая способность контроля по первым приращениям может быть повышена за счет применения экстраполирующих фильтров. В этом случае сравнивается текущее измеренное значение переменной с ее экстраполированным в предыдущий момент времени значением и по результату сравнения выявляется недостоверный результат измерения.
Ключевые слова
Установлено, что напряжения в низших точках провеса провода или троса и в точках их подвеса на опорах в одном и том же пролете, определенные в соответствии со свойствами идеально гибкой нити (подобно которой и располагаются провода и тросы в пролете), различаются незначительно и учет разности отмеченных значений имеет лишь методическое значение. В статье представлены результаты расчета стрелы провеса провода и троса больших пролетов линии электропередачи длиной 500 м и более с использованием как традиционной теории цепной линии, так и теории цепи равного сопротивления, когда считается переменной по длине пролета площадь поперечного сечения провода или троса, пропорциональная их натяжению, при которой обеспечивается одинаковая вероятность их разрыва в любой точке пролета. При расчете проводов и тросов в нормальных и аварийных режимах определены наибольшие стрелы провеса, которые имеют место или при высшей температуре окружающего воздуха, или при нагрузке провода гололедом. Провод должен быть смонтирован так, чтобы обеспечивались нормированные допускаемые габариты до пересекаемых инженерных сооружений, водных преград или земли, устанавливаемые в зависимости от номинального напряжения линии. Отмечено, что значения стрел провеса провода и троса, определенные с использованием теории цепной линии для переходных пролетов, меньше по сравнению с данными, полученными на основе теории цепи равного сопротивления. Это необходимо учитывать в процессе проектирования.
Ключевые слова
. В статье представлена интеллектуальная система управления светодиодным освещением, применимая к автономным электроосветительным установкам, светильникам наружного освещения на столбах, предназначенным для освещения автомагистралей, дорог, улиц и прилегающих территорий. Она объединяет все локальные системы освещения, в которых датчик движения и светодиодный светильник интегрированы в одну сеть. Включение светодиодного светильника на пониженную мощность осуществляется автоматически при снижении уровня внешнего естественного освещения ниже определенного порогового. В случае появления движущегося объекта вдоль датчиков соседних локальных систем освещения определяются скорость и направление его движения. По ним определяется количество локальных осветительных систем, светодиодные светильники которых должны быть включены на более высокую мощность, и устанавливается прогнозируемое появление объекта в очередной расчетной точке. Увеличение мощности светодиодных светильников осуществляется плавно, когда объект приближается к соответствующей локальной осветительной системе. За счет динамического управления мощностью светодиодных светильников по мере появления в зоне действия интеллектуальной системы освещения движущихся объектов достигается существенная экономия электрической энергии. Обеспечиваются условия безопасности дорожного движения, поскольку количество светодиодных светильников, работающих с повышенной мощностью, определяется скоростью объекта и его возможный тормозной путь будет существенно меньше освещаемого участка проезжей части. Плавные изменения мощности светодиодных светильников снижают нагрузку на водителя транспортного средства. Пояснен выбор датчика движения на основе автодинного радиоблокирования, обнаруживающего движущиеся объекты в заданном секторе контролируемого пространства независимо от времени суток и погодных условий.
Ключевые слова
Рассмотрен вопрос параметрической оптимизации систем автоматического управления мощностью энергоблоков (САУМБ) 300 МВт Лукомльской ГРЭС в режиме постоянного давления перегретого пара перед турбиной. В течение 1974–1979 гг. на восьми энергоблоках Лукомльской ГРЭС были внедрены САУМБ с ведущим котельным регулятором мощности, которые будут вынуждены работать в широком диапазоне изменения нагрузок в связи с планируемым вводом двух энергоблоков Белорусской АЭС: первого – в 2019 г., второго – в 2020 г. Суммарная мощность Белорусской АЭС составит 2400 МВт. Кроме того, ужесточились современные требования к регулированию частоты и перетоков активной электрической мощности в энергосистеме: время достижения половинного значения необходимого изменения мощности должно составлять 10 с в пределах нормального и аварийного резервов; время достижения полного значения необходимого изменения мощности должно составлять 30 с в пределах нормального резерва и 2 мин – в пределах аварийного. В связи с этим актуальной становится задача повышения эффективности работы энергоблоков, работающих в переменной части графика электрических нагрузок, за счет использования современных методов расчета параметров динамической настройки регулирующих устройств САУМБ. Приведена методика параметрической оптимизации типовой САУМБ, позволяющая улучшить качество регулирования мощности и давления перегретого пара перед турбиной. Описанная методика иллюстрируется результатами компьютерного моделирования переходных процессов в системе при отработке задания и внутренних возмущений, которые подтверждают правильность предлагаемой методики по сравнению с известными методами оптимизации типовых САУМБ.
Ключевые слова
Согласно натурным наблюдениям, в настоящее время в республике происходит активное разрушение коренных берегов и откосов более чем у 80 % водных объектов. Суммарная протяженность берегов водохранилищ, подверженных переработке, составляет около 350 км при максимальном отступании берега более 40 м. Рассмотрены причины активизации процесса переработки берегов, вызванные строительством новых водохранилищ энергетического назначения. Протяженность берегов новых водохранилищ, подверженных абразионной переработке, увеличится в ближайшей перспективе более чем на 30 км, что окажет определенное влияние на прилегающие территории и объекты экономики регионов. На водохранилищах руслового типа переработка получает развитие только в приплотинной части водоема и достигает 40 % протяженности береговой линии. В то же время у водохранилищ озерного типа этот показатель может составлять до 70 % протяженности берегов водоема. С учетом данной проблемы возникла необходимость обобщения накопленного фактического материала и результатов научных исследований. Поэтому представленные результаты теоретических исследований процесса переработки береговых склонов водохранилищ гидроэлектростанций Беларуси с учетом уточненных данных имеют практическое значение для принятия решений при назначении инженерных мероприятий по берегозащите. В статье приведены теоретические положения развития абразионных процессов на берегах водохранилищ гидроэлектростанций Беларуси, базирующиеся на данных натурных наблюдений и лабораторных исследованиях. На основе закона сохранения масс, учета гидрологических особенностей водохранилищ, геологического строения рельефа и гранулометрического состава грунтов, образующих берег, разработаны балансовые математические модели развития равновесной береговой линии и профиля динамического равновесия берегов, подверженных переработке, получены критерии устойчивости склонов.