В работе экспериментально и теоретически анализируется динамика процесса эмиссии ионов из капиллярного эмиттера, заполненного ионной жидкостью в качестве рабочего тела. Такие эмиттеры могут использоваться в энергетической системе спутников малой массы в качестве источника реактивной тяги. Экспериментально исследована зависимость тяги микродвигателя от подаваемой на него электрической мощности, что позволило определить наиболее эффективные режимы работы микродвигателя. Это представляет интерес с точки зрения повышения энергоэффективности последнего в условиях ограниченной энерговооруженности спутников малой массы. Обнаружено, что характеристика «напряжение электрического поля – тяга эмиттера» является немонотонной с ярко выраженным максимумом, что накладывает ограничения на величину электрического поля в эмиттере. Для объяснения предела интенсивности эмиссии построена диффузионно-конвективная модель движения ионов внутри капилляра. Основной идеей предложенной модели является предположение о том, что интенсивность эмиссии ионов определяется их концентрацией в устье капилляра, а скорость эмитируемых ионов выше скорости движения ионной жидкости в капилляре как сплошной среды. Причем ускорение ионов в устье эмиттера нелинейно возрастает с повышением внешних сил. Снижение концентрации ионов по мере их эмиссии должно компенсироваться за счет их диффузии внутри капилляра и конвективных потоков, скорость которых ограничена. Построенная модель анализируется численно. Для системы уравнений Навье – Стокса применена схема расщепления, предложенная Чориным. На каждом временном шаге на основе известного поля скорости, плотности и распределения концентрации делается шаг по времени для уравнений движения. Затем с учетом найденной скорости делается шаг по времени для уравнений конвективной диффузии и производится пересчет поля плотности. Созданный код позволил подтвердить возможность существования максимума массового расхода ионов, то есть тяги микродвигателя, что качественно соответствует экспериментальным данным. Определяющим фактором, от которого зависит величина максимума и его положение, является степень нелинейности коэффициента, ответственного за ускорение ионов на выходе из капилляра.
Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика
2024. — Выпуск 3
Содержание:
В связи с развитием электротранспорта и ростом «зеленой» энергетики в мире все шире применяются системы накопления электрической энергии. Рост рынка аккумуляторных батарей в последнее десятилетие составлял 20–30 %. Одним из способов повышения эффективности работы накопителя электроэнергии является его гибридизация, т.е. использование разнородных аккумуляторных блоков. В работе исследуются особенности пассивного сопряжения свинцово-кислотных и литий-ионных батарей в гибридном накопителе. Представлена модель для расчета электрических характеристик указанных блоков в процессе работы. Показана возможность выбора структуры гибридного накопителя, обеспечивающей сопоставимый диапазон рабочего напряжения блоков (работы без преобразователей напряжения). Промоделированы режимы работы гибридной системы накопления электроэнергии (СНЭ) как при простом параллельном соединении, так и при коммутации блоков по пороговому алгоритму. Показано, что для выравнивания темпа разрядки основного и дополнительного блоков необходимо согласование емкости СНЭ, степени гибридизации, типа нагрузки и электрических параметров батарей, что невозможно без моделирования системы. При пороговой коммутации блоков появляются дополнительные параметры управления, позволяющие изменять темп разрядки дополнительного блока и повышать экономическую эффективность гибридной СНЭ. Сделаны оценки экономической эффективности работы гибридных СНЭ при различных значениях порогового напряжения коммутации литий-ионного блока, а также для трех характерных нагрузок: вилочного электропогрузчика, 30-квартирного жилого дома и 300-квартирного жилого комплекса. Результаты демонстрируют особенности и технико-экономический потенциал пассивной гибридизации, могут быть использованы при проектировании гибридных СНЭ для небольших энергосистем с солнечными и ветроэлектростанциями, расчете и проектировании систем «генератор – накопитель – потребитель».
Ключевые слова
Для организации надежного контроля за выбросами дымовых труб энергетических объектов необходимы системы автоматического мониторинга. Известно оборудование для мониторинга выбросов труб малого диаметра, однако для труб большого диаметра (15 м и более), имеющихся в Республике Беларусь, соответствующие технические решения отсутствуют. В работе рассматривается задача автоматизации отбора пробы дымовых газов на основе электропривода в трубах большого диаметра. Для обеспечения оптимальной траектории движения пробоотборника в сечении трубы необходимо использовать асинхронный электродвигатель с преобразователем частоты и датчиком положения. Предложены функциональная схема системы управления, которая содержит программируемый логический контроллер для формирования режима движения, а также метод расчета параметров и выражения для формирования сигнала задания для режима непрерывного отбора пробы. Поскольку диапазон регулирования скорости возрастает по мере увеличения диаметра дымовой трубы, в зависимости от него может быть применено скалярное либо векторное частотное управление. Предложено выражение для расчета оптимального значения параметра N инкрементального датчика положения и скорости (энкодера), что способствует обоснованному выбору датчика. Представлены результаты имитационного моделирования, подтверждающие эффективность предложенного метода расчета параметров привода пробоотборника.
Ключевые слова
В статье представлены результаты исследования по определению рациональной структуры мини-ТЭЦ на местных видах топлива (МВТ) для функционирования в Объединенной энергетической системе (ОЭС) Беларуси с профицитом электрогенерирующих мощностей и доминированием в топливном балансе импортируемых видов энергоресурсов (природного газа и ядерного топлива). При оптимизации режимов эксплуатации мини-ТЭЦ на МВТ, работающих параллельно с ОЭС, имеющей значительный профицит электрогенерирующих мощностей, следует разделять варианты для существующих станций и для вновь строящихся. В первом случае, ввиду того что мощность оборудования известна, целесообразно рассматривать два крайних варианта, т. е. работу теплофикационного блока по электрическому или тепловому графику нагрузки, когда для выдерживания суточного трафика потребления надо предусматривать аккумулирование соответственно тепловой или электрической энергии. При новом строительстве оптимизируемым параметром выступает мощность генерирующего оборудования, поэтому предпочтение необходимо отдавать варианту с максимальным числом часов использования номинальной мощности. Для повышения экономической привлекательности рассмотрены варианты развития структуры мини-ТЭЦ на МВТ с переходом на полигенерационные технологии и адаптацией к сформировавшимся условиям работы ОЭС Беларуси. Представлены результаты анализа коммерчески доступных технологий накопления избыточной электрической энергии в соответствии с текущими и прогнозируемыми (до 2030 г.) стоимостными и эксплуатационными показателями. Для адаптации мини-ТЭЦ к работе в ОЭС в условиях профицита электроэнергетических мощностей набольший интерес представляет система аккумулирования электрической энергии с использованием водорода в качестве промежуточного энергоносителя. Для утилизации избыточной в часы суточных провалов потребления электрической энергии от мини-ТЭЦ с теплофикационной ORC-установкой предложена конфигурация структурной схемы с использованием модуля щелочного электролиза для производства водорода. Рассмотрена эффективность технологии накопления и использования энергии в зависимости от удельной энергоемкости для различных технологий хранения электрической энергии. Предложено применение двух наиболее энергоемких технологий накопления энергии: аккумулирование на базе электрохимических батарей и типа «электроэнергия – водород». В ходе исследования осуществлен анализ функционирования ORC-установки Turboden 14 CHP, работающей в составе мини-ТЭЦ на МВТ. Выявлено, что на сегодняшний день установка работает в широком диапазоне изменения нагрузки (от 17 до 87 % от номинальной электрической мощности), при этом выработка электрической энергии на тепловом потреблении изменялась в диапазоне от 0,20 до 0,026 МВт/МВт. В связи с тем, что исследуемая ORC-установка является составляющей энергоисточника с высокой установленной пиковой тепловой мощностью, в текущем состоянии не прослеживается прямая корреляция между температурой наружного воздуха и мощностью генерации ORC-установки. Данное обстоятельство указывает на необходимость продолжения исследования трендов тепловых нагрузок для построения функциональных моделей для кратко- и среднесрочного прогнозирования тепловой нагрузки от времени суток и среднечасовой температуры наружного воздуха, что было реализовано во второй части работы.
Ключевые слова
Стальные подземные газопроводы занимают значительную долю в общей протяженности распределительных газопроводов, в связи с чем поддержание их в надлежащем состоянии представляет собой постоянную и весьма актуальную задачу. В силу своего глобального характера основным влияющим фактором, воздействующим на техническое состояние любых стальных подземных трубопроводов, включая газопроводы, является коррозия, в первую очередь почвенная. Для защиты от нее на трубопроводных сетях наряду с изоляционными покрытиями применяется электрохимическая защита (ЭХЗ), то есть, следуя определению СТО 17330282.27.060.001–2008, защита металла от коррозии в электролитической среде, осуществляемая установлением на нем защитного потенциала или устранением анодного смещения потенциала от стационарного. В газораспределительной отрасли страны методы и средства электрохимической защиты применяются с начала газификации и строительства первых газопроводов. Во всех газоснабжающих организациях Государственного производственного объединения по топливу и газификации (ГПО) «Белтопгаз» (шести областных и г. Минска), осуществляющих эксплуатацию объектов газораспределения, функционируют специализированные службы по защите от коррозии. Они обеспечивают обслуживание наличных средств ЭХЗ, проведение электрофизических измерений на газопроводах и коррозионных исследований грунтов, располагают аттестованными лабораториями. Настоящая статья посвящена вопросам анализа отечественного опыта организации электрохимической защиты стальных подземных распределительных газопроводов, поиска перспективных направлений ее совершенствования и повышения эффективности за счет проведения единой отраслевой технической политики, автоматизации и телемеханизации средств ЭХЗ в общем контексте цифровой трансформации, оптимизации сроков и объемов технического обслуживания.
Ключевые слова
Для хозяйственно-питьевого водоснабжения городов и крупных промышленных предприятий широко используются групповые скважинные водозаборы, в которых для транспортировки воды от скважин к сборным узлам проектируют сборные водоводы. Выбор оптимальной схемы размещения сборных водоводов определяется после технико-экономических и гидравлических расчетов всего водозабора с учетом характеристик скважин и установленных в них глубинных насосов, параметров всех напорных трубопроводов. Гидравлические расчеты базируются на разработанной математической модели водозабора, которая должна обеспечивать получение достоверных данных о подачах насосов, понижениях уровней воды в скважинах, расходах и напорах в системе сборных водоводов при любом количестве и сочетании работающих скважин. Это позволяет осуществить правильный подбор насосов и снизить энергозатраты на подъем и транспортировку воды. Статья посвящена разработке методики гидравлического расчета групповых скважинных водозаборов с парными сборными водоводами, которые применяются на водозаборах большой производительности в системах водоснабжения с высокой степенью обеспеченности подачи воды. Сложность расчета таких водозаборов заключается в том, что здесь каждая скважина одновременно подает воду в две нитки сборных водоводов, что отличает эту схему подачи воды в сборный узел от других типовых схем. В статье представлены расчетные схемы и алгоритм гидравлического расчета группового водозабора, который рассмотрен как система с нефиксированными подачами воды. Алгоритм расчета базируется на учете баланса напоров в водоводах с включенными в них насосами и баланса расходов в узлах по всем участкам сборных водоводов. Разработана программа на ЭВМ, и представлены результаты численного расчета водозабора подземных вод, оборудованного парными сборными водоводами и состоящего из 15 скважин.