В связи с увеличением доли малой энергетики, ограничением доступа к иностранным технологиям и оборудованию, а также внедрением программы импортозамещения, весьма актуальной становится проблема выбора и реализации схем энергообеспечения новых промышленных предприятий. В связи с этим необходим комплексный анализ эффективности применения газотурбинных двигателей для целей электро-, хладо- и теплоснабжения промышленных предприятий. Решение поставленной задачи выполнено на основании комплексной оценки, включающей экономическую и территориальную составляющие, требуемый уровень мобильности и надежности, условия подключения к централизованному источнику энергоснабжения с учетом основных технических характеристик рассматриваемых установок (дизельные и газопоршневые агрегаты, газотурбинные двигатели, установки на топливных химических элементах, микротурбины). Доказана эффективность применения газотурбинных двигателей для целей электро-, хладо- и теплоснабжения промышленных предприятий. Сформулированы и упорядочены критерии, позволяющие наиболее взвешенно сравнивать и оценивать проекты мини-ТЭЦ с теплофикационным или тригенерационным циклами. Предложена методика оценки эффективности реализации схем децентрализованного энергоснабжения. Результаты исследований позволяют инвесторам самостоятельно проводить техническую и экономическую оценку реализации собственных тригенерационных комплексов в соответствии с предъявляемыми требованиями.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2016. — Выпуск 2
Содержание:
Среди показателей, характеризующих паротурбинные блоки электростанций, важное место занимает удельная металлоемкость паровой турбины. Указанный показатель снижается обратно пропорционально мощности турбины. В свою очередь, ее предельная мощность определяется пропускной способностью цилиндров низкого давления. Традиционно для ее увеличения при создании новой мощной турбины идут по пути увеличения числа цилиндров низкого давления либо увеличения длин лопаток последних ступеней. Однако данные методы имеют технические ограничения по количеству соединяемых роторов в целях обеспечения их соосности в случае повышения мощности турбины за счет увеличения цилиндров, а в случае увеличения длин последних лопаток возникают вопросы обеспечения их прочности. В конечном счете оба отмеченных метода резко увеличивают стоимость паротурбинного блока. В настоящее время в литературе появляются работы, направленные на решение отмеченных технических проблем в целях повышения единичной мощности турбомашин, например, за счет использования последних лопаток длиной 1500 мм и более. Однако необходимо понимать, что увеличение площади выхлопа из турбомашины лишь за счет увеличения длин последних лопаток не дает возможности получить экономично и надежно работающую проточную часть турбины. Здесь встают новые проблемы: резко возрастают потери на верность ступени, увеличивается габаритная ширина турбомашины и т.д. В связи с этим в настоящее время остро стоит вопрос разработки новых, технически реализуемых способов повышения мощности турбоустановок. Использованы отработанные методы тепловых и аэродинамических расчетов осевых турбомашин, а также методы математического CFD моделирования. Выполнены тепловые и аэродинамические расчеты унифицированных цилиндров низкого давления с увеличенной до 1400 мм лопаткой последней ступени и цилиндров низкого давления с двухъярусными ступенями. На основании этих расчетов и проведенного сравнения рассматриваемых вариантов разработан эскизный проект нового двухъярусного цилиндра низкого давления на базе двухъярусных ступеней, позволяющий увеличить на 50 % мощность паротурбинного блока. Результаты проведенных разработок позволяют создать одновальную высокооборотную турбину мощностью в 2000 МВт, не имеющую аналогов в мировом паротурбостроении.
Ключевые слова
В настоящее время в системах автоматического управления электромеханическими объектами широко используются регуляторы с наблюдателями состояния, синтез которых проводится как методами модального, так и методами оптимального управления. Применение методов оптимизации позволяет учесть весь комплекс требований, предъявляемых к качеству управления, однако при этом возникают проблемы формирования критериев оптимальности, а также сходимости процедур поиска экстремума. В связи с этим представляется перспективной разработка методов синтеза регуляторов с наблюдателями состояния, сочетающих принципы модального и оптимального управления, основанных на применении критериев, включающих прямые показатели качества систем автоматического управления. Использованы методы пространства состояний, модального управления, численные алгоритмы оптимизации, имитационное моделирование динамических систем в среде MatLab 7.1. Разработана методика параметрической оптимизации систем с регуляторами с наблюдателями состояния, основанная на вариации корней характеристического полинома систем автоматического управления, а также на применении комплексного критерия оптимальности, включающего в себя основные показатели качества управления. На примере электромеханической системы с регуляторами с наблюдателями состояния показано, что полученная в результате оптимизации система автоматического управления обладает низкой чувствительностью к воздействию помех, параметрической грубостью и заданными динамическими характеристиками. Предлагаемая методика параметрической оптимизации систем с регуляторами с наблюдателями состояния, сочетающая принципы модального и оптимального управления, является эффективным и достаточно универсальным средством достижения компромисса между основными показателями качества в процессе проектирования систем автоматического управления.
Ключевые слова
В настоящее время существующие системы управления параллельной работой генераторных агрегатов не контролируют наличие обменных колебаний мощности и не ограничивают их уровень. Проводимые ранее исследования привели к выявлению отрицательного влияния обменных колебаний мощности между параллельно работающими генераторными агрегатами на качество вырабатываемой электрической энергии и на работу электротехнических комплексов. В связи с этим актуальным является разработка способов идентификации наличия и уровня обменных колебаний мощности в электротехнических комплексах. Исследования основаны на анализе осциллограмм, полученных при проведении натурных экспериментальных исследований параллельной работы генераторных агрегатов электротехнического комплекса судна-парома «Ейск». Использованы результаты вычислительного эксперимента работы электротехнического комплекса, основанного на использовании методов математического моделирования. Получены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие существование обменных колебаний мощности при параллельной работе синхронных генераторов электротехнического комплекса. Получены осциллограммы тока и активной мощности параллельно работающих генераторов в различных режимах работы электротехнического комплекса. Результатами математического моделирования подтверждена возможность идентификации обменных колебаний мощности по токам фаз параллельно работающих генераторов. Экспериментальные исследования и результаты математического моделирования параллельной работы генераторных агрегатов электротехнического комплекса судна-парома «Ейск» доказали возможность идентификации и контроля уровня обменных колебаний мощности по колебаниям соответствующих им токов. Контроль токов параллельно работающих генераторных агрегатов представляет собой более простую задачу для электротехнических комплексов с точки зрения аппаратной части без потери точности измерения.
Ключевые слова
В настоящее время в энергетике большое внимание уделяется, с одной стороны, решению задачи оптимального распределения нагрузки между агрегатами ТЭС, а с другой стороны, решению в рамках концепции «умные сети» задачи оптимального транспортирования энергии от поставщика к потребителю. При этом задачи оптимальной генерации и оптимального транспорта энергии рассматриваются раздельно, хотя процессы генерации и передачи энергии тесно связаны друг с другом. Совместный анализ генерации и транспорта позволит получить от оптимизации дополнительный эффект, который не может быть реализован при раздельном рассмотрении этих процессов. Таким образом, совместный анализ генерации и передачи энергии в целях минимизации суммарных затрат энергетических ресурсов при заданном энергетическом обеспечении потребителей является актуальной исследовательской задачей. Построение моделей энергетического оборудования выполнено на основе энергетических характеристик. Формулировка и решение оптимизационной задачи базируются на подходах и методах математического программирования. Сформулирована задача оптимальной генерации и транспорта энергии в связанных тепловых и электрических сетях в целях обеспечения минимальных затрат энергетических ресурсов при заданном энергопотреблении. Приведено решение оптимизационной задачи, в ходе которого найдены оптимальные нагрузки генерирующих агрегатов и оптимальные транспортные потоки энергии в системе. Предложенный подход позволяет обеспечить заданное энергоснабжение потребителей при минимальных ресурсных затратах, что является предпосылкой для создания интеллектуальных энергосберегающих систем, позволяющих в оперативном режиме поддерживать заданное энергообеспечение потребителей при минимальных суммарных затратах энергетических ресурсов.
Ключевые слова
Рынок инвестиционных проектов в энергетике является сложной, открытой, динамически изменяющейся трудноуправляемой системой. Самоорганизация этого рынка осложняется большой инерционностью, отсутствием или неполнотой необходимой информации. Поэтому многие участники не могут реализовать свой потенциал: проекты не находят своих инвесторов, а инвестиционные запросы остаются частично или полностью неудовлетворенными. Существующие методы поддержки механизмов самоорганизации рынка являются локальными, реализуются, как правило, в рамках одного предприятия и учитывают только его интересы. В связи с этим актуальна задача создания механизмов управления движением спроса и предложения на основе мультиагентных систем. Для решения поставленной задачи использованы иерархические нейро-нечеткие модели и мультиагентные системы. Разработана математическая модель управления движением спроса и предложения на рынке инвестиционных проектов в энергетике на основе мультиагентных систем, позволяющая проводить анализ рынка, вносить изменения в существующие проекты в соответствии с требованиями инвесторов, а также формировать комплексные проекты. Предложенная модель поддержки механизмов самоорганизации рынка инвестиционных проектов в энергетике на основе применения мультиагентных систем позволяет автоматизировать процессы поиска и отбора инвестиционных проектов, а также оценивать эффективность их реализации с точки зрения удовлетворения требований инвестора. Использование в качестве инструмента методов нейро-нечетких систем позволяет накапливать и использовать знания о существующих потребностях рынка.
Ключевые слова
Температура твердых тел, участвующих в теплообмене с газовой или жидкой средой, при числах Фурье менее 0,05 изменяется только в поверхностном слое. Толщина этого слоя изменяется во времени, поэтому расчет температурных полей этих тел представляет определенные трудности. Решение задачи расчета температурных полей полуограниченных тел актуально для моделирования начальной стадии интенсивного нагрева (охлаждения) оборудования и ограждений теплоэнергетических установок. Ранее для расчета температурных полей с подвижной границей теплового возмущения в основном применялись аналитические или численные методы. Первые имели недостаточную точность при решении реальных нелинейных задач теплопроводности, а вторые - чрезвычайно трудоемки. В последние годы многими научными коллективами активно разрабатываются более эффективные численно-аналитические методы. Для решения дифференциального уравнения теплопроводности при граничных условиях III-го рода используется численный метод конечных разностей и численно-аналитический метод. Получены формулы для расчета всех параметров показательной функции, описывающей распределения температур поверхностного слоя. По начальным и граничным условиям теплообмена аналитически определены параметры функции для конца расчетного интервала времени. Расчет динамики температурного поля сведен к численному решению обыкновенного дифференциального уравнения, что упрощает процедуру расчета. Уточнена методика расчета процессов сопряженного теплообмена в пределах расчетного интервала времени при высоких скоростях роста температуры обогреваемой поверхности. Проведены расчеты для оценки эффективности метода расчета. Выполнено уточнение сравнительно простого численно-аналитического метода расчета температурных полей полуограниченных тел. Проведенное исследование метода показало, что добавление в математическое описание дополнительных условий позволяет повысить точность расчета температур и их градиентов.
Ключевые слова
Грохоты, включенные в замкнутые системы измельчения угольных тепловых электростанций, предназначены для отделения на вибрирующем сите крупных частиц угля от мелких. Наиболее информативной характеристикой грохота является кинетика классификации, которая определяет конечный гранулометрический состав продукта рассева. Кинетику грохочения ограничивает время пребывания частиц на поверхности сита, которое рассчитывается через скорость транспортирования сыпучего материала по грохоту. Существующие математические модели, в которых движение сыпучего материала по вибрирующей поверхности сита представляется как движение одиночной частицы, определяют скорость транспортирования сыпучей среды по грохоту не всегда достоверно. Так, при некоторых режимах колебаний сита расхождение между опытными и расчетными значениями скорости движения частиц составляет более 60 %. В связи с этим актуальна разработка модели движения ансамбля частиц по грохоту, позволяющей более точно определять эту скорость для разных режимов колебаний грохота. Модель транспортирования ансамбля частиц по вибрирующей просеивающей поверхности грохота разработана на основе программной системы Autodesk 3ds Max. Предлагается имитационная модель транспортирования ансамбля частиц по вибрирующей просеивающей поверхности грохота. Получено среднее время пребывания частиц на поверхности сита грохотов при различных его размерах и режимах вибрации. Предлагаемая модель процесса транспортирования ансамбля частиц по просеивающей поверхности виброгрохота обладает существенными преимуществами по сравнению с моделью одиночной частицы. Количественные характеристики движения частиц становятся более близкими к реальным экспериментальным результатам.
Ключевые слова
В современных условиях значительно повысилась необходимость технического перевооружения управления эклектическими подстанциями. В связи с этим определение наилучшего компоновочного состава цифровых подстанций из предлагаемых различными производителями вариантов является актуальной задачей многокритериального выбора из имеющихся альтернатив. Для решения задач многокритериального выбора применяются методы экспертных оценок, сочетающие опыт, знания, интуицию лиц, принимающих решение, и современные технологии автоматизированной поддержки принятия решений. Более всего этим требованиям отвечает метод экспертных оценок - метод анализа иерархии. Однако этот метод имеет ряд недостатков: большая трудоемкость процедуры попарных оценок, возможность несогласованности отдельных оценок, неравномерная дискретность шкалы оценок. Набор критериев сравнительной оценки альтернатив технической компоновки цифровой подстанции определен на основе анализа материалов в периодической печати. Решение задачи многокритериального выбора технической компоновки цифровой подстанции осуществлен с помощью модернизированного метода анализа иерархии. Предложен прямой метод анализа иерархии для многокритериального выбора технических решений, который делает возможным получать согласованные значения весовых коэффициентов сравниваемых показателей, критериев и альтернатив, не прибегая к формированию матрицы попарных сравнений, что значительно упрощает процедуру метода анализа иерархии. Прямой метод анализа иерархии для многокритериального выбора технических решений на основе имеющихся альтернатив дает следующие преимущества: значительно сокращается количество операций экспертных оценок; применяется линейная шкала оценок с малым шагом дискретности; обеспечивается лучшая согласованность экспертных оценок; появляется больше возможностей формировать наиболее сопоставимые группировки критериев и альтернатив; автоматически решается проблема оценки альтернатив по наращиваемому набору критериев.
Ключевые слова
Основная проблема управления активами в энергетике состоит в необходимости эффективного распределения ограниченных ресурсов между отдельными активами. Эта проблема подробно рассматривается в трудах отечественных (В.Г. Китушин, А.Н. Назарычев, И.О. Волкова) и зарубежных (Дж. Вудхаус, Р. Масиэлло) ученых и практиков. На современном этапе универсальный подход к решению данной проблемы отсутствует. В связи с этим актуальна разработка такого подхода, который позволил бы решить проблему эффективного распределения ресурсов. Использованы методы вероятностной имитации, статистической обработки данных и компьютерного моделирования энергосистем. Предложена функция прогнозных затрат, представляющая собой многофакторную регрессионную зависимость затрат от числа прогнозных отказов конкретных физических активов, которая может использоваться для решения широкого спектра задач в рамках управления физическими активами. Разработана математическая модель, с помощью которой проведена апробация предлагаемых методов для разработки стратегии замены физических активов. Подтверждена практическая применимость предлагаемых методов для разработки стратегии замены физических активов.
Ключевые слова
В настоящее время при выборе параметров проектируемых ЛЭП и, в первую очередь, их номинального напряжения специалистами широко используются эмпирические формулы, не отличающиеся точностью и не обеспечивающие принятия оптимальных проектных решений. Величина номинального напряжения существенно влияет на технические характеристики линий и на экономические показатели транспорта электроэнергии. В рыночных условиях экономические критерии выбора вариантов передачи энергии приобретают решающую роль. Руководящие нормативные документы в этой области, разработанные более 30 лет назад, которыми и по сей день вынуждены пользоваться специалисты-проектировщики ЛЭП, учитывают экономику транспорта электроэнергии, но исходят из совершенно других экономических реалий, чем сегодняшние, и используют менее развитый математический аппарат, ориентированный на несравнимо более низкие вычислительные мощности ВТ. Какие-либо значимые научные разработки и публикации в этой области за последние 25 лет нам не известны. В связи с этим актуальным является разработка экономико-математической модели, связывающей технические параметры сооружаемой ЛЭП, режимы ее работы с экономическими показателями; использование современных экономических критериев выбора оптимальных проектных решений; исследование влияния на эффективность передачи энергии принимаемых проектировщиками технических решений. Использованы методы экономико-математического моделирования, современного экономического анализа, а также некоторые существующие проектные нормативы и результаты исследований и эксплуатации линий электропередачи высоких напряжений. Разработана экономико-математическая модель, связывающая стоимостные характеристики, технические параметры и режимы работы ЛЭП любого класса напряжения и назначения. Обосновано использование показателя удельных дисконтированных затрат на передачу 1 кВт.ч электроэнергии в качестве критерия оптимальности проектных решений, позволяющего сравнивать варианты ЛЭП с разной пропускной способностью, различающиеся расчетными периодами и другими базовыми технико-эксплуатационными характеристиками. На основе разработанной модели предложена методика технико-экономического анализа и выбора экономически целесообразных технических параметров сооружаемых ЛЭП, в частности - сечений проводов. Разработана уточненная методика выбора номинального напряжения линии по ее полной длине, передаваемой мощности, числу часов использования максимума нагрузки и другим параметрам. При этом использован подход, основанный на категории «переходная экономическая мощность». Предложен новый подход для обоснования выбора номинальных напряжений ЛЭП, основанный на категории «переходное количество энергии», переданной по ЛЭП за период. Разработанные экономико-математическая модель и методики технико-экономического анализа проектируемых ЛЭП апробированы на данных Северо-западного региона. Доведение модели до уровня программного продукта позволило выполнить объемные оптимизационные расчеты. В результате: уточнены границы экономически оптимальных сечений проводов ЛЭП для линий разных классов напряжения и назначений, обоснован выбор экономически целесообразных вариантов номинальных напряжений ЛЭП. Применение методик, базирующихся на переходных экономических параметрах мощности и энергии, позволило получить более достоверные и обоснованные рекомендации для проектировщиков, что значительно облегчает проектирование новых и модернизацию существующих линий электропередачи, а также повышает экономическую эффективность электроснабжения потребителей. Модель и методики представляют интерес для проектировщиков ЛЭП и специалистов по их эксплуатации, а также для студентов университетов соответствующей специализации.
Ключевые слова
Изменения, происходящие в Российской экономике, негативно сказались на инвестиционном климате страны и отношении инвесторов к инновационным продуктам, что отразилось на планах и инновационных политиках организаций. Электроэнергетика имеет потенциал для внедрения новых инновационных технологий на базе концепции Smart Grid. Традиционной электроэнергетике свойственны длительные сроки окупаемости инвестиций, продолжительный жизненный цикл основного электроэнергетического оборудования и отсутствие возможности постоянно внедрять новшества. Увеличившиеся риски и неспособность сегодняшних продуктов удовлетворять потребностям отраслевых компаний приводят к малому количеству реализуемых инвестиционных проектов. Особенности развития, сложность коммерческой реализации и прогнозирования коммерческих потоков увеличивают риски при принятии решений инвесторами. В связи с этим процесс коммерциализации инноваций на рынке электроэнергетики нуждается в формировании подходов и критериев оценки инноваций. Исследования проведены с использованием статистических данных, нормативных документов, результатов аналитических исследований, а также национальных докладов, прогнозных и отчетных документов и основаны на теории научного познания. Реализован системный подход как общенаучный метод. Изучение имеющихся данных осуществлено с применением методов ретроспективного изучения научной литературы и статистической информации, логических умозаключений. Сформулированы этапы развития, особенности и характеристики инновационного продукта в электроэнергетике. Обоснована необходимость разработки методик оценки эффективности инновационных технологий в целях повышения инновационной активности в электроэнергетике. Разработан перечень критериев, необходимых для принятия решения инвесторами при выборе инвестиционного проекта. Предложена расчетная формула для оценки годовой емкости рынка измерительных трансформаторов, которая является элементом разрабатываемого алгоритма оценки эффективности инновационных технологий в электроэнергетике, необходимого для повышения точности расчетных рыночных показателей инновационных продуктов и снижения рисков прогнозирования результатов для инвесторов. Использование полученных результатов направлено на формирование методики оценки эффективности инновационных продуктов в энергетической отрасли.