Рассмотрены экономические вопросы выбора средств обеспечения балансовой надежности энергосистем. Выполнено сопоставление стоимости различных технических мероприятий по обеспечению балансовой надежности: строительства резервных генерирующих мощностей, сооружения новых или увеличения пропускной способности существующих линий электропередачи. Анализ стоимостных оценок выполняется на основе инвестиционных программ и действующих нормативных правовых актов. На основании полученных результатов даны рекомендации по формированию расчетных моделей энергосистем для оценки показателей балансовой надежности с учетом стоимости различных мероприятий по их повышению.

В сложившейся практике расчетов показателей балансовой надежности структура передающей сети энергосистем представляется многозонной моделью, которая формируется как совокупность зон надежности и связей между ними заданной пропускной способности. Основной целью расчета показателей балансовой надежности является определение необходимого уровня резервирования генерирующих мощностей, то есть объемов резерва мощности и его размещения в энергосистеме, обеспечивающих требуемый уровень балансовой надежности. Исходя из этого, при оценке показателей балансовой надежности и, соответственно, при разработке многозонных моделей целесообразно учитывать ограничения на передачу мощности только по таким участкам сети, стоимость повышения пропускной способности которых сопоставима со стоимостью строительства новых генерирующих мощностей.

Из результатов расчета следует, что при небольшой или средней длине линий электропередачи стоимость 1 кВт ее пропускной способности существенно ниже стоимости 1 кВт установленной мощности нового объекта генерации и только при приближении к предельной длине линий электропередачи указанные стоимости становятся сопоставимы. При формировании многозонных моделей энергосистем целесообразно учитывать не только удаленность узлов энергосистем, но и потенциальную их потребность в резервной мощности. Для удаленных узлов при небольшой их потребности в резерве мощности выделение их в отдельные зоны надежности является целесообразным.

Объектом исследования являются паровые сети г. Смоленска. Цель — определение влияния непроектных (нерасчетных) режимов на функционирование всей системы пароснабжения. Непроектные режимы промышленного пароснабжения являются серьезной проблемой для всех элементов системы: не обеспечивают полноценную загрузку турбин, приводят к высоким сверхнормативным потерям тепла и теплоносителя, а также влекут за собой нарушение технологических процессов. Проведен анализ статистических данных по снижению промышленных отборов пара, обработаны и проанализированы архивные данные по отпуску и потреблению тепла в 2007–2017 гг. Выявлено наличие методической ошибки при учете тепловой энергии и теплоносителя расходомерами переменного перепада давления, настроенными на перегретый и сухой пар. Выполнен расчет показателей качества тепловых сетей, определены предельно допустимые длины участков паропровода, позволяющие транспортировать потребителю перегретый пар независимо от снижения нагрузки. Проанализировано влияние степени износа изоляции и диаметра трубопровода на изменение агрегатного состояния теплоносителя, определена предельная нагрузка для паровых сетей, составляющая 30% от проектной. Установлено, что при снижении промышленных отборов, ТЭЦ вынуждена выводить турбину из работы, так как падение нагрузки более чем на 50% приближает работу турбины к конденсационному режиму и снижает технико-экономические показатели ТЭЦ до предельно допустимых значений. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что такая проблема как нерасчетные режимы, особенно в системах пароснабжения, требует комплексного подхода, так как влияние на отдельный элемент изолированно от системы приводит к изменению показателей работы остальных элементов.

Рассмотрено влияние периодичности диагностических измерений на эксплуатационное состояние высоковольтных трансформаторов. Приведены примеры дефектов переключающих устройств преобразовательных трансформаторов и методы их выявления. Дано обоснование важности распознавания дефектов на ранней стадии их возникновения. Исследовано влияние кратности перенапряжений на срок службы преобразовательных трансформаторов алюминиевой промышленности. На основе анализа срока службы преобразовательных трансформаторов одного из мощных алюминиевых заводов, где 83% преобразовательных трансформаторов выработали нормативный ресурс. Показано, что в 40% случаев можно было бы избежать их отказов при своевременном выявлении и устранении возникающих дефектов. Представлены примеры дефектов РПН (регуляторов под нагрузкой) преобразовательных трансформаторов и методы их выявления. Обоснована важность распознавания дефектов на ранней стадии их возникновения. Разработан метод хроматографического анализа растворённых газов в трансформаторном масле для качественного определения дефектов и способов их устранения. Приведены примеры диагностики преобразовательных трансформаторов при рабочем напряжении и рабочей нагрузке, обеспечивающие наиболее качественную эксплуатационную характеристику преобразовательных трансформаторов. Обоснована периодичность проведения диагностических измерений и снижения дефектов и отказов. Исследован вопрос диагностики состояния преобразовательного трансформатора ТДНП-40000/10 на предприятии алюминиевой промышленности. В настоящее время разрабатываются методики диагностики на основе хроматографическоого анализа растворённых газов в трансформаторном масле. Представленный метод оценки эксплуатационных параметров трансформаторов позволяет проводить безопасную эксплуатацию высоковольтных трансформаторов и повысить надёжность схемы электроснабжения заводов алюминиевой промышленности.

Одним из важнейших вопросов для отечественной энергетики является создание и дальнейшее широкое внедрение твердотопливных энергетических блоков на суперсверхкритические параметры пара с высоким КПД (43–46%) и улучшенными экологическими показателями. Это позволит существенно снизить использование природного газа.

В то же время одним из существенных недостатков эксплуатации пылеугольных энергоблоков является необходимость использования значительного количества мазута при пусках и остановах котлов для стабилизации горения угольного факела на переменных режимах работы котла.

В этой связи на твердотопливных ТЭС требуется создание мазутного хозяйства со всеми проблемами по обеспечению работоспособности (разогрев мазута зимой), надежности и безопасности, что увеличивает как капитальные затраты на строительство ТЭС, так и себестоимость отпускаемой электроэнергии.

Практическим решением вышеуказанных проблем в настоящее время является применение плазменной технологии воспламенения угольного факела, основанной на термохимической подготовке топлива к сжиганию. Рассматриваются материалы разработок ОАО «НПО ЦКТИ» по применению плазмотронов в котлах ТЭЦ металлургических комбинатов РФ.

Системы плазменного розжига твердого топлива в котлах разработаны российскими специалистами и были внедрены на ряде угольных электростанций в Российской Федерации, Монголии, Северной Корее, Казахстане. Плазменный розжиг твердого топлива широко используется в Китае почти на 30% энергетических котлов.

Внедрение плазменно-энергетических технологий позволит повысить энергоэффективность отечественный твердотопливных ТЭС и может широко внедряться при модернизации котлов.

При строительстве новых ТЭС возможен полный отказ от строительства мазутного хозяйства, что снизит капитальные затраты на строительство ТЭС, уменьшит площадь застройки, повысит безопасность ТЭС.

Исследован кризис теплообмена при кипении воды в пористых структурах, используемых при охлаждении теплонапряженных поверхностей различных агрегатов применительно к энергетическим установкам электростанций. Эксперименты проводились на стенде с подводом теплоты от электронагревателя. Охлаждение теплообменных поверхностей осуществлялось подачей воды в пористые структуры с различными размерами ячеек. Показано, что в пористых системах охлаждения элементов теплоэнергоустановок протекают процессы кипения жидкости и при высоких тепловых потоках возможно наступление кризисной ситуации с перегревом теплообменной поверхности. Описаны процессы теплообмена, показано влияние теплофизических свойств поверхности теплообмена и определены оптимальные размеры ячеек пористых структур. Получено расчетное уравнение для определения критического теплового потока при высоких давлениях. Расчет величины критической нагрузки применительно к исследованным пористым структурам проводился с учетом недогрева и скорости потока, из которого следует, что недогрев жидкости позволяет несколько расширить теплопередающие возможности в пористой системе охлаждения. Представлено обобщение опытных данных исследованной капиллярно-пористой системы охлаждения, работающей при совместном действии капиллярных и массовых сил, и дано сравнение ее характеристик q=f(ΔT) с кипением в большом объеме, тепловыми трубами и тонкопленочными испарителями. Приведены исследованные предельные возможности различных капиллярно-пористых покрытий. Высокая форсировка теплопередачи обеспечивается комбинированным действием капиллярных и массовых сил и имеет преимущества по сравнению с кипением в большом обьеме, тонкопленочными испарителями и тепловыми трубами. Показано, что результаты теоретических расчетов и экспериментальных данных хорошо согласуются.

Приведена аналитическая модель функционирования релейной защиты энергосистем, в которой учтены такие виды отказов, как ложное срабатывание, излишнее срабатывание, отказ в срабатывании, а также дефекты, опасные с точки зрения излишнего срабатывания и отказа в срабатывании. Проверки работоспособности релейной защиты энергосистем проводятся с постоянным периодом. Перечисленные события можно разделить на две группы: случайные и регулярные. Наличие случайных и регулярных составляющих событий восстановления релейной защиты энергосистем возможно корректно учесть в рамках аппарата теории Марковских процессов. Модель основана на описании процесса функционирования релейной защиты линии электропередачи полумарковским процессом. Функционирование системы во времени представлено в виде циклов. Цикл функционирования системы состоит из подмножества, где система функционирует и проверяется, и подмножества, в котором она восстанавливается. Модель реализована в графе с 9 состояниями. Вероятности событий описывают процесс смены состояний на дискретном множестве состояний релейной защиты линии электропередачи. Вероятности смены состояний являются исходными характеристиками полумарковского процесса. С помощью этой модели получена зависимость показателей эксплуатации и надёжности от периодичности регулярных проверок. Установлено, что периодичность проверок с показательным законом распределения завышает значение коэффициента неготовности, так как время наступления периодической проверки больше, чем математическое ожидание заданной величины периодической проверки при случайном законе распределения. При значительном времени между проверками либо отсутствии периодических проверок коэффициент неготовности стремится к значению, которое не зависит от способа задания времени между периодическими проверками.

Рассмотрена целесообразность замены водяного отопления и перехода на воздушное отопление, которое может осуществляться с использованием тепловых насосов (ТН) типа «воздух-воздух». Отсутствие водяных трубопроводов повышает надежность систем отопления. Кроме повышенной надежности, теплонасосные системы обеспечивают комфортные условия потребителям в межсезонные периоды, когда централизованное водяное отопление отключается.

В ТН типа «воздух-воздух» в качестве низкопотенциального источника тепла (НПИТ) используется воздух окружающей среды. При низких температурах воздуха коэффициент трансформации μ составляет около 2-х, при повышении температуры воздуха μ возрастает до 3÷4, что обеспечивает высокую экономичность систем отопления на базе тепловых насосов. Отопительный сезон, как правило, можно разбить на два периода. Один период характеризуется наиболее высокими температурами воздуха окружающей среды (–5÷8°С). Этот период весьма продолжительный и при теплых зимах может составлять около 4000 часов за отопительный период и более. В этот период тепловой насос работает эффективно при коэффициенте трансформации более 4. Другой период, когда температура окружающей среды опускается ниже –10÷ –20°С, длится, как правило, небольшое количество часов, которое от общего количества часов отопительного периода составляет около 15÷18%. В этот период эффективность теплового насоса уменьшается до μ=1,9÷2. Однако и при такой эффективности тепловой насос выдает в 2 раза больше тепла, чем потребляет электроэнергии.

Таким образом, в регионах с длительным периодом стояния температур –5÷8°С в отопительный сезон воздушное отопление на базе ТН может быть предпочтительнее водяного отопления.

Рассмотрено решение задачи моделирования очистки дымовых и технологических газов от тонкодисперсной фазы на предприятиях энергетики и нефтегазохимического комплекса c применением колонных аппаратов с новыми высокоэффективными хаотичными и регулярными насадками. Показано применение диффузионной и ячеечной моделей структуры потока для расчета профиля концентрации осаждающихся частиц на пленку жидкости в аппаратах с различными насадками. Учет осаждения тонкодисперсных частиц из газов на межфазную поверхность стекающей по насадке пленки жидкости осуществляется с применением объемного источника массы. Принята модель турбулентно-инерционного осаждения частиц. Основными параметрами моделей являются коэффициент турбулентной миграции частиц к поверхности пленки на контактных устройствах, модифицированное число Пекле с коэффициентом обратного перемешивания и число ячеек полного перемешивания. Данный подход может быть обобщен на широкий класс пленочных аппаратов мокрой очистки газов с целью их проектирования или выбора вариантов модернизации. Получены выражения для расчета эффективности сепарации аэрозолей на насадки, а также требуемая высота слоя насадки при заданной эффективности.

Представлены результаты расчетов эффективности очистки газов от аэрозолей с применением в скрубберах различных типов насадок, а также требуемой высоты слоя насадок при заданной эффективности. Дана графическая зависимость мощности, затрачиваемой на газоочистку в аппаратах с различными насадками. Показаны результаты решения производственной задачи очистки пирогаза от кокса и смол циркуляционной водой в модернизированном скруббере с новыми высокоэффективными насадками.

Представлены выражения для расчета коэффициента скорости турбулентной миграции частиц для хаотичных и регулярных насадок, а также модифицированных чисел Пекле. Отличительной особенностью данных выражений является расчет на основе известного гидравлического сопротивления контактных устройств.

Представлены новые модели и методы оценки остаточного ресурса автономной энергетической системы с использованием критерия функционально-эксплуатационного риска (ФЭР). Цель работы — продемонстрировать новый способ оценки долговечности, на основе аппарата нечетких множеств и мягких вычислений. Долговечность в работе понимается как комплексное свойство, напрямую примыкающее к комплексному свойству системной устойчивости, как это понимается в «западной» практике оценки и обеспечения надежности технических систем. В связи с отсутствием достоверной однородной статистики по отказам и восстановлениям оборудования системы применяются треугольно-нечеткие оценки интенсивностей отказов и восстановлений как нечетких функций времени, построенных на неполных данных и экспертных оценках. ФЭР в модели — это возможность того, что коэффициент готовности системы окажется ниже нормативного уровня. Рассмотрен пример оценки ФЭР и остаточного ресурса резервированной системы холодоснабжения специального объекта. Рассматривается переход от парадигмы структурной надежности к парадигме функциональной надежности, основанной на непрерывной деградации технологических параметров автономной энергетической системы. В данном случае ФЭР уже не может быть оценен по критерию внезапного отказа, и невозможно построить марковскую сеть на дискретных состояниях технической системы. При таких допущениях уместно прогнозировать определяющие функциональные параметры технической системы как нечеткие функции общего вида и оценивать остаточный ресурс технической системы (ТС) как нечеткую случайную величину. Тогда ФЭР оценивается как возможность того, что остаточный ресурс ТС оказывается ниже своего гарантийного срока, определенного поставщиком оборудования ТС.

Об одной ошибке в «Методике осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя».

Пост-релиз совместного научного семинара «НИУ МЭИ» и Научного отделения проблем инфраструктурного развития (НОПИР) Академии военных наук (АВН) на тему: «Проблемы и пути обеспечения безопасности энергетики и других инфраструктурных систем экономики России».

Журналу "Надежность и безопасность энергетики" 10 лет!

Публикации по экологии.

Факты, мнения, метафоризмы.