Статья посвящена 100-летнему юбилею Института «Теплоэлектропроект», представляет направления деятельности института в настоящее время. Несмотря на сложные условия существования, финансово-экономический кризис, институт по своему производственному потенциалу, технической оснащенности, объему выполняемых работ и масштабу получаемых заказов продолжает оставаться одной из ведущих проектных организаций в области создания проектов тепловых электростанций на органических видах топлива (уголь, природный газ, мазут) с установкой паротурбинных, парогазовых, газотурбинных блоков и подстанций различного напряжения. Техническая политика института направлена в будущее, основной задачей является обеспечение высокого научно-технического уровня разрабатываемых институтом проектов и технико-коммерческих предложений. В институте применяются прогрессивные технологии при разработке технической документации; внедряются передовые технические решения во всех частях проекта и проводится единая техническая политика института в разрабатываемых проектах; обеспечивается стабильно высокое качество технической документации на основе постоянного улучшения системы менеджмента качества; совершенствуются методы расчета / математических моделей и внедрения их в процесс проектирования; обеспечивается всесторонний и наиболее полный учет требований Заказчика при подготовке технико-коммерческих предложений, проектировании новых и/или реконструкции и техническом перевооружении имеющихся объектов генерации; осуществляются тесные связи с научными, конструкторскими организациями, заводами-изготовителями оборудования, изделий и материалов с целью внедрения в проектную документацию имеющихся передовых научно-технических достижений. Разработаны типовые компоновки главного корпуса для пылеугольных блоков на суперсверхкритические параметры пара, котлов с циркулирующим кипящим слоем, установок очистки дымовых газов от оксидов азота и серы, парогазовых установок. Приведены примеры разработки энергоблоков для промышленных предприятий, унифицирующих нетрадиционные для энергетики виды топлива. Дано краткое описание референции института в области строительства ПГУ и ГТУ-ТЭЦ, а также пылеугольных электростанций.

Изложена история созидания и деятельности флагмана отечественного проектирования объектов тепловой и атомной энергетики Института (теперь АО) «Теплоэлектропроект». Рассматриваются результаты деятельности Института в тяжелых условиях гражданской войны и иностранной военной интервенции, в мирное время и в годы Великой Отечественной Войны, в послевоенный период восстановления промышленных объектов народного хозяйства, во время реформирования энергетики России после распада СССР. Описывается вклад в становление и развитие Института выдающихся ученых и организаторов промышленности на протяжении 100 лет существования Института. Изложены достижения Института как в создании современной инфраструктуры энергетики России, так и строительстве электростанций за рубежом (Китай, Ирак, Индия и в других странах). Качество проектных решений и проектной документации во многом зависело от технической оснащенности проектировщиков. ТЭП был инициатором и головной организацией в отрасли по внедрению в проектное дело вычислительной техники. На протяжении многих лет Институт являлся кузнецой руководящих кадров энергетики. Его воспитанниками были И. И. Угорец (заместитель министра электростанций СССР), Я. И. Финогенов (первый заместитель министра энергетики и электрофикации СССР), А. А. Троицкий (Минэнерго СССР и Госплан СССР), С. П. Гончаров (Минэнерго СССР) и др. Благодаря колоссальному опыту, сплоченному коллективу Институту удалось сохранить лидирующее место в проектном секторе строительства тепловых электростанций. Коллектив Института активно работает над созданием проектов современных высокоэкономичных тепловых станций на органических видах топлива с паротурбинными, парогазовыми и газотурбинными установками. Институт создает современные, инновационные проекты, удовлетворяющие самые строгие запросы заказчиков и учитывающие требования промышленной и экологической безопасности.

Статья посвящена постоянно действующему научному семинару “Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики”, который как всесоюзный начал свою деятельность в 1973 г. в Иркутске при Сибирском энергетическом институте СО АН СССР. Сегодня это Международный научный семинар имени академика Ю. Н. Руденко, известный в кругах ученых и практиков энергетической отрасли в России, странах ближнего и дальнего зарубежья. Системы энергетики (СЭ) — электроэнергетические, газо-, нефте- и нефтепродуктоснабжающие, теплоснабжающие и другие, при всем разнообразии их физической природы, структурных свойств и особенностей функционирования, обладают определенной общностью процессов производства, транспорта, распределения и накопления энергоресурсов. Это, а также их взаимозависимость и взаимосвязи в составе топливно-энергетического комплекса позволяют при необходимом уровне абстрагирования, особенно в аварийных условиях, использовать идентичные приемы и методы исследования и обеспечения надежности СЭ, что и послужило основанием организатору семинара Ю. Н. Руденко сформулировать его межотраслевой статус. В 2018 г. семинару исполнилось 45 лет и к этой дате семинар пришел как признанная и авторитетная международная интеллектуальная площадка для обсуждения и решения актуальных задач надежности СЭ, межотраслевых проблем исследования и обеспечения надежности и энергетической безопасности. Широкий спектр рассмотренных на заседаниях семинара проблем надежности СЭ и полученные результаты их решения представлены в статье. Особое внимание уделяется работам, инициированным семинаром и выполненным при использовании результатов исследований семинара по упорядочению терминологий в области надежности СЭ и энергетической безопасности, по разработке концепции обеспечения надежности в электроэнергетике и межгосударственных стандартов по надежности в технике, гармонизированных с международными стандартами. Семинар продолжает уверенно функционировать благодаря активной работе его участников по интеграции и развитию знаний в области надежности СЭ и энергетической безопасности.

Энергетика является базовой отраслью экономики и крупнейшим потребителем первичных энергетических ресурсов любой страны, в силу чего развитие мировой энергетики сопровождается глобальным давлением на окружающую среду. Рассмотрены вопросы снижения атмосферного воздействия выбросов тепловых электростанций, повышения надежности и рабочего ресурса их агрегатов, систем и станций в целом. Изложены принципы разработки и совершенствования технологий обработки производственных выбросов ТЭС, обезвреживание которых на сегодняшний день актуально в региональном и глобальном масштабах. Проведен анализ существующих способов циклонной и фильтрационной обработки. Предложена усовершенствованная конструкция циклона-фильтра, позволяющая повысить надежность работы газотурбинных и парогазовых установок ТЭС, с обеспечением эффективности отделения взвешенной части потока в пункте подготовки газа (ППГ) ТЭС. Аналогичные устройства могут быть применены для повышения степени очистки от мелкодисперсных частиц классов PM10, PM2.5 (угольной пыли и золы) атмосферных выбросов систем пылеприготовления и дымовых газов ТЭС при угольной генерации, вследствие уменьшения размера улавливаемых частиц со средних для циклонов и мокрых скрубберов значений порядка 5–10 мкм до 0,5 мкм. Конструкция циклона-фильтра усовершенствована на основе исследований циклонной фильтрации методами вычислительной гидродинамики Computational Fluid Dynamics (CFD). Для математического моделирования потока в циклоне-фильтре использована система осредненных по Рейнольдсу уравнений движения однофазного потока Навье-Стокса. Для определения эффективности отделения взвешенной части использован комплекс Rer, полученный путем приведения к безразмерному виду системы, состоящей из уравнений Навье-Стокса и уравнения движения частиц, основанного на законе Ньютона. С помощью комплекса Rer найдены расчетным путем числовые характеристики осаждения взвеси из многофазного потока в циклонном сепараторе заданных размеров. Приведены результаты стендовых испытаний предлагаемой конструкции циклона-фильтра.

Передача электрической энергии является важнейшей составляющей электроэнергетической системы. Оптимизация, модернизация транспортной системы электроэнергии, увеличение пропускной способности, а также вариативности схем подключения при условии сохранения требуемого уровня надежности и безопасности являются на сегодняшний день актуальными задачами в целом для энергетической отрасли. Рассмотрен вопрос определения эффективности работы схемно-технического решения для двухцепной трехфазной линии электропередачи с дополнительным режимом работы — «с расщепленной резервной фазой» и определению ее основных показателей надежности. Подробно представлено схемно-техническое решение для двухцепной линии электропередачи с расширением режимов работы. Функциональное резервирование линии электропередачи в соответствии со схемно-техническим решением основано на переключении традиционной двухцепной линии электропередачи в аварийном режиме на режим одноцепной с расщепленной фазой, в качестве которой выступает вторая рабочая цепь. Рассмотрены пути повышения натуральной мощности двухцепной линии электропередачи. Приведены результаты расчета пропускной способности линии с расщепленной резервной фазой и сравнения основных параметров воздушных линий электропередачи с дополнительным режимом работы — с расщепленной резервной фазой и линий электропередачи в традиционных режимах работы. Представлены результаты расчетов показателей надежности, такие, как вероятные относительные числа часов перерыва электроснабжения и недоотпуска электрической энергии. Сопоставление вариантов показало, что вероятный относительный недоотпуск электрической энергии двухцепной воздушной линии электропередачи с дополнительным режимом работы — с расщепленной резервной фазой, меньше приблизительно на 13%, чем традиционной двухцепной, что положительно скажется на маневренности и надежности работы всей системы.

Отключение потребителей электрической энергии от напряжения электрической сети является достаточно частым событием, имеющим широкий спектр последствий. Перерывы в питании могут быть вызваны как случайными событиями, так и плановыми отключениями. Нарушения в системах электроснабжения потребителей ведут к множеству негативных явлений (недоотпуск продукции, массовый брак продукции, выход из строя производственного оборудования), что наносит значительный экономический ущерб. Проведен ретроспективный анализ повреждаемости электрических сетей Правобережного и Левобережного округов г. Иркутска за 2013– 2017 гг. При этом использованы данные из диспетчерских журналов наблюдений по событиям отказов, вызванных аварийными повреждениями в Южных электрических сетях. Установлено, что наибольшее количество отключений происходит по таким причинам, как повреждения на подстанциях, повреждения в электрических сетях потребителя, обрыв проводов воздушных и кабельных линий электропередачи, а также повреждения коммутационной аппаратуры. Проанализированы отказы также по причинам, связанными с ветровой нагрузкой, повреждениями на комплектных трансформаторных подстанциях, изоляторах и разрядниках. Представлено процентное соотношение повреждаемости электрических сетей, обусловленных указанными причинами, от общего количества повреждений. Кроме того, выполнен анализ времени перерывов электроснабжения вследствие повреждений отдельных элементов электросетевого оборудования, а также величины недоотпущенной по этим причинам электрической энергии и материальный ущерб от этих отключений, вызванный недоотпуском ЭЭ с учетом средневзвешенных цен на электроэнергию для оптовых потребителей.

Представлена методика оценки возможного годового риска, который может понести водородная надстройка на атомной электрической станции (АЭС) при производстве взрывопожароопасного водорода. При соблюдении правил безопасности по условиям получения, хранения, транспортировки и использования водорода можно минимизировать случаи взрывопожароопасных ситуаций на водородной надстройке. Плановые и капитальные ремонты с проведением всех диагностик аналогичным образом снижают аварийные ситуации и отказы оборудования. Однако существует вероятности нахождения оборудования в том или ином состоянии (поломка, пожар и взрыв), произошедшие в результате утечек водорода. Разгерметизация оборудования с утечкой взрывоопасного водорода в закрытых помещениях с наложением неблагоприятных сопутствующих факторов может привести к разрушению электролизного цеха в результате пожара и взрыва. С помощью графа состояний оценены вероятности выхода из строя электролизного оборудования по причинам внеплановых поломок и возможных пожаров или взрывов в закрытых помещениях из-за разгерметизации оборудования. Для этого рассмотрены возможные сценарии поломок электролизера в одном и двух цехах. В расчетах графа состояний составлялась система линейных уравнений для установившихся значений. Расчеты показали, что при компоновке с двумя электролизными цехами растет возможный годовой риск. Минимизировать годовой риск можно за счет форсирования мощности оставшийся в работе электролизной установки путем повышения ее производительности по водороду и кислороду. Эффект будет достигаться только в том случае, если себестоимость электроэнергии от АЭС не будет превышать 0,81 руб/кВт·ч при пиковом тарифе на электроэнергию 3,5 руб/кВт·ч.

Классическим решением для ГАЭС является использование обратимых гидромашин, работающих как в насосном, так и в турбинном режиме. При этом, например, спроектированная на насосный режим лопастная система гидроагрегата имеет высокий КПД. Однако в турбинном режиме такой агрегат обладает энергетическими характеристиками, далёкими от оптимальных. Рассматривая различные варианты микро- и миниГАЭС (до 100 кВт), имеющих модульную конструкцию, наиболее целесообразным является использование насоса и турбины раздельно, так как при таких малых мощностях КПД гидроагрегата имеет большое значение. На сегодняшний день подходы к проектированию гидротурбин достаточно развиты и позволяют достигнуть высоких энергетических показателей [1, 2]. Согласно данным различных источников уровень КПД для осевой турбины мощностью менее 100 кВт составляет 80÷91%. В то же время для центробежных насосов, особенно малой быстроходности, проблема повышения энергоэффективности весьма актуальна. Так, для насосов с коэффициентом быстроходности ns <80 уровень КПД обычно составляет от 40 до 65%. Целью исследования являлось развитие методов синтеза и оптимизации проточной части центробежных насосов с использованием подходов теории оптимального управления и повышения энергетических показателей гидроагрегатов. Рассмотрены различные варианты локальной коррекции геометрии проточной части. В качестве альтернативы эмпирическим подходам детально рассмотрены способы, базирующиеся на управлении законом распределения циркуляции. Проанализированы различные математические зависимости циркуляции потока от координаты точки, лежащей на поверхности лопасти. Рассмотрены возможности применения теории планирования эксперимента применительно к решаемым задачам.

Рассматривается стендовая система охлаждения циклового воздуха Combustion Turbine Inlet Cooling (CTIC), поступающего в микрогазотурбинную установку (микро-ГТУ), что позволяет сохранять вырабатываемую установкой электрическую мощность на проектном уровне в период сезонного повышения температуры воздуха. Охлаждение воздуха на входе в турбокомпрессор установки происходит до значения его расчетной температуры (по стандарту ISO равной 15˚С). Основу макета CTIC составляет промышленная система охлаждения на базе паровой компрессионной холодильной установки с аккумулятором холода. В качестве тела-накопителя холода в аккумуляторе использован водяной лед, в качестве охлаждающей цикловой воздух среды — ледяная вода (вода при температуре 0,5˚С – 1˚С). Эффект охлаждения циклового воздуха достигается пропуском ледяной воды, поступающей из аккумулятора холода через воздухо-водяной теплообменник, установленный на входе в турбокомпрессор микро-ГТУ. Цель исследования заключалась в определении ресурса работы аккумулятора холода в зависимости от скорости циркулирующей воды. Эксперименты проводились на стендовом макете системы охлаждения с аккумулятором холода, имеющим запас водяного льда 200 кг при работе с микро-ГТУ «C-30» фирмы Capstone. Поддержание температуры циклового воздуха на расчетном уровне достигается с помощью регулируемого по частоте циркуляционного насоса и цифровой измерительно-регулирующей системы с программным пакетом LabVIEW. Результаты исследования показали, что рассмотренная макетная система CTIC в режиме разрядки аккумулятора способна поддерживать необходимую расчетную температуру циклового воздуха 15°C в течение 6 часов, что вполне достаточно для покрытия пиковой нагрузки рабочего дня. Оценены техникоэкономические показатели установки.

Одной из основных задач развития современной промышленности России, наряду с увеличением абсолютных объемов производства электроэнергии (ЭЭ), является усиление контроля за ее более рациональным использованием. Экономия ЭЭ и снижение расхода на ее передачу по электрическим распределительным сетям имеет большое значение для энергетики страны. По своей физической сущности с точки зрения производства, передачи и потребления потери ЭЭ ничем не отличаются от ЭЭ, полезно отпущенной потребителям. Поэтому оценка потерь энергии в электрических сетях основывается на тех же экономических принципах, что и оценка полезно отпущенной потребителям энергии. Потери ЭЭ оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели сети, так как стоимость потерь включается в расчетную стоимость (приведенные затраты) и себестоимость (годовые эксплуатационные расходы) передачи ЭЭ. Составляющая стоимости потерь в стоимости передачи ЭЭ имеет большой удельный вес. Представлены результаты исследования возможности применения нечеткого регрессионного анализа для задач оценки и прогнозирования потерь электроэнергии в цеховых сетях. Исходная информация о сети обладает некоторым уровнем неопределенности, что осложняет применение традиционных методов. Приводятся расчет по стандартным и нечетким регрессионным моделям, оценка погрешности данных моделей. Актуальность применения методов нечеткого регрессионного анализа определяется трудностью получения достоверной информации о схемных и режимных параметрах цеховых сетей, вероятностным характером изменения режимов, а также целым комплексом влияющих факторов, плохо поддающихся количественной оценке. Преимущества применения нечеткого регрессионного анализа заключается в получении доверительных интервалов искомых переменных (величины потерь электроэнергии) для схем сетей с неопределенной исходной информацией об их параметрах, что характерно для систем внутризаводского электроснабжения и позволяет учитывать динамику их изменения.