WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 14 |

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский ...»

-- [ Страница 9 ] --

Рассмотрим пример использования «метода типоряда» для поиска оптимального компоновочного решения. В качестве крите рия оптимальности - целесообразно взять себестоимость установ ленной мощности ветроагрегата. В таблице 1 приведены конструк тивные особенности автономных ветроагрегатов, которые исполь зуются в мощностном диапазоне до 75 кВт.

Конструктивные особенности автономных ветроагрегатов Конструктивные особенности Увод ветроколеса в косой поток Виндрозный меха низм Пример Для определения стоимости ветроагрегата необходимо полу чить показатели степени Mi законов изменения стоимостей компо нентов ВА. Данные показатели были получены в (см. табл. 2). Ха рактеристический параметр в данном случае - радиус ветроко леса R.

Если известна стоимость компонентов серийных моделей, то по формуле (2) можно рассчитать стоимость компонентов ВА любой мощности. Себестоимость установленной мощности ВА можно рас считать по следующей формуле:

Законы изменения стоимостей компонентов ВА Лопасти, флюгер, рама, обтекатель ЦПР, Главный вал, редуктор, ОПУ Винд розный механизм с ОПУ Шарнир флюге Генератор тихоходный Генератор быстроходный Регулятор заряда АКБ где N - установленная мощность ВА.

На рис. 1 показана расчетная зависимость самых эффектив ных вариантов для схемы с редуктором и без редуктора.

Рис. 1. Зависимость себестоимости 1 кВт установленной мощности На основе анализа данных зависимостей можно сделать сле дующие выводы:

1. Безредукторная схема эффективна при мощности ВА до 10кВт. Однако использование редуктора не дает существенного вы игрыша в эффективности при мощности ВА более 10кВт.

2. Ветроагрегаты мощностью более 10 кВт более эффектив ны по сравнению с ветроагрегатами меньшей мощности. Наиболее существенное снижение себестоимости 1 кВт установленной мощ ности наблюдается, начиная с мощности 30 кВт. В диапазоне 30- кВт себестоимость снижается несущественно. Данный вывод пока зывает необходимость развитие рынка ветроагрегатов мощностью более 5 кВт, который в настоящее время отсутствует в России.

1. Зуев Н. В. Использование «метода типоряда» при создании новых мо делей ветродвигателей. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 2.

2. Федосеев В.Н., Ростецкая Е.В. Особенности управления проектами создания типоразмерных рядов изделий машиностроения. // Всеросий ская научно-практическая конференция "Современный менеджмент в условиях становления рыночной экономики в России" (Москва, 28-

НОВЫЙ СПОСОБ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВЕТРОАГРЕГАТОВ

(ЗАО "Ветроэнергетическая компания", г. Санкт-Петербург) В работе [1] предлагается "метод типоряда", который позво ляет проводить проектирование и конструирование типорядов вет роагрегатов и других технических устройств.

Типоряд – это совокупность каких-либо технических уст ройств, выполняющие одну функцию и имеющих одинаковые кон структивные особенности, но различающиеся номиналом.

В традиционных методах проектирования принят следую щий порядок: вначале определяются проектные параметры, затем определяются нагрузки, затем проводится прочностной расчет, за тем проводится конструирование. В «методе типоряда» можно от проектных параметров перейти к конструированию, минуя все про межуточные ступени проектирования. Основное условие примене ния метода - существование испытанного образца технического уст ройства - базовой модели.

Предлагается новый способ конструирования, ветроагрега тов, который основывается на "законе пропорциональности". Фор мулировка данного закона следующая: пропорциональное измене ние линейных размеров ветроагрегата, включая размеры силовых элементов конструкции, в пределах типоряда обеспечивает сохране ние работоспособности.

Условие сохранения работоспособности может иметь сле дующее значение:

1) Ограничение напряжений, контактных давлений и крити ческих деформаций в конструкции.

2) Отсутствие резонансных явлений.

Закон пропорциональности - это частный случай в рамках "Метода типоряда". Существуют такие типоряды ветроагрегатов, в пределах которых закон пропорциональности действует ограничено (например, типоряд с изменяющейся быстроходности ветроколеса в зависимости от его радиуса).

Существуют также другие исключения при использовании закона пропорциональности. В частотности, закону пропорциональ ности не подчиняются нагрузки от сил веса, параметры электротех нических устройств, например электрогенераторов. Долговечность изделия с учетом выносливости материала также требует дополни тельной проверки при использовании закона пропорциональности.

Однако основное влияние на работоспособность ветроагрегата все же оказывают нагрузки, которые подчиняются закону пропорцио нальности (см. табл. 1).

Действие закона пропорциональности Подчиняются закону использование 1) Основные проект ные параметры и аэ родинамические на- 1) Типоряды вет 2) Центробежные на- меняющейся бы грузки.

3) Силы трения. 2) Долговечность 4) Силы упругости. с учетом вынос 5) Резонансные часто 6) Динамические про цессы.

Процесс конструирования с использованием «закона про порциональности» очень прост. Все геометрические размеры, вклю чая размеры сечений силовых элементов, увеличиваются пропор ционально отношению радиуса ветроколеса разрабатываемого вет роагрегата к радиусу ветроколеса базовой модели. В качестве базо вой модели можно взять испытанный и работоспособный ветроагре гат, который имеет такие же конструктивные особенности, как и разрабатываемый ветроагрегат. При конструировании ветроагрега тов малой мощности можно не учитывать все исключения из табли цы 1, кроме следующих элементов ветроагрегата: электротехниче ские устройства (электрогенераторы), гравитационный фундамент и системы регулирования ветроагрегатов, где используются силы веса.

Закон пропорциональности может иметь универсальное применение в технике при проектировании устройств, которые под чиняются законам механики и аэродинамики. По менению автора к данным устройствам кроме ветроагрегатов можно отнести следую щие: редукторы, насосы, вентиляторы, и др.

В качестве примера докажем, что закону пропорционально сти подчиняются аэродинамические характеристики и аэродинами ческие нагрузки. Аэродинамические характеристики и аэродинами ческие нагрузки на ветроколесо можно рассчитать, основываясь на аэродинамическом подобии. Суть аэродинамического подобия за ключается в следующем. Если два ветроколеса разного диаметра имеют геометрическое подобие, то они обладают одинаковыми от носительными аэродинамическими характеристиками.

Относительные аэродинамические характеристики несут полную и необходимую информацию для проектирования ветроаг регата [2]. В частности, данные характеристики позволяют опреде лить основные проектные параметры ветроагрегата и основные си ловые факторы, действующие на конструкцию. Выделяют следую щие основные аэродинамические характеристики ветроколеса:

где N - мощность ветроколеса, Мд - движущий момент вет роколеса, Ма - осевой момент лопасти, Мпов - момент поворота вет роголовки в косом потоке, P - лобовое давление ветроколеса, частота вращения ветроколеса.

Если ветроколеса ветроагрегатов в пределах типоряда имеют геометрическое подобие, то в формулах (1)-(6) при фиксированной скорости ветра все параметры являются одинаковыми для всего ти поряда кроме радиуса ветроколеса R. Отсюда можно сделать сле дующие выводы:

1) Мощность ветроколеса меняется пропорционально квад рату радиуса.

2) Номинальная частота вращения ветроколеса изменяется обратно пропорционально радиусу.

3) Аэродинамические силы изменятся пропорционально квадрату радиуса.

4) Аэродинамические моменты изменятся пропорционально кубу радиуса.

Рассмотрим, как меняются напряжения при изменении ра диуса ветроколеса:

где и - напряжения изгиба круглого сечения диаметром D, р - напряжения растяжения-сжатия круглого сечения диаметром D, к - напряжения кручения круглого сечения диаметром D, Mи – из гибающий момент, Mк – крутящий момент, P – сила.

На основании формул (1-9) можно сделать очевидный вы вод: если размеры силовых элементов изменяются пропорционально отношению радиусов ветроколес, то напряжения в данных силовых элементах будут одинаковые при фиксированной скорости ветра.

Если рассмотреть более сложные силовые сечения, то последнее ут верждение также справедливо.

Деформации - это линейные размеры и угловые размеры. В соответствии с законом пропорциональности линейные деформации должны быть пропорциональны радиусу ветроколеса, а угловые должны быть постоянными в пределах типоряда ветроагрегатов. До кажем это утверждение. Рассмотрим консольную балку нагружен ную силой P. Линейную - X и угловую деформацию - Q можно рас считать по следующим формулам:

Момент инерции сечения балки J пропорционален четвертой степени размера балки, поэтому при пропорциональном изменении размеров момент инерции пропорционален четвертой степени ра диуса. Анализируя формулы (10) и (11) можно сделать вывод, что деформации соответствуют закону пропорциональности.

Таким же способом можно доказать действие закона про порциональности в отношении других нагрузок и параметров (см.

табл. 1).

1. Сформулирован закон пропорциональности, который по зволяет в большинстве случаев исключить прочностной расчет кон струкции ветроагрегата, расчет на резонансные явления и динамиче ский расчет.

2. Процесс конструирования с использованием закона про порциональности заключается в следующем: все геометрические размеры, включая размеры сечений силовых элементов, увеличива ются пропорционально отношению ветроколеса разрабатываемого ветроагрегата к радиусу ветроколеса базовой модели.

1. Зуев Н.В. Использование «метода типоряда» при создании новых мо делей ветродвигателей. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. №2.

2. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. Сельхозгиз, 1956.

СООТНОШЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ В ГИБРИДНОЙ СОЛНЕЧНО

ВЕТРОВОЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

В.Б. Адомавичюс (Каунасский Технический Универсистет, Литва), д-р техн. наук В.В. Харченко, асп. В.В. Чемеков (ГНУ ВИЭСХ) Для обеспечения горячего водоснабжения (ГВС) потребите лей требуется значительное количество энергии.

В северных широтах для этих целей используются различ ные, в большей части традиционные энергоносители.

В связи с постоянным ростом цен на природный газ и нефть складываются все более благоприятные условие для развития и внедре ния технологий на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Кроме того, использование ископаемого топлива сопряжено со значительной эмиссий углекислого газа, представляющего собой основной парниковый газ. Это дает дополнительные аргументы в пользу расширения масштаба применения более экологически чис тых технологий на основе ВИЭ.

По некоторым прогнозам доля солнечной энергии в мировой энергетике до конца 21 века возрастет до 70 % [1]. Европейский Со вет по Возобновляемой Энергии (EREC – European Renewable En ergy Council) прогнозирует, что в 2040 году энергия, получаемая от возобновляемых источников, составит до 50 % в общем мировом энергетическом балансе [2]. В связи с такими планами выделяются большие финансовые средства для программы Европейской Комис сии Framework-7 на научные исследования в области освоения энер гии возобновляемых источников [3].

Концепция гибридной водонагревательной системы В южных регионах мира проблема и отопления и ГВС доста точно просто решается за счет применения солнечных коллекторов.

В северных странах ресурсы солнечной энергии значительно ниже, особенно в позднеосенний и зимний периоды. В таких условиях це лесообразно применение гибридных систем с использованием не скольких видов ВИЭ [4].

Количество и тип используемых источников ВИЭ определя ется их наличием и доступностью.

В ряде случаев единственно доступными являются ресурсы солнечной и ветровой энергии. Последние целесообразно рассмат ривать при среднегодовой скорости ветра более 4…4,5 м/c).

Использование ветроагрегатов обусловлено еще и тем, что во многих северных европейских странах ресурсы солнечной энер гии зимой незначительны, а ветровой – достаточно большие в тече ние всего года. Поэтому совместное использование двух достаточно хорошо отработанных технологий на основе ВИЭ в единой гибрид ной системе значительно увеличивает надежность выработки горя чей воды в течение всего года. При этом система может либо полно стью исключить использование энергии из сети, либо в значитель ной степени заместить ее.

На рис. 1 показана функциональная схема предлагаемой гибридной водонагревательной системы, основанной, в основном, на использовании солнечной и ветровой энергии. Электроэнергия из сети используется только в крайних случаях – при выходе из строя ветроагрегата или солнечного коллектора, а также при от сутствии достаточной скорости ветра или солнечной энергии в течение длительного периода, большего, чем аккумулятор горя чей воды способен обеспечить потребности потребителя. Присое динение гибридной водонагревательной системы к электрической сети имеет еще одно преимущество: при избыточной выработке электроэнергии она может быть передана в сеть. Вследствие этого система становится гибкой и экономически более эффективной.

Как показано на рис. 1, система состоит из накопителя теп ловой энергии, солнечного коллектора СК, насоса солнечного кол лектора Н, электронагревателя ТЭН, ветроэлектростанции ВЭС с генератором Г, выпрямителя В, широтно-импульсного модулятора выпрямленного тока ШИМ, блока управления БУ, датчика темпера туры Т, выдающего сигнал UT, и коммутационных аппаратов К1 и К2. Сигнал UV прямо пропорционален выпрямленному напряжению генератора и является функцией скорости ветра. Он служит задаю щим сигналом для управления нагрузкой генератора, в качестве ко торой используется ТЭН.

С целью эффективного использования энергии ветра, в сис теме применяется оптимальное управление нагрузкой генератора в зависимости от скорости ветра.

Предлагаемая гибридная водонагревательная система, преж де всего, предназначена для небольших потребителей: усадеб, ма лых предприятий, мелких учреждений с потребление горячей воды до 100 м3 в месяц. Возможно применение более мощных систем та

НАКОПИТЕЛЬ

Н ТЕПЛА

Рис. 1. Функциональная схема гибридной солнечно-ветровой водона кого типа. Их преимущество по сравнению с малыми – низкая себе стоимость электроэнергии, выработанной на больших ВЭС.

Определение соотношения мощностей в системе Тепловая мощность солнечного коллектора и электрическая мощность ветроэлектростанции в основном зависят от среднего су точного расхода теплой воды и от потенциала используемых возоб новляемых источников энергии в месте эксплуатации гибридной водонагревательной системы.

В качестве основного источника энергии в предложенной системе в большинстве случаев целесообразно принять солнечное излучение, так как себестоимость тепловой энергии, вырабатывае мой солнечными коллекторами значительно ниже, чем стоимость энергии вырабатываемой ветроэлектростанцией, особенно в местно стях, где ресурсы ветровой энергии не выше средних.

Количество энергии, необходимой для приготовления горячей воды в течение месяца, можно рассчитать по известной формуле:

месяц, Дж, c – удельная теплоемкость воды, (4190 Дж/кг·K), m – масса теплой воды, потребляемая за день, кг, T1, T2 – температуры теплой и холодной воды, K.

Энергия, необходимая для приготовления горячей воды, мо жет быть покрыта суммарной энергией, получаемой от трех источ ников – ЕК (СК), ЕВ (ВЭС) и ЕС (из электрической сети):

Определение соотношения мощностей в гибридной водона гревательной системе зависит от соотношения местных ресурсов солнечной и ветреной энергии и характера их распределения в тече ние года. Например, в таблице 1 приведены данные многолетней среднемесячной и среднегодовой полной солнечной экспозиции, кВт·ч/м2, на горизонтальную плоскость на гидрометеорологических станциях (ГМС) Литвы.

Из таблицы видно, что в Литве солнечная месячная экспози ция (кВт·ч/м2 ) на горизонтальную поверхность в декабре и январе крайне незначительна и при расчете мощности ВЭС ею можно пре небречь, т.е., можно принять, что вся энергия, необходимая для по догрева воды в эти месяцы, будет покрываться за счет энергии вет ра. В зимний период она также может быть использованы для целей отопления домов [5, 6, 7].

В летние месяца ресурсы ветровой энергии сокращаются в два раза по сравнению с зимними месяцами. Тогда главную роль играет солнечная энергия, т.е, можно считать, что вся энергия, необ ходимая для подогрева воды в летние месяцы, будет покрываться за счет СК. Избыток электрической энергии в случае ее выработки может быть передан в сеть.

По предварительным оценкам долю возобновляемой энергии в предложенной гибридной водонагревательной системе можно до вести до 90-100 %.

Многолетние наблюдения солнечной радиации (кВт·ч/м2 ) на горизон Литвы 1. В связи с повышением цен на нефть и газ на мировом рынке и обострением экологических проблем складываются благо приятные условия для развития и применения технологий на основе ВИЭ.

2. В условиях дефицита солнечной энергии в районах с большими ресурсами ветровой энергии становится экономически целесообразным применение гибридных систем ГВС с использова ние ветровой энергии..

3. Соотношения мощностей в такой гибридной системе зависит от потенциала используемых энергоресурсов и характера их распределения в течение года.

4. Управление нагрузкой генератора ВЭ в зависимости от скорости ветра обеспечивает значительное повышение эффектив ности системы.

5. Доля возобновляемой энергии в предложенных гиб ридных водонагревательных системах может быть достигнута до 100 %.

1. Strebkov D.S. Role of the solar energy in power of the future. // Pro ceedings of the 4th Research and Development Conference of Central and Eastern European Institutes of Agricultural Engineering (CEE Ag Eng). M.: VIESH, May 12-13, 2005. C. 3-19.

2. RES Scenario to 2040. Half of the Global Energy Supply from Renew ables in 2040. www.erec-renewables.org/documents /targets_ /EREC_Scenario%202040.pdf (посещено 12.12. 2007) 3. http://www.ec.europa.eu/research/fp7 (посещено 12.12. 2007).

4. Strebkov D.S., Khakhaev B.N., Kharchenko V.V., Kudrjavtsev E.P., Kalinin M.I., Chemekov V.V. Advanced technologies for heating and hot water supply in condition of low level of solar insolation // North Sun 2007. 11-th International Conference on Solar Energy at High Lati tudes. May 30-June 1, 2007, Riga, Latvia. Abstract Book.

5. Adomaviius V. Sizing of wind-based energy system for homestead‘s power and heat. // Proceedings of International Conference “Electrical and Control Technologies – 2007”. KTU, Kaunas, 2007. P. 157-162.

6. Adomaviius V. The concept of wind energy consumption for heat and power in the dwelling houses. // Technical and Technological Progress in Agriculture. Proceedings of the 12th International Conference.

Raudondvaris: IAE at LUA, 20-21 September, 2007. P.226-230.

7. Adomaviius V. Domestic heat and power from one renewable energy source. // Proceedings of the Lithuanian Academy of Applied Sciences.

– Klaipeda: KU, ISSN 1822-0754, 2008. №5.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АСИНХРОННЫХ МНОГОСКОРОСТНЫХ

ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

В АВТОНОМНЫХ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Д-р техн. наук Ф.А. Мамедов, канд. техн. наук А.В. Закабунин, Ветровая энергия представляет собой один из наиболее де шевых возобновляемых источников энергии. Являясь одной из форм солнечной энергии, он менее предсказуем, но более доступен, чем энергия солнца, и, кроме того, может использоваться как днем, так и ночью. Запасы ветра энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Особенно перспективным это направления является для России. Это обусловлено большой площадью территорий с низкой плотностью населения (районы крайнего Севера и Востока РФ), где энергообеспечение традицион ными методами, с выработкой на крупных электростанциях и дос тавкой по линиям электропередач, оказывается не рентабельным.

Основной характеристикой ветра, определяющей эффектив ность использования ветровой энергии, является его средняя ско рость. Однако, необходимо учитывать, что при этом мы имеем дос таточно высокое отклонение скорости ветра от расчетной средней величины, зависящее от многих факторов, таких как суточные коле бания, сезонные, погодные и т.д.

При расчете номинальной мощности ветроэнергетических установок (ВЭУ) от скорости ветра N (v) учитываются три харак терных значения скорости[1]:

vв – min значение, или скорость включения;

vр – расчетное значение;

vо – max значение, или скорость отключения.

При текущей скорости ветра v vв мощность ветротурбины равна нулю. В диапазон vв v vр мощность изменяется от нуля до номинального значения. При скорости vр v v0 мощность под держивается постоянной за счет регулирующих устройств. При ско рости ветра vо v происходит отключение ветроэлектрической ус тановки во избежание поломки.

Зависимость мощности ветроэлектрической установки от скорости ветра определяется выражением:

D - диаметр ветроколеса;

- плотность воздуха, кг/м3;

(v) - КПД установки при данной скорости.

Таким образом, мощность ветроэлектрической установки находится в кубической зависимости от скорости ветра. Причем при высоких скоростях ветра, когда мощность воздушного потока максимальна, возникают проблемы при его использовании, связан ные с механической (поломка башни, ветроколеса и т.д.) и электри ческой (повышение тепловых, токовых, электромагнитных нагрузок и т.д.) прочностью ветроэлектрической установки.

С точки зрения максимального использования энергии ветра необходимо, что бы частота вращения ветроколеса была переменная в соответствии с изменением скорости ветра. С другой стороны, по лучение электрической энергии должно производиться в виде пере менного напряжения постоянной частоты для возможности подачи электроэнергии в сети существующих энергосистем.

В этой связи заслуживает внимания вопрос использования асинхронной многоскоростной машины с полюсопереключаемой обмоткой в качестве генератора ВЭУ с переменной частотой враще ния ветроколеса. Это позволит не только расширить рабочий диапа зон vр v v0, но и поднять его КПД, поскольку сочетание данного типа генераторов с механическими устройствами, обеспечивающи ми получение постоянной частоты вращения для соответствующего числа пар полюсов (редукторов с переменным передаточным отно шением, устройств с гидравлической передачей мощности и т.д.) при определенных технологических допущениях соответствует вы ходному напряжению практически с постоянной частотой при ши роком изменении частоты вращения ветроколеса в соответствии с изменением скорости ветра.

Многоскоростные генераторы на основе асинхронных машин изменяемым числом пар полюсов статорных обмоток являются практи чески единственными, в которых подводимая при определенном числе пар полюсов асинхронного генератора энергия не подвергается допол нительному преобразованию и не расходуется в виде дополнительных потерь, вследствие чего их КПД может быть наиболее высоким из всех видов многоскоростных генерирующих систем.

Они отличаются так же простотой конструкции, отсутстви ем сложных устройств управления, высокой надежностью. В на стоящее время серийно выпускается ряд двух- и трехскоростных машин.

1. Автономная ветроэнергетика является одним из наибо лее перспективных видов электрообеспечения населения на боль шой площади территорий с низкой плотностью населения (районы крайнего Севера и Востока РФ), где энергообеспечение традицион ными методами, с выработкой на крупных электростанциях и дос тавкой по линиям электропередач, оказывается не рентабельным.

2. Изменение мощности на валу ветродвигателя носит слу чайный характер, с большими отклонениями в течении суток, сезо на, а так же очень сильно зависит от рельефа местности.

3. Использование в качестве генератора ВЭУ с переменной частотой вращения ветроколеса асинхронной многоскоростной ма шины с полюсопереключаемой обмоткой позволит не только рас ширить рабочий диапазон, но и поднять ее КПД.

1. Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобнавляемая энергетика: страте гия, ресурсы, технологии. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005. – 264 с.

2. Чернов Р.О. Автономная ветроэлектрическая установка. Диссерта ция на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.:

3. Шефтер Я.И. Ветроэнергетические агрегаты. М.: Машиностроение,

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ АСИНХРОННЫХ

ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ВЭУ, МАЛЫХ ГЭС

И ДЕТАНДЕР–ГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК

Канд. техн. наук Н.И. Богатырев, асп. Я.А. Ильченко, асп. В.М. Семенов (Кубанский ГАУ, г. Краснодар) Использование энергии ветра, воды и давление в магист ральных газопроводах связано с общей проблемой: переменная час тота вращения механического преобразователя будь то ветроколесо, гидро или газовая турбина. Как следствие – переменная частота тока генератора.

Проблема использования турбин - детандеров в режиме вы работки электроэнергии связана с тем, что окончательно не решен ряд технических проблем. Прежде всего не найдены способы на дежного уплотнения валов турбодетандеров, а утечки газа недопус тимы. Во-вторых, сложность регулирования скорости турбодетанде ров из-за неравномерности расхода газа. Это приводит к изменению частоты вырабатываемого тока синхронного генератора и сложности его синхронизации с сетью.

Решение этой проблемы, на наш взгляд, возможно при при менении энергосберегающих источников с бесконтактными асин хронными генераторами (АГ), работающими в различных режимах.

Работа АГ параллельно с сетью возможна в технических решениях [1-6]. Общий вид газотурбогенератора дан на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид: разрез герметической камеры с турбиной, генератором и проходными изоляторами Герметическая камера 1 имеет входной 2 и выходные пат рубки 3. Расширительная машина (турбина) 4 с выходным валом 5, через муфту 6 соединена с валом 7 АГ 8, который посредством стоек 9 крепится к корпусу камеры 1. Проходные изоляторы 10 соединены с одной стороны с сетью (А, В, С), а с другой – с зажимами 11 АГ 8.

При увеличении скорости вращения ротора АГ выше скоро сти вращения магнитного поля (o), он переходит в режим гене раторного торможения с отдачей активной мощности в сеть. Теоре тически скорость вращения ротора АГ может изменяться в широких пределах при сохранении частоты тока. В действительности высокие скорости не используются по условиям ограничения потерь и сохра нения высокого КПД. Реально скорость может изменяться на 15– 20% в пределах критического скольжения. Для снижения потерь и повышения эффективности предлагается применять многоскорост ной асинхронный двигатель в генераторном режиме [2, 4].

Решение проблемы автономного энергосберегающего источ ника возможно при использовании АГ с конденсаторным самовоз буждением [1, 4]. Как и в первом случае, турбина и АГ размещаются в герметической камере (рис. 1), а варианты включения конденсато ров возбуждения и нагрузки даны на рисунках 2, 3.

Проходные изоляторы 10 соединяют обмотку статора 11 АГ 8 с конденсаторами возбуждения 12 и 13 (рис. 2, 3). Статорная об мотка 11 соединена с силовым выпрямителем 14, а его выход с элек тролизной установкой 15 или инвертором тока 16, последний соеди няется с линией электропередачи А, В, С. Тогда мощность АГ отда ется в сеть и расходуется токоприемниками, подключенными к этой сети.

Рис. 2. Схема АГ с параллельной системой возбуждения Рис. 3. Схема АГ с параллельно-последовательной системой возбуждения и стабилизации напряжения при работе с инвертором тока Перспективно в применении автономное устройство для утилизации энергии газа (рис. 4, 5) [3]. Основные элементы: герме тическая камера 1, входной 2 и выходные 3 патрубки, турбина 4, датчик скорости 5, ведущий 6 и выходной вал 9 электромагнитной муфты 7, обмотка управления 8, ротор 10 многополюсного асин хронного генератора 11, стоек 12.

Проходные изоляторы 13 (рис. 5) соединяют обмотки стато ра 14, 15 и датчик скорости 5 с блоком коммутации 16, а обмотку управления 8 с усилителем 17. Выход блока коммутации 16 соеди нен с конденсатором возбуждения 18, дополнительными конденса торами 19 с выходными зажимами 20, устройством стабилизации напряжения 22, силовым выпрямителем 21 и формирователем им пульсов 23, который соединен с устройства синхронизации 24 и за дающим генератором частоты 25. Выход силового выпрямителя соединен с электролизной установкой 26, любой нагрузкой или ин вертором тока 27, а последний с линией электропередач.

Рис. 4. Автономное устройство для утилизации энергии газа Рис. 5. Схема функциональная автономного устройства За счет скольжения в электромагнитной муфте 7 происходит стабилизация частоты многополюсного АГ 11 на разных скоростях вращения и числе пар полюсов.

Аналогичным образом предлагается в качестве источника электроэнергии для ВЭУ также применять двух-, четырехскорост ные АГ [5,6].

Стабилизация выходных значениях частоты тока и напряже ния АГ для ВЭУ и малых ГЭС возможно с помощью планетарного механизма (рис. 6,7) [6].

ВЭУ или малая ГЭС содержит: ветро- или гидродвигатель 1, соединенный с ведущим валом 2 планетарного механизма 3, со стоящего из коренной шестерни 4, сателлитов 5, водила 6, солнеч ной шестерни 7, ведомого вала 8, с подшипниками 9;

электромаг нитный тормоз 10 с обмоткой управления 11;

асинхронный генера тор 12, вал которого соединен с ведомым валом 8 планетарного ме ханизма 3, а обмотка статора – с конденсаторами возбуждения 13, дополнительными конденсаторами 14 и выходными зажимами 15;

устройство стабилизации напряжения 16;

формирователь импульсов 17;

устройство синхронизации 18;

задающий генератор частоты 19;

усилитель 20.

Если вращать коренную 4 посредством вращающегося вала 2, а солнечную шестерню 7 затормозить, то сателлиты 5, обкатываясь по неподвижной солнечной шестерне 7, будут вести за собой водило 6, вращая ведомый вал 8 с определенным передаточным числом, за висящим от диаметра сцепленных шестерен. Изменяя усилие тор можения солнечной шестерни 7, можно регулировать или стабили зировать частоту вращения водила 6 и ведомого вала 8 независимо от частоты вращения ведущего вала 2.

Рис. 6. Схема функциональная ВЭУ или малой ГЭС Рис. 7. Графики, поясняющие работу схемы стабилизации частоты Формирователь импульсов 17 формирует короткие импульсы при переходе синусоиды напряжения через нуль (Uсин на рис. 7), а задающий генератор частоты 19 – импульсы прямоугольной формы заданной частоты, например 100 Гц (Uзад). В устройстве синхрони зации 18 сравниваются расстояния (фазы) между импульсами син хронизации и прямоугольными импульсами задающего генератора частоты 19 и формируются импульсы управления (iупр), которые усиливаются усилителем 20 и управляют электромагнитным тормо зом 10 посредством катушки 11. Система стабилизации частоты от слеживает угол фазового сдвига при каждом обороте, поэтому неза висимо от того, будут ли изменяться частота вращения приводного двигателя, скольжение АГ или нагрузка – выходная частота останет ся стабильной (в пределах точности задающего генератора).

1. АГ может работать в широком диапазоне изменения скоро стей параллельно с сетью и автономно с конденсаторным возбужде нием в составе турбин – детандеров, ВЭУ и малых ГЭС.

2. Многоскоростные АГ имеют более стабильные выходные параметры при значительных изменениях частоты вращения при водных двигателей.

3. Предложенные электромеханические регуляторы частоты вращения могут применяться с любым приводным двигателем.

1. Пат. RU 2138743, МПК F 25 B 11/00, F 17 D 1/04. Устройство для утилизации энергии газа / Н.И. Богатырев, О.В. Вронский, В.Г. Григулец кий и др. заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 97118065/06;

заявл.

30.10.97;

опубл. 27.09.99;

Бюл. № 27 – 6 c.: ил.

2. Пат. RU 2151971, МПК F 25 B 11/00. Газотурбогенератор / Н.И.

Богатырев, О.В. Вронский, Е.А. Зайцев и др. (РФ);

заявитель и патентооб ладатель КубГАУ. – № 97118075/06;

заявл. 30.10.97;

опубл. 27.06.00;

Бюл.

№ 18 – 6 c.: ил.

3. Пат. RU 2241921, МПК F 25 B 11/00 Автономное устройство для утилизации энергии газа / Богатырев Н.И., Вронский О.В., Екименко П.П. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2003110275/06;

за явл. 09.04.03;

опубл. 10.12.04;

Бюл. № 34. – 12 c.: ил.

4. Пат. RU 2257515, МПК F 25 B 11/00 Газотурбогенератор / Бога тырев Н.И., Темников В.Н., Курзин Н.Н. и др. (РФ) заявитель и патентооб ладатель КубГАУ. – № 2003115075/06 (015931);

заявл. 20.05.03;

опубл.

27.07.05;

Бюл. № 21. – 6 c.: ил.

5. Пат. RU 2225531 МПК F 03 D 7/04. Ветроэнергетическая уста новка / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Креймер А.С. и др. (РФ);

заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2002117609/06;

заявл. 01.07.02;

опубл.

10.03.04;

Бюл. № 7 – 6 c.: ил.

6. Пат. RU 2231686, МКП F 03 D 7/04 Ветрогидроэнергетическая установка / Богатырев Н.И., Трубилин Е.И., Сидоренко С.М. и др. (РФ) зая витель и патентообладатель КубГАУ. –№ 2002130670/06;

заявл. 15.11.02;

опубл. 27.06.04;

Бюл. № 18. – 7 c.: ил.

РУКАВНЫЕ ПЕРЕНОСНЫЕ И ПЕРЕДВИЖНЫЕ МИКРО-ГЭС

ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ГОРНЫХ РАЙОНОВ РОССИИ

В.Н. Алексеенко, канд. техн. наук Ю.У. Мавлянбеков, Ущерб в сельском хозяйстве от перерывов в электроснабже нии (они составляют более 70 ч в год на одно хозяйство против 2 ч – в развитых зарубежных странах), низкого качества электроэнергии, низ кой надежности электрооборудования и уровня эксплуатации оценива ется миллиардами рублей.

В себестоимости сельскохозяйственной продукции затраты на энергию составляют до 30%. В этих условиях необходимо максималь но использовать все имеющиеся резервы по использованию местных и нетрадиционных энергоисточников, в частности малых и микро гидро электростанций, комбинированных источников энергии на базе микро ГЭС и солнечных электростанций с использованием тепловой энергии.

Только для электроснабжения малоэнергоемких потребителей Дагестана, Кабардино-Балкарской Республики, Карачаево-Черкесской Республики, Республики Северная Алания, Алтайского края и Красно дарского края требуется более 7000 переносных и передвижных микро ГЭС и комбинированных источников энергии.

При анализе гидроэнергетических ресурсов горных и предгор ных районов, на примере Южного Федерального Округа и Алтайского края, выявлены следующие закономерности:

- притоки горных рек, берущих свое начало высоко в горах (3000 – 4000м над уровнем моря) имеют в среднем большие продоль ные уклоны (15 – 20м на 100м длины притока) и небольшие расходы воды (20 – 70л/сек) на территории Южного Федерального Округа, а на территории Алтайского края (1000 – 1700м над уровнем моря) имеют в среднем продольные уклоны (13 – 18м на 100м длины притока) и не большие расходы воды (10 – 50л/сек);

- в средней части притока (2000 – 3000м. над уровнем моря) ве личина продольных уклонов уменьшается до 10 – 15м. на 100м длины притока, а расходы воды увеличиваются до 50 – 70л/сек. на территории Южного Федерального округа, на территории Алтайского края (600 – 1000м. над уровнем моря) величина продольных уклонов уменьшается до 8 – 13м на 100м длины притока, а расходы воды увеличиваются до 70 - 100 л/сек;

- при впадении притока в основное русло реки происходит даль нейшее уменьшение продольных уклонов и соответственно увеличение расходов воды.

Такая же тенденция- уменьшение продольного уклона и увели чение расхода воды, наблюдается и у основного русла реки.

Рассмотрим, как пример, приток «Сема» реки «Катунь» и речку «Песчаная» Алтайского края.

На берегах только одного из многих притоков реки «Катунь»

притока «Сема» Республики Алтай находятся: 19 небольших поселков;

1 лесхоз;

1 оздоровительный лагерь;

1 туристическая база;

3 МТФ;

ОТФ;

2 маральника;

28 зимовок;

21 летник;

3 пасеки, а на небольшой речке «Песчаная»: 7 небольших поселков;

1 лесхоз;

2 МТФ;

4 ОТФ;

маральник;

22 зимника;

12 летников и 6 пасек.

Основные не электрифицированные потребители электроэнер гии в выше рассмотренных районах это объекты отгонного животно водства (молочно товарные фермы при лагерном содержании скота и бригады пастухов овец и коз на высокогорных пастбищах), а также зи мовки тех и других в зимний период времени. Кроме того необходимо учитывать электроснабжение пчеловодов с мая по октябрь месяц.

Вдоль горных рек располагаются небольшие поселения, туристические базы и базы отдыха, лишенные электроснабжения.

Основная часть овец и коз (около 90%)выпасаются на высоко горных пастбищах - районах формирования притоков небольших речек с продольными уклонами до 20м на 100м длины водотока и расходами воды до70 л/сек.

Основная часть крупного рогатого скота (около 85%) выпасается на пастбищах расположенных в зоне сформированных притоков рек с продольными уклонами до 15м. на 100м. длины водотока и расходами воды до 150 л/сек.

Учитывая гидроэнергетические ресурсы, а так же специфику производства и расположение не электрифицированных объектов для их электроснабжения определяется необходимая (возможная) мощ ность переносных и транспортабельных микро-ГЭС:

- для небольших бригад пастухов овец и коз, а также туристов, альпинистов, геологов, в зоне их передвижения и стоянок гидроэнерге тические запасы позволяют устанавливать на водотоках переносные микро-ГЭС мощностью 1-3-5 кВт;

- для ферм крупного рогатого скота (при содержании на летних отгонных выпасах), а также пчеловодов, лесников и геологов в зоне передвижения и стоянок гидроэнергетические ресурсы позволяют ус танавливать на притоках рек транспортабельные микро-ГЭС мощно стью до 20кВт;

-для небольших поселков, пограничных постов и застав, а также зимних ферм гидроэнергетические ресурсы позволяют устанавливать на притоках и мелких речках транспортабельные микро-ГЭС мощно стью до 100кВт.

Все сказанное выше позволяет с несколько новых позиций по дойти к выбору схем снятия энергии с водотока для микро-ГЭС мощ ностью до 10кВт.

Для этого класса энергоустановок наибольший интерес представ ляет напорная (рукавная) деривационная схема снятия энергии с водотока, приведенная на рис. 1.

Эта схема характеризуется следующим:

1. Деривация выгодна тогда, когда уклон притоков или самой ре ки велик, концентрация падения реки должна создаваться посредством деривации;

2. Схема концентрации напора в чистом виде приводит к тому, что в лучшем случае, из реки забирается лишь небольшая часть её сто ка;

3. Вода в начале используемого участка реки отводится из речно го русла водозаборником к которому подсоединяется водовод;

4 Водовод может представлять собой секционный гибкий на порный рукав, легко сматывающийся в бухту, с целью переноса его совместно с энергоблоком (переносные микро-ГЭС мощностью 0,5 – 1кВт и 3 – 5кВт а также передвижные микро ГЭС мощностью 8 – 10кВт);

5. Напорный рукав должен укладываться с уклоном, меньшим, чем средний уклон реки на этом участке и со спрямлением изгибов и поворотов русла, конец напорного рукава подводится к месту располо жения микро ГЭС.

Определение места установки микро ГЭС заключается в выборе мест установки водозаборника, энергоблока и места укладки напорных рукавов (трубопроводов).

При этом необходимо руководствоваться следующим:

- место установки водозаборника должно позволять устанав ливать его в русле водотока и закреплять с помощью материалов упаковки, камней, песка, дёрна и осуществлять стабильный забор воды из водотока;

- энергоблок должен быть установлен на берегу водотока ниже водозаборника. При этом место установки энергоблока должно быть расположено выше уровня паводков, а трасса для укладки напорных рукавов по возможности прямолинейной (рис. 1).

Условия эксплуатации, принятая схема снятия энергии с водо тока предопределяют и требования к конструкции станции.

Такие микро-ГЭС должны быть просты в управлении и надеж ны в эксплуатации, состоять из энергоблока, блока управления, бло ка возбуждения, блока нагрузки и рукавного водовода (рис. 2), не требовать постоянного обслуживающего персонала, монтаж и пуск в работу может быть осуществлен людьми без специальной подготов ки (микро-ГЭС 0.5 - 5кВт) и вахтовыми специалистами (микро-ГЭС мощностью 8 – 10кВт).

Основные требования к микро-ГЭС: простота конструкции, универсальность (работа на водотоках с большим диапазоном рас ходов и напоров воды);

эксплуатационная надежность (возможность продолжать работать во время прохождения по водотоку шуги и разного плавучего мусора);

высокая транспортабельность (мощно стью до 10 кВт переносятся, или транспортируются на лошадях вьюком);

возможность автоматического подключения в параллель ную работу модулей различной единичной мощности;

удельные по казатели цена-качество позволяющие обеспечивать бесперебойное снабжение дешевой электроэнергией высокого качества.

Достижение этих требований возможно за счет применения упрощенной двукратной турбины и определенной компоновки уз лов, простой и недорогой электрической схемой, а также комплекто вания микро-ГЭС напорными рукавами легко сматывающимися в небольшие бухты во время транспортировки, а так же кабелем даю щим возможность подсоединения потребителей к энергоблоку.

Энергоблок выполняется в виде рамы, на которой расположе ны: направляющий аппарат, двукратная турбина и генератор (допус кается использование в качестве генератора любой электрической машины общепромышленного применения, не ухудшающей техни ко-экономические показатели). Расположенные на раме узлы закры ты кожухом.

Энергоблок, блок управления, блок возбуждения и блок на грузки связаны между собой кабельными разъединителями.

От блока управления электрическая энергия передается по требителю посредством кабельной линии или воздушной линии электропередач.

Для переносных рукавных микро-ГЭС мощностью 0,5 - кВт и 3 – 5 кВт для удобства эксплуатации блок управления, блок возбуждения и блок нагрузки монтируются с энергоблоком на еди ной раме под кожухом.

Так как монтаж микро-ГЭС будет производиться в основном вдали от населенных пунктов, то в комплект поставки должны вхо дить:

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ С РАЗЛИЧНЫМ ТЕМ

ПЕРАТУРНЫМ ПОТЕНЦИАЛОМ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Основой современной топливной теплоэнергетики являются невозобновляемые энергоресурсы – природный газ, нефть, уголь, запасы которых ограничены. Поэтому актуальным является практи ческое использование возобновляемых источников энергии (солнеч ная энергия, геотермальные воды и др.). При этом необходимо ре шать важную проблему повышения эффективности использования энергетического потенциала последних [1-5].

В данной работе рассмотрена возможность совместной рабо ты геотермальных источников с различным температурным потен циалом для теплоснабжения. На схеме (рис. 1), в качестве примера, показаны три геотермальных источника с различными, в общем слу чае, температурами геотермальных вод и различными тепловыми потоками. После их смешивания к «Потребителю» тепловой энергии (система теплоснабжения) идет поток теплоты с температурой tп.

Рассмотрена эффективность совместной работы источников, а также некоторые условия и ограничения при этом.

Оценка эффективности выполнена на основе коэффициента использования располагаемой эксергии [3-5], который равен отно шению эксергии теплового потока перед потребителем к его эксергии на входе в источник (в данном случае – сразу после выхода воды из скважины).

Рис. 1. Схема совместного использования геотермальных источников:

И – источник;

n = 3;

ТП – тепловой пункт;

t – по формуле (2) В общем случае, для n источников с различными параметра ми получена зависимость для определения этого коэффициента для рассматриваемой системы (от входа в источник до входа в потреби тель):

где пт – потери тепловой энергии в теплопроводах между системой из n геотермального источников и системой теплоснабжения («По требителем»), в долях, пт = 0,08...0,12 ;

п = 1 Т о /Т п – эксергетиче ская температурная функция в интервале абсолютных температур Tо...Tn ;

Т о - абсолютная температура окружающей среды;

1 – то же, в интервале температур Tо...T1 ;

2 – то же, в интервале темпера тур Tо...T2 ;

n – то же, для n-го источника в интервале Tо...Tn ;

– доля теплового потока от данного геотермального источника в сум марном тепловом потоке от системы источников, т.е. на рис. Рис. 2. Коэффициент использования располагаемой эксергии в системе с двумя геотермальными источниками при различном их сочетании по долям тепловых потоков теплоносителей : t1 = var, t2 = 60 °C, tп = °C, сплошная линия – без учета потерь, т.е. пт = 0, прерывистая линия – с учетом потерь при пт = 0, В качестве примера выполнены расчеты по (1) для различ ных комбинаций параметров для схемы с двумя геотермальными источниками. Параметры и результаты расчетов представлены на рис. 2.

Можно отметить, что температура теплоносителя после теп лового пункта t п + t выше t п из-за тепловых потерь, которые учте ны выше коэффициентом пт. Величина t составляет где m – массовый расход теплоносителя, кг/с;

с – массовая удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кгК).

В целом для различных вариантов сочетания параметров схем совместного использования геотермальных источников сфор мулированы следующие условия.

1. Очевидно, что если температура воды каждого из всех ис точников больше t п, то их совместное использование возможно при любых долях тепловых потоков от этих источников, конкретные величины которых могут быть приняты по техническим соображе ниям, или ограничены дебитом скважин, или определены по макси мальному значению коэффициента использования располагаемой эксергии по формуле (1).

2. В случае, если температуры воды всех источников ниже t п, их использование для «Потребителя» невозможно.

3. Когда для группы источников в количестве р из всех n источников tи tп, а для остальных источников в количестве (n - p) tи tп, то для достижения температуры tп необходимо соблюсти ус ловие которое является алгебраической суммой величин и где Q ip – i-тый источник группы р;

Q i(n p) – i-тый источник группы (n - p). Условию (2) соответствует (применительно, например, к схеме с двумя источ никами) следующая алгебраическая сумма (при допущении равенст ва удельных массовых теплоемкостей воды в источниках):

Здесь m1 и m 2 – расходы воды из первого и второго источников, t 1 и t 2 – соответствующие температуры.

4. Таким образом, для оценки эффективности совместного использования геотермальных источников с различными температу рами теплоносителей на основе коэффициента использования рас полагаемой эксергии по зависимости (1) необходимо учитывать также изложенные выше ограничения и зависимости (3) и (4). Кон троль взаимного соответствия всех параметров осуществляется по соотношению p (1 пт ).

1. Бутузов В.А. Анализ геотермальных систем теплоснабжения России // Промышленная энергетика. 2002. №6. С. 53-57.

2. Гаджиев А.Г., Султанов Ю.И., Ригер П.Н. Геотермальное теплоснабже ние. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 120 с.

3. Ильин Р.А. Анализ эффективности теплоэнергетических установок.

ОЭП СНЦ РАН;

ЮНЦ РАН. Астрахань: «Новая линия», 2003. - 88 с.

4. Ильин Р.А. К проблеме оценки эффективности теплоэнергетических технологий в промышленной теплоэнергетике // Вестник Астраханского ГТУ. 2005. №6(29). С. 214-229.

5. Ильин А.К., Атдаев Д.И. Термодинамическая эффективность систем распределения геотермальных теплоносителей. Ростов-на-Дону: ЮНЦ РАН, 2005. - 130 с.

«ПИКОВЫЙ» КОТЕЛ В СИСТЕМЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Канд. техн. наук Р.А. Ильин, д-р техн. наук А.К. Ильин (ОЭП СНЦ РАН, г.Астрахань, г.Саратов) Технические решения геотермальных систем теплоснабже ния должны обеспечивать возможно большую величину срабатыва ния теплового потенциала геотермального теплоносителя и равно мерность использования максимального дебита скважины в течение сезона или года. На практике возможны варианты совместной рабо ты геотермального источника и традиционной топливной установ ки – пикового котла [1-4]. Это позволяет использовать низкотемпе ратурные скважины с догревом геотермального теплоносителя за счет котла.

Например: г. Рейкьявик (Исландия) – более 70 % отопитель ной нагрузки обеспечивается теплотой геотермальных вод с темпе ратурой на выходе из скважины 130 оС, остальную потребность в тепловой энергии покрывает пиковый котел;

г. Кизляр - геотермаль ная воды с температурой 105…107 оС поступает в геотермальную теплораспределительную станцию, где во втором контуре подогре вает воду для системы отопления и горячего водоснабжения, а пико вые нагрузки выполняются дополнительным котлом;

пос. Мостов ской (Краснодарский край) – геотермальный теплоноситель с темпе ратурой 75 оС от двух скважин поступает в баки-аккумуляторы, а затем используется для теплоснабжения жилых и административных зданий, однако пиковые нагрузки компенсируются котлом. В систе ме геотермального теплоснабжения в жилой зоне Средне Паратунского тепличного комбината на Камчатке используется пи ковый электрокотел. В проекте электро- и теплоснабжения г. Ма хачкалы также предусмотрен пиковый котел.

Рис. 1. Схема совместной работы геотермального источника и «пикового» котла (К): ТП – тепловой пункт;

И – источник Часто эффективность использования потенциала геотер мального источника определяется как доля используемой в системе теплоснабжения разности температур от всей разности температур «источник - окружающая среда» [1-3 и др.].

В данной работе для варианта совместной работы геотер мального источника и пикового котла, рис.1, выполнена оценка эф фективности на основе коэффициента использования располагае мой эксергии [4]. Он равен отношению эксергии теплового потока перед потребителем к сумме располагаемых эксергий на входе в систему: для геотермального источника это эксергия потока воды на выходе из скважины, для пикового котла – эксергия теплового пото ка продуктов сгорания топлива при стандартных условиях сжигания [5]. Таким образом, коэффициент учитывает, какая доля от пер вичной (располагаемой) эксергии подводится к потребителю. Он принципиально отличается от показателя «доля используемой раз ности температур» и от просто эксергетического к.п.д. системы гео термального теплоснабжения [2]. Применение этого коэффициента особенно важно вследствие включения в нее котла, в котором поте ри располагаемой эксергии намного выше, чем в геотермальном ис точнике.

Для этой схемы коэффициент получен в виде:

где пт – потери тепловой энергии в теплопроводе между ТП и сис темой теплоснабжения («Потребителем»), в долях, пт = 0,08...0,12 ;

п = 1 Т о /Т п – эксергетическая температурная функция в интервале абсолютных температур Tо...Tп ;

Т о – абсолютная температура ок ружающей среды, К;

и – то же, в интервале температур Tо...Tи ;

к – то же, в интервале температур Tо...Tк ;

т – то же, в интервале температур Tо...Tт ;

Tт – максимальная теоретическая абсолютная температура горения топлива в котле, определяемая при стандарт ных условиях [5], при сжигании газа Tт = 2313 К ;

= Q к /Q и ;

И – геотермальный источник;

К – пиковый котел;

ТП – тепловой пункт.

Снижение температур t к и t и после смешения соответст вующих потоков до ( t п + t ) на выходе из ТП происходит из-за на личия разности температур в теплообменниках ТП. Это ведет к по терям располагаемой эксергии. Величина t учитывает, что темпе Рис. 2. Зависимость коэффициента использования располагаемой эксергии системы «геотермальный источник - пиковый котел»

от соотношения тепловых потоков «котел - геотермальный источник»

ратура потока после ТП выше температуры t п из-за наличия тепло вых потерь в теплопроводе.

Формула (1), таким образо, учитывает влияние всех основ ных параметров схемы на ее эффективность.

Выполнены вариантные расчеты коэффициента по (1) для рассматриваемой системы при следующем сочетании парамет ров:

Т к = ( 273 + 150) К, Т т = 2313 К. Температура Т о принята постоян ной в данном случае, т.к. ее колебания по сезонам года вносят не большую погрешность в результаты расчета.

Результаты расчета представлены на рис.2, который показы вает, что на эффективность системы с пиковым котлом существенно влияет температура в геотермальном источнике. Наибольшее влия ние оказывает доля котла в общем тепловом потоке к потребите лю. И, как указано выше, чем большее участие котла в данной сис теме, тем меньше использование суммарной располагаемой эксер гии. Линия t и = 90 °С на рисунке разделяет две области: ниже нее находятся режимы работы системы, когда котел повышает общий тепловой поток к потребителю без изменения температуры после ТП, выше – когда температура источника ниже температуры, тре буемой потребителю, и котел догревает геотермальный теплоноси тель до 90 °С и увеличивает общий тепловой поток.

0, Рис. 3. Относительные характеристики совместной работы пикового котла и геотермального источника в соответствии с зависимостью (2) Параметр связан с параметрами зависимостями которые в графическом выражении на рис.3 удобно использовать для предварительного анализа.

1. Пиковый котел можно использовать в системе геотермального теплоснабжения для повышения общего теплового потока к по требителю и для догрева теплоносителя до нужной температуры.

2. Включение котла в систему геотермального теплоснабжения снижает коэффициент использования суммарной располагаемой эксергии в системе.

3. При реальных параметрах, в том числе – по величине (или ) эффективность использования располагаемой эксергии в систе мах геотермального теплоснабжения с пиковым котлом в 1,3-1, раза выше, чем в обычных отопительных котельных.

1. Алиев Р.М., Алхасов А.Б., Исрапилов М.И., Бадавов Г.Б. Геотер мальные проекты Республики Дагестан как объект привлечения инвестиций // Возобновляемая энергетика: проблемы и перспекти вы. Материалы международн. конф. Махачкала: ИПГ ДагНЦ РАН, 2005. С. 118-130.

2. Гаджиев А.Г., Султанов Ю.И., Ригер П.Н. Геотермальное тепло снабжение. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 120 с.

3. Внутренние санитарно-технические устройства: Справочник про ектировщика. Ч. 1. Отопление. (Раздел «Использование теплоты геотермальных вод») / В.Н. Богословский, Б.А. Крупнов, А.Н.

Сканави и др. - 4-е изд-е. - М.: Стройиздат, 1990. - 344 с.

4. Ильин А.К., Атдаев Д.И. Термодинамическая эффективность сис тем распределения геотермальных теплоносителей. Ростов-на Дону: ЮНЦ РАН, 2005. - 130 с.

5. Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования. М.: Нау

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДЫ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФАЗОВЫХ

ПЕРЕХОДОВ ВОДА-ЛЕД

В.М. Черноок (ГНУ НИИСХ Крайнего Севера, г.Норильск) Экспериментальный поиск технических решений для созда ния механизмов, использующих рассеянную в природе и выделяю щую в процессе фазовых переходов энергию, представляет собой актуальную задачу.

Для изучения динамики льдообразования в лабораторных условиях нами была спроектирована и установлена специальная ус тановка (рис. 1).Она состоит из трех основных узлов: исследуемого сосуда /стенда/, гидроцилиндра с набором грузов различной массы и электроизмерительной схемы.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной установки для изучения 1 - исследуемый сосуд (стенд);

2 - разогреватель;

3 - амперметр;

4 - трансформатор (регулируемый);

5 - наружный терморезистор;

6 - внутренний терморезистор;

7-8 - измерительные приборы;

9 - гидроцилиндр с поршнем;

10 - нагрузка;

11 - измерительная линейка;

12 - манометры;

13 - вентили;

14 - бак для масла;

15 - масляной монометр Исследуемые стенды представляют собой сосуды различной формы, отличающиеся механической прочностью и частичной обра боткой внутренних поверхностей, рабочим объемом от 0,1 до 100 кг воды. В некоторых опытах применялись сосуды с различными спо собами отогрева льда.

Измерительная схема состоит из набора датчиков, преобра зующих неэлектрические величины в электрические сигналы, моно метров высокого давления и электроизмерительных приборов. В ка честве датчиков использовались термоэлектрические термометры типа ТХК (хромель- капель), обеспечивающие точность измерения 0,1°С, и медные термометры сопротивления. Для регистрации тем пературы термометры присоединялись к потенциометру типа Н-ЗРЗ.

Давление в системе измерялось образцовыми и масляными мано метрами. В отдельных экспериментах для определения силы, разви ваемой в сосудах в связи с изменением объема, применялись дина мометры.

Характеристики стендов. Для изучения линейных (одно сторонних) перемещений замерзающего объема воды, определения нагрузок на лед в динамическом режиме и измерения величины объ емных приращений использовали сосуды из стальных труб общего назначения. Схемы таких стендов представлены на рис. 2. В опытах по определению давления внутри трубы, степени переохлаждения воды и силы взаимодействия образовавшейся твердой фазы со стен ками сосуда применяли простейшие стенды из толстостенных труб для буровых работ или цельнотянутых труб из нержавеющей стали.

Простой стенд для изучения динамики фазового перехода показан на рис.2,а.

Для определения влияния поверхности охлаждения на кине тику процесса замораживания использовали трубы с ребрами на внешней стороне, набор труб (гребенка) или труб достаточно боль шой длины (рис. 2,б).



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 14 |
 




Похожие материалы:

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) Открытое акционерное ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИИ им. Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. ДОКУЧАЕВА УТВЕРЖДАЮ УТВЕРЖДАЮ Министр сельского хозяйства Президент Российской академии Российской Федерации сельскохозяйственных наук _А. В. Гордеев _Г. А. Романенко 24 сентября 2003 г. 17 сентября 2003 г. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ...»

«МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно- производственной конференции Москва 2006 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно-производственной конференции, посвященной 40-летию начала осуществления широкомасштабной программы мелиорации Москва 2006 УДК 631.6 М 54 ...»

«ПЧЕЛОВОДСТВО А.Г МЕГЕДЬ В.П. ПОЛИЩУК Допущено Государственным агропромышленным комитетом Украинской ССР в качестве учебника для средних специальных учебных заведений по специальностям Пчеловодство и Зоотехния Киев Выща школа 1990 ББК 46.91я723 М41 УДК 638.1(075.3) Рецензенты: преподаватель М. И. Совкунец (Борзнянский совхоз-техникум Черни говской области), И. Ф. Доля (заведующий пчелофермой Республиканского учеб но-производственного комбината по пчеловодству) Переведено с издания: Мегедь О. Г., ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет. Институт наук о Земле ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVII Докучаевские молодежные чтения посвященной 110-летию Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева НОВЫЕ ВЕХИ В РАЗВИТИИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВА ПОЗНАНИЯ ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVI Докучаевские молодежные чтения посвященной 130-летию со дня выхода в свет книги Русский чернозем В.В. Докучаева ЗАКОНЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: НОВЫЕ ВЫЗОВЫ 4– 6 марта 2013 года ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения посвященной 150-летию со дня рождения Р.В. Ризположенского ПОЧВА КАК ПРИРОДНАЯ БИОГЕОМЕМБРАНА 1– 3 марта 2012 года Санкт-Петербург ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В.Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения В.В.Докучаева ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ СТРЕССОВ 1– 4 марта 2011 года Санкт-Петербург ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ ВЕТЕРИНАРНАЯ АССОЦИАЦИЯ МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ЗНАНИЯ МОЛОДЫХ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И АПК СТРАНЫ Санкт-Петербург 2012 1 УДК: 619 (063) Материалы международной научной конференции студентов, аспи рантов и молодых ученых Знания ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МАТЕРИАЛЫ ХІІ МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ (Гродно, 18-20 мая 2011 года) В ТРЕХ ЧАСТЯХ ЧАСТЬ 3 АГРОНОМИЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ ЗООТЕХНИЯ ВЕТЕРИНАРИЯ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ К 60-летию вуза Гродно УО ГГАУ УДК 63 (06) ББК М Материалы ХІІ Международной студенческой научной конференции. – Гродно, 2011. – ...»

«Казанский (Приволжский) федеральный университет Общество почвоведов им. В.В. Докучаева Институт проблем экологии и недропользования АН РТ НАСЛЕДИЕ И.В. ТЮРИНА В СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ПОЧВОВЕДЕНИИ Материалы международной научной конференции Казань, 15-17 октября 2013 г. И.В.Тюрин (1892-1962) Казань 2013 УДК 631.4 ББК 40.3 Печатается по решению Ученого совета Института фундаментальной медицины и биологии ФГБОУ ВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет Наследие И.В. Тюрина в ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издательство Санкт-Петербургского университета 2012 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2012 УДК 631.4 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: Б.Ф. Апарин (председатель), Е.В. Абакумов, ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издательство Санкт-Петербургского университета 2009 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2009 УДК 631.4 + 577.34 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: И.А. Горлинский (председатель), Б.Ф. ...»

«X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 25-27 сентября 2013 г. г. Благовещенск АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ БОТАНИЧЕСКОГО САДА-ИНСТИТУТА ДВО РАН АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ WWF РОССИИ БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОЮЗА АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РУССКОГО БОТАНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ АФ БСИ ДВО РАН X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ 25-27 сентября ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЫ IX МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ 31 марта 2011 Димитровград 2011 г. УДК 631 Редакционная коллегия: Главный редактор Х.Х. Губейдуллин Научный редактор Т.А. Мащенко Редакционная коллегия И.И. Шигапов А.М. Кадырова ...»

«Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки (Россия) Германо-российский кооперационный проект Развитие и внедрение современных технологий производства молока и говядины в РФ III РОССИЙСКО-ГЕРМАНСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Перспективы развития сельского хозяйства: кормопроизводство и кормление КРС как предпосылка высокой продуктивности в молочном и мясном скотоводстве ...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина В.А. Марков, Е.С. Иванов, Е.А. Лупанов Биоразнообразие и охрана природы Учебное пособие Рязань 2009 ББК 20.1я73 М26 Печатается по решению учебно-методического совета Государ ственного образовательного учреждения высшего профессиональ ного образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина в соответствии с ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.