ПОСТОЯННЫЙ КОМИТЕТ СОЮЗНОГО ГОСУДАРСТВА МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Белорусский национальный технический университет ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА: ПАРТНЕРСТВО И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ СТРАН И ТЕХНОЛОГИЙ Сборник научно-практической конференции в рамках Форума проектов программ Союзного государства – VI Форума вузов инженерно-технологического профиля 24–28 октября 2017 г. Минск БНТУ 2018 УДК 620.9 (06) ББК 31я43 Г54 В сборник включены материалы научно-практической конференции «Глобальная энергетика: партнерство и устойчивое развитие стран и техно- логий» в рамках Форума проектов программ Союзного государства – VI Форума вузов инженерно-технологического профиля. ISBN 978-985-583-180-9 © Белорусский национальный технический университет, 2018 3 СОДЕРЖАНИЕ СЕКЦИЯ 1 ОБРАЗОВАНИЕ В ОБЛАСТИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Н.Б. Карницкий, С.А. Качан, А.Г. Герасимова, А.Л. Буров ПОДГОТОВКА КАДРОВ ДЛЯ БЕЛОРУССКОЙ АЭС НА КАФЕДРЕ ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ БНТУ .................... 9 Е.Н. Живицкая, С.М. Сацук РАЗВИТИЕ МЕЖДУНАРОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА В ОБЛАСТИ ЯДЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (STAR-NET) ..................................... 12 В.Н. Романюк, А.А. Бобич КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ В УСЛОВИЯХ РАБОТЫ БЕЛОРУССКОЙ АЭС И ПОДГОТОВКА КАДРОВ ................................................................................. 16 А.Л. Буров, А.А. Павловская ТРЕНАЖЕРНАЯ ПОДГОТОВКА СТУДЕНТОВ В БЕЛОРУССКОМ НАЦИОНАЛЬНОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ДЛЯ ПЕРВОЙ БЕЛОРУССКОЙ АЭС ......................................................................... 19 Г.Т. Кулаков, А.Т. Кулаков, А.Н. Кухоренко КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ ВОДЫ В БАРАБАНЕ ПАРОГЕНЕРАТОРА ЭНЕРГОБЛОКА АЭС ...................................................................................................... 22 СЕКЦИЯ 2 ЭКОЛОГИЯ ЭНЕРГЕТИКИ, ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, СИСТЕМНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ С.В. Василевич, М.В. Малько, А.Н. Асадчий, В.Н. Богач, Д.В. Дегтеров ПОЛУЧЕНИЕ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА ПУТЁМ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ ДРЕВЕСНОЙ БИОМАССЫ ............................................................... 26 К.В. Добрего, Г.Б. Ковтун, А.Д. Дубатовка МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР–НАКОПИТЕЛЬ–ПОТРЕБИТЕЛЬ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ВИЭ ............................. 29 М.А. Комаревцев, А.Н. Попов, Д.А. Ярков СИСТЕМА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ НА БАЗЕ ГИБРИДНОЙ УСТАНОВКИ .................................................................................................................... 33 4 Ф. Свитала ОРИГИНАЛЬНАЯ ТУРБИНА ДЛЯ МАЛЫХ НАПОРОВ И МАЛЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ .................................................................. 35 В.Г. Григорьев, К.Ю. Шалабодова, Д.Б. Муслина РОЛЬ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОБАЛАНСЕ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ .............................................. 42 Ф. Свитала СТОЛЕТНЯЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ЛЕСНАЯ – ПАМЯТНИК АРХИТЕКТУРЫ ............................................................................................................... 44 Г.А. Стройков О РАСТУЩЕЙ РОЛИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ОБЩЕМИРОВОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ БАЛАНСЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ РФ ........................................ 52 А.И. Кангаш, Н.Р. Наумов, П.А. Марьяндышев ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ОСТРОВНЫХ ТЕРРИТОРИЙ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА ПРИМЕРЕ ПОСЕЛКА СОЛОВЕЦКИЙ ................................................................................................................ 56 А.М. Сафина ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СНИЖЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ АВТОДОРОГ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА ....................................................................... 61 В.Л. Червинский, А.М. Шимель МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ С ВЕТРОГЕНЕРАТОРОМ ......................................................................... 64 М.Ю. Назаренко, Н.К. Кондрашева, С.Н. Салтыкова ПОИСК СПОСОБОВ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛЬНЫХ ОТХОДОВ ТЭС НА ПРИМЕРЕ СЛАНЦЕЗОЛЬНЫХ ОТХОДОВ ..................................................... 68 В.Э. Блажук, В.Н. Ануфриев, О.И. Родькин ОБРАБОТКА ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД НА СООРУЖЕНИЯХ С НИЗКИМИ РЕСУРСО- И ЭНЕРГОЗАТРАТАМИ ............................................... 71 Д.В. Николаева, А.А. Наумов РАЙОНИРОВАНИЕ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ РЕГИОНОВ РОССИИ ПО ЗАТРАТАМ НА РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА В РУДНИКЕ ....................................................................................................................... 74 5 А.С. Панасюгин, А.И. Теран, В.Н. Ануфриев, С.В. Григорьев, Т.В. Силина ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОГО И КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ С ТЕМПЕРАТУРОЙ КИПЕНИЯ 40-140ºС В ВОДЕ МЕТОДОМ ТВЕРДОФАЗНОЙ МИКРОЭКСТРАКЦИИ (SPME) ................................................................................... 76 СЕКЦИЯ 3 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ М.И. Фурсанов, А.А. Золотой, В.В. Макаревич СХЕМНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ SMART GRID ....................................................................................... 81 М.А. Короткевич ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ....................... 84 Е.В. Калентионок АВТОМАТИЧЕСКОЕ СЕКЦИОНИРОВАНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННЫХ УЧАСТКОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ............................................................................................. 85 В.Б. Козловская, В.Н. Калечиц ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ СИСТЕМ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ...................................................................................... 88 В.А. Анищенко, Т.В. Писарук СЕМАНТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ДОСТОВЕРНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ .......................................................................... 91 И.В. Новаш, Ф.А. Романюк, В.Ю. Румянцев КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ ....................................... 93 Л.К. Галимова «УМНЫЕ» ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ .................................... 97 СЕКЦИЯ 4 ТЕПЛООБМЕН И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЭС И АЭС С.И. Страчинский, В.В. Янчук ПРИМЕНЕНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В СИСТЕМЕ ГОРОДСКОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ .......................................... 100 6 М.И. Валендюк, К.В. Прокопенко, И.Н. Прокопеня ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ВЫХОД БИОГАЗА .......................................................................... 104 О.В. Василевский, С.Ю. Гончаров, И.Н. Прокопеня ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БИОГАЗА ........................................................................................................................ 106 Д.Б. Муслина, Т.А. Петровская ПЛАНИРОВАНИЕ СЦЕНАРИЕВ НАЦИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СТРАТЕГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИ ENERGYPLAN ........................................................................................... 108 В.Н. Романюк, А.А. Бобич КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ В УСЛОВИЯХ РАБОТЫ БЕЛАЭС ......................... 111 В.А. Седнин, Т.В. Бубырь РЕГЕНЕРАТИВНО-УТИЛИЗАЦИОННОЕ ТЕПЛОИСПОЛЬЗОВАНИЕ В НЕПРОХОДНЫХ КАНАЛАХ ТЕПЛОТРАСС .................................................. 116 В.А. Седнин, А.А. Абразовский АНАЛИЗ И ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА БАЗЕ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ .......................................... 120 А.И. Минибаев, А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, А.Р. Мамлеева ИССЛЕДОВАНИЕ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ РАСТВОРОВ ПО ЭЛЕКТРОМЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ........................ 123 М.А. Коробицына ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ ........................................ 128 М.Л. Рудаков, Л.В. Степанова ТЕПЛООБМЕН РАБОТНИКА В СПЕЦИАЛЬНОЙ ОДЕЖДЕ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ В УСЛОВИЯХ ТЕРМОНЕЙТРАЛЬНОГО МИКРОКЛИМАТА УГОЛЬНЫХ ШАХТ ............................................................... 131 И.В. Качанов, В.В. Власов, М.В. Кудин, С.А. Ленкевич РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СКОРОСТНОГО ГОРЯЧЕГО ВЫДАВЛИВАНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕРЖНЕВОГО ИНСТРУМЕНТА .......................................................................... 135 7 И.В. Качанов, А.Н. Жук, А.В. Филипчик, В.А. Ключников ТЕХНОЛОГИЯ РЕВЕРСИВНО-СТРУЙНОЙ ОЧИСТКИ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВ ПЕРЕД ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКОЙ .................................................................. 138 С.М. Дмитриев, А.А. Добров, М.А. Легчанов, А.В. Рязанов, А.Н. Пронин, Д.Н. Солнцев, А.Е. Хробостов ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕШЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В СОВРЕМЕННЫХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ..................................................................... 142 С.М. Дмитриев, Д.В. Доронков, А.Н. Пронин, А.В. Рязанов, Д.Н. Солнцев, А.Е. Хробостов ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССООБМЕНА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРКАХ РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК С ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ .................................................................................. 145 СЕКЦИЯ 5 ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ В.Б. Таранчук, Д.В. Баровик МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ НИЗОВЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ ПРИ НАЛИЧИИ ПОЛЯН НА ПУТИ ОГНЯ ................ 149 Д.А. Осминко, В.В. Максаров ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ВЗРЫВООПАСНЫМИ СРЕДСТВАМИ В АТОМНОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ ........................................................ 152 В.Б. Таранчук МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ТЕСТИРОВЩИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ .................................. 156 В.В. Сорокин РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕКОМБИНАТОРА ВОДОРОДА ............................................................................. 159 Г.Т. Кулаков, Н.Б. Карницкий, А.Т. Кулаков, В.В. Кравченко, К.И. Артёменко МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ТИПОВОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ЭНЕРГОБЛОКА ............................................................................................................. 161 8 Г.Т. Кулаков, А.Т. Кулаков, В.В. Кравченко, К.И. Артёменко ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР С ЗАДЕРЖКОЙ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ....................... 164 А.А. Колотов, А.Н. Терентьев ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ЗАЩИТЫ ПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ .......................................... 170 В.З. Салахутдинова АНАЛИЗ АВАРИЙНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭНЕРГЕТИКЕ ................................. 172 9 СЕКЦИЯ 1 ОБРАЗОВАНИЕ В ОБЛАСТИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ УДК 621.311.25:621.039.524.4 ПОДГОТОВКА КАДРОВ ДЛЯ БЕЛОРУССКОЙ АЭС НА КАФЕДРЕ ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ БНТУ Н.Б. Карницкий, С.А. Качан, А.Г. Герасимова, А.Л. Буров Подготовка высококвалифицированных специалистов является одним из важнейших условий успешной реализации проекта Белорусской АЭС. Решение этого вопроса предусмотрено Государственной программой (да- лее – Госпрограмма) подготовки кадров для ядерной энергетики РБ на 2008-2020 годы, утвержденной постановлением Совета Министров РБ №1329 от 10 сентября 2008 года. Постановлением Совета Министров от 26 марта 2016 года № 250 утверждена Государственная программа «Об- разование и молодежная политика» на 2016-2020 годы, подпрограмма 10 «Подготовка кадров для ядерной энергетики». Основные задачи Госпрограммы: организация системы комплексной подготовки специалистов, получение знаний и навыков, необходимых для строительства и безопасной эксплуатации атомной электростанции, а также гарантия ядерной и радиационной безопасности, безопасности персонала АЭС, населения и окружающей среды. В соответствии с Указом Президента РБ от 12 ноября 2007 года № 565 «О некоторых мерах по строительству атомной станции» и Госпро- граммой, на кафедре «Тепловые электрические станции» (ТЭС) энергети- ческого факультета Белорусского национального технического универси- тета (БНТУ) в 2008 году открыта новая специальность 1-43 01 08 «Паро- турбинные установки атомных электрических станций», на которую в течение уже десяти лет осуществляется прием абитуриентов. Выпускники специальности 1-43 01 08 готовятся для профессиональ- ной деятельности не только в сфере производства в области проектирова- ния и эксплуатации АЭС, но также в сфере образования и науки. В насто- ящее время более 50 выпускников прибыли на работу в РУП «Белорусская АЭС» и Департамент по ядерной и радиационной безопасности (Госатом- надзор); два выпускника работают на кафедре ТЭС, обеспечивая учебный процесс по специальным дисциплинам в лабораториях, ассистируя и само- стоятельно проводя учебные занятия. Выпускники специальности 1-43 01 08 могут применить свои знания, проводя научные исследования в области проектирования и эксплуатации паротурбинных установок АЭС, модерни- зации оборудования, оптимизации технологических схем и природоохран- ных мероприятий и взаимодействия АЭС с окружающей средой. Подготовка специалистов ведется в соответствии с введенными в действие нормативными документами. В процессе обучения студенты 10 получают глубокую теоретическую подготовку по фундаментальным дис- циплинам и приобретают необходимые знания по всей технологической схеме производства электроэнергии на АЭС. Студенты осваивают базовые знания по ядерной и нейтронной физике, конструкции и работе ядерных энергетических реакторов, парогенераторов, паротурбинного и вспомога- тельного оборудования АЭС, наладке и диагностике оборудования, по ав- томатизированным системам управления, радиационной безопасности и обращению с радиоактивными отходами АЭС. Учебно-методическая база кафедры постоянно пополняется совре- менной учебной, справочной и научной литературой. Преподавателями кафедры подготовлены и изданы в издательствах «Вышэйшая школа», «Техническая литература» БНТУ и Белорусского государственного технологического университета ряд учебников и учеб- ных пособий в рамках изучения дисциплин специальности 1-43 01 08. С целью повышения уровня подготовки инженеров для чтения специ- альных дисциплин приглашаются специалисты отечественных и иностран- ных вузов и энергетических предприятий, среди которых: Институт атомной энергетики (г. Обнинск, Россия), Ульяновский государственный университет (г. Ульяновск, Россия), Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности (г. Севастополь, Украина – Россия), Объединен- ный институт энергетических и ядерных исследований – Сосны НАН Б, Бе- лорусский государственный университет, Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова и др. Кафедра ТЭС имеет хорошо оснащенную лабораторную базу. Благодаря финансированию, предусмотренному Госпрограммой, ее пополнили совре- менные лабораторные стенды и установки: воздушные турбины оснащены современной системой вибрационного контроля; внедрены стенды по балан- сировке вращающихся механизмов и исследованию гидравлических характе- ристик насосного оборудования, центробежных и осевых вентиляторов, вен- тиляторной градирни, а также современные средства теплотехнических из- мерений, которые используются на действующих электростанциях, приборы для проведения химического анализа и подготовки теплоносителя, стенды для исследования термодинамических процессов и процессов теплопередачи. На персональных компьютерах установлена компьютерная обучающая си- стема (КОС) по основам Политики, Руководства и Технологии АЭС (проект МАГАТЭ); внедрен аналитический тренажер турбинного отделения АЭС с ВВЭР-1000 (проект МАГАТЭ), который обеспечивает выработку общих навыков по управлению турбогенератором АЭС с реактором ВВЭР в режимах нормальной эксплуатации, режимах с нарушениями нормальной эксплуатации и аварийных режимах. Для закрепления теоретических знаний студенты младших курсов специальности 1-43 01 08 проходят практику на традиционных тепловых электростанциях Беларуси. На старших курсах производственная и пред- 11 дипломная практики проводится за рубежом: на АЭС, в учебно- тренировочных центрах (подразделениях) АЭС, в учебных вузах. Основные базы практики – филиалы АО «Концерн Росэнергоатом» (Россия): Нововоронежская АЭС (г. Нововоронеж); Калининская АЭС (г. Удомля), Ростовская АЭС, (г. Волгодонск), Смоленская АЭС (г. Десно- горск); Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности (г. Севастополь, Украина – Россия); Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (г. Нижний Новгород, Россия) и др. В 2012 году студенты проходили производственную практику по про- грамме Германской службы академических обменов (ДААД) в Германии, где ознакомились с устройством и эксплуатацией современных объектов энергетики, которые не имеет аналогов в Беларуси. Это действующие и находящиеся в стации демонтажа АЭС; объекты захоронения ядерных от- ходов; исследовательская шахта, где на месте геологического соляного обра- зования на глубине около 900 м велись исследования о его пригодности к организации постоянного подземного захоронения радиоактивных отходов. В 2016 году производственная практика проходила в «Институте управления ядерными знаниями» – NKMI (г. Вена, Австрия), а в 2017 году – на АЭС «Моховце» (г. Левице, Словакия). Ежегодно несколько студентов принимают активное участие в школе- семинаре «Ядерная энергетика и нераспространение: ответ на вызовы со- временности», которая ежегодно проходит в Национальном исследова- тельском ядерном университете «МИФИ» (г. Москва). В рамках выполнения Госпрограммы преподаватели кафедры посетили ведущие вузы России и Украины для ознакомления с учебными планами и программами, материально-технической базой и особенностями подго- товки студентов-атомщиков; прошли курсы повышения квалификации и стажировки в Институте атомной энергетики (г. Обнинск, Россия), в Национальном ядерном университете «МИФИ», в учебном центре CETIC Международной Академии атомной энергетики (Chalon-sur-Saône, Фран- ция), NKMI (г. Вена, Австрия); неоднократно посещали строительную пло- щадку Белорусской АЭС, а также принимают участие в различных семина- рах, проводимых МАГАТЭ. Отметим также, что в РУП «Белорусская АЭС» работает более сотни выпускников специальности 1-43 01 04 «Тепловые электрические стан- ции», получившие опыт работы на традиционных для Беларуси ТЭС и прошедшие специальную подготовку на АЭС, как на рабочих должно- стях, так и на специализированных курсах учебно-тренировочных центров и подразделений АЭС России, Литвы и дальнего зарубежья. Вывод. Подразделение ЭФ БНТУ – кафедра «Тепловые электриче- ские станции» предоставляет широкие возможности получения современ- ных знаний в области ядерной энергетики, обеспечивает высокое качество теоретических и практических занятий, в том числе производственной 12 практики. Полученный опыт и знания инженеры-энергетики, подготовлен- ные по специальности «Паротурбинные установки АЭС», смогут успешно использовать при работе на первой Белорусской АЭС. УДК 621 РАЗВИТИЕ МЕЖДУНАРОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА В ОБЛАСТИ ЯДЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (STAR-NET) Е.Н. Живицкая, С.М. Сацук Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники В соответствии с рекомендациями Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) система подготовки кадров для ядерной энергетики должна базироваться на принципах применения системного подхода к подготовке персонала, основанного на соответствующих доку- ментах МАГАТЭ, международном опыте, а также на соответствии системы подготовки персонала требованиям законодательства в области ядерной и радиационной безопасности. В этой связи ряд стран, членов МАГАТЭ, как с развитой ядерной ин- фраструктурой, так и с развивающейся, выразили желание о сотрудниче- стве для обмена опытом в области ядерной энергетики и обеспечения ста- бильного развития ядерного сектора. В части образования в области ядерных технологий наблюдаются за- метные различия в уровне подготовки и использования ресурсов в зависи- мости от экономического развития страны и применения ядерных техноло- гий: нехватка кадров в одних странах и эффективные образовательные си- стемы для подготовки высококвалифицированных кадров в других. Это обозначило необходимость сотрудничества между учебными заведе- ниями, научными центрами и организациями стран региона Восточной Ев- ропы и Средней Азии. Эти страны обозначили потребность в обеспечении квалифицированными кадрами для эффективной работы ядерного сектора, а также для будущего расширения и развития науки. С 22 по 24 апреля 2015 года в БГУИР проходило консультативное со- вещание в рамках создания Региональной сети ядерного образования и подготовки персонала в области ядерной энергетики. В ходе совещания было принято решение о необходимости создания региональной сети, вы- работан план мероприятий по созданию сети в составе стран региона Во- сточной Европы и Средней Азии и взаимодействию с МАГАТЭ. 17 сентября 2015 года в МАГАТЭ состоялось подписание Соглашения о создании сети ядерного образования STAR-NET. Соглашение подписали представители 12 университетов из 6 стран: Армении, Азербайджана, Рес- публики Беларусь, Казахстана, России и Украины. Это новая региональная сеть ядерного образования (аналог ANEN, LANET, AFRA-NEST, ENEN и др.), охватывающая регион Восточной Европы и Средней Азии. Сеть со- 13 здана под эгидой МАГАТЭ. Инициаторами создания сети выступили Бело- русский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» и Ниже- городский государственный технический университет им Р.Е. Алексеева. В декабре 2015 года Региональная сеть STAR-NET была зарегистри- рована как ассоциация в соответствии с Австрийским законом об ассоциа- циях с международным участием. Основной целью региональной сети STAR-NET является улучшение качества подготовки кадров для ядерной энергетики стран-участников сети через сотрудничество в области ядерного образования и проведение сов- местных научных исследований. Направления деятельности:  образовательная деятельность и учебно-методическая работа;  профессиональная подготовка и взаимодействие с атомной промышленностью;  исследовательская и научно-техническая деятельность;  управление ядерными знаниями;  информационные системы поддержки деятельности сети. Органами управления региональной сети являются: Генеральная Ас- самблея, Президиум, Президент и Ученый секретарь, Исполнительный Ди- ректор. В ходе учредительной Генеральной Ассамблеи членов сети были выбраны управляющие органы STAR-NET: Президиум, Президент, Ученый секретарь, Исполнительный Директор. Определены 5 рабочих групп по направлениям деятельности сети. Президентом выбран ректор НИЯУ «МИФИ» Стриханов М.Н. Ученым секретарем – проректор по учебной ра- боте БГУИР Живицкая Е.Н. О своем интересе и возможном присоединении к этой сети заявили ведущие университеты Болгарии, Словакии, Венгрии. В качестве исполнителей в сети STAR-NET выступают рабочие груп- пы, которые представляют участников STAR-NET: Группа 1. Вебсайт, включая образовательный портал:  создание веб-страницы, образовательного портала, базы данных, (разработка ТЗ: дизайн, функционал, администрирование);  интеграция системы дистанционного обучения CLP4NET в образо- вательный портал;  координация создания образовательного портала и его обслуживания;  актуализация базы данных для хранения информации. Группа 2. Программы, модули и дисциплины обучения:  инвентаризация и определение программ обучения, дисциплин для под- готовки специалистов в области ядерных технологий, доступных в регионе;  определение возможностей дистанционного обучения и/или курсов электронного обучения;  актуализация и передача соответствующей информации для публи- кации на веб-сайте. 14 Группа 3. Учебно-методические материалы:  сбор, комплектация и обмен современными учебно-методическими материалами;  продвижение разработки новых и инновационных учебно- методических материалов;  разработка учебных материалов и модулей для систем дистанцион- ного обучения;  разработка методического обеспечения и учебных материалов для повышения квалификации персонала ядерной сферы;  систематизация категорий ядерных знаний, эксплуатация ядерных энергетических установок;  передача материалов для публикации на веб-сайте;  формирования дисциплины по управлению ядерными знаниями. Группа 4. Педагогическая и технологическая поддержка:  подготовка документов, в которых отражено использование педаго- гических и технологических принципов, практик, методов и ресурсов;  разработка для портала STAR-NET виртуального содружества по оказанию педагогической и технологической поддержки;  организация традиционных и дистанционных семинаров. Группа 5. Исследовательская и научно-техническая деятельность:  организация научных исследований и распространения инноваци- онных знаний в сфере ядерных технологий;  совместное пользование уникальным научно-исследовательским оборудованием (исследовательские ядерные реакторы и др.);  создание базы данных реферативной информации в исследователь- ской и научно-технической деятельности с учётом интеллектуальной соб- ственности и авторского права;  определение возможностей обмена научными сотрудниками, аспи- рантами, докторантами;  развитие методов оценки и усовершенствования показателей каче- ства работы системы управления ядерными знаниями на АЭС. Группа 6. Организация сотрудничества:  определение возможностей для обмена студентов и преподавателей;  определение различных форм финансовой и юридической поддерж- ки для организации обмена студентами и преподавателями;  определение возможностей комплектации и форм передачи обору- дования для подготовки специалистов в области ядерных технологий;  актуализация и передача соответствующей информации для публи- кации на веб-сайте. В каждой рабочей группе определен университет-координатор и руко- водитель, который несет ответственность за организацию деятельности рабо- чей группы по выполнению запланированных на текущий год мероприятий и представление годового отчета на Генеральной Ассамблее STAR-NET. 15 В апреле 2016 года в БГУИР состоялось рабочее совещание в рамках Региональной сети по подготовке кадров для ядерной энергетики STAR- NET. В ходе совещания подготовлен план работы тематических групп на 2016 год и обсуждены текущие вопросы сотрудничества в области ядерного образования. В июне 2016 года на основе STAR-NET была организована производ- ственная практика студентов БГУИР и БНТУ на базе штаб-квартиры МАГАТЭ в г. Вена (Австрия). В качестве организаторов практики выступили Региональная сеть STAR-NET и Институт управления ядерными знаниями г. Вена (Австрия). В программу практики были включены лекционные и практические занятия, технические визиты, круглые столы, индивидуальная работа студентов. Преподавательский состав состоял из 19 человек, представ- ляющих разные страны и континенты. В качестве технических визитов орга- низовано посещение центра МАГАТЭ по чрезвычайным ситуациям и исследовательского реактора TU Wien/Atominstitut Stadionallee 2 A-1020. Индивидуальная работа студентов проводилась дистанционно с использова- нием платформы МАГАТЭ «CLP4NET». В октябре 2016 года на базе НИЯУ «МИФИ» состоялось совместное заседание участников Генеральной Ассамблеи и Президиума. Рассмотрены общие вопросы сотрудничества, подписан протокол по итогам совместного заседания участников Генеральной Ассамблеи и Президиума STAR-NET. Были обсуждены вопросы, связанные с совместной работой по направле- ниям тематических групп (итоги деятельности, предложения университе- тов-координаторов и планы работ на 2017 год). В апреле 2017 года на базе Белорусского национального технического университета состоялось рабочее совещание STAR-NET. На этом совеща- нии были обсуждены вопросы, касающиеся работ по направлениям «Про- граммы, модули и дисциплины обучения», «Исследовательская и научно- техническая деятельность» а также заслушан отчет об участии представите- лей сети STAR-NET в совещании региональных сетей ядерного образования в г. Манчестере. Под эгидой STAR-NET и при непосредственном участии НИЯУ «МИФИ», БГУИР и БНТУ в 2015 и 2016 годах была организована и прове- дена Международная студенческая олимпиада по ядерной физике и ядер- ным технологиям. Региональная сеть образования и подготовки кадров в области ядерных технологий STAR-NET является связующим звеном для реализа- ции научно-образовательных проектов в области подготовки кадров для ядерной энергетики. 16 УДК 629.735 КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ В УСЛОВИЯХ РАБОТЫ БЕЛОРУССКОЙ АЭС И ПОДГОТОВКА КАДРОВ В.Н. Романюк, А.А. Бобич Белорусский национальный технический университет В условиях избытка генерирующих мощностей и значительного изме- нения их структуры развитие энергосистемы должно связываться с меро- приятиями по обеспечению условий стабильности и повышения эффектив- ности ее работы. Требуются изменения в работе всех энергоисточников, ко- торые при сохранении или повышении надежность энергосистемы должны обеспечивать дальнейший рост системного энергосберегающего эффекта. С усложнением структуры и режимов функционирования системы все более актуальным становится проблемы выбора вариантов планируемых к внед- рению технических решений. В этих условиях для оценки эффективности энергосистемы, кроме традиционных и абсолютно необходимых показате- лей надежности и экономичности, следует рекомендовать термодинамиче- ские критерии [1]. С вводом Белорусской АЭС прогнозируются избытки мощности в период ночных провалов в отопительный и межотопительный периоды возникает проблема регулирования графиков нагрузки энергосистемы, по- скольку из генерации вытесняются традиционные регуляторы мощности, и решение комплекса задач, сопутствующих проблеме, невозможно без участия ТЭЦ. Для ликвидации ожидаемых избытков мощности предусматривается использование тепловых нагрузок систем теплоснабжения, часть которых планируется передавать в часы провалов электропотребления от традици- онных теплогенерирующих источников к взаимосвязанным комплексам в составе «электрокотел  тепловой аккумулятор», обеспечивающих уве- личение электрической нагрузки энергосистемы Беларуси [2]. Указанные комплексы безусловно необходимы в условиях, которые будут иметь ме- сто в энергосистеме страны, поскольку при должной их суммарной мощ- ности в состоянии обеспечить необходимую динамику процесса регулиро- вания выполнения соотношения «генерация  потребление электроэнер- гии». Вместе с тем, такое искусственное увеличение электрической нагрузки не решает всех задач, традиционно имеющих место в энергосистеме, например, надежность тепло- и электрообеспечения по- требителей, снижение удельного расхода топлива на ТЭЦ, а также про- блем, связанных с необходимостью разгрузки отборов паровых турбин до технического минимума. Также следует отметить, что результаты коли- чественной оценки термодинамической эффективности энергосистемы Бе- ларуси после ввода в строй АЭС и электрокотлов и сравнение их с данны- ми по существующему положению в энергосистеме указывают на сниже- 17 ние ее термодинамической эффективности от 2,3% в отопительный период до 3,2% в межотопительный период [3], рис. 1. Рисунок 1 – Сравнение эксергетического КПД энергосистемы Беларуси в 2015 и в 2020 году при работе Белорусской АЭС и электрокотлов В свете изложенного очевидна необходимость придания не свойствен- ных ТЭЦ функций ни сегодня, ни в недавнем прошлом, и которые жела- тельно будет выполнять без ухудшения одного из основных показателей ра- боты ТЭЦ  удельного расхода топлива на отпускаемые потоки электро- энергии и тепловой энергии. Такими новыми, востребованными со стороны энергосистемы к ТЭЦ страны функциями, на наш взгляд, будут две: 1. способность резервировать и изменять генерацию электроэнергии при сохранении отпуска тепловой энергии без перерасхода природного га- за и без потери моторесурса основного оборудования; 2. способность значительно изменять (снижать) удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении. При указанных функциональных требованиях необходимо обеспечить высокие технико-экономические показатели ТЭЦ:  снизить УРТ до уровня лучших теплотехнологических когенераци- онных комплексов промышленных предприятий, т. е. величины УРТ на уровне не более 150 г/(кВт·ч) для обеспечения конкурентоспособности электроэнергии, выработанной на ТЭЦ;  обеспечить надежность снабжения тепловых потребителей в соот- ветствии с их категорийностью и с сохранением комбинированной выра- ботки отпускаемых тепловой и электрической энергии;  минимизировать рассеяние энергии за счет утилизации низкотемпе- ратурных тепловых потоков и вытеснением процессов дросселирования. Для достижения указанных целей в работе [4] предложены перспек- тивные технические мероприятия, позволяющие повысить эффективность энергосистемы путем внедрения на ТЭЦ абсорбционных бромисто- литиевых тепловых насосов (АБТН), тепловых аккумуляторов (ТА) и ин- теграции в состав ТЭЦ высоких начальных параметров ГТУ по сбросной схеме с основным оборудованием. Единовременное внедрение перечис- ленных мероприятий в полном объеме, при всей заманчивости такой реа- лизации, по различным причинам оказывается невозможным. В этой связи очевидна необходимость оценки вклада в ожидаемый эффект (возможно- 18 сти резервирования, снижения расхода природного газа и пр.) того или иного из перечисленных мероприятий, а также определения количе- ственной оценки эффективности энергосистемы с многоукладной структу- рой энергоисточников: КЭС, ТЭЦ, котельные на органическом топливе, АЭС на ядерном топливе, электрокотлы на ТЭЦ, электрокотельные, ГЭС, ветроэлектростанции. В [1, 5] показана целесообразность применения для принятия решения по выбору варианта развития системы термодина- мического метода, и, в частности, на базе расчета термодинамического КПД для получения количественной оценки термодинамической эффек- тивности энергосистемы Беларуси на различных стадиях ее развития: от текущей ситуации, до интеграции в ее состав АЭС и дальнейшего со- вершенствования с применением комплекса технических решений. Реализация комплекса мероприятий, рассмотренных выше, обеспечи- вает дополнительно после ввода в строй АЭС уменьшение потребления природного газа до 0,74 млн т у.т. в год, что, в конечном итоге, увеличивает термодинамическую эффективность энергосистемы до 32,2%, однако требу- ет специалистов соответствующей квалификации, которых следует адапти- ровать и подготавливать к складывающимся в энергосистеме условиям. Выводы: Термодинамическая эффективность энергосистемы может быть дополнительным объективным и стабильным показателем при приня- тии соответствующих решений внедрения энергосберегающих мероприятий. Ввод АЭС улучшает структуру генерирующих мощностей энергоси- стемы, снижает потребление природного газа до 4,2 млн т у.т., однако при этом, что ожидаемо, ухудшается термодинамическая эффективность энергосистемы с 33,1 до 30,6%. Для реализации рассмотренного комплекса технических решений, ко- торый позволит повысить эффективность использования природного газа на ТЭЦ, следует рекомендовать существующим специалистам ТЭЦ пройти переподготовку для возможности адаптации к грядущим изменениям и приданием ТЭЦ несвойственных для них функций в части регулирова- ния графика генерации электрической мощности. Также следует усилить подготовку студентов по специальностям кафедры «Тепловые электриче- ские станции». Список использованных источников 1. Романюк В.Н. К вопросу оценки термодинамической эффективности Белорусской энергосистемы / В.Н. Романюк, В.А. Седнин, А.А. Бобич // Энергия и Менеджмент.  2016.  № 6.  С. 2–7. 2. Разработка мероприятий по режимной интеграции Белорусской АЭС в баланс энергосистемы: отчет о НИР/ Науч.-исслед. и проект. Республ. Унитарн. Предпр. «Белорусский теплоэнергетич. ин-т»; рук. Работы Ф.И. Молочко. – Минск, 2014. – 96 с.  № Б-14-7/1. 19 3. Романюк В.Н. Оценка термодинамической эффективности функцио- нирования энергосистемы Беларуси в условиях работы Белорусской АЭС / В.Н. Романюк, А.А. Бобич // Энергия и Менеджмент.  2016.  № 4.  С. 2–9. 4. Романюк В.Н. К вопросу о диверсификации вариантов регулирова- ния мощности генерации Белорусской энергосистемы / В.Н. Романюк, А.А. Бобич // Энергия и Менеджмент.  2015.  № 6.  С. 3–8. 5. Андрющенко А.И. Показатели эффективности сложных систем энер- госнабжения и взаимосвязь между ними / А.И. Андрющенко // Материалы четвертой Российской научно-технической конференции «Энергосбереже- ние в городском хозяйстве, энергетике, промышленности», Ульяновск, 2425 апреля 2003 г. / Ульяновский государственный технический универ- ситет.  Ульяновск, 2003.  С. 1214. УДК 621.039 ТРЕНАЖЕРНАЯ ПОДГОТОВКА СТУДЕНТОВ В БЕЛОРУССКОМ НАЦИОНАЛЬНОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ДЛЯ ПЕРВОЙ БЕЛОРУССКОЙ АЭС А.Л. Буров, А.А. Павловская Белорусский национальный технический университет В рамках реализации Государственной программы подготовки кадров для ядерной энергетики Республики Беларусь на 2009–2020 годы на энерге- тическом факультете Белорусского национального технического университе- та (БНТУ) в 2008 году открыта новая специальность 1-43 01 08 «Паротур- бинные установки атомных электрических станций», выпуск специалистов по которой обеспечивает кафедра «Тепловые электрические станции» (ТЭС). Строительство атомной электростанции является одним из стратеги- ческих направлений развития энергетики Беларуси, а подготовка соб- ственных высококвалифицированных специалистов – одним из важнейших факторов реализации этого проекта. Особенностью подготовки инженеров для энергетики, в особенности для работы на объектах атомной энергетики, является сочетание глубоких теоретических знаний и приобретенных практических навыков. Строительство Белорусской АЭС потребует специалистов, способных обеспечить пуск и эксплуатацию энергоблоков с соблюдением требований ядерной и радиационной безопасности. При комплектовании штата АЭС не- обходим подготовленный оперативный персонал блочных щитов управления: ведущие инженеры по управлению реактором (ВИУР) и турбиной (ВИУТ). Оперативный персонал в ходе своего обучения должен получить знания, достаточные для самостоятельной деятельности по управлению энергобло- ком АЭС; развить навыки приема, оценки и переработки информации, при- нятия решений и их реализации, увязки сведений, получаемых от средств отображения информации, с ходом технологических процессов. Для буду- щих работников атомной электростанции важно понимать взаимосвязь меж- 20 ду состоянием технического оборудования и ходом технологического про- цесса, знать эталонные модели состояния объекта управления, цели и моти- вы, которыми должен руководствоваться оператор в своей деятельности. Поскольку трудовая деятельность кроме знаний требует умений и навыков, молодой специалист, попав на предприятие, проходит этап прак- тической адаптации. И чем сложнее производственный процесс, тем более длительным будет этот период. Это требует пересмотра процесса подготов- ки и использования нового, системного подхода к обучению: структура под- готовки специалистов для атомной энергетики в вузе должна согласовы- ваться с требованиями подготовки оперативного персонала на АЭС. В 2015 году в лаборатории была введена в учебный процесс специали- зированная учебно-исследовательская лаборатория «Турбинное отделение АЭС с ВВЭР-1000» создана в НИЯУ МИФИ и поставлена по заказу МАГАТЭ в Белорусский национальный технический университет. Лаборатория «Турбинное отделение АЭС с ВВЭР-1000» обеспечивает практические занятия по спектру дисциплин специальностей, связанных с проектированием и эксплуатацией АЭС, управлением турбоагрегатом и его вспомогательными системами. Целью обучения, реализуемого на базе лаборатории, являются:  практическое освоение теоретических знаний по конструкции турби- ны и сопутствующему оборудованию, назначению и составу технологиче- ских систем турбогенератора и технологическим процессам в оборудовании, эксплуатационным режимам и принципам безопасной эксплуатации, назна- чению и структуре систем управления и защиты, принципам и алгоритмам управления турбогенератора;  приобретение общих навыков по управления турбогенератором АЭС с реактором ВВЭР-1000 в режимах нормальной эксплуатации и ре- жимах с нарушениями нормальной эксплуатации. Рисунок 1 – Рабочая станция аналитического тренажера турбинного отделения Рисунок 2 – Формат «Турбина» аналитического тренажера турбинного отделения 21 На рис. 1 и 2 представлены соответственно рабочая станция аналити- ческого тренажера турбинного отделения и формат «Турбина», являющий- ся основным рабочим экраном тренажера. В настоящее время тренажер «Турбинное отделение АЭС с ВВЭР- 1000» реализует для студентов как режимы нормальной эксплуатации, так и аварийные режимы. К режимам нормальной эксплуатации относятся такие режимы, как: 1. Пуск турбоагрегата 2. Останов турбоагрегата 3. Режимы нормальной эксплуатации 4. Режимы подачи питательной воды в парогенераторы: • включение в работу деаэрационной установки (заполнение и прогрев); • включение в работу тракта питательной воды (включение ВПЭН), ПВД, ввод в работу регуляторов уровня ПГ; • включение в работу турбопитательных насосов (ТПН); 5. Режим расхолаживания: • сброс пара из главного парового коллектора через БРУ-К (RC); • сброс пара из главного парового коллектора через БРУ-СН (RQ) в КСН (RQ), в ТК (RR). К режимам работы с нарушением нормальных условий эксплуатации и аварии (срабатывание штатных аварийных защит турбоагрегата и обору- дования) относятся такие режимы, как: • увеличение осевого сдвига ротора; • снижение давления масла в системе смазки; • повышение давления пара на выходе из ЦВД; • снижение давления пара в главном паровом коллекторе; • повышение уровня в парогенераторе; • отключение двух ТПН; • отключение генератора от сети; • отключение одного ТПН из двух работавших; • отключение одного циркуляционного насоса из четырех в разных конденсатных группах; • повышение скорости вращения ротора; • снижение давления масла в системе автоматического регулирования; • повышение уровня в ПВД до IV предела; • повышение уровня в баках деаэратора. В настоящее время тренажер эксплуатируется при проведении лабо- раторных работ по дисциплинам «АЭС», «Турбины АЭС», «Наладка и эксплуатация оборудования АЭС», «Вспомогательное оборудование АЭС», «Типовые элементы систем автоматического управления». Важно отметить, что тренажер позволяет приобретать практические навыки не только студентам, но и преподавателям. Также в рамках освоения и эксплуатации тренажера кафедра «Тепло- вые электрические станции» активно сотрудничает с разработчиками тре- 22 нажера – НИЯУ МИФИ, ведущими сотрудниками Южно-украинской АЭС, 3-й энергоблок которой является референтным для настоящего тренажера, а также Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ), при активном содействии которого была осуществлена как поставка тре- нажера в БНТУ, так и его дальнейшее развитие как путем усовершенство- вания программного обеспечения, так и путем оказания поддержки в раз- работке учебно-методических материалов. УДК 681.51. (075.8) КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ ВОДЫ В БАРАБАНЕ ПАРОГЕНЕРАТОРА ЭНЕРГОБЛОКА АЭС Г.Т. Кулаков 1), А.Т. Кулаков 1), А.Н. Кухоренко 2) 1) Белорусский национальный технический университет 2) Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Беларусь Для повышения качества поддержания уровня воды в барабане паро- генератора ПГВ-1000 энергоблока АЭС с ВВЭР предложен оптимальный ПИ-регулятор с наблюдателем состояния, который позволяет уменьшить максимальную динамическую ошибку регулирования при 10% возмуще- нии расходом пара на 9%, а также сократить время регулирования на 18,8% по сравнению с типовой трехимпульсной системой автоматиче- ского управления (САУ) [1]. Поставлена задача существенного улучшения качества регулирования уровня воды в барабане парогенератора ПГВ-1000. Для решения этой зада- чи разработана комбинированная САУ, структурная схема моделирования которой представлена на рис. 1. Рисунок 1 – Структурная схема комбинированной САУ уровнем воды в барабане ПГВ-1000 с оптимальным корректирующим регулятором В данной САУ передаточная функция оптимального корректирующе- го регулятора определена по формуле [2]: 23 р2 ф зд2 1( )1 ( )W W p W р  , (1) где передаточная функция фильтра равна: зд2 ф 1 ( )( ) ( ) W р W p W р . (2) Здесь заданная передаточная функция системы имеет следующий вид: 1 зд2 τ зд2 , зд2 ( ) ( ) 1 p у x eW р W р Т p     , (3) где зд2 10,056τ 11,742T   с. При этом численное значение параметра оптимальной динамической настройки зд3Т в устройстве компенсации внешнего возмущения принята зд3 10,09τ 1,71Т   с. (рис. 2). Рисунок 2 – Схема моделирования комбинированной САУ уровнем воды в бара- бане ПГВ-1000 с оптимальным корректирующим регулятором Графики переходных процессов комбинированной САУ уровнем воды в барабане ПГВ-1000 с оптимальным корректирующим регулятором при основных возмущениях приведены на рис. 3. Из анализа прямых показателей качества переходных процессов САУ (рис. 3) следует, что отработка задания происходит без перерегулирования с временем регулирования 75 c. Наиболее опасное внутреннее возмущение практически не отклоняет уровень воды в барабане парогенератора, а внешнее возмущение изменением расхода пара отрабатывается с макси- мальной динамической ошибкой в 61,5 мм водяного столба. Прямые пока- затели качества переходных процессов изменения уровня воды при воз- мущении расходом пара сравниваемых САУ приведены в таблице 1. 24 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 t, с у, Хз д 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 x 10 -4 t, с y, F1 a) b) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200-0,025 -0,02 -0,015 -0,01 -0,005 0 t, с y, F2 0 50 100 150 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 t, с Xр , F 2 с) d) 0 50 100 1500 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 t, с Xр , F 2 e) Рис. 3. Графики переходных процессов комбинированной САУ уровнем воды в барабане ПГВ-1000 с оптимальным корректирующим регулятором при основных воздействиях: a – отработка скачка задающего воздействия здх ; b – отработка внутреннего возмущения 1;f с – отработка внешнего возмущения расходом пара *2f ; d – изменения регулирующего воздействия р( )х t при отработке внешнего возмущения расходом пара; e – изменения корректирующего воздействия к ( )х t при отработке внешнего возмущения расходом пара; t – время. 25 Таблица 1 Прямые показатели качества при отработке возмущением расходом пара САУ различных структур Наименование САУ Показатели качества н/y y б , мм вод. ст.H р ,сt р, %УП РПКX Типовая трехимпульсная САУ [1] 0,034 83,6 160 8,3 САУ с наблюдением состояния [1] 0,031 76,0 130 15,7 Комбинированная САУ на базе оптимальных регуляторов (рис. 3) 0,024 61,5 75 11,3 При этом в качестве базы для сравнения был выбран переходный про- цесс в системе при скачкообразном 10 % возмущающем воздействии по расходу пара (полное время регулирования типовой трехимпульсной САУ составило 160 с; максимальный динамический заброс по уровню воды 83,6 мм водяного столба, максимальное изменение положения регулирую- щего питательного клапана при возмущении расходом пара – 8,3%). Опти- мальный цифровой ПИ-регулятор с наблюдателем состояния обеспечил на 9% меньше максимальный динамический заброс по уровню и меньшее время регулирования (на 30 с), при изменении регулирующего воздей- ствия – 15,7% [1]. Предложенная комбинированная САУ уровнем воды в барабане ПГ при плановом изменении нагрузки с использованием опти- мальных регуляторов обеспечивает лучшие прямые показатели качества: время отработки возмущения расходом перегретого пара уменьшилось на 53,1%, максимальное динамическое отклонение по уровню сократилось на 26,4%. При этом изменение положения регулирующего питательного клапана увеличилось всего на 36,1%. Список использованных источников 1. Демченко, В.А. Оптимальный ПИ-регулятор уровня воды в паро- генераторе энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-1000 / В.А. Демченко [и др.] // Труды Одес. политехн. ун-та. – 2000. – Вып. 1. – С. 73–76. 2. Теория автоматического управления теплоэнергетическими про- цессами: учеб. пособие / Г.Т. Кулаков [и др.]; под ред. Г.Т. Кулакова. – Минск: Вышэйшая школа, 2017. – 238 с.: ил. 26 СЕКЦИЯ 2 ЭКОЛОГИЯ ЭНЕРГЕТИКИ, ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, СИСТЕМНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ УДК 621 ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ПУТЕМ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ ДРЕВЕСНОЙ БИОМАССЫ С.В. Василевич, М.В. Малько, А.Н. Асадчий, В.Н. Богач, Д.В. Дегтеров Институт энергетики Национальной академии наук Беларуси Древесный уголь представляет собой микропористый высокоуглеро- дистый продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа кис- лорода. Этот продукт имеет разнообразное применение. Он используется в качестве топлива в домашнем хозяйстве и производстве железа и стали, при получении ряда других металлов, а также технического кремния и ма- териалов для электродов, для производства углеродных сорбентов, исполь- зуемых для адсорбционной очистки и разделения сложных смесей, а также для решения иных задач [1, 2]. На основе выполненных ранее в Институте энергетики НАН Беларуси исследований, связанных с термохимической конверсией биомассы, автора- ми была разработана пиролизная установка для получения древесного угля. Рисунок 1 – Общий вид пиролизной установки ОП-800: 1 – рабочая камера, 2 – камера предварительной сушки, 3 – крышка, 4 – лестница, 5 – площадка, 6 – ограждение, 7 – топка, 8 – электропривод заслонки, 9 – опора, 10 – облицовка, 11 – основание, 12 – шкаф управления, 13 – система водоподготовки Пролизная установка ОП-800 (далее по тексту – установка) в соответ- ствии с рис. 1 состоит из следующих основных узлов: реактора, представ- ляющего собой моноблок из четырех теплоизолированных рабочих ка- 1 2 8 7 5 9 6 10 4 3 12 1311 27 мер 1, и камеры предварительной сушки 2, размещенных на основании 11 с регулируемыми опорами 9. Сверху каждая камера закрывается съемными крышками 3. Реактор предназначен для размещения в камерах 1 корзин с сырьем (древесным материалом) и обеспечивает в каждой камере с уста- новленной корзиной, соответствующего согласно технологии температур- ного режима (режим сушки, прокалки, пиролиза, охлаждения). Соединение камер между собой осуществляется посредством системы трубопроводов (газовых коллекторов) с заслонками, обеспечивающих распределение газо- вых потоков между рабочими камерами, подвод дымовых газов из топки в рабочие камеры, подачу горючих пиролизных газов в топку и сброс ды- мовых газов из реактора согласно заданной программе. Камера предварительной сушки 2 предназначена для предварительного нагрева древесины до температуры 50-70 °С за счет остаточного тепла, сбрасы- ваемого реактором, и состоящей из теплоизолированного стакана с крышкой. а б Рисунок 2 – Общий вид топочного устройства в момент розжига (а) и работы (б) Камера соединена с дымососом и выпускным коллектором реактора. Топочное устройство 7, представляющее собой топку для сжигания твер- дого древесного топлива (при запуске реактора) (рис. 2а) и пиролизных га- зов, образующихся при работе реактора (рис. 2б). Система выброса дымо- вых газов, включает в себя дымосос и дымовую трубу, соединенную через камеру предварительной сушки 2 с выпускным коллектором реактора. Система управления, состоит из шкафа 12 с блоком управления, за- слонки с электроприводами 8, датчиков контроля температуры (термоэлек- трические преобразователи, установленные на выходе из топки и во всех камерах реактора). В процессе работы пиролизной установки ОП-800 в каждой камере последовательно проходят следующие этапы: 1. Загрузка. Предварительно загруженные сырьем корзины (рис. 3а) помещаются в камеры реактора, камеры закрываются крышками. 28 2. Сушка. В ходе процесса сушки осуществляется нагрев древесины до температуры 100-120 ºC и испарение воды. Температура газов на выходе не превышает 200-220 ºC. Сушка разделяется на два этапа. На первом этапе (нагрев и собственно сушка) относительная влажность доводится до 5%. Второй этап – досушивание осуществляется уже в процессе эндотермиче- ского пиролиза. 3. Эндотермический пиролиз. Эндотермический пиролиз осуществля- ется при температурах от 180 до 275 °С и требует подвода теплоты. Ос- новными продуктами такого разложения являются низкомолекулярные со- единения (вода, оксиды углерода, метанол, уксусная кислота и др.). Сжигание парогазовой смеси продуктов данной стадии нерациональ- но, поэтому они выбрасываются в атмосферу. а б Рисунок 3 – Общий вид загруженного в корзину сырья (а) и полученного продукта (б) 4. Экзотермический пиролиз. Экзотермический пиролиз происходит в температурном диапазоне от 275 до 400 °С. На данной стадии обеспечи- вается интенсивный отвод тепла, а газы, образуемые в результате пироли- за, используются для сжигания в топочной камере. 5. Прокалка. Прокалка необходима для удаления остатков летучих веществ. Температура прокалки до 600 °С. 6. Охлаждение. Охлаждение до 150 °С осуществляется с использова- нием пара (водяными форсунками, установленными в каждой камере). 7. Выгрузка. Оператор снимает крышку камеры, достает корзину с продукцией (рис. 3, б). После выгрузки корзины из реактора происходит его полное остывание без доступа кислорода (накрывается стеклотканью). Процесс выгрузки совмещён с процессом загрузки. Согласно проведенным испытаниям, получаемый древесный уголь имеет следующие характеристики: зольность – 0,7%; выход летучих ве- ществ – 24,3%; низшая теплота сгорания – 28880 кДж/кг. Эти характери- стики соответствуют требованиям для древесного угля марки А. 29 Выводы. На основе результатов выполненных ранее исследований разработана и изготовлена действующая пиролизная установка ОП-800 с вертикальными шахтами и выемными металлическими ретортами, осу- ществляющая полный цикл производства древесного угля от сушки сырья до охлаждения продукции. При этом тепловой режим в установке поддер- живается благодаря сгоранию образующихся в процессе пиролиза газов и жидких продуктов. Производительность установки – 200 тонн древесно- го угля марки А. Список использованных источников 1. Felicano-Bruzual C. Charcoal injection in blast furnaces (Bio-PCI): CO2 reduction potential and economic prospects//J. Mater. Res. Technol, 2014. – Vol.3, No 3. – Pp. 233-243. 2. Alburquergue J.A., Calero J.M., Barron V. et al. Effects of biochars pro- duced from different feedstoks on soil properties and sunflower growth. J. Plant Nutr. Soil.Sci // 2014. – V. 177. – Pp. 16-25. УДК 621.311.6:621.311.001.57 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР–НАКОПИТЕЛЬ–ПОТРЕБИТЕЛЬ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ВИЭ К.В. Добрего, Г.Б. Ковтун, А.Д. Дубатовка Белорусский национальный технический университет Одним из трендов развития энергетики во всем мире является увели- чение доли генерации за счет возобновляемых источников энергии. Сни- жение рыночной стоимость фотоэлектрических панелей, происходящее в последние десятилетия [1] приводит к тому, что солнечная электрогене- рация становится экономически привлекательной, в том числе в странах с умеренным потенциалом солнечной энергии. При этом стоимость нако- пителей энергии не имеет тенденции к снижению. Поскольку ВИЭ разви- ваются в рамках систем «генератор – накопитель – потребитель» (ГНП), вопрос экономической эффективности использования ВИЭ должен ре- шаться путем оптимизации системы в целом. Ввиду того, что прямые испытания и оптимизация систем ГНП требу- ют больших затрат, приобретает актуальность адекватное компьютерное моделирование таких систем. Для моделирования системы «генератор- накопитель- потребитель» требуются модели работы всех элементов этой системы, причем согласованные по детальности и методическим подходам. В коммерческих программах для расчета параметров автономных гибрид- ных энергетических систем таких как HOMER, Hybrid2, HOGA [2], исполь- зуются достаточно грубые статистические модели, что уменьшает их цен- ность как исследовательского инструмента и отсутствует доступ к кодам. 30 В работе [3] представлена имитационная модель потребления элек- троэнергии жилищно- бытового объекта, реализующая статистически правдоподобные графики нагрузки, учитывающие индивидуальные вклю- чения- выключения всех электропотребителей. Моделирование метеозависимых источников энергии (солнечной и ветрогенерации) требует имитации соответствующих метеопараметров [4, 5]. Так для моделирования солнечной генерации используется модель внеатмосферной облученности («простая модель солнечного неба» [6]) и модель пропуская атмосферы, соответственно для ветрогенерации – мо- дель графика силы ветра. В настоящей работе представлена методика моделирования метеозави- симых источников энергии на основе пошагового численного решения ста- тистического уравнения Ланжевена¸ используемого для расчета броунов- ского движения частиц. Предложена методика определения параметров уравнения Ланжевена обеспечивающих выполнение статистических зако- номерностей соответствующих метеорологических процессов на трех вре- менных масштабах, – автокорреляцию временного ряда значений парамет- ров, вариабельность дневных и недельных распределений значений соот- ветствующих параметров. Так для облученности горизонтальной площадки можно записать )()(sincos365 2cos033.01362.1)( tM tt ttdtI riseset rise z n              , где nd , z , riset , sett , )(tM – функция пропускания атмосферы от времени, ]1,0[)( tM . Модель пропускания атмосферы предполагает квазислучайное изме- нение пропускания атмосферы, подчиняющееся определенным статисти- ческим закономерностям, делающим это изменение правдоподобным [7]. В качестве статистического уравнения примем уравнение Ланжевена )(~)( tfMFMMm    , (1) где  – эффективная «вязкость» для изменения M, m – коэффициент инер- ционности изменения M, )(MF – силовое поле определяемое профилем по- тенциальной ямы, эквивалентной актуальному распределению вероятности того или иного значения пропускания (как правило, задаваемым Вейбуллов- ским распределением) )(MFWEI , MMFconstMF WEI  /)()( , )(~ tf – стохасти- ческая функция. Величина пропускания M не является физической коорди- натой броуновской частицы, однако для наглядности можно исходить из механической интерпретации уравнения (11) и использовать понятия «инертность», «вязкость», «импульс» и «координата». Инерционный член 31 в (11) обеспечивает немарковский характер последовательности значений пропускания атмосферы, а вязкость препятствует быстрому изменению M . Рассматриваем уравнение (12) в дискретном виде, и ищем его реше- ние на пространственно-временной сетке )( 0  itMM . При этом функ- ция )(~ tf не является непрерывной стохастической функцией с нулевым временем автокорреляции, а кусочно-постоянной случайной функцией времени. Таким образом, модель определяется параметрами m , v , амплитудой )(~ tf , характером силового поля )(MF и шагом по времени  . Естествен- ным масштабом для «координаты» в этой задаче будет величина разреше- ния первичных данных о распределении атмосферного пропускания M , например, 0,1. Исходными данными для имитационного моделирования являются: 1) статистическое распределение пропускания атмосферы для заданного месяца или среднегодовое (матожидание, дисперсия, профиль распределе- ния Вейбулла или иной), входящее в (1); 2) время автокорреляции графика пропускания атмосферы по уровню 0.4, A характеризующее изменчи- вость пропускания на временах порядка часов; 3) значения вариабельности распределения пропускания (от недели к недели и месяца к месяцу), харак- теризующие более долгосрочные особенности пропускания shortVar longVar . Под вариабельностью двух последовательных рядов, установленных за два последовательных периода времени F1 и F2 понимаем относитель- ную величину среднеквадратичных отклонений этих распределений друг от друга   max 221 max1 21 ))()((1)max( 1),( N i xiFxiF NF FFVar , (2) где x шаг по времени. Поскольку уравнение (1) позволяет определить три независимых без- размерных комплекса, характеризующих процесс, то целесообразно опре- делить их таким образом, чтобы каждый из них был связан со значением одного исходного параметра задачи. Существенной особенностью предлагаемой модели является то, что амплитуда случайной силы воздействия определяется глубиной потенци- альной ямы )(~~ xDf . Поиск параметров (1) наилучшим образом соответствующих необходи- мым требованиям по A shortVar , longVar относится к плохо определенным стати- стическим задачам. Решение ее предлагается решить в рамках алгоритма пристрелки. Для этого проводится значительное (порядка 103) количество индивидуальных расчетов величины пропускания атмосферы. Каждый рас- чет позволяет определить статистические параметры полученного временно- 32 го ряда и сопоставить их входным параметрам уравнения (1), представляет собой отображение ),,()3,2,1( longshortA VarVarKKKKKK  , которое можно изоб- разить в виде статистического облака и найти корреляции )3,2,1( KKKKKKCorA  , )3,2,1( KKKKKKCorVarshort  , )3,2,1( KKKKKKCorVarshort  . Соответственно можно определить и обратные корреляции ),,(1 longshortA VarVarCorKK  , ),,(2 longshortA VarVarCorKK  и ),,(3 longshortA VarVarCorKK  . В качестве примера исходных данных приведем распределение мощ- ности генерации за день (6 июля 2016 года). Временной промежуток вы- борки – двенадцать часов (с 6:00 до 18:00), шаг – 10 минут (рис. 1), не- дельная вариабельность дневных распределений вырабатываемой солнеч- ными батареями электроэнергии (1-7 июля 2016 года). По оси абсцисс указан порядковый номер сравниваемых дневных данных (1 соответствует сравнению первого и второго июля и т.д.). Рисунок 1 – Дневное распределение вырабатываемой электроэнергии. Летний сезон, 6 июля 2016 Рисунок 2 – Недельная вариабельность дневных распределений вырабатываемой солнечными батареями электроэнергии (1-7 июля 2016 года) С помощью аналогичной стохастической модели задается изменение скорости ветра для моделирования ветрогененарции. Пример исходных данных для моделирования приведен на рис. 3 и 4. 33 Выводы. Использование стохастических моделей позволяет генери- ровать правдоподобные графики солнечной и ветрогенерации практически с высоким временным разрешением и, таким образом, проводить имитаци- онное моделирование и оптимизацию автономных энергетических систем «генератор – накопитель – потребитель». Построенные модели могут найти применение при оптимизации си- стем АСКУЭ, при решении экологических, сельскохозяйственных и дру- гих задач. Список использованных источников 1. Bloomberg new energy Finance [https://about.bnef.com/]. Моделирова- ние систем генератор – локальная энергетическая система. 2. Kondili E. Design and performance optimization of stand-alone and hy- brid wind energy systems in Stand alone and hybrid wind energy systems. Ed.by J.K. Kaldellis, Woodhead Publ. Ltd., 2010. 3. Добрего К.В. Модель электрической нагрузки жилищно- коммунального объекта для исследования систем «генератор – накопитель – потребитель» методом Монте-Карло. Наука и техника. – 2017. – Т.16, №2. – С. 160-170. 4. Taehong Sung, Sang Youl Yoon and Kyung Chun Kim. A Mathematical Model of Hourly Solar Radiation in Varying Weather Conditions for a Dynamic Simulation of the Solar Organic Rankine Cycle. Energies. – 2015. – V.8. – Pp. 7058-7069. 5. Philipoppopulos K., Deligiprgi D. Statistical simulation of wind speed in Athens, Greece based on Weibull and ARMA models. Int. J. of Enegry and Environment. – 2009. – Issue4. – V.3. – Pp. 151-158. 6. Iqbal M. An Introduction to Solar Radiation; Elsevier. – New York, USA, 1983. 7. Yuanshi Zhang, Aina Tian, Yanlin Pan. Research on Wind Power Simu- lation Model. Industrial Engineering, Machine Design and Automation (IEMDA 2014) & Computer Science and Application (CCSA 2014). Proceedings of the Congress. World Scientific Publ., 2015. – Pp. 14-130. УДК 620.9 СИСТЕМА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ НА БАЗЕ ГИБРИДНОЙ УСТАНОВКИ М.А. Комаревцев, А.Н. Попов, Д.А. Ярков Северный (Арктический) Федеральный Университет Гибридная энергоустановка представляет собой систему, работающую на основе традиционных и альтернативных источников энергии. Эта си- стема позволяет решить такую проблему, как энергообеспечение удален- ных населенных пунктов. 34 Основными трудностями энергоснабжения являются высокие затраты на топливо для дизельных электростанций (ДЭС), высокая степень износа энер- гооборудования, следствием чего является пониженная надежность работы. Гибридная энергоустановка позволяет решить эти проблемы за счет мо- дернизации энергооборудования путем замены изношенных линий электропе- редач (ЛЭП), аккумулирования энергии и снижения количества необходимого топлива, благодаря использованию возобновляемых источников энергии. Для проекта было выбрано село Койда Архангельской области, нахо- дящееся на берегу Белого моря. Электрообеспечение осуществляется ДЭС мощностью 360 кВт, топливо доставляется по морю. Станция расходует 360 тонн топлива в год и обеспечивает электричеством 478 жителей. В до- полнение к уже существующей ДЭС устанавливается ветровая электриче- ская станция (ВЭС). Последняя включает в себя 8 ветрогенераторов с номинальной мощностью 60 кВт каждый, 40 аккумуляторных батарей с единичной емкостью 200 Ач на один ветрогенератор, ЛЭП, контроллеры. В качестве нетрадиционного источника энергии был выбран ветер, исходя из непосредственной близости населенного пункта к морю, что характери- зует его высокий ветровой потенциал (рис. 1 и 2). Анализируя рис. 1, можно утверждать, что наибольшие скорости вет- ра наблюдаются с октября по февраль, а также в мае и июне. Согласно рис. 2 ветрогенератор работает 323 дня в год, учитывая, что стартовая скорость для этой модели – 2,5 м/с. Исходя из данных графиков, можно говорить о целесообразности использования ветра в качестве возобновляемого ис- точника энергии в этой местности. Рисунок 1 – Средние ежемесячные скорости ветра 35 Рисунок 2 – Повторяемость скоростей ветра После установки ветрогенераторов энергоснабжение села Койда и близ- лежащих населенных пунктов будет осуществляться в основном за счет энер- гии ветра. Для обеспечения потребителя необходимой мощностью при низ- кой скорости ветра или его полном отсутствии подключается дизель- генератор. Если наблюдается переизбыток мощности, то осуществляется непосредственная подзарядка аккумуляторных батарей. Такая схема позволя- ет бесперебойно снабжать населенные пункты необходимым количеством электрической энергии. В настоящий момент в Северном (Арктическом) Федеральном Уни- верситете построена лаборатория, в которой проводятся исследования по использованию гибридных энергоустановок в условиях Севера. Эта ла- боратория исследует работу следующих установок: ветрогенератор, сол- нечные панели, а также их взаимодействие с дизельным генератором. УДК 620.9 ОРИГИНАЛЬНАЯ ТУРБИНА ДЛЯ МАЛЫХ НАПОРОВ И МАЛЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Ф. Свитала Люблинский Католический Университет, г. Люблин, Польша В современных условиях весьма актуальным направлением развития электроэнергетики во всем мире является использование возобновляемых источников энергии [4-13]. Их огромное преимущество – нанесение при- родной среде наименьшего экологического ущерба [14-19]. Человек сейчас умеет эффективно использовать гидравлическую энергию рек и больших течений. Вместе с тем, использование такой энергии требует очень больших финансовых средств из-за трудностей создания соответствующих напоров и емкостей водохранилища [20-21] для получения наиболее высокого и оп- 36 тимального коэффициента полезного действия (КПД) ее преобразования, а также большими затратами, связанными со строительством гидротехниче- ских сооружений. Водные массы нашей планеты обладают огромным потенциалом ме- ханической (течения, приливы, волны), тепловой (градиент температур), химической (градиент солености, биомасса) энергией, способы использо- вания которой находятся только в начальной стадии разработки. В связи с этим такие источники энергии часто называют нетрадиционными, хотя более правильно определить их как первичные возобновляемые источники, которые возникают без участия человека, и вторичными возобновляемыми источниками при возобновлении которых участвует человек. Самой старшей среди всех возобновляемых энергий является гидрав- лическая (водная) энергия. Все множество нетрадиционных запатентован- ных гидроэнергетических установок, пользующих механическую энергию воды (зарегистрировано более 300 патентов на их основное конструктив- ное решение с определенной долей условности), можно разделить на три класса [4-7]:  использующие (преобразующие) энергию гидравлического давле- ния водных масс;  использующие кинетическую энергию воды, водных потоков;  использующие энергию ветрового волнения. Кроме этого, существует огромное количество технических решений по отдельным элементам проточного тракта гидроэнергетических устано- вок, обеспечивающих улучшение условий течения потока в них и способ- ствующих повышению КПД работы. Примерами таких решений могут служить разработки кафедры природоохранного и гидротехнического строительства Самарского государственного архитектурно-строительного университета, приведенные в [22-32]. Использование малых напоров составляет проблему получения соот- ветствующей эффективности и всегда притягивает изобретателей, кото- рые развивают старые конструкции, совершенствуют их и разрабатывают методы их применения. Разработку этого патента создали на кафедре Гидравлики Универси- тета в Мюнхене. Новое оборудование для использования малых напоров где использо- вана конвейерная конструкция установки гидравлического двигателя для получения энергии воды. Машина СТЕФФ турбина работает, как кон- вейер, что показано на рис. 1. 37 Рисунок 1 – Элементы конвейерной турбины Основным элементами являются два ролики, которые опоясаны конвей- ером с профилированными лопатками. Вода поступает ниже верхнего роли- ка, который является приводной осью. Вес воды, которая поступает в турби- ну передает нагрузку на лопатки и через цепь нагружает их, создавая враще- ние за последствием цепи установленной на роликах. Этот крутящий момент принимает электрический генератор преобразовывает в электрическую энер- гию. Следующей аналогией является количество оборотов вала турбины что можно приравнять к колесу мельницы потому, что обороты его достигают 30-35 оборотов в минуту. При таком решении получается относительно вы- сокий к.п.д. Первый патент по этой конструкции был признан в 2009 году, а двенадцать месяцев позже работала модель прототипа. Первый экземпляр, который был приспособлен к испытаниям, создали в 2011 году, и был испытан в Швейцарии в городе Рути. Рисунок 2 – Исследовательская установка в Швейцарии в городе Ртути Турбина во время испытаний показала свои преимущества и недо- статки. Турбина показала высокое сопротивление на формирование льда 38 на конструкции, но показала тоже, а немного меньший коэффициент по- лезного действия, причиной чего был высокий уровень турбулентности и не полного оптимального наполнения турбинной камеры. На основе пер- воначальных испытаний проведено усовершенствование конструкции, и это было началом строительства большего по установленной мощности агрегата 10 кВт. Рисунок 3 – Турбина СТЕФФ в зимних условиях Модель была установлена на стенде и проверена с точки зрения к.п.д. Стендовые испытания проведено при, разных напора и расходах что позво- лило оптимизировать конструкцию в диапазоне напоров и расходов. Сле- дующим шагом было установление турбины на натурные испытания в г. Рити в Швейцарии, которые показали высокую стойкость на внешние условия, и повышенный к.п.д. особенно при низких скоростях оборотов. Однако название «турбиной» не соответствует действительности, потому что ей ближе водяному двигателю, питающему генератор. При исследова- нии в натуре был изменён угол наклона и расход воды, для определения по- терь гидросистемы и величины крутящего момента. Произведено исследо- вание при изменяющимся, крутящим моменте в 393 точках работы водного двигателя. Наблюдения позволили определить максимальные коэффициен- ты полезного действия при разных наклонах, и разных напорах, и показано их на графике рис. 2. Доказано, что угловые скорости имеют большие влия- ние при определении конструкции оборудования для регулирования угло- вой скорости в зависимости от расхода. При расходе 400 л/с и небольших, углах наклона конвейера коэффициент полезного действия достигал 90%. 39 Рисунок 4 – Влияние расхода, и уклона, на к.п.д. Испытания показали, что в области частичной нагрузки и увеличенных уклонах гидравлического двигателя характеристика к.п.д. становится более плоской в диапазоне 85-88%, причиной этого может быть разница крутящих моментов, которые различаются крутящего момента при номинальном рас- ходе и потому надо делать дополнительную регулировку изменения вели- чины оборотов. В анализе не учтено потерь в генераторе, преобразователи частоты, которые надо определять индивидуально для каждого случая. В приведенных величинах частично учтено потери на приводе воды в дви- гатель, а не прямо при переводе двигателя с работы в горизонтальном по- ложении, в режим работы с уклоном. На лабораторном стенде были прове- дены тоже измерения громкости работы, которые показали величину 76дВ только из-за плеска воды. Первый такой гидравлический двигатель установлено в Африке на плотине Ныангао (Nyangano) в Танзании, используя напор 3,5 м, в 2014 году и с тех времен питает электричеством школу. На строительную площадку доставлено ее как представляет рисунок 5. Рисунок 5 – Доставка гидравлического двигателя в Ныангао Танзания 40 Установку при использовании местных строительных материалов и включение ее в работу заняло только семь дней, и здание школы получи- ло электричество. Гидравлический двигатель, а дальше говоря гидрогене- ратор достигает в этих условиях 10 кВт мощности, в условиях использова- ния действующих гидротехнических сооружений водохранилища. Рисунок 6 – Гидроэлектростанция в Ныангао (Танзания) Рисунок 7 – Гидроагрегат мощностью 12 кВт, расходом 400л/с, напор 3,5 м Следующий гидроагрегат был установлен на заводе очитки сточных вод в Швейцарии Ла Саунерие в Цоломбиер на выходе с бака очищенных сточных вод. Напор, который там создан это 4 м и позволяет получить 12 кВт на собственные нужды предприятия. Реализация дальнейшего Стефф турбины проекта намечен на области вокруг Пармы (Италия). Две ирригационные системы приносили воду на пахотные земли, будет служить в качестве источника энергии, а мощ- ность, таким образом, генерируемая будет подаваться в сеть. Компактная Стефф турбина имеет широкий спектр применения. Реки и ручьи, плотины, отводы, водоочистные сооружения, системы орошения. Наклон Стефф турбины можно отрегулировать в соответствии с местной топографией. В крайнем случае, можно генерировать электричество из кине- тической энергии воды, стекающей по горизонтали. Электроэнергия, выраба- 41 тываемая на Steffturbine, может быть подана в ват на собственные нужды изо- лированного потребителя. Электрическую сеть, благодаря приспособляемости Стефф турбины, можно установить его без нарушения экосистемы. Выводы 1. В современных условиях актуальным направлением развития элек- троэнергетики является использование возобновляемых источников энер- гии, в частности, гидравлической энергии малых водных потоков. При этом целесообразно применять низконапорные гидроагрегаты упрощенного кон- структивного исполнения, характеризующиеся сравнительно малыми затра- тами на строительство и малой стоимостью основного оборудования. 2. В качестве гидравлической турбины малых гидроэлектростанций рекомендуется применение конвейерной турбины Стефф, отвечающей со- временным требованиям по стоимости, а также обладающей хорошими энергетическими и эксплуатационными характеристиками. 3. Малые гидроэлектростанции с конвейерными турбинами, наряду с отмеченными выше, обладают весьма важными положительными досто- инствами экологической безопасности, в том числе, по отношению к рыбь- ему поголовью из-за особенностей конструкции рабочего колеса практиче- ски не травмирующего особи рыб. Список использованных источников 1. www.steffturbine.com 2. Malcherek A., Kulisch H., Maerker C.: Die Steffturbine – eine auf einem Umlaufband beruhende Kleinwasserkraftanlage. WasserWirtschaft 10, 2011. – Pp. 30–33. 3. Maerker C., Trachsler M., Widmer F.: Ein Jahr Steffturbine in Rüti/Schweiz – Erfahrungen aus dem laufenden Betrieb einer Pilotanlage in der Schweiz. Wassertriebwerk 12, 2012. – Pp. 232–237. 4. Бальзанников М.И., Елистратов В.В. Возобновляемые источники энергии. Аспекты комплексного использования – Самара: СГАСУ, ООО «Офорт», 2008. – 331 с. 5. Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика. – СПб.: Наука, 2013. – 308 с. 6. Бальзанников М.И. Решение проблем развития энергетики на осно- ве возобновляемых источников энергии в Среднем Поволжье // Научная школа академика Ю.С. Васильева в области энергетики и охраны окружа- ющей среды: Сб. научн. тр. СПб.: СПбГПУ, 2004. – С. 25-39. 7. Бальзанников М.И. Актуальные направления развития возобновляе- мой энергетики в Среднем Поволжье // Вестник Волжского регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. – Вып. 8. – Н. Новгород: Нижегородский гос. арх.-строит. ун-т, 2005. – С. 173-185. 8. Бальзанников М.И., Пиявский С.А. Гидравлическое аккумулирова- ние электроэнергии с использованием малых ГАЭС // Научное обозрение, 2014. – № 6. – С. 90-96. 42 9. Бальзанников М.И. Природоохранные и гидротехнические соору- жения: проблемы строительства, эксплуатации, экологии и подготовки специалистов: Материалы Международной научно-технической конфе- ренции. – Самара: СГАСУ, 2014. 10. Елистратов В.В. Использование возобновляемых источников энер- гии – путь к устойчивому развитию и энергоэффективности. // Научно- технические ведомости СПбГПУ. 2012. № 3-1 (154). – С. 77-83. 11. Свитала Ф. Малые ГЭС на реке Слупия // Малая энергетика, 2005. – № 1-2. – С. 45-47. 12. Свитала Ф., Евдокимов С.В. Каскады малых ГЭС Польши // Энер- гоаудит, 2007. – № 1. – С. 36-37. 13. Бальзанников М.И., Евдокимов С.В., Галицкова Ю.М. Развитие возобновляемой энергетики – важный вклад в обеспечение защиты окру- жающей среды // Промышленное и гражданское строительство, 2014. – № 3. – С. 16-19. УДК 620.91/98 РОЛЬ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭНЕРГОБАЛАНСЕ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ В.Г. Григорьев, К.Ю. Шалабодова Научный руководитель – Д.Б. Муслина Белорусский национальный технический университет В настоящее время, повышение эффективности энергоснабжения и энергоиспользования является ключевой задачей ЕС и соседствующих с ним стран Восточной Европы. Недостаток собственных ископаемых ис- точников энергии вынуждает общество использовать энергоресурсы более рационально и эффективно, развивать и внедрять альтернативные источ- ники энергии более активно, чтобы контролировать изменение климата и загрязнение окружающей среды. Использование новейших технологий и инновационных подходов крайне актуально, поэтому энергетика являет- ся приоритетной отраслью науки и техники как в Беларуси, так и в странах ЕС и за ее пределами. Собственные энергоресурсы Республики Беларусь можно разделить на две категории: минеральные источники, такие как нефть, горючие сланцы, природный газ и торф, а также возобновляемые источники энергии: биомас- са, биогаз, гидро- и ветроэнергия и т.д. Однако, Беларусь не может покрыть полностью энергопотребление за счёт собственных энергоресурсов, так как её минеральные и возобновляемые ресурсы довольно ограничены. Страна вынуждена импортировать топливо и энергию. Доля чистого импорта пер- вичного топлива в топливном балансе страны составляет порядка 86% [1]. Согласно статики Международного энергетического агентства за 2015 г., потребление нефти в Беларуси составило 33,8 млн. т у.т., тем не менее большая часть нефти перерабатывается государственными нефтеперераба- 43 тывающими предприятиями (73,4%) или реэкспортируется (6,9 %). Только 6,9% потребности в нефти обеспечивается собственными запасами. По- требление природного газа на тот же период составило 22,3 млн. т у.т. (19,5 млрд. м3), из которого собственное добыча не превысила 1 %. Годо- вое потребление торфа и угля 1,1 млн. т у.т. и включает следующие виды: торф и торфяные брикеты (72,9%), уголь и кокс (27,1%) [1]. Можно отметить, что в Беларуси более 90% топливно-энергетических ресурсов обеспечивается за счет импорта нефти и газа, в то время как соб- ственные ресурсы (торф, биомасса и древесные отходы покрывают только порядка 10 % потребления. К тому же, в Беларуси нет достаточных запасов топливных и энергетических ресурсов. Природный газ по-прежнему оста- ется ведущим видом топлива и занимает около 62,8% в структуре топлив- ного баланса страны [1]. Постоянный рост цен на природный газ приводит к негативному влиянию на экономику Республики Беларусь, поскольку для ее покупки необходимы значительные средства. Кроме того, к 2020 го- ду ожидается резкое увеличение стоимости ископаемых видов топлива, что потребует определенных инвестиций. При рассмотрении ситуации с потреблением топлива на нужды гене- рации электроэнергии, ситуация такова, что доля природного газа возрас- тает уже до 97,8%, доля возобновляемых источников энергии в производ- стве электроэнергии крайне низкая – порядка 0,73% [2]. Чтобы исправить эту ситуацию правительство Республики Беларусь сконцентрировало уси- лия на строительстве АЭС и дальнейшем развитии возобновляемых источ- ников энергии. В этой связи увеличение доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе Беларуси стало одним из приоритетных направлений экономической политики правительства страны. В последнем обновлении энергетической и экологической политики Беларуси подчеркивается, что потребление ископаемого топлива должно быть уменьшено с вводом в эксплуатацию ядерной, ветровой, гидро- и биоэнергетики [3]. Кроме того, согласно Национальной программе раз- вития местных и возобновляемых источников энергии, доля местных ис- точников энергии в балансе первичной энергии должна быть не менее 32–34% к 2020 году, где биомасса, биогаз, энергия солнца и ветра и гидро- энергетика должны занимать ведущее положение [4]. В соответствии с национальными стратегиями в Беларуси планирует к 2020 году создать 3 каскадные системы ГЭС: • Каскадная система «Неман» общей мощностью 37 МВт (Гроднен- ская и Неманская ГЭС); • Каскадная система «Западная Двина» общей мощностью 112 МВт (Полоцкая, Витебская, Бешенковичская и Верхнедвинская ГЭС); • Днепровская каскадная система общей мощностью 20 МВт (Ор- шанская, Речицкая, Шкловская и Могилевская ГЭС). В ближайшем будущем планируется внедрить дополнительные уста- новки, работающие на биогазе (46 МВт) и на биомассе (117 МВт), а также 44 увеличить мощность ветровых установок от 25 до 200 МВт и солнечных электростанций до 258 МВт. Полученные в ходе исследований предварительные оценки показыва- ют, что в результате введения АЭС и всех перечисленных в энергетической стратегии мероприятий по строительству возобновляемых источников энер- гии, в 2030 г. произойдёт значительная диверсификация структуры энерге- тического баланса производства электроэнергии в Беларуси. А именно доля природного газа в структуре генерации электроэнергии сократится до 33% по сравнению с нынешним уровнем в 97,8%, а АЭС будет покрывать поряд- ка 52%, 15% придется на возобновляемые источники энергии. Список использованных источников 1. International Energy Agency [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.iea.org/statistics/statisticssearch/report/?year=2015&country=Belarus &product=ElectricityandHeat. – Date of access: 08.10.2017. 2. Национальный статистический комитет Республики Беларусь [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.belstat.gov.by/ ofitsialnaya-statistika. – Дата доступа: 08.10.2017. 3. Стратегия развития энергетического потенциала Республики Бела- русь, 9 авг. 2010г., №1180 // Департамент по энергоэффективности Госу- дарственного комитета по стандартизации Республики Беларусь [Элек- тронный ресурс]. 4. Постановление СМ РБ от 10.05.2011 №586 Об утверждении Национальной программы развития местных и возобновляемых энергоисточников на 2011–2015 годы и признании утратившим силу постановления СМ РБ от 07.12.2009 № 1593 // Департамент по энергоэф- фективности Государственного комитета по стандартизации Республики Беларусь [Электронный ресурс]. УДК 620.91/98 СТОЛЕТНЯЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ЛЕСНАЯ ПАМЯТНИК АРХИТЕКТУРЫ Ф. Свитала Люблинский Католический Университет, г. Люблин, Польша После катастрофических паводков с июля 1888г, а особенно с конца июля 1897 г для территории Нижней Силезии, а конкретно Изерских Гор создано специальную программу, которая бы позволила минимализировать потери из-за паводков в будущем. Программа разработана немецкими ин- женерами, а особенно профессором Университета в Ахен, профессор Отто Интце, учитывал создание плотин, и ретенционных водохранилищ на тер- ритории Нижней Силезии. Профессор Отто Интце разработал также новую технологию строительства тяжелых (каменно-бетонных) плотин. Профессор Отто Интце имел большой опыт в проектировании тяже- лых каменно-бетонных плотин, проектировал плотины Пилиховице, Злот- 45 ники и Вжещыне. Плотина создает водохранилище с водосбором 300 км2 на реке Квиса, которая является притоком реки Бобр. Строительные рабо- ты были начаты осенью 1901 года, управлял ими ктн.инж. Курт Бахман. Возведен тогда первый туннель, для строительства, для построения плоти- ны использовано 32 тонны взрывчатки, 600 вагонов цемента, 20 тыс. кубо- метров песка, 2,4 тыс. кубометров известии, 460 тон стали. Строительные работы плотины закончено 15 июля 1905 года. Гребень плотины находится на уровне 282мнум, а ее объем составляет 62 тыс. м3. Параметры плотины и водохранилища в таблице 1. Таблица 1 Параметры плотины и водохранилища Параметр Единица Высота плотины м 45 Длина по гребню м 130 Толщина по гребню м 38 Толщина по подошве м 8 Емкость млн м3 15 Площадь га 140 Длина водохранилища км 7 Гидроэлектростанция Лесная расположена на юго-западе Польши яв- ляется первой заводской гидроэлектростанцией, построенной на террито- рии современной Польши. Плотина, здание гидростанции, ее конструкция, являются эффектом самого высокого мастерства проектировщиков и стро- ителей, можно сказать это произведение искусства сохраняющего увлека- тельную уникальность ландшафта, и места в мире окружающей природы. Строитель, инженер Курт Бахман, расширил проект плотины в гидро- электростанцию. В 1905 году началось строительство гидроэлектростан- ции, машинный зал расположен 100 м ниже плотины. Отводящие туннели для удержания уровня воды в водохранилище с расходом 660 м3/с. Водо- хранилище приняло первую паводковую волну в 1905 году во момент окончания строительства Плотины, а начало строительства гидроэлектро- станции. 46 Рисунок 1 – Концепция гидроузла Лесная Рисунок 2 – Разрез через плотину Вид здания гидроэлектростанции, размещение первых четырех гидроагрегатов рис. 3. 47 Рисунок 3 – Здание ГЭС с тремя гидроагрегатами, первая очередь Первые четыре гидорагрегата были введены в эксплуатацию в 1907 году, а два следующих – в 1908 году. Параметры этих гидромашин приведены в таблице 2. Таблица 2 Параметры гидроагрегатов Параметр Единица Агрегат 1, 2, 3, 4 5 6 1 Установленная мощность кВт 515 515 35 2 Достигаемая мощность кВт 550 550 30 Турбина 1 Год строительства 1907 1908 1908 2 Тип РО РО РО 3 Производитель Воитх 4 Установленная мощность кВт 526 526 20 5 Расход м3/с 2,75 2,75 0,15 6 Напор м 26 26 26 7 Обороты обр/мин 375 375 1000 Генератор 1 Год строительства 1907 1908 1964 2 Производитель ССВ Польша 3 Установленная мощность кВт 620 620 4 Мощность квт 496 496 35 5 соsφ 0.8 6 Напряжение кВ 10 10 0,4 7 Ток А 35,8 35,8 8 Обороты обр/мин 375 375 1000 48 Размещение некоторых гидросооружений водохранилища представля- ет рис. 4, где характерными для этой конструкции являются колодцо- вые проливы для поводковой воды. Рисунок 4 – Вид машинного зала Рисунок 5 – Колодцы сброса поводковых вод Рисунок 6 – Вид с плотины на здание гидроэлектростанции 49 Рисунок 7 – Колодец отвода поводковых вод Рисунок 8 – Вид плотины с проекта Рисунок 9 – Пролив воды в колодцы 50 Рисунок 10 – Вид от верхней воды Рисунок 11 – Вид плотины с низу Рисунок 12 – Водохранилище Гидроэлектростанция по сей день сохраняет первоначальные двигате- ли и уникальные решения, такие как бак для воды и сброса устройства. С архитектурной точки зрения гидроэлектростанция является приме- ром эклектики. Корону плотины венчает аркадой фриз подшипника при- знаки неоклассицизма. Ближе к правой упора гребня плотины становится неоготическом башню. Выход из обращения туннеля оформлен с надстройкой в виде парапета. Полукруглые формы характерны конце мо- дерна, где рядом органические формы, на первый план выходят геометри- ческие элементы. Созданное водохранилище выполняет три функции энергетическую, противопаводковую и рекреационную. На берегу рок мыса водохранилища находится прекрасный и интересный замок Чоха, а на противоположной стороне остатки замка Райско. 51 Список использованных источников 1. www.steffturbine.com 2. Malcherek A., Kulisch H., Maerker C.: Die Steffturbine – eine auf einem Umlaufband beruhende Kleinwasserkraftanlage. WasserWirtschaft 10, 2011. – Pp. 30–33. 3. Maerker C., Trachsler M., Widmer F.: Ein Jahr Steffturbine in Rüti/Schweiz – Erfahrungen aus dem laufenden Betrieb einer Pilotanlage in der Schweiz. Wassertriebwerk 12, 2012. – Pp. 232–237. 4. Бальзанников М.И., Елистратов В.В. Возобновляемые источники энергии. Аспекты комплексного использования – Самара: СГАСУ, ООО «Офорт», 2008. – 331 с. 5. Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика. – СПб.: Наука, 2013. – 308 с. 6. Бальзанников М.И. Решение проблем развития энергетики на осно- ве возобновляемых источников энергии в Среднем Поволжье // Научная школа академика Ю.С. Васильева в области энергетики и охраны окружа- ющей среды: Сб. научн. тр. СПб.: СПбГПУ, 2004. – С. 25-39. 7. Бальзанников М.И. Актуальные направления развития возобновляемой энергетики в Среднем Поволжье // Вестник Волжского регионального отделе- ния Российской академии архитектуры и строительных наук. – Вып. 8. – Н. Новгород: Нижегородский гос. арх.-строит. ун-т, 2005. – С. 173-185. 8. Бальзанников М.И., Пиявский С.А. Гидравлическое аккумулирова- ние электроэнергии с использованием малых ГАЭС // Научное обозре- ние, 2014. – №6. – С. 90-96. 9. Бальзанников М.И. Природоохранные и гидротехнические соору- жения: проблемы строительства, эксплуатации, экологии и подготовки специалистов: Материалы Международной научно-технической конфе- ренции. – Самара: СГАСУ, 2014. 10. Елистратов В.В. Использование возобновляемых источников энер- гии – путь к устойчивому развитию и энергоэффективности. // Научно- технические ведомости СПбГПУ, 2012. – №3-1 (154). – С. 77-83. 11. Свитала Ф. Малые ГЭС на реке Слупия // Малая энергетика, 2005. – №1-2. – С. 45-47. 12. Свитала Ф., Евдокимов С.В. Каскады малых ГЭС Польши // Энер- гоаудит, 2007. –№1. – С. 36-37. 13. Бальзанников М.И., Евдокимов С.В., Галицкова Ю.М. Развитие возобновляемой энергетики – важный вклад в обеспечение защиты окру- жающей среды // Промышленное и гражданское строительство, 2014. – №3. – С. 16-19. 52 УДК 620.91/98 О РАСТУЩЕЙ РОЛИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ОБЩЕМИРОВОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ БАЛАНСЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ РФ Г.А. Стройков Санкт-Петербургский горный университет Аннотация. Данная аналитическая статья представляет собой об- зор причин и факторов развития возобновляемой энергетики в мире. Гло- бальные тренды однозначно указывают на социальные, экономические и технологические предпосылки развития возобновляемой энергетики в мире. В работе затронут вопрос международных обязательств по ограничению выбросов парниковых газов, основные показатели, харак- теризующие развитие возобновляемой энергии - динамика производства в мире и в отдельных странах, структура производства возобновляемой энергии по источникам генерации, инвестиции в данную отрасль. Рас- смотрены последние новости в вопросе повышения эффективности рабо- ты солнечных модулей, снижение их себестоимости, возможности широ- кого применения монокристаллических солнечных панелей и развитие тех- нологий высокоэффективных многопереходных модулей, фотоэлементов на основе перовскита, а также разработка новых технологий систем хранения энергии. Особое внимание уделено перспективам развития воз- можностей использования возобновляемых источников энергии для пред- приятий горной промышленности, расположенных на территории Даль- невосточного федерального округа России. В декабре 2015 г. в Париже прошла 21-я конференция РКИК ООН. По результатам конференции было приято так называемое «Парижское со- глашение». Подписание соглашения началось 22 апреля 2016 г., и к июню 2016 г. Под соглашением поставили подписи представители 177 стран. Парижское соглашение об изменении климата, дало мощный дополни- тельный импульс развитию возобновляемых источников энергии. Из 177 стран, подписавших Соглашение, только 11 упомянули в своих пла- нах ядерную энергетику и только 6 фактически утверждают, что они предпо- лагают расширить её использование: Беларусь, Китай, Индия, Япония, Тур- ция и ОАЭ. В то время как 144 страны упомянули использование возобнов- ляемых источников энергии и 111 стран озвучили цели или планы по расширению их использования. Россия тоже подписала Парижское соглашение, но ратифицировать его пока не спешит. Отношение к климатической мировой повестке в России противоречивое. Ратификация Парижского соглашения намечена на 2019– 53 2020 годы; до этого, кстати, планируется подготовить доклад о ее целесооб- разности, который ляжет на стол президенту. Главными показателями, характеризующими развитие возобновляе- мых источников энергии, являются динамика производства возобновляе- мой энергии в мире и в отдельных странах, структура производства возоб- новляемой энергии по источникам генерации, инвестиции в данную от- расль и их рентабельность. По официальным данным Международного агентства по возобновляе- мой энергии (IRENA), производство возобновляемой энергии в мире за пери- од 2006-2015годов почти удвоилось, с 1,03 млн. до 1,96 млн МВтч. Установленная мощность возобновляемой энергетики во всем мире по итогам 2016 г впервые превысила 2 тысячи гигаватт, достигнув 2 006 ГВт (в 2007 году было всего 989 ГВт). 56% этой величины или 1 122 ГВт прихо- дится на гидроэнергетику. Прирост мощностей ВИЭ за 2016 год составил рекордные 161 ГВт. Солнечная энергетика впервые обогнала ветроэнергетику по приросту. 71 ГВт новых мощностей зафиксировала IRENA в солнечной генерации и 51 ГВт в ветроэнергетике. Прирост в гидроэнергетике: 30 гигаватт. Годовой процент роста возобновляемой энергетики в целом составил 8,7%, что соответствует тренду, отмечаемому с 2009 года (рост на 8-9% в год). 58% новых мощностей ВИЭ пришлось на Азию, где, кроме того, зафиксирован рост выше среднего – 13,1% за год [3]. Группа инженеров из Национальной лаборатории по изучению возоб- новляемой энергии США (NREL), Швейцарского центра электроники и микротехнологии (CSEM) и Федеральной политехнической школы Ло- занны (EPFL) разработала солнечные модули с многопереходной структу- рой и рекордными показателями эффективности. Чтобы добиться макси- мального КПД, ученые экспериментировали с кремниевыми модулями и различными полупроводниковыми материалами III-V группы. Двухпере- ходные солнечные панели на основе гетероперходного кремниевого моду- ля и верхнего модуля из арсенида галлия (GaAs) продемонстрировали КПД 32,8%, побив предыдущий рекорд ученых. В 2016 году эффективность со- ставляла 29,8% при похожей структуре. Инженеры также создали трехпе- реходные модули со слоем фосфида галлия индия (GaInP) с КПД 35,9% [4]. Китай. Изучая вопрос поиска новых технологий, решений и производ- ства солнечных модулей и других компонентов солнечной энергетики, а также темпы роста возобновляемой энергетики в стране, можно сделать однозначный вывод, что Китай – один из лидеров в этой сфере. В рамках программы Top Runner 2017 Китай планирует повысить мощность солнеч- ных установок в стране на 8-10 ГВт и наладить массовое производство мо- нокристаллических солнечных панелей с высоким КПД. С этой технологией китайские производители солнечных панелей смогут производить более эффективные модули по сниженной цене, отме- чает Reuters. Производимые в КНР монокристаллические модули уже по- 54 чти сравнялись по стоимости с поликристаллическими. Первые стоят $0,319 за ватт, а вторые – $0,225 за ватт [5]. Монокристаллические модули лишь еще один этап на пути развития технологий солнечной энергетики. Следующая стадия предполагает созда- ние долговечных и высокоэффективных многопереходных модулей, а так- же фотоэлементов на основе перовскита. Развитие возобновляемых источников энергии подталкивает к разра- ботке технологий аккумулирования, а те, в свою очередь, обеспечат даль- нейшее раскрытие потенциала «зеленой» энергогенерации. Возобновляе- мые источники энергии, при всех их положительных качествах, в своей производительности непостоянны и поэтому недостаточно надежны, что- бы стать основным энергогенерирующим активом стабильной энергоси- стемы. Именно поэтому развитая система аккумулирования обеспечит со- здание в будущем «зеленой», «умной» энергосистемы – как глобальной, так и локальной. Подводя предварительные итоги развития российской возобновляе- мой энергетики в 2017 году, Алексей Текслер – первый заместителем Ми- нистра энергетики Российской Федерации, отметил, что отрасли удалось удержать хорошую динамику роста – количественного и качественного. За два предыдущих года в России были построены и введены порядка 130 МВт объектов ВИЭ. По итогам 2017 года ожидается завершение стро- ительства ещё стольких же – 130 МВт солнечных и ветровых электростан- ций. 70 МВт из них уже введено в эксплуатацию. В солнечной энергетике сегодня уже создана полная производствен- ная цепочка – от науки и производства солнечных модулей до строитель- ства и эксплуатации СЭС. Важным событием в этой связи стала модерни- зация завода по производству солнечных модулей в Чувашской республике с увеличением его мощности до 160 МВт в год. Эффективность новых мо- дулей и панелей, производимых по отечественной гетероструктурной тех- нологии – более 20%, что соответствует лучшим мировым образцам [7]. В горнодобывающем секторе используется 11% всей мировой энер- гии. В среднем, затраты на энергию составляют 15% от общей стоимости производства. При добыче металлов этот показатель возрастает до 20-40%. На территории Дальнего Востока, по данным информационного портала «Дальний Восток. Недропользование», на 1 августа 2016 года зафиксировано 984 компании, связанные с горнодобывающей и перера- батывающей деятельностью [8]. Вместе с тем, на Дальнем Востоке сконцентрирован огромный энер- гетический потенциал. Дальний Восток-это такой регион-парадокс. Это источник многих проблем и одновременно территория с колоссальным потенциалом для роста. Огромные расстояния, суровый климат, наводне- ния, обветшалость общей инфраструктуры, а порой и полное ее отсут- ствие, малонаселенность. 55 Поправки к закону «Об охране окружающей среды» вводят в зако- нодательство РФ понятие «парниковые газы» и обязывают компании c начала 2018 года отчитываться об их выбросах. Разработанный в Минэкономики и не получивший возражений Минприроды, Минэнер- го и Минфина законопроект проходит финальную стадию согласования, в том числе с бизнес-объединениями [10]. Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, что одним из главных регионов для развития возобновляемых источников энергии является Даль- ний Восток. Потенциал ВИЭ по замещению дизельной генерации промыш- ленных потребителей, расположенных на удаленных участках и вне систем энергообеспечения Дальнего Востока, чрезвычайно велик. Есть все основа- ния полагать, что генерация энергии на базе ВИЭ в ближайшие годы будет во многом определять облик энергетики Дальнего востока. Список использованных источников 1. Глава ООН призвал добиваться развития энергетики будущего, Центр новостей ООН, январь 2016, [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.un.org/russian/news/story.asp?NewsID=25262#.WKdGvW_yiHs 2. Стройков Г.А. «Экономический потенциал развития возобновляе- мой энергетики и ее роль в горной промышленности», (104) УЭкС, 10/2017.[Электронный ресурс] – Режим доступа: http://uecs.ru/index.php? option=com_flexicontent&view=items&id=4563 3. Возобновляемая энергетика: официальная статистика от IRENA, 31.03.2017 г. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://renen.ru/ renewable-energy-official-statistics-from-irena/ 4. Н. Аванесюк «Установлен новый рекорд КПД многопереходных солнечных модулей», 30.08.2017 г. [Электронный ресурс] – Режим досту- па: https://hightech.fm/2017/08/30/nrel_cell_efficiency 5. Н. Аванесюк «Китай наладит массовый выпуск солнечных панелей с высоким КПД», 15.09.2017 г.[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://hightech.fm/2017/09/15/china_mass_market_pvs 6. Анна Литвинюк «Системы хранения энергии. Итоги года.» 19.12.2016 г. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://elektrovesti.net/ 50689_itogi-goda-sistemy-akkumulirovaniya-energii 7. Алексей Текслер на «Российской энергетической неделе»: возоб- новляемая энергетика в России показывает количественный и качествен- ный рост, 04.10.2017 г. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/node/9455 8. NEDRADV-новостной портал о недропользовании [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://nedradv.ru/ 9. ТАСС «Дальний восток: энергетика роста», ПАО «РусГидро» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://tass.ru/rushydro-dv/ energetikadv/2181563 56 10. Давыдова А. Парниковые газы вписывают в закон // Коммерсант 01.03.2017 [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.kommersant.ru/ doc/3229089 УДК 620.91/98 ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ОСТРОВНЫХ ТЕРРИТОРИЙ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА ПРИМЕРЕ ПОСЕЛКА СОЛОВЕЦКИЙ А.И. Кангаш, Н.Р. Наумов, П.А. Марьяндышев Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова Аннотация. В данной статье рассмотрена проблема энергообеспе- чения островных территорий Арктической зоны Российской Федерации. Проанализированы действующие системы энергообеспечения Соловецких островов с расчетом нагрузок на производство электрической и тепловой энергий, рассчитаны выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от ди- зель-генераторных установок и водогрейных котлов. Выявлена необходи- мость снижения выбросов загрязняющих веществ. Одним из вариантов решения проблемы является применение альтернативных источников энергии. Введение. Необходимость уменьшения выбросов загрязняющих ве- ществ в атмосферу заставляет обратить внимание на текущую ситуацию в мировой энергетической системе. Переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) является ключевой страте- гией, направленной на сохранение климата, защиту окружающей среды. В мире насчитывается более 50 000 островов, на которые приходится 17% общей площади суши [1]. В настоящее время существует ряд проблем, свя- занных с энергообеспечением островных территорий. Острова, находящи- еся в удалении от материка, часто зависят от импорта ископаемого топли- ва, которое обычно является дорогостоящим из-за транспортных издержек. Еще одной проблемой являются климатические условия, которые также усложняют доставку топлива. Поэтому удаленные острова часто обеспечи- вают идеальные условия для технико-экономического обоснования созда- ния независимых энергетических систем, основанных на использовании альтернативных источников энергии [2]. Существует ряд опубликованных работ по энергообеспечению остров- ных территорий. В основном, эти работы описывают систему электроснаб- жения территорий, находящихся в южных районах, где нагрузка на произ- водства тепловой энергии либо отсутствует, либо имеет небольшие значения. Мальдивские острова для энергообеспечения используют дизельные электростанции, топливо для которых доставляют с материка. Согласно [3], потенциал солнечной, ветровой энергии и энергии биомассы Мальдив- ских островов составляет 9.51×1011 кВт/год, что намного больше, чем го- довое потребление энергии островами. 57 В [2] проведено комплексное исследование острова Ван-Ай, располо- женного к западу от острова Тайвань, включающее в себя расчет энергии, которая может быть получена за счет ветра, солнца, волн и биомассы, ре- шение проблемы непостоянства выработки энергии. Канарские острова также сильно зависят от экспорта нефтепродуктов, за счет которых вырабатывается до 99% потребляемой на островах энер- гии. В [4] предложена модель, благодаря которой Канарские острова к 2050 году полностью перейдут на систему энергообеспечения, базирую- щуюся только на альтернативных источниках энергии. В России также существуют удаленные территории, которые зависят от поставок топлива с материка. Примером являются Соловецкие острова, находящиеся в Арктической зоне Российской Федерации, где нагрузка на производство тепловой энергии имеет большое значение в виду суро- вых климатических условий. Это группа островов, находящаяся в северной части Онежского залива Белого моря. На одном из островов архипелага находится поселок Соловецкий, население которого составляет 898 чело- век. Производство тепловой и электрической энергии происходит на двух дизельных электростанциях (ТЭС и ДЭС), оснащенных дизель- генераторным установками и водогрейными котлами. Соответственно, ос- новным видом топлива является дизельное топливо, а также отработанное масло дизелей. Дизельное топливо завозится на архипелаг 2 раза в год во время летней и осенней морской навигации. Целью данной работы является анализ действующей системы энерго- обеспечения Соловецких островов с расчетом нагрузок на производство электрической и тепловой энергий, расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от дизель-генераторных установок и водогрейных котлов. Материалы и методы исследования. Проведение энергетического обследования текущей системы энергообеспечения поселка Соловецкий проводилось авторами путем выезда в пос. Соловецкий, осмотра действу- ющих ТЭС и ДЭС. Расчет электрических и тепловых нагрузок производил- ся на основе данных вахтенных журналов энергоснабжающей организации поселка Соловецкий по потреблению дизельного топлива и установленных приборов учета. Расчет выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ от кот- лов водогрейных «Квант» КВа-2,0 был произведен с помощью методиче- ского пособия [5] Томского политехнического университета, используя данные, предоставленные ОАО «АрхОблЭнерго», по потребленному кот- лами дизельному топливу. Для расчета выбросов загрязняющих веществ [5] от дизель- генераторных установок (ДГУ) вычислялся объем потребленного топлива по данным об электрических нагрузках, приведенных в рукописном жур- нале учета работы ДГУ. Результаты исследования. В результате исследования были получе- ны данные об электрических нагрузках. Средняя суточная мощность 58 в зимний период составляет 1440 кВт, в летний – 721 кВт. Годовой график нагрузок приведен на рис. 1. График демонстрирует снижение нагрузки в летний период практически в два раза по отношению к зимним максиму- мам, что связано с повышением температуры воздуха и увеличением про- должительности светового дня, но отчасти компенсируется ростом энерго- потребления объектов туристического комплекса. Рисунок 1 – Годовой график электрической нагрузки с шагом в 1 месяц за 2016 год, кВт Определить фактическую выработку тепловой энергии котлами невоз- можно, так как установленные на ТЭС приборы учета тепловой энергии не функционируют. Поэтому произведенные расчеты и построенный график были сделаны на основе данных о потреблении дизельного топлива котла- ми. В настоящее время функционирует система утилизации тепла ДГУ, но не ведется учета произведенной тепловой энергии. Принимая, что систе- ма утилизации гарантированно покрывает 0,49 Гкал/ч получаем следующие данные по тепловым нагрузкам поселка, представленные на рис. 2. Рисунок 2 – Годовой график тепловой нагрузки, учитывающий утилизацию дымовых газов ДГУ, Гкал 59 На основании расчета выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ [5] от котлов водогрейных «Квант» КВа-2,0 был построен график, представленный на рис. 3. На графике представлено распределение по ме- сяцам выбросов оксида углерода, оксидов азота в перерасчете на диоксид азота и оксидов серы в перерасчете на диоксид серы.   Рисунок 3 – Годовой график выбросов загрязняющих веществ от котлов водогрейных «Квант» Результатом расчета выбросов загрязняющих веществ [5], производи- мых дизель-генераторными установками, является график, представлен- ный на рис. 4. Рисунок 4 – Годовой график выбросов загрязняющих веществ от ДГУ Суммарное годовое количество выбросов загрязняющих веществ (в тоннах) от водогрейных котлов и дизель-генераторных установок пред- ставлено на рис. 5. 60 Рисунок 5 – Суммарное годовое количество выбросов загрязняющих веществ от водогрейных котлов и ДГУ, т/год Выводы 1. Проанализирована действующая система энергообеспечения Со- ловецких островов, рассчитаны нагрузки на производство электрической и тепловой энергии. 2. Удаленность от материка и сложные климатические условия затрудняют доставку дизельного топлива, за счет которого обеспечивается энергией поселок. 3. Вследствие суровых климатических условий увеличивается энерге- тическая нагрузка в зимний период времени. 4. Произведен расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от дизель-генераторных установок и водогрейных котлов. 5. Необходимо предпринимать меры по снижению выбросов загряз- няющих веществ в атмосферу. 6. Соловецкие острова имеют большой потенциал к созданию независимой энергетической системы, основанной на использовании альтернативных источников энергии, что позволило бы сократить выбро- сы загрязняющих веществ. 7. Дальнейшие исследования будут направлены на углубленное изу- чение возможности внедрения альтернативных источников энергии и со- ставления технико-экономического обоснования. Список использованных источников 1. Marín C, Alves LM, Zervos A., ‘100% RES-A challenge for island sus- tainable development. Instituto Superior Techico’, http://issuu.com/ pubcipriano/docs/island100res/19, (2005). 2. Cheng-Dar Yue, Chung-Sheng Chen, Yu-Chen Lee, ‘Integration of op- timal combinations of renewable energy sources into the energy supply of Wang-An Island’, Renewable Energy, 86 (2016), 930-942. 61 3. Jiahong Liu, Chao Mei, Hao Wang, Weiwei Shao, Chenyao Xiang, ‘Mu- tual adaptability of renewable energy and water-supply systems in islands’, En- ergy Procedia, 105 (2017). – Pp. 799–804. 4. Hans Christian Gils, Sonja Simon, ‘Carbon neutral archipelago – 100% renewable energy supply for the Canary Islands’, Applied Energy, 188 (2017). – Рр. 342–355. 5. Расчет выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлоагрегатах котельных: Методическое пособие по выполнению прак- тических занятий по курсу «Промышленная экология» для студентов спе- циальности 320700 «Охрана окружающей среды и рациональное использо- вание природных ресурсов» / Сост. Л.И. Бондалетова, В.Т. Новиков, Н.А. Алексеев. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 39 с. УДК 622.631.22 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СНИЖЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ АВТОДОРОГ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА А.М. Сафина Санкт-Петербургский горный университет e-mail: aza-safina@mail.ru Аннотация. Угольные предприятия –- источник комплексного нега- тивного воздействия на окружающую среду. Угольная промышленность за- грязняет атмосферный воздух, водные объекты, нарушает земли, является источником образования огромного количества отходов. За последнее де- сятилетие пылегазовые выбросы в атмосферу от предприятий угольной отрасли возросли более чем в два раза – с 233 тыс. т до 549 тыс. т. Исследования, проведенные на базе бородинского разреза им. Щадова, показали, что наиболее остро проблема запыленности стоит на автодо- рогах, особенно в летний период работы. Взвешенная угольная пыль пред- ставляет опасность для здоровья рабочих, кроме того, отрицательно влияет на работу автомобилей. Ключевые слова: уголь, угольный разрез, пылеобразование, пылепо- давление, автодороги, удельный выброс пыли, концентрация пыли. Развитие угольной промышленности отрицательно сказывается на окружающей среде, кроме этого угольные разрезы являются источни- ком образования огромного количества отходов. Ежегодно на разрезах перемещается в отвалы 300-350 млн. т. горных пород. Удельный выброс загрязняющих веществ предприятиями по добы- че топливно-энергетических полезных ископаемых в 2009 году составил около 5 кг на тонну угля. За последнее десятилетие пылегазовые выбросы в атмосферу от пред- приятий угольной отрасли возросли более чем в два раза – с 233 тыс. т до 549 тыс. т. Вследствие выветривания горных пород, а также пылеобра- зования и пылевыделения в воздух попадает большой спектр загрязняю- 62 щих веществ, перенос на большое расстояние делает характер загрязнений трансграничным. При этом значительное количество выбросов пыли про- исходит от процессов добычи, складирования, бурения, взрывания и транспортировки угля. Особенности отработки разрезов оказывают существенное влияние на специфику строительства и эксплуатации технологических автодорог. Карьерные дороги отличаются от магистральных и автодорог других про- мышленных предприятий небольшим сроком службы и протяженностью, высокими удельными нагрузками и частым изменением трассы. Кроме этого, отличительной особенностью является большая грузонапряженность и интенсивность движения. Пылеобразование на автодорогах происходит вследствие высыпания из кузова породы, угля или руды, внесения пыли колесами автомашин, за- носа ветром с прилегающих территорий, износа покрытия и шин. На ин- тенсивность пылевыделения на автодорогах влияют в основном физико- механические свойства материала покрытия, скорость движения, масса и тип автомобиля, размеры дороги и метеорологические условия. Результаты исследований показывают, что запыленность воздуха вблизи автодорог составляет 0,5–103 кг/м3, интенсивность выделения пыли на дорогах – 0,014 кг/с. Дисперсность витающей пыли чрезвычайно высо- кая: 90-98% пылинок имеют размер менее 10 мкм. И являются потенци- ально пневмокониозоопасными из-за содержания свободного кремнезема в виде кварца, количество которого достигает до 40–42%. Такая пыль находится в зоне дыхания как штатного рабочего персонала, так и пред- ставителей ИТР разреза. Причем для работников разреза не предусматри- вается выдача средств защиты органов дыхания, поскольку класс условий труда по пылевому фактору, согласно СОУТ, относится к допустимому. Исследования, проведенные на базе Бородинского разреза им. Щадо- ва, показали, что проблема запыленности на автодорогах стоит особенно остро в летний период работы. Взвешенная угольная пыль представляет опасность для здоровья рабочих, кроме того, отрицательно влияет на рабо- ту автомобилей. Помимо интенсивного пылеобразования и пылевыделения от карьер- ных дорог, на разрезе имеется проблема, связанная с эффективным увлаж- нением и связыванием выделяющейся пыли. На сегодняшний день орошение карьерных дорог производится одним автомобилем «БЕЛаЗ», объемом 75 м3, с представленной справа ороси- тельной системой. А также в целях обеспыливания дорог имеются 2 по- жарные автомашины типа «Урал» емкостью 13 м3. Оросительная система на этих типах автомобилей представлена приваренной собственноручно трубой с просверленными в ней отверстиями. Эффективность орошения водой в таких системах оставляет желать лучшего, поскольку за счет не- большого радиуса и низкого давления распыления, а также из-за быстрого высыхания дороги увлажняется низкий процент пыли. Кроме этого, полив- 63 ка автомобильной дороги водой связана со значительными затратами. При одинаковых затратах на топливо и, соответственно, оплату труда, в резуль- тате получаем невысокую степень орошения автодорог разреза. В период высоких температур, сухого воздуха необходимость орошения увеличива- ется, что приводит к увеличению затрат на увлажнение пыли. Таким образом, по итогам исследований на разрезе с учетом прове- денного анализа существующих мероприятий по пылеподавлению был сформирован ряд технологических предложений по улучшению аэротех- ногенной ситуации на автодорогах разреза: • изменение конструктивных особенностей поливочных машин с це- лью увеличения эффективности распыления воды за счет введения форсу- ночного распыления; • применение дополнительных вяжущих веществ для создания пыле- подавляющего раствора, имеющего более долговременный характер дей- ствия: для дорог предлагается применение раствора карбоксиметилцеллю- лозы или ее солей, а для уменьшения пылеобразования и предупреждения самовозгорания угля хлористого кальция; • разработка систем автоматизированного распыления воды в зонах по- стоянных автодорог на основе прокладки системы полипропиленовых или резиновых трубопроводов и форсуночного распыления в летний период; • применение поваренной соли, как реагента, предупреждающего смерзание воды внутри бака поливочных машин в зимний период. Список использованных источников 1. Зиновьев А.П., Купин А.Н., Ольков П.Л., Максимов Г.Г. Борьба с пылеобразованием на карьерных автодорогах нефтяными вяжущими. – Уфа: Башкирское книжное изд. – 1990. – 95 с. 2. Купин А.И, Назарова Н.Ю., Токмаков М.А. Применение Универсина- Л для обеспыливания автодорог с песчаноглинистым покрытием // Безопас- ное ведение работ и рекультивация нарушенных земель на разрезах. – Киев: Укр НИИпроект, – 1978. – С. 9 – 14. 3. Першин М.Н., Черкасов И.И., Платонов А.П. и др. Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов. – М.: Транспорт. –1973. –148 с. 4. Розов Ю.П., Белоусов Т.А., Крылов В.Д. и др. Рекомендации по применению лигносульфонатов для обеспыливания гравийных покры- тий. – М.: ЦБНТИ Минавтодор. РСФСР. – 1980. – 40 с. 5. Резванцев В. И., Харченко В.А. Исследование смесей из Липецкого гранулированного шлака, обработанного битумной эмульсией// Материалы Всесоюзной научно-технической конференции «Развитие дорожного стро- ительства с использованием укрепленных материалов». – М.: Союздор- НИИ, 1969. – С. 39-43. 6. Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03-85). – М.: СоюздорНИИ, –1989. – 57 с. 64 7. Никитин В.С. Проветривание карьеров / В.С. Никитин, Н.З. Битло- ков. – М.: Недра, 1975. – 98 с. 8. Филатов С.С. Вентиляция карьеров. – М: Недра, 1981. – 257с. УДК 622 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ С ВЕТРОГЕНЕРАТОРОМ В.Л. Червинский, А.М. Шимель Белорусский национальный технический университет Моделирование процессов совместной работы накопителей и источ- ников распределенной генерации представляет научный интерес с точки зрения оптимизации, как емкости накопителей, так и режимов их работы. В настоящее время автономные энергосистемы пока не получили широко- го распространения в Республике Беларусь. Однако, в связи с ростом та- рифов на электрическую и тепловую энергию и возросшими трудностями, связанными с подключением к энергосистеме источников распределенной генерации, интерес к автономным энергосистемам растет. Для моделирования системы «ветрогенератор – накопитель» была создана физическая модель, состоящая из ветрогенератора на постоянных магнитах и накопителя на основе кислотного аккумулятора емкостью 100 А*ч. При этом ветрогенератор вращался принудительно при помощи электрической дрели с регулируемой скоростью вращения. Целью физи- ческого моделирования системы «ветрогенератор – накопитель» было изучение изменения зарядной мощности для накопителя при изменении оборотов вращения ветрогенератора, а также изучение изменения потреб- ляемой мощности ветрогенератором так же при изменении числа его обо- ротов, как на холостом ходу, так и под нагрузкой. Ветрогенератор самодельной конструкции представляет собой син- хронный трехфазный генератор на постоянных магнитах с двумя секциями статоров и одним ротором. На каждой секции статора располагается 9 об- моток по 100 витков в каждой, намотанных медным проводом сечением 0,75 мм2. Внешний вид генератора показан на рис. 1. Рисунок 1 – Внешний вид ветрогенератора 65 Переменный трехфазный ток выпрямляется диодными сборками с ше- стью диодами в каждой. Рисунок 2 – Взаимное расположение приборов при исследовании На каждую секцию статора работает одна диодная сборка. Для проведения исследований была собрана следующая схема, пока- занная на рис. 2. Обороты ротора ветрогенератора измерялись цифровым лазерным тахометром марки DT-2234C+. Потребляемый ток измерялся те- стером марки Ц4340. Потребляемая мощность находилась по формуле: P=U*I, где U – напряжение в В, I – ток в А. При проведении исследований были получены данные, на основании которых был построен совмещенный график, показанный на рис.3. Здесь по вертикальной оси отмечена мощность в Вт, а по горизон- тальной – обороты ветроколеса в об/мин. Рисунок 3 – Графики изменения мощности от оборотов ротора ветрогенератора: Ряд1 (синий) – Зарядная мощность (Вт); Ряд2 (красный) – Мощность, потребляемая дрелью при работе ветрогенератора под нагрузкой (Вт); Ряд3 (зеленый) – Мощность, потребляемая дрелью при холостом ходу ветрогенератора (Вт) 66 Из графика видно, что зарядный ток растет не сразу с началом враще- ния ветроколеса, а начиная примерно с 200 об/мин. Для таких оборотов требуется механическая мощность порядка 100 Вт. Далее с ростом числа оборотов соответственно возрастает как потребляемая ветрогенератором мощность – P потр, так и зарядная мощность – Pзаряд. Соотношение этих мощностей определяет к.п.д. ветрогенератора: = Pзаряд/Pпотр. При работе ветрогенераторов необходимо учитывать их особенности, такие как: – для обеспечения максимального к.п.д. ветроколеса следует изменять частоту его вращения в зависимости от скорости ветра, сохраняя постоян- ным коэффициент быстроходности Z, который равен отношению скорости конца лопасти к скорости ветра (рис. 4): Z= Vл/V; Рисунок 4 – Основные параметры ветроэнергоустановки (ВЭУ) – для зарядки накопителя необходима скорость вращения ветроколе- са, превышающее некоторое минимальное значение, при котором напря- жение на ветрогенераторе превышает номинальное напряжение на аккуму- ляторе-накопителе. В нашем случае – это 200 об/мин; – гораздо эффективнее управлять скоростью вращения ветроколеса путем изменения величины шунтирующей нагрузки, чем применением ме- ханических систем. В нашем случае возможно подключение замыкающих контактов реле к выводам «+» и «-» диодной сборки, что полностью оста- новит ветроколесо. Возможно подключение шунтирующих емкостей на трехфазную обмотку статора, как это показано на рис. 5. 67 Рисунок 5 – Вариант подключения шунтирующих емкостей для автоматического управления скоростью вращения ветроколеса Можно выделить следующую особенность работы ветрогенератора в составе с нагрузкой: с целью снижения емкости аккумуляторов- накопителей необходимо применять совмещение различных источников энергии, таких как солнечная, ветровая, дизель-генераторная и т.д. Пре- имущества гибридной генерации – это, в первую очередь меньшая необхо- димость в накопителях энергии. Управление гибридной системой основано на поддержании энергобаланса: Рнагр = Рветр + Рсолнечн + Рнакопит* – Рпотери. *здесь, в общем случае, Рнакопит. может служить как источником энергии для потребителя, так и нагрузкой для генераторов. Схема управления ги- бридной системой с общей шиной низкого напряжения 12В представлена на рис. 6. Рисунок 6 – Схема управления гибридной системой с общей шиной низкого напряжения 12 В 68 Здесь для управления системой можно задаться контрольным пара- метром – величиной напряжения на клеммах аккумулятора-накопителя Uнакопит, которая определяет степень его зарядки. При этом за основной генератор можно взять солнечную панель, тогда дополнительный (ветровой или дизель-генераторный) будет подключаться в зависимости от величины Uнакопит. При снижении Uнакопит ниже опреде- ленного порогового значения, что представляет для системы аварийный режим, датчик напряжения дает сигнал на отключение нагрузки. Выводы. В результате физического моделирования системы создан- ной системы «ветрогенератор-накопитель» получены графики соотноше- ния потребляемой ветрогенератором мощности на разных оборотах, как на холостом ходу, так и под нагрузкой, которой являлся накопитель. Из гра- фиков видно, что зарядная мощность растет не сразу с началом раскрутки ветрогенератора, а начиная с 200 об/мин. Соотношение потребляемой и за- рядной мощности определяют к.п.д. ветрогенератора. Преимущество ги- бридной генерации состоит в меньшей потребности в накопителях энер- гии. Физическое моделирование определило подходы к управлению авто- номной гибридной генераторной системой, состоящей из фотоэлект- рической системы и ветрогенератора, работающей на шины низкого напряжения, а именно: управление заключается в первоочередной работе фотоэлектрической системы и вторичном подключении ветрогенератора. Сигналом такого переключения должна служит величина напряжения на аккумуляторе-накопителе. УДК 662.8.05 ПОИСК СПОСОБОВ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛЬНЫХ ОТХОДОВ ТЭС НА ПРИМЕРЕ СЛАНЦЕЗОЛЬНЫХ ОТХОДОВ М.Ю. Назаренко, Н.К. Кондрашева, С.Н. Салтыкова Санкт-Петербургский горный университет E-mail: max.nazarenko@mail.ru, natalia.kondrasheva@mail.ru, ssn_58@mail.ru Аннотация. В данной работе рассматриваются важные проблемы использования твердого низкосортного углеводородного сырья для тепло- вых электростанций, а именно снижение отрицательного воздействия при их переработке на окружающую среду и разработка комплексных и рациональных технологий их переработки. Ключевые слова: зольные отходы, теплоэлектростанции, утилиза- ция отходов, рациональное природопользование, горючие сланцы. В настоящее время происходит постоянный рост энергопотребления уменьшение известных запасов легкой нефти, увеличение сернистости и об- воднености нефти. В результате чего, большинство стран стремятся дивер- сифицировать структуру своей энергетики, развивать местные низкосорт- ные виды топлива, например, бурые угли или горючие сланцы [1-7]. Глав- 69 ной проблемой переработки такого вида сырья, например, бурых углей и горючих сланцев, является образование большого количества зольных от- ходов, для хранения которых необходимо выделять огромные территории. Учитывая то, что на каждые 50 тыс. т. зольных отходов, складируемых в от- валах, затрачивается 15-20 млн. рублей в год на экономические платежи, то положение с отходами становится не только экологической, но и эконо- мической проблемой. Использование золы в строительной и сельскохозяй- ственной промышленности полностью не решает проблему образования большого количества данных отходов, так как большая часть продолжает складироваться в отвалах. Поскольку Россия имеет большие по объему месторождения горючих сланцев: Прибалтийский (10246,7 млн. т.), Тимано-Печорский (4888 млн. т.), Вычегодский (58105,8 млн. т.), Волжский (25822,4 млн. т.), Оленекский (380000 млн. т.) и др. бассейны, по количеству которых ее опережают только США и Бразилия объектом исследования в данной работе была вы- брана сланцевая зола и исходя из выше сказанного, цель данной работы – поиск способов утилизации сланцевой золы, при которых зола будет яв- ляться сырьевым объектом многоцелевого назначения. Ранее в работах [7-9], были изучены составы сланцевой золы, резуль- таты показали экспериментальных исследований по определению химиче- ского состава золы показали, что почти все элементы сланцевой золы при- сутствуют в виде оксидов: SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, MgO. В небольшом ко- личестве присутствуют также такие элементы, как Pb (316.9 ppm), Cr (420,3 ppm), Ni (511,9 ppm), Cu (271,6 ppm), Zn (407,7 ppm), Zr (596.0 ppm). Проанализировав полученный химический состав сланце- вой золы, сделан вывод, что благодаря большому содержанию следующих оксидов: CaO, SiO2, Fe2O3, SiO2, MgO, Al2O3 и др. сланцевую золу можно использовать в качестве природных минеральных сорбентов для очистки воды от органических загрязнителей (нефти и нефтепродуктов) и в каче- стве флюсующей добавки для получения таких металлов, как медь, никель и кобальт в металлургии. В работе [10] пописано использование сланцевой золы в качестве природного сорбционного материала для очистки воды от органических загрязнителей (нефти и нефтепродуктов). В таблице 1 показаны получен- ные значения сорбционной емкости сланцевой золы по отношению к раз- личным загрязнителям с различной плотностью и вязкостью. Полученные данные говорят о высокой эффективности использования зольного матери- ала для очистки воды от органических загрязнителей. 70 Таблица 1 Сорбционная емкость различных материалов, мл/см3 Материал Природный сорбент, фракция 1-2 мм Песок Цеолит Горючие сланцы Сланцевая зола Сырая легкая нефть 0,39-0,48 0,52-0,79 0,67-0,74 1,07-1,23 Тяжелая высоковязкая нефть 0,78-0,85 0,86-0,94 0,86-0,94 1,89-2,01 Тяжелый газойль КК 0,70-0,78 0,85-0,99 0,87-0,93 1,76-1,99 Легкий газойль КК 0,32-0,40 0,64-0,82 0,64-0,74 1,52- 1,61 Дизельное топливо 0,37-0,42 0,47-0,51 0,53-0,69 1,06-1,16 Флюсующие материалы (флюсы) – это материалы, взаимодействующие в обжиге с глинистыми минералами с образованием более легкоплавких со- единений. Поэтому введение в состав массы флюсующих материалов улуч- шает степень спекания и снижает температуру обжига. В качестве флюсу- ющих материалов используются различные вещества, например, полевые шпаты. Они бывают следующего вида: калиевый полевой шпат (ортоклаз) – K2O·Al2O3·6SiO2, натриевый полевой шпат (альбит) – Na2O·Al2O3·6SiO2, из- вестковый полевой шпат (анортит) – СаО·Al2O3·2SiO2. Использование до- ломита (СаСО3·МgСО3) и талька (4SiО·3МgO·Н2O) также оказывает поло- жительное влияния на процесс плавки, так, например, добавка талька в фа- янсовую массу предотвращает образование трещин в глазурном слое – «пека» – и повышает термостойкость. В работе [10] дана оценка использования сланцевой золы в качестве флюсующей добавки для получения меди, кобальта и никеля из оксидных и сульфидных соединений. По результатам экспериментальных исследова- ний было установлено, что за счет оксидов кальция, кремния, алюминия и железа в сланцевой золе, понижается температура процесса получения металлов и как следствие снижаются расходы на электроэнергию. В слан- цевой золе уже содержатся флюсующие материалы, за счет чего достига- ется экономия средств идущих, на приобретение флюсующих добавок. Основное преимущество использования зольных отходов переработки горючих сланцев в рассматриваемых процессах очистки воды от органиче- ских загрязнений или в качестве флюсов в металлургической промышлен- ности, является то, что зола не требует дополнительных затрат на ее изго- товление, так как она уже является отходом переработки и ее использование в качестве сырьевого материала позволит повысить эффективность исполь- зования низкосортных видов углеводородов для получения электроэнергии. 71 Список использованных источников 1. Рудина М.Г., Серебрянникова Н.Д., Справочник сланцепереработ- чика. – Л.: Химия, 1988. – 256 с. 2. Стрижакова Ю.А, Усова Т.В., Третьяков В.Ф. Горючие сланцы – потенциальный источник сырья для топливно-энергетической и химиче- ской промышленности // «Вестник МИТХТ», Химия и технология органи- ческих веществ, 2006. – №4. – С. 76-85. 3. Leimbi-Merike R., Tiina H., Eneli L., Rein K. Composition and proper- ties of oil shale ash concrete. Oil shale, 2014. – Vol. 31. – №2. – Рр. 147-160. 4. Bityukova L., Motler R. Composition of oil shale ashes from pulverized firing and circulating fluidized-bed boiler in Narva thermal power plants. Oil shale, 2010. – Vol. 27. – №4. – Pp. 339-353. 5. Игоева Т.Е., Каминский Ю.Д. Кызылский золоотвал как источник неблагоприятного воздействия на окружающую среду // Сибирский эконо- мический журнал, №6, 2010. – С. 885-892. 6. Юдович Я.Э. Горючие сланцы Республики Коми. Проблемы освое- ния. – Сыктывкар: Геопринт, 2013. – 90 с. 7. Назаренко М.Ю., Бажин В.Ю., Салтыкова С.Н., Коновалов Г.В. Изучение физико-химических свойств горючих сланцев // Кокс и Химия, 2014. – №3. – С. 44-49. 8. Назаренко М.Ю., Бажин В.Ю., Салтыкова С.Н., Шариков Ф.Ю. Из- менение состава и свойств горючих сланцев во время термической обра- ботки // Кокс и Химия, 2014. – №10. – С. 46-49. 9. Назаренко М.Ю., Кондрашева Н.К., Салтыкова С.Н. Перспективы добычи и комплексного использования горючих сланцев России // Горный журнал, 2016. – №2. – С. 36-38. 10. Назаренко М.Ю., Кондрашева Н.К., Салтыкова С.Н. Эффектив- ность применения горючих сланцев и сланцезольных отходов для очистки воды от органических загрязнителей // Известия томского политехническо- го университета. Инжиниринг георесурсов, 2016. – Т. 327. – №9. УДК 628.543.1 ОБРАБОТКА ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД НА СООРУЖЕНИЯХ С НИЗКИМИ РЕСУРСО- И ЭНЕРГОЗАТРАТАМИ В.Э. Блажук, В.Н. Ануфриев, О.И. Родькин Белорусский национальный технический университет В настоящее время в Республике Беларусь эксплуатируется более 200 сооружений биологической очистки городских сточных вод различной производительности, а их суммарная мощность в ближайшей перспективе будет только возрастать. Одной из наиболее сложных проблем, связанных с функционированием очистных сооружений, является управление обра- зующимися осадками, которые являются одним из видов крупнотоннаж- ных отходов. Ежегодно в Республике Беларусь образуется более 50 тыс. 72 тонн осадков сточных вод в пересчете на сухое вещество, т.е. без учета влажности. Соответственно масса и объемы образующегося влажного осадка намного выше и в среднем составляют около 0,7 млн. тонн в год. Таким образом, осадки сточных вод являются одним из наиболее распро- страненных отходов, объем которых продолжает увеличиваться. В настоящее время осадки складируются или непосредственно на очистных сооружениях или на специально выделенных площадках, ко- торые являются источником долгосрочного воздействия на почву и верх- ние горизонты подземных вод, главным образом связанного с загрязнени- ем сопредельных сред биогенными элементами и тяжёлыми металлами. Многие предприятия водопроводно-канализационного хозяйства в насто- ящее время имеют проблемы с получением новых площадок для размеще- ния осадков сточных вод, в тех случаях, когда емкость имеющихся иловых прудов исчерпана. Размещение и долговременное хранение осадка на иловых площадках для Республики Беларусь весьма распространенным способом утилизации даже для крупных очистных сооружений. При этом действующие ТНПА (ТКП 45-4.01-202-2010) ограничиваю область применения иловых площадок производительностью очистных сооружений не более 25000 м3/сут. Для очистных сооружений большей производительностью должны приме- няться сооружения механического обезвоживания осадка. Как известно, ос- новным направлением при обработке осадка является максимальное умень- шение его объёма за счет уменьшения его влажности. Так при снижении влажности осадка с 99,4% (избыточный ил из вторичных отстойников) до 65% (осадок после механического обезвоживания или выдерживания 10-15 лет на иловых площадках) объем осадка уменьшается в 10 раз. Даль- нейшее снижение влажности до 10% может достигаться сушкой. Максималь- но возможное сокращение объема осадка может быть получено при его сжи- гании с получением золы как конечного продукта. При этом стоимость обра- ботки осадка в случае применения высокотехнологичных методов обработки осадка, которые позволяют снизить с влажность и соответственно объем об- рабатываемого осадка характеризуются резким ростом в сравнении экстен- сивными методами (обезвоживание на иловых площадках). Так, например, стоимость капитальных вложений на сооружения механического обезвожи- вания с использованием ленточных фильтр-прессов варьируются в пределах 80–250 тысяч Евро в зависимости от производительности оборудования. Данное оборудование характеризуется энергопотреблением около 20–30 кВт ч на 1 т сухого вещества осадка. При этом требуется 4–12 кг специального реагента флоккулянта на 1 т сухого вещества осадка. Применение методов дополнительной обработки, такой как сушка и сжигание делают процесс об- ращения с осадком еще более затратным. При сжигании стоимость инвести- ций уже достигает уровня 20-40 миллионов Евро. И если для крупных очист- ных сооружений такие технологии являются приемлемыми из-за большого объема обрабатываемого осадка, то для очистных сооружений небольшой 73 и средней производительности проблема обработки осадка является актуаль- ной в части технических решений, которые при соответствующем уровне са- нитарной и экологической безопасности характеризовались бы приемлемыми технико-экономическими показателями. В этом плане представляет определенный интерес замена иловых площадок традиционных конструкций на грунтово-растительные площад- ки предназначенных для обработки осадков. Простота устройства грунтово-растительных площадок определяет их эффективность для очистки сточных вод небольших населенных пунк- тов и к настоящему времени в Республике Беларусь построен ряд соору- жений такого типа. В ТНПА Республики Беларусь внесены положения ре- гламентирующие основные правила проектирования таких сооружений. Грунтово-растительные площадки предназначенных для обработки осадков имеют определенные особенности и требуют проведения специ- альных исследований по адаптации технических решений к климатиче- ским условиям Республики Беларусь и разработке усовершенствованных конструкций таких сооружений. Типичная конструкция сооружения приведена на рис. 1. На площадки осадок подается на поверхность площадки по распреде- лительной системе трубопроводов. В слое загрузки с растениями происхо- дит обезвоживание осадка за счет транспирации, испарения и его частич- ная минерализация. Профильтровавшаяся вода собирается дренажными трубопроводами, уложенными в нижней части загрузки и отводится об- ратно на очистные сооружения. Рисунок 1 – Схема иловой грунтово-растительные площадки 74 Для предотвращения просачивания иловой вод в нижележащие слои грунта фильтрующая загрузка размещается над слоем гидроизоляции из полимерной пленки таким образом в отличие от традиционных иловых площадок отсутствует фильтрация в грунт иловой воды, профильтровав- шейся через загрузку. Отдельным перспективным направлением является использование на иловых грунтово-растительных площадок вместо макрофитов (камыш, тростник и т.д.) быстрорастущих древесных культур, например, ивы. Та- кой подход позволяет использовать органические вещества осадка сточных вод как ресурс для получения биотоплива. Урожайность при возделывании быстрорастущей ивы в Беларуси составила от 7 до 12 тонн сухой древеси- ны в год на разных видах грунтов [2]. Таким образом, рассматриваемое предложение может позволить получить техническое решение обеспечи- вающее утилизацию осадка сточных вод с низкими затратами и минималь- ным энергопотреблением которое позволяет дополнительно получить энергоресурс в виде древесного биотоплива. Список использованных источников 1. Sludge Treatment Reed Beds. Электронный ресурс http://waterandcarbon.com.au/technology/sludge-treatment-reed-beds/ дата до- ступа 15.10.17. 2. Родькин О.И. Производство возобновляемого топлива в аграрных ландшафтах: экологические и технологические аспекты: монография/ Родькин О.И. – Мн.: МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2011. – 212 с. УДК 622.418 РАЙОНИРОВАНИЕ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ РЕГИОНОВ РОССИИ ПО ЗАТРАТАМ НА РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА В РУДНИКЕ Д.В. Николаева, А.А. Наумов Санкт-Петербургский Горный университет e-mail: nikolaeva.dasha@inbox.ru Аннотация. Разработан критерий оценки энергопотребления систем кондиционирования рудничного воздуха, который позволяет обоснованно проводить выбор способов и средств снижения энергетических и экономи- ческих затрат на регулирование теплового режима. Проведено районирова- ние основных горнодобывающих регионов России по полученному критерию. В целом, результаты исследования позволяют выбирать регионы, где эко- номия энергетических ресурсов путем разработки и внедрения новых спосо- бов и средств регулирования теплового режима является наиболее актуаль- ным и перспективным, как в технологическом, так и в экономическом плане. Ключевые слова: тепловой режим, кондиционирование воздуха, кри- терий, энергопотребление, шахты, рудники, районирование. 75 Большая часть горнодобывающих предприятий России находятся в субарктическом поясе, в области континентального и резко- континентального климата, что обуславливает дополнительное потребле- ние энергии на регулирование теплового режима, которое зависит от дли- тельности холодного периода года, когда температура воздуха ниже +2 0С. Вопросами регулирования теплового режима шахт и рудников Севера занимались многие ученые горные-теплофизики: Дядькин Ю.Д., Чабан П.Д., Зимбельборд А.Ф., Шерстов В.А., Шувалов Ю.В., Казаков Б.П., Гал- кин А.Ф., и др. [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. Ими обоснованы и разработаны различные способы и средства для регулирования теплового режима шахт и рудников. Можно констатировать, что накоплен достаточный научный и инженерный потенциал по проектированию и внедрению энергетически и экономически эффективных способов регулирования теплового режима шахт и рудников. Однако в настоящий период, применение подобных систем, не носит обяза- тельного характера и скорее является исключение, чем правилом. Целью данной работы является определение горнодобывающих ре- гионов, для которых использование оптимальных режимов регулирова- ния теплового режима шахт и рудников, с использованием «безэнерге- тических» систем наиболее актуально. По результатам проведенных расчетов было проведено районирова- ние горнодобывающих регионов России по разработанному критерию оценки энергопотребления. Сделан вывод, в каких регионах Российской Федерации применение «безэнергетических» систем при регулировании теплового режима наиболее актуально. Список использованных источников 1. Дядькин Ю.Д. и др. Тепловой режим рудных, угольных и россыпных шахт Севера. / Ю.Д. Дядькин, А.Ф. Зильберборд, П.Д. Чабан. М.: Изд-во «Наука», 1968. – 172 с. 2. Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В., Тимофеевский Ю.С. Горная тепло- физика. Регулирование теплового режима шахт и рудников. Л.: Изд. ЛГИ, 1976. – 159 с. 3. Казаков Б.П. Ресурсосберегающие технологии управления климати- ческими параметрами рудников: На примере калийных рудников. Дис. д-ра техн. наук: – Пермь, 2001. – 315 с. 4. Осодоев М.Т., Шерстов В.А. К экономической оценке эффективно- сти регулирования теплового режима шахт Севера / Исследования по физи- ко-техническим проблемам Севера. – Якутск, 1974. – С. 11-14. 5. Галкин А.Ф. Тепловой режим подземных сооружений Севера. – Но- восибирск: ВО Наука, 2000. – 305 с. 6. Галкин А.Ф. Горнотехнические системы регулирования теплового режима // Горная промышленность. – № 3, 2008. – С.14-17. 76 7. Галкин А.Ф., Хохолов Ю.А. Теплоаккумулирующие выработки. – Новосибирск: ВО «Наука», Сибирская издательская фирма, 1992. – 133 с. 8. Гудыма Н.Б., Галкин А.Ф. Определение риска производственно- обусловленных простудных заболеваний горнорабочих. – Неделя науки СПбГПУ: материалы научно-практической конференции c международным участием. Институт военно-технического образования и безопасности СПбГПУ. – СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. – С 73-75. 9. Горбунов Н.И. Теория и практика аэрологии горных предприятий / Учеб. пособие. – Алчевск: ДГМИ, 2003. – 116 с. 10. Петрачкова Н.М., Хорхордина Е.М., Галкин А.Ф. Анализ средств индивидуальной защиты органов дыхания для работы в зимних условиях. – Неделя науки СПбГПУ: материалы научно-практической конференции c международным участием. Институт военно-технического образования и безопасности СПбГПУ. – СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. – С 99-102. 11. Строительный нормы и правила: СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – М., 2003.  12. Строительный нормы и правила: СаНПиН – 2.2.4.548-96 Гигиениче- ские требования к микроклимату производственных помещений. – М., 1996. УДК 541 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОГО И КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ С ТЕМПЕРАТУРОЙ КИПЕНИЯ 40-1400С В ВОДЕ МЕТОДОМ ТВЕРДОФАЗНОЙ МИКРОЭКСТРАКЦИИ (SPME) А.С. Панасюгин, А.И. Теран, В.Н. Ануфриев, С.В. Григорьев, Т.В. Силина Белорусский национальный технический университет Аннотация. В статье рассмотрен метод определения количествен- ного и качественного состава нефтяных фракций с температурой кипе- ния 40-1600С в воде методом твердофазной микроэкстракции. Принцип метода основан на сорбции анализируемого компонента из водных объек- тов сорбционным материалом (полидиметилсилоксан). Далее при термо- десорбции в испарителе газового хроматографа и анализируемый компо- нент определяли по стандартной процедуре с использованием пламенно- ионизационного детектора. В результате ряда измерений в работе показана принципиальная воз- можность использования рассматриваемого метода для определения нефтепродуктов различного состава в водных средах. Ключевые слова: нефтяное загрязнение, нефтепродукты, газовая хроматография, твердофазная микроэкстракция. Введение. При эксплуатации объектов энергетики одной из распростра- ненных проблем является сброс в водные объекты сточных вод, содержащих нефтепродукты. Кроме того, поступление в водные объект нефтепродуктов сопряжено с авариями и другими нештатными ситуациями на объектах энер- 77 гетики и транспорта. В этих случаях загрязнения носят делокализованный характер и могут распространяться на большие площади [1]. В настоящее время для определения нефтепродуктов в водах различ- ного происхождения широко используют метод твердофазной микроэкс- тракции (Solid Phase Microextraction – SPME) [1-2]. Отличительной чертой этого метода является совмещение в одном устройстве системы пробоот- бора и ввода пробы в хроматограф [2]. Проведенные эксперименты пока- зали, что метод твердофазной микроэкстракции лишен ряда недостатков, присущих существующим методикам. Это метод пробоподготовки в кото- ром исключено использование органических растворителей в качестве экс- трагентов. Он также характеризуется простотой и экспрессностью, особен- но при анализе водных матриц. Рассматриваемый метод также удовлетворяет требованию к методи- кам контроля нефтепродуктов в воде СанПиН 10-124 РБ 99, согласно кото- рому в случае превышения ПДК необходимо определять не только количе- ственный, но и качественный состав нефтепродуктов в воде. В основе метода лежит использование микроколичества экстракционной фазы, как правило, менее 1 мкл. Экстракционной фазой может твердый сорбент, обладающий развитой пористой структурой для увеличения адсорбции. Таким образом, метод измерения основан на количественном и качественном определении анализируемых компонентов методом газо- вой хроматографии с предварительным концентрированием пробы мето- дом твердофазной микроэкстракции (SPME). Анализ проводится на колон- ке с неполярной неподвижной фазой. Возможности метода твердофазной микроэкстракции иллюстрируют- ся на примере определения нефтепродуктов в водных средах. Методика. Выполнение измерений методом твердофазной микроэкс- тракции (SPME) осуществлялось на газожидкостных хроматографах серии «Цвет» и «Хромас», оснащенных пламенно-ионизационными детекторами с использованием двух колоночной схемы. Хроматографическая колонка №1 для количественного определения: материал – стекло; длина 30 м; внутренний диаметр 0,6–0,65 мм; непо- движная фаза – полидиметилсилоксан (SE 30), эффективность колонки не менее 30000 тт. по толуолу при 170ºС производства НП ОДО «Люкэп». Хроматографическая колонка №2 для качественного определения: ма- териал – стекло; длина 60 м; внутренний диаметр 0,4–0,45 мм; неподвиж- ная фаза – полидиметилсилоксан (SE 30), эффективность колонки не менее 150000 тт. по толуолу при 170°С, производства НП ОДО «Люкэп». На первой колонке определяли количество нефтепродуктов в пробе, при этом нижний предел обнаружения составлял 0,064 мг/л. При содержа- нии нефтепродуктов выше 1,0 мг/л необходимо проводить качественное определение типа нефтепродукта, которое проводят на колонке 2. Устройство для твердофазной микроэкстракции, снабженное экс- тракционной нитью, покрытой слоем полидиметилсилоксана толщиной 78 100 мкм, производства фирмы "Supelco". После экстракции нефтепродук- тов из пробы устройство вводят в испаритель хроматографа, где происхо- дит термодесорбция нефтепродукта. Растворы с известным качественным и количественным составом нефтепродуктов в пробе готовили на основе водопроводной воды. В воду, химический состав которой приведен ниже, помещали расчетное количе- ство смеси нефтепродуктов. Химический состав воды: рH – 7,46; Na+ – 7,38 мг/л; K+ – 1,27 мг/л; NH4+ – 0,21 мг/л; Ca2+ – 43,4 мг/л; Mg2+ – 4,9 мг/л; Cl- – 29,11 мг/л; SO22- – 41,2 мг/л; NO3- – 2,03 мг/л; NO2- – менее 0,1 мг/л; HCO3- – 167,0 мг/л; CO32- – необн. Br- – 0,12 мг/л; F- – 0,1 мг/л; SiO2 – 11,44 мг/л; общая жесткость 2,65 мг- экв/л; карбонатная жесткость 2,49 мг-экв/л. В качестве модельной смеси нефтепродуктов использовали паспорти- зованные фракции фирмы FLUKA: петролейный эфир температура кипе- ния 40-60 0C, лигроин температура кипения 60-100 0C, бензин температура кипения 65-100 0C, бензин температура кипения 80-110 0C, бензин темпе- ратура кипения 100-140 0C. Классификация химической чистоты всех ре- активов – ч.д.а. Градуировочную характеристику, выражающую зависимость площа- дей хроматографических пиков определяемых нефтепродуктов от их со- держания в градуировочной пробе устанавливали по 5 растворам различ- ной концентрации. Их готовили из смеси нефтепродуктов, аликвоту, кото- рых растворяли в ацетоне, далее разбавлением в воде достигали следующего содержания нефтепродуктов в пробе 0,053; 0,525; 1,05; 1,575; 2,625 мг/л, соответственно от 0,5 до 26 ПДК. Каждую градуировочную пробу хроматографировали 5 раз, начиная с самой низкой концентрации определяемых компонентов. Условия прове- дения анализа и градуировки приведены в таблице 1. Таблица 1 Условия проведения анализа и градуировки Показатель Значение Температура термостата колонки, C 200 Температура испарителя, C 270 Температура детектора, C 250 Суммарный расход газа-носителя, см3/мин 35 Коэффициент деления потока на входе в колонку 1/5 Расход газов для ионизационно-пламенного детектора, см3/мин: водород 30 воздух 300 79 Результаты и их обсуждение. При определении количественного со- держания нефтепродуктов в воде использовали метод абсолютной калиб- ровки. Концентрацию нефтепродуктов в воде (C, мг/дм3) определяли по формуле (1). Для этого используют среднее арифметическое площадей пи- ков, полученных при обработке не менее 2 хроматограмм. Ci = Hi / a, (1) где Hi – сумма площадей пиков; a – коэффициент регрессии, который определяли процессе градуиров- ки. За результат испытания принимают среднее арифметическое резуль- татов анализа двух параллельных проб. Полученные хроматограммы показаны на рис. 1-2. 6215 mv 1 2 3 4 5 6 7 мин 1 1 2 3 4 5 6 7 Рисунок 1 – Хроматограмма низкокипящих нефтепродуктов для смеси петролейного эфира-лигроина. 1433 mv 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 мин 1 1 2 3 45 6 7 Рисунок 2 – Хроматограмма легких бензиновых фракций 100-1400С 80 Заключение. В данной работе нами были разработаны и апробированы подходы для применения метода твердофазной экстракции для определения нефтепродуктов в воде. Рассмотренный метод измерения основан на опреде- лении анализируемого компонента методом газовой хроматографии с иониза- ционно-пламенным детектированием и предварительным концентрированием пробы методом твердофазной микроэкстракции (SPME) равновесной газовой фазы. Список использованных источников 1. Панасюгин А.С., Азаров С.М., Машерова Н.П., Сивак Ю.Б. Мо- дульная система очистки вод различного происхождения от нефтепродуктов // Литейное производство и металлургия, 2005. – Вып. 2. – С. 179-181. 2. Волков C.М., Черновец А.Н. Новая конструкция устройства для осуществления микроэкстракции // Сорбционные и хроматографиче- ские процессы, 2011. – Т.11. – Вып 3. – С. 367-372. 81 СЕКЦИЯ 3 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 621.311 СХЕМНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ SMART GRID М.И. Фурсанов, А.А. Золотой, В.В. Макаревич Городские электрические сети являются основным компонентом си- стемы электроснабжения любого города, который осуществляет распреде- ление электроэнергии по территории города с помощью сетей 6-10 кВ и содержит трансформаторные подстанции (ТП) и линии, соединяющие центры питания (ЦП) с ТП и ТП между собой, а также распределительные сети до 1000 В, питающие потребителей электрической энергии. Рисунок 1 – Фрагмент городской электрической сети 82 Фрагмент городской электрической сети приведен на рис. 1 и состоит из двух питающих подстанций 35-110 кВ («Юго-Запад» и «Петровщина») (ЦП1 и ЦП2), трех распределительных линий (фидера 302, 404 и 611), трех понижающих подстанций 10/0,38 кВ (ТП 2930, 2941 и 2725), сети 0,38 кВ, подключенной к абонентской ТП 2725 и двух источников распределенной генерации – Г1(на шинах 10 кВ ТП 2930) и Г2 (на шинах 10 кВ ТП 2725). Для анализа и оптимизации режимов городских сетей 6-10 кВ на ка- федре «Электрические системы» БНТУ разработан и в РБ повсеместно экс- плуатируется универсальный промышленно-вычислительный комплекс GORSR. Основными функциями комплекса являются: создание модели электрической сети в реальном времени и решение основных технических задач эксплуатации городских сетей - расчет и анализ режима, оптимизация точек разреза, оценка чувствительности максимальных токовых защит, рас- чет и анализ емкостных токов замыкания на землю, зарядных токов и т.д. Новые условия функционирования электроэнергетики, повышение требований к технологическому состоянию отрасли, надёжности систем в большинстве развитых стран предопределили переход к реструктуризации электрических сетей энергосистем на базе инновационной организацион- ной структуры SMART GRID (интеллектуальных электрических сетей). Термин SMART GRID официально используется с 2003 года, однако единой трактовки этого понятия в мире до сих пор нет. В ОЭС Беларуси термин SMART GRID в распределительных электрических сетях опреде- лен стандартом ГПО «Белэнерго» СТП 09110.47.104-11. Схемно-конструктивные решения и информационное обеспечение городских электрических сетей в условиях SMART GRID Схемы распределительных городских электрических сетей должны соответствовать определенным техническим решениям, меро- приятиям и требованиям. В сетях с преобладанием кабельных линий электропередачи рекомендуется применять двухлучевую, а также петле- вую схему построения сети. Построение магистрали в сети напряжением 6-10 кВ от независимого источника питания до точки соединения, должно осуществляться через пункт АВР. При наличии на магистралях ВЛ-10 кВ ответвлений рекомен- дуется, в целях секционирования и сетевого резервирования в качестве отключающего аппарата применять реклоузеры (устройства с управляе- мым выключателем). Для ответственных потребителей следует устанавливать устройство АВР 6-10 и 0,4 кВ, непосредственно во вводном устройстве потребителя. На всех вновь вводимых ВЛ и КЛ 6- 10 кВ необходимо предусматри- вать установку устройств регистрации аварийных режимов с подключени- ем их к телемеханике. 83 К конструктивным можно отнести следующие решения: в трансфор- маторных подстанциях вместо выключателей с механическими приводами необходима установка выключателей с поддержкой дистанционного управле- ния по каналам связи устройств телемеханики. Применение реклоузеров поз- воляет удаленно управлять электроснабжением потребителей и автоматически отключать поврежденные участки сети. Применение современного оборудо- вания, конструкций, материалов и эффективных технологий. Информационная система SMART GRID строится на оперативно- информационных комплексах (ОИК). Для того, чтобы электрическая сеть превратилась в SMART GRID, недостаточно внедрения на ее объектах от- дельных «умных» элементов. Требуется также адекватное информацион- ное обеспечение, т.е. создание единого информационно-технологического пространства. Информация с цифровых подстанций SMART GRID концен- трируется и передается на следующий уровень управления - в SMART- диспетчерские, потому, что цифровые подстанции в присутствии постоян- ного обслуживающего персонала не нуждаются. Разработанные в РБ методические рекомендации предусматривают несколько этапов внедрения технологии SMART GRID в распределитель- ных электрических сетях ОЭС Беларуси:  автоматизация передачи и распределения энергии;  установка “умных счетчиков” и обеспечение связи с ними;  управление энергоснабжением жилых домов и коммерческих предприятий;  формирование мощных центров обработки информации, поступа- ющей от датчиков SMART GRID. С учётом изложенного в стандарте предусматриваются практические меры для реализации первых шагов перехода распределительных сетей к SMART GRID. Выводы 1. SMART GRID представляет собой сверхуправляемую, интеллекту- альную, распределённую, самодиагностирующуюся и самовосстанавливаю- щуюся систему, состоящую из информационно-телекоммуникационной и электроэнергетической частей. 2. SMART GRID является симбиозом электроэнергетики, электрони- ки, информационных технологий, телекоммуникаций, сенсоров, про- граммного оеспечения и математики. 3. Традиционно рассчитываемые режимные параметры в условиях SMART GRID являются наблюдаемыми, поэтому большинство задач управления режимами, характерные для традиционных городских распре- делительных сетей, в условиях SMART GRID в будущем теряют свою ак- туальность. 4. Задачи управления режимами городских электрических сетей в условиях SMART GRID требуют применения более сложных и дорогих многоуровневых математических моделей, учитывающих влияние разно- 84 образных средств регулирования, режимную реакцию активно-адаптивной части сетей и распределенной малой генерации, в том числе использующей нетрадиционные источники энергии. 5. Основным направлением развития автоматической системы управ- ления режимами городских электрических сетей в условиях SMART GRID является разработка методов и алгоритмов распределенных расчетов на основе многоуровневых математических моделей с использованием блочно-параллельной обработки данных в условиях распределенных высо- копроизводительных вычислительных систем. УДК 621.311 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ М.А. Короткевич Целесообразность применения более дорогих кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена по сравнению с кабелями с бумажно-масляной изо- ляцией рассмотрим применительно к кабельным линиям, выполненным ка- белями: – трехжильными площадью поперечного сечения жил 35-240 мм2 напряжением 6-35 кВ; – одножильными площадью поперечного сечения жил 35-240 мм2 (кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена) и трехжильными той же самой площади поперечного сечения жил (кабели с бумажно-масляной изоляцией) напряжением 6-35 кВ; – одножильными площадью поперечного сечения жил 150-630 мм2 (кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена) и одножильными той же площади поперечного сечения жил (кабели маслонаполненные с бумаж- но-масляной изоляцией) напряжением 110 кВ. Установлено, что увеличение стоимости кабеля с изоляцией из сшито- го полиэтилена по сравнению со стоимостью кабеля с бумажно-масляной изоляцией в 1,2-2,0 раза приведет к увеличению стоимости сооружения линии с кабелем с изоляцией из сшитого полиэтилена в 1,1-1,48; 1,07-1,37; 1,11-1,57; 1,06-1,3 раза соответственно для линий напряжением 6-10; 20; 35; 110 кВ. Комплексную оценку целесообразности применения кабелей с изо- ляцией из сшитого полиэтилена дадим с использованием метода много- целевой оптимизации. Сравнительные технические характеристики силовых электрических кабелей с бумажно-масляной изоляцией и изоляцией из сшитого полиэти- лена на напряжения 6…110 кВ приведены в таблице 1. В терминах метода многоцелевой оптимизации задачу сформулируем следующим образом: необходимо оценить целесообразность применения ка- белей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-110 кВ по срав- 85 нению с кабелями с бумажно-масляной изоляцией при достижении следую- щих целей: – минимума приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию ка- бельных линий; максимума надежности работы; максимума удобства мон- тажа; максимальной длины линии без компенсации зарядной мощности; максимума допустимой разности высот прокладки кабеля; минимального воздействия на окружающую среду. Значения критерия оптимизации для кабелей с бумажной изоляцией и изоляцией из сшитого полиэтилена приведены в таблице 1. Таблица 1 Значения критерия оптимизации Наименование кабелей Значения критерия оптимизации для кабелей ААБ ЦАСБ АпвП 1. Трехжильные кабели на напряжение 10 кВ 0,558 0,615 0,959 2. Трехжильные кабели с бумажно-масляной изоляцией и одножильные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ 0,536 0,579 0,959 3. Одножильные маслонаполненные кабели с бумажно-масляной изоляцией типа МНС и одножильные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена типа ПвП на напряжение 10 кВ 0,536 (МНС) – 0,967 (ПвП) Как видно из таблицы, значение критерия оптимизации, характерное для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, превышает соответ- ствующее значение критерия оптимизации для кабелей с бумажно- масляной изоляцией в 1,6-1,8 раза, что означает безусловную эффектив- ность использования кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена по сравнению с кабелями с бумажно-масляной изоляцией. УДК 621.3 АВТОМАТИЧЕСКОЕ СЕКЦИОНИРОВАНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННЫХ УЧАСТКОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Е.В. Калентионок Белорусский национальный технический университет Автоматическое секционирование, т.е. деление линии на несколько участков с помощью автоматически управляемых коммутационных аппа- ратов, позволяет отключить только поврежденный участок. В этом случае значительно уменьшается недоотпуск электроэнергии и ущерб потребите- лей при возникновении повреждений в электрической сети и тем самым повышается надежность электроснабжения потребителей. 86 Задача оптимизации выбора секционирующих устройств в распредели- тельной электрической сети сводится к определению типа, количества и мест установки коммутационных и защитных аппаратов. Данная задача традиционно называется оптимальным секционированием распределитель- ных электрических сетей, а применяемое при этом оборудование – секцио- нирующими устройствами. При этом необходимо четко понимать, что лю- бое секционирующее устройство требует затрат. В условиях рыночной экономики для оптимизации секционирования сети целесообразно использовать чистый дисконтированный доход (ЧДД). При установке секционирующих устройства в течение одного года, ЧДД при установке i-го секционирующего устройства предложено записы- вать в виде     T 1t t tititi i )E1( KИДЧДД , (1) где Т – расчетный период; Дti – доход от i-го секционирующего устройства в год t; Иti – издержки в i-е секционирующее устройство в год t; Кti – капи- тальные затраты в i-е секционирующее устройство в год t; Е – норма дис- конта. Установка i-го секционирующего устройства целесообразна, если вы- полняется условие: 0ЧДД i  . (2) Результаты расчетов ЧДД1 при различных значениях удельного ущер- ба у потребителей представлены в виде графика 1, приведенного на рисун- ке. Поскольку чистый дисконтированный доход при принятых параметрах имеет отрицательное значение, то установка реклоузера на рассматривае- мой линии экономически не целесообразна. Зависимости 2 и 3 рисунка построены для двух других линий электро- передачи различной длины и мощности потребителей. Для этих линий эко- номически целесообразна установка секционирующего устройства при у > 2 руб/кВт∙ч (зависимость 2) и при у > 1 руб/кВт∙ч (зависимость 3). Автоматическое выделение поврежденной сети может быть реали- зовано путем:  централизованного автоматического управления – команды о переключениях формируются верхним уровнем автоматизации электри- ческих сетей с использованием программного обеспечения, входящего в состав комплекса АСДУ, на основании анализа телеметрической инфор- мации с объектов автоматизации и динамической модели сети;  децентрализованное автоматическое управление – команды о переключениях формируются непосредственно на объекте автоматизации, 87 пусковыми факторами которого являются величина тока короткого замыкания или факт отсутствия/наличия напряжения на контролируемом участке сети;  комбинация централизованного и децентрализованного управления. Рисунок 1 – Зависимость чистого дисконтированного дохода от удельного ущерба у потребителей от перерыва электроснабжения: 1 – линия L = 9,27 км, Р = 459 кВт; 2 – линия L = 13,9 км, Р = 890 кВт; 3 - линия L = 15,8 км, Р = 2010 кВт Децентрализованное управление переключениями при аварийных по- вреждениях применяется в сетях, питающих потребителей 1-ой категории. Централизованное управление переключениями может применяться в се- тях, питающих потребителей 2-ой и 3-ей категорий. Выводы 1. В современных условиях функционирования распределительных электрических сетей энергосистем обоснование целесообразности допол- нительных затрат на установку устройств автоматического секционирова- ния возможно только по критериям общественной (социально- экономической) эффективности, отражающим интерес всех субъектов хо- зяйствования (электрических сетей и потребителей электроэнергии). -1 -8 -6 -4 -2 0 ЧДД1, тыс. руб 2 4 6 8 10 12 14 16 У1, руб/кВт∙ч 18 2 4 6 8 1 2 3 88 2. Необходимость и эффективность установки дополнительных секцио- нирующих устройств, зависит от их типа и стоимости, ущербов потребителей от перерывов электроснабжения, технического состояния и длины распреде- лительных линий электропередачи, затрат электрических сетей на поиск по- вреждений выполнения технических ограничений в электрической сети. УДК 621.32 ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ СИСТЕМ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ В.Б. Козловская, В.Н. Калечиц Белорусский национальный технический университет Основной задачей систем наружного освещения является осуществле- ние бесперебойной работы осветительных установок улиц, дорог, транс- портных тоннелей и т.п. для повышения безопасности людей. На создание единой световой среды населённого пункта, формируемой наружным освещением, влияет система управления, обеспечивающая удобство экс- плуатации и комфортность освещения. Современные системы управления наружным освещением позволяют осуществлять рациональное использо- вание электроэнергии, увеличивать срок службы источников света путём исключения нежелательных режимов и обеспечивать надёжную работу осветительных установок. Управление сетями наружного освещения должно быть централизо- ванным (телемеханическим или дистанционным). Возможность местного управления должна предусматриваться в наружном освещении больниц, школ, яслей, стадионов, гостиниц и т.п. При использовании местных си- стем управления нет возможности оперативного контроля состояния осве- тительных сетей, шкафов освещения; отсутствуют централизованные ко- манды на включение и отключение, регулирование светового потока. Энергоэффективность работы таких систем также в этом случае низка. Местное управление освещением может являться дополнением цен- трализованной системы управления. Для периферийных районов города, где затруднена возможность получения прямых телефонных пар и органи- зации других каналов связи (GSM связь, радиосвязь и т.д.), управление наружным осуществляется в пределах одной трансформаторной подстан- ции 10/0,4 кВ. В этом случае управление реализуется автоматически с применением электронных устройств, в которых заложена годовая программа включе- ния и отключения в соответствии с графиком работы наружного освеще- ния. В виде исключения используют встраиваемые фотоэлектрические устройства для включения и отключения осветительной линии в зависимо- сти от уровня освещенности. Фотодатчик устройства должен быть рассчи- тан на работу вне помещений, защищен от посторонней засветки и налипа- 89 ния снега на выходное отверстие фотоприемника [1], которые могут приво- дить к некорректным режимам работы. Особое место занимают автономные осветительные установки. В наружном освещении в местах, относительно удалённых от пунктов пи- тания, зачастую следует рассматривать возможность использования авто- номных осветительных установок, работающих на солнечной энергии. Система управления наружным освещением города формируется в за- висимости от численности жителей. Централизованное телемеханическое управление используется при количестве жителей более 50 тыс. человек, централизованное дистанционное – при количестве жителей до 20 тыс.; ес- ли численность населения от 20 тыс. до 50 тыс. человек, то применяют централизованное телемеханическое или дистанционное управление. Централизованное управление в основном базируется на применении контакторов в линиях наружного освещения, а также использовании ди- станционно управляемых автоматов. Сети наружного освещения городов, как правило, используют каскадную систему управления участками распре- делительных линий наружного освещения, что реализуется с помощью под- ключения катушки коммутационного аппарата второго участка в линию первого, катушки третьего участка в линию второго и т.д. В воздушно- кабельных сетях допускается включение в один каскад до 10 пунктов пита- ния, а в кабельных – до 15 пунктов питания сети уличного освещения [1]. Современные системы управления наружным освещением формируют- ся на основе трёх уровней: светильники, пункт питания и диспетчерский пункт. Применяемое оборудование и схемные решения в системе управле- ния наружным освещением разнообразны и зависят от задействованных ис- точников света, способа передачи команд, данных между тремя уровнями. Основными функциями современной автоматизированной системы централизованного управления освещением городов являются:  централизованное включение и отключение в зависимости от вре- мени суток;  смена режима работы осветительных сетей;  измерение и контроль значений токов, напряжений;  ведение графика нагрузок, получение информации по расходу элек- троэнергии;  контроль целостности осветительных сетей и т.д. Энергоэффективность работы сети наружного освещения определяет- ся используемыми источниками света, а также способами и средствами ре- ализации систем управления. Эффективной следует считать такую освети- тельную установку, которая создаёт высококачественное освещение и со- храняет свои характеристики на протяжении длительной работы при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах, в том числе при минимальном энергопотреблении [2]. В утилитарном наружном освещении нет требований, относящихся к цветовым характеристикам источников света, поэтому наиболее целесо- 90 образным является применение ламп типа ДНаТ, обладающих большими световой отдачей и сроком службы по сравнению с лампами ДРЛ. Свето- диодные источники обладают рядом преимуществ по сравнению с другими источниками света, но их относительно высокая стоимость на сегодняш- ний день ограничивает широкое использование в наружном освещении. Создание оптимальных режимов работы осветительных сетей позво- ляет снизить расходы на электроэнергию, текущий ремонт и обслуживание осветительных установок. В наружном освещении предусматривают ве- черний и ночной режимы работы. Ночной режим применяется для экономии электроэнергии в часы снижения транспортных потоков и другой активности населения. Широко используется переход на ночной режим путем отключения фа- зы осветительной линии. Главное достоинство отключения части светиль- ников заключается в простоте реализации, отсутствии необходимости уста- новки дополнительного оборудования. Но такой способ экономии электро- энергии приводит к появлению значительной неравномерности освещённости, переходу на несимметричный режим работы осветительной линии. Не допускается отключение подряд двух светильников, а также от- ключение светильников на отдельных участках города, перечисленных в [1]. Допускается также снижать уровень освещенности (не ниже 50% от нормируемого значения согласно [3]) с помощью регуляторов в зависи- мости от степени уменьшения интенсивности движения. Примерами тако- го регулирования являются:  снижение напряжения в пункте питания с помощью регуляторов напряжения;  применение светильников с двухступенчатыми ЭмПРА. Регуляторы напряжения в пункте питания позволяют поддерживать напряжения на необходимом уровне для обеспечения оптимальных режи- мов работы. Пункт питания наружного освещения подключаются к транс- форматорной подстанции, основную долу нагрузки которой составляет си- ловая. Поэтому в зависимости от схемных решений, графика нагрузок, ха- рактера и мощности силовой нагрузки напряжение в пункте питания меняется. Длительная работа светильников с напряжением на их зажимах выше номинального приводит к сокращению срока службы ламп, выходу из строя ЭмПРА. Если напряжение на зажимах светильника снижается на 10 % и более от номинального напряжения, то при включении освети- тельной линии это может приводить к тому, что часть задействованных в линии ламп не будет зажигаться. Применяя регуляторы (стабилизаторы) напряжения, имеется возможность регулировать напряжение в пункте пи- тания, что позволит улучшить режим работы осветительной линии, в том числе избежать несимметрии напряжений в фазах пункта питания. Ночной режим реализуется путем ступенчатого снижения напряже- ние в пункте питания. Можно предусматривать несколько ступеней, обеспечивая плавное снижение напряжение в линии. При этом важным 91 условием является то, что зажигание ламп ДНаТ необходимо производить при номинальном напряжении. Двухступенчатые ЭмПРА с возможностью понижения мощности от- личаются от обычных ЭмПРА тем, что имеют две обмотки электромагнит- ного дросселя, переключатель мощности с настраиваемым таймером, что позволяют автоматически снижать мощность в заданные промежутки вре- мени. Для светильников с ЭмПРА, которые понижают активную мощность на 40%, при переходе на режим экономии электроэнергии световой поток уменьшается на 50%. На показатели освещенности и яркости влияет величина светового по- тока применяемых источников света. Снижение уровня напряжения на за- жимах светильника приводит к уменьшению светового потока и ухудше- нию качества освещения, но не вызывая значительной неравномерности освещенности, которая присутствует при отключении части светильников. Список использованных источников 1. ТКП 45-4.04-287-2013 «Наружное освещение городов, поселков и сельских населенных пунктов. Правила проектирования». – Мн: Мини- стерство архитектуры и строительства, 2013. – 19 с. 2. Справочная книга по светотехнике/ Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Знак, 2006. – 972 с. 3. ТКП 45-2.04-153-2009 «Естественное и искусственное освещение. Строительные нормы проектирования». – Мн: Министерство архитектуры и строительства, 2010. – 100 с. УДК621.311.22 СЕМАНТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ДОСТОВЕРНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ В.А. Анищенко, Т.В. Писарук Белорусский национальный технический университет Надежность эксплуатации энергетических систем во многом опреде- ляется достоверностью измерение переменных, характеризующих состоя- ние энергетического оборудования. К ним относятся электрические токи, напряжения, мощности, потоки электрической и тепловой энергии, давле- ния, температуры. Известны синтаксические и семантические методы кон- троля достоверности информации [1]. Результаты измерений при синтак- сическом контроле рассматриваются как последовательности символов, связанных между собой конструктивными правилами в рамках формализо- ванной системы. При синтаксическом контроле диагностируется состояние вычислительного комплекса, обрабатывающего результаты измерений, с помощью цифровых кодов [2]. Синтаксический подход не учитывает тех- нологическую сущность измеряемых данных и не позволяет обнаруживать все возможные недостоверные переменные. 92 Семантический контроль основан на использовании технологического смысла измеряемых данных, их непротиворечивости и согласованности, а также на априорной информации о вероятностных характеристиках пере- менных. Семантический контроль учитывает технологический контекст за- дачи и доопределяет на содержательном уровне алгоритмы контроля, кон- структивное построение которых не представляется возможным. Это повы- шает вероятность обнаружения грубых погрешностей измерений [3]. Необходимым условием контроля достоверности является информационная избыточность об измеряемых переменных. В зависимости от вида избыточ- ности различают контроль по предельным значениям переменных, их пер- вым приращениям, на основе уравнений взаимосвязей между переменными. Условие достоверности измерения x(t) по предельным значениям имеет вид ( ) ( ) ( )а t x t b t  , где а(t) и b(t) – соответственно нижняя и верхняя границы достоверных значений измеряемой переменной в нормальном режиме работы. Разрешающую способность этого метода можно повысить путем оп- тимального сужения диапазона достоверных значений b(t)-a(t) на основе теории статистических решений по критерию минимума средней цены распознавания недостоверных измерений [3] ( ) 1 1 2 2С 1 q C F qC F   , где q – априорная вероятность грубой погрешности, С1 – цена ошибки 1-го рода (ложной тревоги), С2 – цена ошибки 2-го рода (пропуска недостоверного измерения), F1 – вероятность ошибки 1-го рода, F2 – вероятность ошибки 2-го рода. Условие достоверности измерения по первым приращениям имеет вид ( ) ( )x t x t h d   , где h – интервал временной дискретизации, d – граница принятия решения о достоверности измерения. Разрешающая способность контроля по первым приращениям повы- шается при использовании фильтра экстраполяции значений переменной. Тогда условие достоверности примет вид ( ) ( )Эx t x t d  , где ( )Эx t – экстраполированное в предыдущий момент времени t-h на те- кущий момент времени t значение переменной 93  Эx (t) x(t h) k x( t h ) x( t 2h )      . Коэффициент k определяется по критерию минимума дисперсии рас- согласования измеренных и экстраполированных значений переменной. Условия достоверности измерений взаимосвязанных переменных выглядят следующим образом: 1 1д 2 2д n nд( t ) , ( t ) ,..., ( t )         , где 1 2 n( t ), ( t ),..., ( t )   – фактические, а 1д 2д nд, ,...,   – допустимые невязки n урав- нений связи, соответствующие классам точности измерительной аппаратуры. Вероятностная природа грубых погрешностей измерений не гарантирует обнаружение всех грубых погрешностей. Максимум вероятности обнаружения недостоверных измерений достигается многопризнаковым контролем, осно- ванным на совместной обработке результатов контроля всеми однопризнако- выми методами. Обнаружение недостоверных показаний приборов автомати- чески замещаются их наиболее вероятными значениями, что обеспечивает не- прерывное функционирование системы сбора и обработки информации. Реализация рассматриваемых методов семантического контроля в ав- томатизированных системах управления на электрических станциях, пони- зительных электрических подстанциях, на промышленных предприятиях позволит повысить эксплуатационную надежность энергосистемы в целом. Список использованных источников 1. Левин Г.Я. О соотношении синтаксического и семантического под- ходов к задаче поиска допустимых значений параметров / Г.Я. Левин // Из- вестия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Проблемы повышения эффективности произ- водства. – Л., 1977. – Вып. 225. – С. 53-56. 2. Глазунов Л.П. Основы теории надежности автоматических систем управления / Л.П. Глазунов, В.П. Грабовецкий, О В. Щербаков. Л.: Энер- гоатомиздат, 1984. – 208 с. 3. Анищенко А.В. Надежность измерительной информации в системах электроснабжения / А.В. Анищенко. Минск: БГПА, 2000. – 128 с. УДК 621 КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ И.В. Новаш, Ф.А. Романюк, В.Ю. Румянцев Белорусский национальный технический университет e-mail: faromanuk@bntu.by , novashiv@tut.by На кафедре «Электрические станции» БНТУ накоплен большой опыт по математическому моделированию электроэнергетических объектов и разработке компьютерных программ для исследования поведения устройств релейных защит и их моделей методом вычислительного эксперимента. 94 Так для проведения испытаний цифровых устройств релейной защиты с помощью испытательного комплекса СМС 356 компании OMICRON раз- работаны компьютерные программные комплексы (КПК), позволяющие получать методом вычислительного эксперимента входные информацион- ные сигналы релейных защит линий электропередачи и силовых транс- форматоров (рис. 1). Рисунок 1 – Программные комплексы для расчета режимов удаленных замыканий ли- ний электропередачи 6(10)-35 кВ и силового трансформатора Основным достоинством разработанных КПК является то, что они позволяют выполнять расчеты входных сигналов защиты – вторичных то- ков трансформаторов тока − с учетом их несинусоидальных форм, обу- словленных наличием в энергосистеме нелинейных элементов, и насыще- ния магнитопроводов силового и измерительных трансформаторов (рис. 2), что в большей степени соответствует реальным условиям аварийных ре- жимов. Результаты расчетов программных комплексов сохраняются в формате COMTRADE, и могут быть использованы в качестве исходных данных испытательных комплексов. Рисунок 2 – Вторичный ток трансформатора тока аварийного режима Применение системы динамического моделирования Matlab-Simulink позволяет создавать компьютерные испытательные комплексы (КИК), совместно моделирующие защищаемый объект (рис. 3) и исследуемую за- щиту (рис. 4). Основным достоинством таких КИК является то, что они 95 могут быть реализованы только с использованием персонального компью- тера и позволяют проводить испытания модели защиты на стадии проекти- рования и отработки ее функциональных возможностей методом вычисли- тельного эксперимента. Рисунок 3 – Компьютерный испытательный комплекс дифференциальной защиты силового трехфазного трансформатора Рисунок 4 – Блок-схема цифровой обработки и фильтрации входных сигналов микропроцессорной токовой защиты На рис. 4 приведена блок-схема цифровой обработки и фильтрации входных сигналов тока со стороны высокого напряжения (HV) и низкого напряжения (LV) защищаемого силового трехфазного трансформатора. Входные токи ia_HV, ib_HV, ic_HV – вторичные токи трехфазной группы трансформаторов тока, расположенной с высшей стороны силового трансформатора; входные токи ia_LV, ib_LV, ic_LV – вторичные токи трехфазной группы трансформаторов тока, расположенной с низшей стороны силового трансформатора. Проведение испытаний устройств цифровых защит осуществляется с помощью испытательных комплексов. 96 В состав испытательного комплекса (рис. 5) входит персональный компьютер, в котором реализуется модель энергосистемы или обобщенно- го электроэнергетического объекта (ОЭО) и программное обеспечение, управляющее испытательным устройством и режимом проведения испы- таний. В качестве испытательного устройства могут быть использованы микропроцессорные аппаратно-программные диагностические комплексы НПП «Динамика» (Россия) типа «РЕТОМ», компании OMICRON или ана- логичные комплексы других производителей.  Рисунок 5 – Аппаратно-программный испытательный комплекс на базе устройства СМС 356 компании OMICRON Моделирование ОЭО проводится с помощью компьютерных программных комплексов, которые могут быть в виде самостоятельных программных продуктов или реализованы в компьютерных системах динамического моделирования типа Matlab-Simulink. Накопленный опыт в моделировании энергосистем и испытании устройств релейной защиты [1, 2] позволяет рекомендовать на начальной стадии разработки новых устройств отказаться от использования дорогих аппаратно-программных испытательных комплексов, а использовать более дешевые и безопасные компьютерные испытательные комплексы. Список использованных источников 1. Новаш И.В. Математическое моделирование коммутационных ре- жимов в электроустановках с трансформаторами / И.В. Новаш, Ф.А. Романюк.  Минск: БНТУ, 2013.  226 с.  ISBN 978-985-550-236-5. 2. Новаш И.В. Моделирование энергосистем и испытание устройств релейной защиты в режиме реального и модельного времени / И.В. Новаш. // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. – 2017. – № 3. – С. 198–210. 97 УДК 621.31 «УМНЫЕ» ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ Л.К. Галимова Казанский Государственный Энергетический Университет e-mail: kgeu@kgeu.ru Формирования электроэнергетики в соответствии с концепцией Smart Grid основан на целостной системе подходов, принципов и инструментов создания технологической базы с целью преобразования электроэнергети- ческой отрасли в соответствии с растущими требованиями к энергетиче- ской и экологической эффективности экономики. Концепция «умные сети» основана на внедрении «интеллектуального учета», «интеллектуальной сети», «энергоэффективности», «потребитель- ских технологий». Концепция формирования Smart Grid в области органи- зации «интеллектуального учета» получила государственную поддержку в Российской Федерации, что закреплено в «Энергетической стратегии Рос- сии на период до 2030 года» [2]. С экономической точки зрения внедрение Smart Grid в российской электроэнергетике рассматривается как средство увеличения экономиче- ской и энергетической эффективности экономики. Внедрение «умных се- тей» способствует регулированию спроса на электроэнергию и снижению ее издержек в электрических сетях; увеличению пропускной способности действующих и новых линий электропередачи; точному мониторингу и ре- гулированию режимов потребления электроэнергии; снижению площади земель, отводимых под электросетевые коммуникации. Переход к инновационному варианту развития на основе интеллекту- альной энергетики будет сопровождаться существенным уменьшением вводов новых электростанций и связанных с ним сетевых объектов для выдачи мощности. Вследствие, чего снижение капиталовложений является наиболее значимым системным экономическим эффектом. Наиболее крупным эффектом является снижение топливных расходов электростанций. Дополнительный эффект может быть достигнут с учетом экономической стоимости выбросов парниковых газов. В качестве примера рассмотрим моделирование внедрения умных сетей на территории единой энергетической системы (ЕЭС) Российской Федерации. Для предварительной оценки возможных системных эффектов в ЕЭС России при создании интеллектуальной электроэнергетики были использо- ваны данные по результатам пилотных проектов Smart Grid, осуществле- ние которых начата в разных странах. Согласно многим причинам сохра- няется крайне высокая неопределенность ожидаемых результатов от внед- рения элементов Smart Grid. Результаты представлены ниже на рис. 1: 98 Рисунок 1 – Количественная оценка изменения балансовых условий в ЕЭС России при развитии интеллектуальной энергетики Сравнение экономических результатов и необходимых затрат на формирование «умной сети» показывает, что уже к 2030 г. экономиче- ские выгоды от реализации проекта интеллектуальной энергетики в мас- штабе ЕЭС Российской Федерации окажутся сопоставимыми с необходи- мыми капиталовложениями. Актуальность инновационного развития российской электроэнергети- ки на основе интеллектуальной энергосистемы обусловлена низким потен- циалом увеличения производительности применения энергоресурсов и ограниченностью инвестиционных ресурсов. Smart Grid объединяет в себе новые коммуникационные и энергоэффек- тивные технологические процессы и является элементом глобальной про- граммы интеграции во всеобщую систему применения возобновляемых ис- точников энергии. В ней рассматриваются возможности объединения систем накопления энергии и распределенных генерирующих мощностей, а также формирования всеобщей сенсорной сети, позволяющей осуществлять мониторинг и оптимизацию локальных процессов производства и потребле- ния электроэнергии [3]. Использование технологий «умные сети» преследует целью обеспече- ния надежности и увеличения производительности функционирования все- го электросетевого комплекса. В целом же решение задач энергосбереже- ния и увеличения энергетической эффективности экономики на основе этой концепции даст возможность упростить процессы продвижения и распространения инновационных энергосберегающих технологий, а так- 99 же нормализовать технологические регламенты и методики энергетическо- го анализа и аудита. Список использованных источников 1. Валеев И. "Умные" электрические сети. – М.: Palmarium Academic Publishing, 2015. – 172 с. 2. Концепция энергетической стратегии России на период до 2030 года (проект). Прил. к журналу “Энергетическая политика”. – М.: ГУ ИЭС, 2016. 3. Боровиков В. А. Электрические сети энергетических систем. Учеб- ник / В.А. Боровиков, В.К. Косарев, Г.А. Ходот. – М.: Энергия, 2016. – 392 c. 100 СЕКЦИЯ 4 ТЕПЛООБМЕН И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЭС И АЭС УДК 629.76 ПРИМЕНЕНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В СИСТЕМЕ ГОРОДСКОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С.И. Страчинский, В.В. Янчук Белорусский национальный технический университет Республика Беларусь импортирует около 85% первичных энергоре- сурсов. Поэтому увеличение эффективности использования данных ресур- сов является главным из направлений в решении проблемы современности энергетики – энергосбережения [1]. Поэтому в этой сфере основными можно считать следующий виды деятельности: реализация мероприятий, связанных с развитием возобновляемых и нетрадиционных источников энергии и использованием возобновляемых энергоресурсов; разработка высокоэффективных систем управления энергосбережением и средств контроля за эффективным использованием тепловых энергоресурсов. В связи с этим, все большую актуальность приобретают вопросы при- менения тепловых насосов для использования низкопотенциальных источ- ников теплоты. Особенно популярны в последнее время абсорбционные насосы, на привод которых используется более дешевая тепловая энергия, по сравнению с необходимостью подвода дорогостоящей электрической энергии к парокомпрессионным машинам. Абсорбционный тепловой насос использует подведенную теплоту для повышения низкой температуры теплового потока из окружающей среды – например, теплоту сбросных потоков, солнечную, геотермальную – до такого температурного уровня, при котором он может быть полезно использован. Теплота, которая подводится к тепловому насосу при высо- кой температуре, затем снова используется в среднем температурном уровне вместе с теплотой из окружающей среды, которая абсорбируется при низкой температуре с последующим повышением температурного уровня. Такое преобразование тепловых потоков, выполняемое при помо- щи абсорбционного теплового насоса, основано на повышении температу- ры кипения раствора хладагента по сравнению с чистым хладагентом. Аб- сорбционная теплонасосная установка состоит из четырех главных эле- ментов – испаритель, абсорбер, конденсатор и генератор, которые работают на двух разных уровнях давления. Хладагент испаряется при низком давлении в испарителе и возвращается в жидкую фазу в абсор- бере, повышая концентрацию раствора. Затем в генераторе раствор кипит при высоком давлении, происходит испарение чистого хладагента и вос- становление сорбционной способности раствора. Полученный хладагент конденсируется в конденсаторе и возвращается в испаритель. Раствор хла- дагента циркулирует между абсорбером и генератором, обеспечивая не- 101 прерывность действия установки. Теплообменник служит для регенерации значительного количества теплоты внутри контура раствора, увеличивая эф- фективность работы цикла. Испарение хладагента и восстановление раствора обеспечиваются за счет подвода теплоты из окружающей среды и высокопо- тенциальной теплоты. В процессе абсорбции и конденсации полезная теплота выделяется в абсорбере и конденсаторе [2]. Абсорбционные тепловые насосы представляют собой одноступенча- тые и двухступенчатые установки с работающие на водном растворе бро- мида лития. Тепловая эффективность одноступенчатых установок (COP – коэффициент преобразования – отношение полученной полезной теплоты к подведенной) составляет около 1,7. Вследствие более высокой темпера- туры подведенной теплоты, тепловая эффективность двухступенчатых установок достигает примерно 2,2. Следовательно, применением абсорб- ционных тепловых насосов можно сэкономить около 50% первичной энер- гии, требуемой для получения необходимого количества теплоты. Получа- ем даже большую экономию первичной энергии по сравнению с пароком- прессорными тепловыми насосами, где необходимо учитывать коэффициент преобразования энергии топлива в электрическую на элек- тростанции, чтобы оценить затраты первичной теплоты на получение ко- нечного количества полезной теплоты. Установки на бромиде лития широко применяются для производства охлажденной воды в сфере комфортного кондиционирования. Одна и та же рабочая жидкость и одна и та же конструкция главных элементов теплово- го насоса может применяться для полезно используемой теплоты с темпе- ратурой от 10 ºC до 180 ºC и тепловой мощности от 50 до 5000 кВт. Это упрощает развитие таких установок специального назначения по срав- нению с порокомпрессионными тепловыми насосами, где для обеспечения соответствия требованиям заказчика всегда необходимо подбирать подхо- дящий хладагент и компрессор, учитывая температурные уровни, коэффи- циент сжатия, мощность и т.д. Тепловой расчет абсорбционных тепловых насосов основывается на теплофизических свойствах рабочего тела. Если рабочее тело – бромид лития, температура источника теплоты должна быть выше температуры кристаллизации воды и концентрация соли в растворе должна быть огра- ничена, чтобы избежать кристаллообразования. В зависимости от применения, тепловой насос может выполнять не- сколько функций, таких как повышение температуры источника до уровня полезного использования или постепенное падение температуры внешних теплоносителей, т.е. цепь источников теплоты, цепь полезной теплоты или источник приводной теплоты. Для оптимизации работы теплового насоса применяются многоступенчатые циклы или, так называемые, сдвоенные конструкции. С применением многоступенчатости разница температур вы- сокопотенциального, низкопотенциального источников теплоты и темпе- ратура выходного потока, может варьироваться. Одновременно с увеличе- 102 нием разности температур при применении двухступенчатого цикла про- исходит увеличение COP. Сдвоенные конструкции элементов, работающих при низком давлении – испаритель/абсорбер или работающих при низком давлении – генератор/конденсатор, могут применяться для сглаживания больших разностей температур внешних источников теплоты. За рубежом теплонасосная техника находит широкое применение для целей теплоснабжения жилых и офисных зданий более 30 лет. В Мюнхене в новом развивающемся спальном районе с 300 домами установлена местная система отопления с использованием солнечной энер- гии. На всех крышах с южной ориентацией установлены солнечные панели; их общая площадь составляет 3600 м2. На строительной площадке смонти- рован накопительный бак для горячей воды емкостью около 5700 м3 и об- щей высотой 16 м. Такая система хранения теплоты позволит покрывать часть зимней отопительной нагрузки за счет солнечной энергии, накоплен- ной в летний период, хранящейся при температурах, достигающих 90 ºC [3]. Для повышения эффективности хранения энергии, в инновационную систему отопления с использованием солнечной энергии встраивается аб- сорбционный тепловой насос. После прямого использования горячей воды из накопителя, вода с низкими температурами в интервале от 45 ºC до 19 ºC будет подводиться к испарителю теплового насоса. Таким обра- зом годовое количество солнечной энергии, которую можно передать в отопительную систему, возрастает и уменьшается количество теплоты, которую необходимо подводить от стороннего источника. При этом не требуется увеличивать размеры наиболее дорогостоящих элементов, си- стемы солнечных коллекторов и накопительного бака. Приводом абсорб- ционного насоса является горячая вода из подающей магистрали системы городского районного отопления. Для обеспечения надежной работы в изменяющихся условиях на про- тяжении отопительного периода, тепловой насос спроектирован на темпе- ратуру обратной воды системы отопления в интервале 20–40 ºC, которая входит в абсорбер, и температуру потока, выходящего из конденсатора, около 55 ºC. В цикле циркуляционной воды (источник теплоты/сезонный накопитель) на протяжении отопительного сезона температура подводи- мой к испарителю теплоты падает с 45 ºC до 10 ºC. Предполагается, что температура выходящего из испарителя потока составит 5–10 ºC в кон- це отопительного периода для более полного использования всей накоп- ленной теплоты. Температура в системе отопления зависит от температуры окружающей среды и лежит в интервале от 120 ºC до 90 ºC. Чтобы достичь повышения температуры примерно на 45 oC между выходом из испарителя и выходом из конденсатора и больших перепадов температур в трех внешних контурах теплоносителей, т.е. около 10 К в контуре охлажденной воды, 25 К в контуре циркуляционной воды, 30 К в контуре горячей воды, для применения были выбраны сдвоенные кон- струкции испарителя/абсорбера и генератора/конденсатора, что эквива- 103 лентно последовательному соединению одноступенчатых установок. Та- ким образом, данная установка включает в себя восемь главных теплооб- менных аппаратов и четыре ступени давления, т.е. два разных уровня дав- ления в испарителе и два в конденсаторе, и каждый внешний контур воды последовательно проходит через две абсорбционные установки. Такая схема позволяет получить значительную площадь общей поверхности восьми теплообменников и высокий коэффициент COP теплового насоса, равный 1,7. Эти два абсорбционных агрегата были объединены в одну установку, только имеют два кожуха, и устанавливаются на общем фунда- менте. Установка была введена в эксплуатацию весной 2007 года. Более востребованными в Беларуси в силу климатических условий страны и специфики промышленных предприятий, большей частью тепло- технологических, могут стать абсорбционные тепловые насосы, предна- значенные для получения горячей воды температурой до 90 °С для нужд отопления и ГВС. На системы теплоснабжения в Беларуси приходится 40% всех потреб- ляемых топливно-энергетических ресурсов. Расходуемая системами горя- чего водоснабжения энергия в конечном итоге также рассеивается в окру- жающей среде и, как принято считать, составляет до 30% энергии, необхо- димой системе теплоснабжения. Однако низкая температура таких источников не позволяет их прямое повторное использование. Котельные занимают доминирующее место в системе теплоснабжения страны, причем многие являются производственно-отопительными. Рядом с ними в большинстве случаев располагаются предприятия, имеющие низ- котемпературные потоки теплоты. Уже сегодня частично налажено использование таких потоков. АБТН при сопряжении с котельными обеспечивают до 40 % экономии топлива. Соответ- ственно очевидна экономия средств, т.к. топливная составляющая себестоимо- сти отпускаемой котельной тепловой энергии высока и может достигать 90%. Список использованных источников 1. Алексеева, Т. А. Основы энергосбережения: учеб.-метод. комплекс для студентов специальностей 1-39 02 01 «Моделирование и компьютер- ное проектирование РЭС», 1-39 01 01 «Радиотехника» / Т.А. Алексеева. – Новополоцк: ПГУ, 2014. – 152 с. 2. Хрусталёв Б.М. Техническая термодинамика: Учебн. В 2-х ч., ч. 1. / Б.М. Хрусталёв, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк и др. – Мн.: УП «Техно- принт», 2004. – 487 с. 3. Application of customized absorption heat pumpsfor utilization of low- grade heat sources/Christian Keil [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2008. – Vol. 28. – P. 2070-2076. 4. Хрусталёв Б.М. К вопросу о развитии систем теплоснабжения в Бе- ларуси / Б.М. Хрусталёв, В.Н. Романюк, Т. В. Бубырь // Энергия и Ме- неджмент. – № 4-5. – 2014. – С. 2-7. 104 УДК 620.9, 577.23:622.76 ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ВЫХОДА БИОГАЗА М.И. Валендюк, К.В. Прокопенко Научный руководитель – И.Н. Прокопеня Белорусский национальный технический университет В данной работе исследуется влияние ультразвука на органические вещества. Цель работы: выявить оптимальные параметры для ультразвука, которые способствуют наиболее эффективному воздействию на органиче- ские вещества. Под воздействием ультразвука на клетки исходного субстрата проис- ходит их разрушение. Разрушение частицы происходит при переходе по- рога кавитации. В водных суспензиях с небольшой концентрацией клеток этот порог составляет 0,2…0,3 Вт/см2, при частоте 1 МГц. Самого факта появления пульсирующих газовых пузырьков в среде еще недостаточно для разрушения клеток. Эффект наблюдается, если ам- плитуда пульсаций пузырьков возрастает до определенной величины. Эта величина различна для разных клеток и зависит от их формы и размера, а также прочности цитоплазматической мембраны и наличия цитоскелета. При высоких частотах ультразвукового воздействия на суспензию клеток механизмы разрушения также имеют механическую природу. Пороговая ин- тенсивность ультразвука, вызывающая гибель клеток, зависит как от частоты ультразвука, так и от типа клеток. Например, порог разрушающего действия ультразвука для клеток одной из популяций элодеи равен 75 мВт/см2 и находится в области 0,65 МГц, а для двух других популяций элодеи гибель- ная для клеток минимальная интенсивность равно 180 мВт/см2 (5 МГц). Ультразвуковая дезинтеграция клеток получила широкое применение в биотехнологии, в биохимических и вирусологических исследованиях для выделения отдельных веществ или фрагментов клеток, а также в лабо- раторной диагностике для определения механической резистентности кле- точных мембран. Ультразвуковые процессы основаны на возникновении кавитационной эрозии, которая лежит в основе акустокапиллярного эффекта, обуславли- вающего высокую скорость смачивания капиллярных структур, помещен- ных в кавитирующую жидкость. Кавитация сопровождается электрическими процессами и излучения- ми в ультразвуковой части спектра, что является одной из причин химиче- ского действия ультразвука. Химические процессы, протекающие в поле ультразвуковых волн, многообразны. Кавитация обуславливает возникно- вение практически всех химических реакций, наблюдаемых в подвергае- мой обработке ультразвуком среде. Это связано не только с захлопывани- ем образующихся кавитационных полостей, но и способностью их к резо- нансным периодическим пульсациям. Кавитационный пузырек под 105 действием акустических колебаний зарождается в течение первого полу- периода. При этом гидростатическое давление снижается и жидкость ока- зывается сильно растянутой. В следующий полупериод происходит сжатие возникшего пузырька. Если при таком сжатии не произойдет его полное захлопывание, то при определенных его размерах пузырек начинает пуль- сировать в такт с частотой акустических колебаний. Рассмотрим некоторые факторы, влияющие на эффект ультразвуковой кавитации, и связанное с ней воздействие ультразвука на химические и фи- зико-химические процессы. Действие растворенного газа. В дегазированных жидкостях химиче- ские реакции под влиянием ультразвука не происходят, так как требуемые при этом звуковые давления не могут быть получены при помощи совре- менных генераторов. Тот же эффект получается, если подвергнуть жидкость давлению до 1000 атм, мельчайшие газовые пузырьки приводятся в состоя- ние истинного раствора, и их уже невозможно выделить из жидкости под действием ультразвука. Эти явления еще не получили достаточного объяснения, но неоспоримо, что наличие растворенной газообразной фазы в жидкости является необходимым для проявления эффекта кавитации. Частота. При проведении физико-химических процессов под воздей- ствием ультразвука правильный выбор частоты может играть решающую роль для достижения оптимальных результатов, в то время как на химиче- ские реакции изменение частоты колебаний влияет мало. Интенсивность. Химические реакции в жидких средах не происходят при интенсивности ниже порога кавитации. Выше этого предела скорость реакции увеличивается более или менее пропорционально повышению ультразвуковой интенсивности. Хотя некоторые исследователи установи- ли, что существует оптимальная интенсивность, которая совпадает с мак- симальным образованием пузырьков кавитации. С ее превышением число кавитационных пузырьков уменьшается. Длительность воздействия. В большинстве физико-химических про- цессов максимальный эффект воздействия проявляется в первые 10-30 мин, увеличение продолжительности воздействия может вызвать об- ратное действие (например, эмульгирование и коагуляцию). Поэтому, в вопросе фактора длительности воздействия требуется индивидуальный подход к каждому отдельному процессу, так как определенных общих за- кономерностей еще не установлено. Внешнее давление. Изменение статического давления оказывает силь- ное влияние на процесс кавитации. При исследовании течения химических реакций в ультразвуковом поле было выявлено, что как повышение давле- ния, так и понижение его ниже атмосферного вызывает снижение эффекта воздействия и даже полное его прекращение. Температура. Точно регулировать температуру жидкости, подверга- ющейся воздействию ультразвуковых волн, трудно, так как за счет погло- щения ультразвуковой энергии выделяется значительное количество теп- 106 лоты. Оптимальной температурой физико-химических процессов, прово- димых при воздействии ультразвука, считают 10÷30 °С. При продолжи- тельном воздействии ультразвука и связанном с этим повышении темпера- туры обрабатываемых веществ за счет поглощения ультразвуковой энер- гии требуется охлаждение растворов. Список использованных источников 1. Азарова А.Ю., Дулин В.М., Маркович Д.М., Первунин К.С. Влияние кавитации на турбулентные характеристики течений при обтекании тел // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. – 2010. – №2. – С. 173-179. 2. Ультразвуковые процессы и аппараты в биологии и медицине. – [электронный ресурс]: – Режим доступа: http://www.uzo.matrixplus.ru/ ultramedbio.htm – Дата доступа: 15.10.2017. УДК 620.9 ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БИОГАЗА О.В. Василевский, С.Ю. Гончаров Научный руководитель – И.Н. Прокопеня Белорусский национальный технический университет Технология использования органических отходов для получения биога- за используется на практике последние 100 лет. Биогаз, который образуется в процессе анаэробного сбраживания органического субстрата, является альтернативой традиционному природному газу. И может использоваться для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (рис.1). Рисунок 1 – Принципиальная схема получения тепловой и электрической энергии из биореактора с механическим перемешиванием 107 Сам по себе биогаз состоит из метана: 40-70%, диоксида углерода: 30-60%, и других газов, таких как водород: 1-5% и cероводород: 0-3%. Теплотворная способность биогаза составляет: 6 3кВтм , что соответствует половине литра дизельного топлива. Процесс получения биогаза можно разделить на 4 этапа: гидролиз полимеров, кислотогенез, ацетогинез и ме- таногинез. Как и у других газов его характеристики представляют собой зависимость от температуры и давления. Важную роль в процессе образо- вания биогаза играют: состав исходного сырья (наличие питательных ве- ществ), влажность исходного сырья, время сбраживания, величина загруз- ки, кислотно-щелочной баланс (около 6,5), соотношение содержания угле- рода и азота (оптимум в диапазоне 10-15), отсутствие ингибиторов процесса, качественное перемешивание. Как и при всех гетерогенных реакциях перемешивание играет важную роль. Предотвращая образование мертвых зон, расслоение осадка (отложе- ние песка и образование корки на поверхности), уменьшение неоднородно- сти температурного поля. При этом перемешивание должно обеспечить вы- равнивание концентраций метаболитов, образующихся в процессе броже- ния и являющиеся промежуточными субстратами для микроорганизмов или ингибиторами их жизнедеятельности, и подержание необходимого кон- такта между ферментами и субстратами, разными группами бактерий. Од- нако энергия, которую можно затратить на осуществления процесса пере- мешивания не может быть бесконечной, а зависит от количества метана, по- лучаемого в реакторе. В то же время твердый остаток процесса получения биогаза может быть использован в качестве удобрения. В целом можно вы- делить три способа перемешивания: механическое, гидравлическое и газом. Механический способ представлен погружным лопастным перемеши- вателем, обычно использующимся, в вертикальных биореакторах. Лопасти приводиться в движение электродвигателем с водонепроницаемой и корро- зионностойкой оболочкой, охлаждение происходит за счет перемешиваемой среды. Другая разновидность это лопастной перемешиватель, имеющий оси, расположенные как горизонтально, так и вертикально или по диагонали. Двигатель располагается снаружи. При газовом перемешивании используется биогаз, производимый в установке. Который под давлением выходит из сопел, расположенных, как правило, на дне реактора. Этот газ, поднимаясь, вызывает вертикальное движение, и тем самым перемешивая биомассу. Все силовое оборудование (насосы, компрессора) располагается снаружи. Используется данный метод лишь для перемешивания жидких стоков, в которых не образуется корка на поверхности. Так же необходимо исключить возможность попадания ис- ходного сырья в газовую систему (например, путем установки клапанов). В гидравлическом способе стоки насосами закачиваются в реактор, при этом вход и выход биомассы дожжен быть сделан таким образом, что- бы обеспечить максимальное перемешивание. 108 Список использованных источников 1. Advanced in biogas technology. – [электронный ресурс]: – Режим до- ступа: https://www.researchgate.net/publication/51799925 – Дата доступа: 03.07.2017. 2. Биогазовые установки. Практическое пособие. – [электронный ре- сурс]: – Режим доступа:http://zorgbiogas.ru/biblioteka/biogas_book. – Дата доступа: 03.04.2017. УДК 338.27 ПЛАНИРОВАНИЕ СЦЕНАРИЕВ НАЦИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СТРАТЕГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИ ENERGYPLAN Д.Б. Муслина, Т.А. Петровская Белорусский Национальный Технический Университет Введение. Моделирование долгосрочных сценариев развития нацио- нальных энергетических систем и энергетики в целом актуально для всех стран без исключения. Однако, от того насколько обдуманно будут разра- ботаны сценарии, взвешенно произведена оценка их рентабельности и осуществлен выбор дальнейшей долгосрочной энергетической стратеги, будет зависит в целом дальнейшее развитие экономики государства. Это, в свою очередь носит крайне серьезный характер. Осуществление технико-экономической оценки эффективности внед- рения тех или иных инновационных технологий выработки энергии в бу- дущем в масштабах страны с учетом графиков спроса на тепловую и элек- трическую энергии, и имеющихся уже в составе энергосистемы мощно- стей, крайне трудоемко. Для создания модели энергосистемы приходится идти на ряд допущений, которые порой могут привести к искажению ре- зультатов. Более того, на формирование подобной модели потребуется значительное количество времени и ресурсов. Эта задача значительно упрощается при использовании такого ин- струмента моделирования развития энергосистемы, как EnergyPLAN. Ос- новным назначением модели EnergyPLAN является разработка долгосроч- ных стратегий, призванных помочь руководству будущей местной, нацио- нальной, региональной или даже глобальной энергетической системы. Планирование долгосрочных энергетических стратегий часто прово- дится с использованием комплексных подходов, которые учитывают, как наличие собственных энергоресурсов, так и роль энергоэффективности в снижении потребностей в импортируемом топливе. Планирование энергетической стратегии традиционно играет важную роль в установлении структуры энергоисточников для регулирования в энергетическом секторе. В сфере ответственности планирования лежит выбор типов электростанций, которые будут построены, оценка возмож- 109 ной стоимости вырабатываемых вторичных энергоресурсов, учет тенден- ций в сфере цен на топливо и пр. Поэтому при организации планирования в сфере энергетики должны учитываться результаты экономического развития страны, динамика по- требления энергоресурсов промышленностью и населением, экологическая ситуация. Учет экологических последствий потребления и производства энергии приобрел в последние годы особую актуальность в странах ЕС и США в свете угрозы глобального изменения климата, обусловленной выбросами парниковых газов. Например, многие страны ОЭСР и некоторые штаты США теперь при оценке эффективности регулирования своих энергетических систем прибегают к целевым показателям выбросов CO2 и других парниковых га- зов. В свете этих событий широкое использование интегрированного энер- гетического планирования может становиться все более актуальным [1]. EnergyPLAN рассматривает три основных сектора любой националь- ной энергетической системы: теплоэнергетику, электроэнергетику и транспорт. Поскольку в последние годы в ряде европейских стран доля возобновляемой энергии на основе ветра, солнца, воды в энергобалансе ста- новится все более заметной, обеспечение устойчивости и маневренности энергосистемы становится ключевой задачей. Для решения обозначенной задачи в модели EnergyPLAN доступны следующие варианты: интеграция комбинированных теплоэнергетических установок, тепловых насосов, ввод электрических транспортных средств, производство водородного топлива. Важно отметить, что EnergyPLAN моделирует работу национальных энергетических систем на основе графиков часовых нагрузок энергосисте- мы по тепловой и электрической энергии с учетом выработки энергопото- ков от различных энергоисточников, в ком числе АЭС, КЭС, ТЭЦ, котель- ных и источников, установленных на промышленных предприятиях. EnergyPLAN также позволяет моделировать стратегии со 100% снабже- нием электроэнергией от возобновляемых источников. Такая стратегия на се- годняшний день разработана и принята для энергетической системы Дании. Аналогичные исследования, посвященные широкомасштабной инте- грации ВИЭ, уже проводились европейскими учеными для энергетических систем Хорватии, Сербии, Финляндии при использовании инструмента моделирования EnergyPLAN. Результаты этих исследований указывают на способность энергосистемы принять и использовать более высокую до- лю различных видов ВИЭ. Описание модели EnergyPLAN. EnergyPLAN разработан и исследо- вательской группой по устойчивому энергетическому планированию Оль- боргского Университета (Дания). Модель используется многими исследо- вателями, консультантами и политиками по всему миру благодаря тому, что основное внимание при разработке модели было направлено на ее об- щедоступность и удобство интерфейса, рис. 1-3. 110 Рисунок 1 – Стартовая страница модели EnergyPLAN Рисунок 2 – Страница модели EnergyPLAN по введению данных по электропотреблению и импорту/экспорту электроэнергии Рисунок 3 – Страница модели EnergyPLAN по введению данных по теплопотреблению по видам потребителей 111 EnergyPLAN распространяется как бесплатное программное обеспе- чение. К нему имеется множество учебных материалов, руководство к ис- пользованию. Более того, существующие модели уже доступны для мно- гих стран, а полученные с ее помощью результаты давно используются в множестве научных публикаций. Для создания стратегий необходимо придерживаться определенной логики, основанной на структурированном процессе принятия решений на основе шести ключевых шагов, а именно: 1. изучение текущей ситуации и воссоздание существующей ситуа- ции в модели EnergyPLAN; 2. проверка созданной модели на достоверность; 3. изучение потенциала страны по различным возобновляемым ис- точникам энергии, таким как энергия солнца, ветра, приливов и отливов, биогазовые комплексы и установки на биомассе. Оценка потенциала про- мышленных и муниципальных ВЭРов, бытовых отходов и пр.; 4. разработка конкретных стратегий и возможностей, которые возмож- но реализовать в рамках процесса планирования устойчивой энергетики; 5. создание ряда моделей для прогнозирования вероятного воздей- ствия различных сценариев с помощью инструмента EnergyPLAN, осно- ванного на математическом моделировании; 6. анализ полученных результатов для выбора и обоснования наилучшей стратегии энергетического развития. Определение финансовых затрат, требуемых для реализации стратегии. Выводы. Таким образом, EnergyPLAN – это удобный инструмент мате- матического моделирования, который позволяет планировать устойчивое энергетическое развитие стран и регионов и наиболее подходит тем, кто наме- реваются развивать свою энергетическую безопасность, используя при этом в своих процессах планирования наилучшую доступную в мире практику. УДК 629.735 КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ В УСЛОВИЯХ РАБОТЫ БЕЛАЭС В.Н. Романюк, А.А. Бобич Белорусский национальный технический университет Начиная с 2000 г. активно проводится модернизация генерирующих мощностей Белорусской энергосистемы. За это время к 2015 г. удельный расход условного топлива (УРТ) на выработку электрической энергии сни- зился на 14,3%, а УРТ на выработку тепловой энергии на 2,7%. Абсолют- ные величины УРТ, при этом, равны соответственно 235,5 г/кВт·ч и 167,5 кг/Гкал, а эксергетический КПД энергосистемы составил 33,1%, увеличившись в абсолютной величине на 3,7% или 12,6% в относительно м выражении [1]. Вместе с тем, энергосистеме страны необходимо посто- 112 янное развитие, что не теряет актуальности с вводом в строй Белорусской АЭС в 2018–2020 гг. Применение традиционных показателей для оценки энергетической эффективности сложных и многоукладных энергосистем при их модерни- зации и оптимизации не всегда позволяет принять однозначное решение. Что дает повод отдавать предпочтение в этих случаях индикативным пока- зателям, который, по нашему мнению, могут быть получены только на базе безразмерных эксергетических характеристик. Наличие подобной индика- тивной оценки термодинамической эффективности, являющейся долго- временной, стабильной характеристикой, позволит более обоснованно принимать решения по выбору варианта развития источников энергоси- стемы из ряда альтернативных решений, имеющих близкие экономические показатели, что часто имеет место при выборе системных решений [1]. С вводом Белорусской АЭС прогнозируются избытки мощности в пе- риод ночных провалов в отопительный и межотопительный периоды и приоритетным является строительство комплексов «электроко- телтепловой аккумулятор», которое наиболее целесообразно реализовы- вать на малых ТЭЦ энергосистемы и котельных [2]. В работе [3] предложены перспективные технические мероприятия, позволяющие повысить эффективность энергосистемы путем внедрения на ТЭЦ абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), теп- ловых аккумуляторов (ТА) и интеграции в состав ТЭЦ высоких начальных параметров ГТУ по сбросной схеме с основным оборудованием. Единовре- менное внедрение перечисленных мероприятий в полном объеме, при всей заманчивости такой реализации, по различным причинам оказывается не- возможным. В этой связи очевидна необходимость оценки вклада в ожида- емый эффект (возможности резервирования, снижения расхода природного газа и пр.) того или иного из перечисленных мероприятий, а также опреде- ления количественной оценки эффективности энергосистемы с многоукладной структурой энергоисточников: КЭС, ТЭЦ, котельные на органическом топливе, АЭС на ядерном топливе, электрокотлы на ТЭЦ, электрокотельные, ГЭС, ветроэлектростанции. В [1, 5] показана целесооб- разность применения для принятия решения по выбору варианта развития системы термодинамического метода, и, в частности, на базе расчета термо- динамического КПД для получения количественной оценки термодинами- ческой эффективности энергосистемы Беларуси на различных стадиях ее развития: от текущей ситуации, до интеграции в ее состав АЭС и дальней- шего совершенствования. В 2020 г. после ввода двух блоков Белорусской АЭС ситуация с выработкой тепловой и электрической энергии на источниках энергоси- стемы изменится. При этом отпуск тепловой энергии сохранится. Это под- тверждается тем, что за последние 15 лет отпуск тепловой энергии остает- ся практически на одном уровне с колебаниями в пределах 5%. Прогнози- руемая структура отпуска электроэнергии в 2020 году следующая: 113 АЭС – 48%, КЭС – 9%, ТЭЦ – 37%, избыток на электрокотлы – 6%. Для устранения избытков мощности генерации в период ночных провалов потребления электроэнергии, предусматривается строительство комплек- сов «электрокотелтепловой аккумулятор» суммарной мощностью до 1,2 ГВт в том числе 0,5 ГВт на ТЭЦ, 0,5 ГВт – на котельных и 0,2 ГВт – на промышленных предприятиях. Результаты количественной оценки термодинамической эффективно- сти энергосистемы Беларуси после ввода в строй АЭС и электрокотлов и сравнение их с данными по существующему положению в энергосистеме указывают на снижение ее термодинамической эффективности от 2,3% в отопительный период до 3,2% в межотопительный период, рис. 1. Рисунок 1 – Сравнение эксергетического КПД энергосистемы Беларуси в 2015 и в 2020 году при работе Белорусской АЭС и электрокотлов Изменение термодинамической эффективности энергосистемы в связи с совершенствованием комбинированных источников энерго- системы. Как уже отмечалось, совершенствование генерирующих источни- ков энергосистемы не может быть остановлено. Некоторые из возможных энергосберегающих мероприятий приведены в [2]. Рассмотрим изменение эксергетического КПД энергосистемы в результате внедрения этих меро- приятий. Установка АБТН на ТЭЦ. АБТН на ТЭЦ следует использовать для утилизации низкотемпературных тепловых потоков системы циркуля- ционного охлаждения, что при сохранении отпуска необходимого количе- ства тепловой энергии обеспечивает снижение и расхода природного газа на ТЭЦ, и электрической мощности ТЭЦ. Суммарная тепловая мощность АБТН на всех ТЭЦ энергосистемы Беларуси в условиях 2020 г. оценивает- ся величиной до 0,44 ГВт. В межотопительный период АБТН не исполь- зуются, поскольку ТЭЦ работают практически на техническом минимуме нагрузки. В отопительный период во время ночного провала электропо- требления АБТН также не работают по той же причине разгрузки ТЭЦ до технического минимума. Использование АБТН в описанном качестве позволяет ТЭЦ изменять генерацию электроэнергии в сторону увеличения или уменьшения электри- ческой мощности при сохранении тепловых нагрузок. Это обстоятельство способствует работе основных регуляторов, поскольку может быть изменен 114 в нужную сторону диапазон регулирования, возлагаемый на них. Использо- вание АБТН на ТЭЦ позволяет изменять указанную генерацию электроэнер- гии по энергосистеме в целом до 0,15 ГВт в отопительный период. При этом средневзвешенный УРТ на отпуск электроэнергии в отопительный период по всем ТЭЦ снижается на 13 г/(кВт·ч) с снижением потребления природного газа в энергосистеме до 0,11 млн тонн условного топлива в год. Введение в состав ТЭЦ АБТН приводит к тому, что в дневное время отопительного периода избыток генерации электроэнергии сокращается и исключается использование электрокотлов в этот период. Результаты расчетов количественной оценки термодинамической эф- фективности энергосистемы Беларуси после внедрения АБТН суммарной тепловой мощностью 0,44 ГВт ТЭЦ после 2020 г. приведены на рис. 2. Рисунок 2 – Сравнение эксергетического КПД энергосистемы Беларуси в 2020 г. при работе АЭС и электрокотлов и тоже с АБТН на ТЭЦ Использование АБТН на крупных ТЭЦ позволяет увеличить эксергетиче- ский КПД энергосистемы на 0,35% в отопительный период и на 0,23% в среднем за год с соответствующим снижением потребления природного газа. Установка ГТУ по сбросной схеме на ТЭЦ. Суммарная возможная элек- трическая мощность ГТУ по сбросной схеме на всех ТЭЦ энергосистемы Бе- ларуси составляет до 0,6 ГВт. В отопительный и межотопительный периоды во время ночного провала электропотребления ГТУ по сбросной схеме до- пускают снижение мощности до 0,3 ГВт. Важно отметить, что требуются ГТУ единичной мощностью до 45 МВт, т.е. промышленных типоразмеров, которые практически не снижают моторесурс при указанных разгрузках. Средневзвешенный УРТ на отпуск электроэнергии в межотопительный период по всем ТЭЦ снижается во время дневного пика и ночного провала электропотребления на 36 г/(кВт·ч). В отопительный период соответственно снижение УРТ составляет 10–11 г/(кВт·ч). В результате внедрения ГТУ по сбросной схеме на крупных ТЭЦ энергосистемы достигается интеграль- ное годовое снижение потребления природного газа до 0,62 млн т у.т. Количественная оценка термодинамической эффективности энергоси- стемы Беларуси в результате внедрения ГТУ по сбросной схеме на ТЭЦ по отношению к ситуации в 2020 г. приведена на рис. 3. 115 Рисунок 3 – Сравнение эксергетического КПД энергосистемы Беларуси в 2020 г. при работе АЭС и электрокотлов и с ГТУ по сбросной схеме на ТЭЦ Эксергетический КПД энергосистемы в результате установки на ТЭЦ энергосистемы ГТУ по сбросной схеме возрастает на 1,9% в межотопитель- ный период, на 1,0% в отопительный период и на 1,3% в среднем за год. Обобщение результатов: среди различных вариантов наиболее эффек- тивным является комбинация АБТН суммарной тепловой мощностью 0,44 ГВт и ГТУ по сбросной схеме суммарной электрической мощностью 0,6 ГВт. В отопительный период, средневзвешенный УРТ на отпуск элек- троэнергии во время дневного пика электропотребления уменьшается на 23 г/(кВт·ч), в часы ночных провалов имеет место снижение УРТ на 10 г/(кВт·ч). В результате внедрения АБТН и ГТУ по сбросной схеме на ТЭЦ энергосистемы достигается годовое снижение потребления при- родного газа до 0,74 млн т у.т. Рисунок 4 – Сравнение эксергетического КПД энергосистемы Беларуси в 2020 г. при работе Белорусской АЭС и электрокотлов и тоже с АБТН и ГТУ по сбросной схеме на ТЭЦ Повышение эксергетического КПД энергосистемы Беларуси в этом варианте составляет от 1,4 до 1,9%, рис. 4. Выводы: Термодинамическая эффективность энергосистемы может быть дополнительным объективным и стабильным показателем при приня- тии соответствующих решений внедрения энергосберегающих мероприятий. Ввод АЭС снижает потребление природного газа до 4,2 млн т у.т. и, при этом, что ожидаемо, ухудшается термодинамическая эффективность энергосистемы с 33,1 до 30,6%. Реализация комплекса мероприятий, пред- ложенных в работе, обеспечивает дополнительно после ввода в строй АЭС уменьшение потребления природного газа до 0,74 млн т у.т. в год, что, 116 в конечном итоге, увеличивает термодинамическую эффективность энер- госистемы до 32,2%. Список использованных источников 1. Романюк, В.Н. К вопросу оценки термодинамической эффективности Белорусской энергосистемы / В.Н. Романюк, В.А. Седнин, А.А. Бобич // Энергия и Менеджмент.  2016.  № 6.  С. 2–7. 2. Разработка мероприятий по режимной интеграции Белорусской АЭС в баланс энергосистемы: отчет о НИР/ Науч.-исслед. и проект. Республ. Унитарн. Предпр. «Белорусский теплоэнергетич. ин-т»; рук. работы Ф.И. Молочко. – Минск, 2014. – 96 с.  № Б-14-7/1. 3. Романюк, В.Н. К вопросу о диверсификации вариантов регулирования мощности генерации Белорусской энергосистемы / В.Н. Романюк, А.А. Бобич // Энергия и Менеджмент.  2015.  № 6.  С. 3–8. 4. Андрющенко, А.И. Показатели эффективности сложных систем энергоснабжения и взаимосвязь между ними / А.И. Андрющенко // Материалы четвертой Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности», Ульяновск, 2425 апреля 2003 г. / Ульяновский государственный технический университет.  Ульяновск, 2003.  С. 1214. 5. Романюк, В.Н. Комплекс мероприятий по повышению эффективности ТЭЦ энергосистемы / В.Н. Романюк, А.А. Бобич // Энергоэффективность.  2012.  июнь.  С. 30–31. 6. Романюк, В.Н. Выбор схем парогазовых установок при модернизации паротурбинных ТЭЦ / В.Н. Романюк, А.А. Бобич, Н.А. Коломыцкая. // Энергия и Менеджмент.  2013.  № 3.  С. 11–15. 7. Романюк, В.Н. Развитие тепловых схем ТЭЦ в условиях Объединенной энергосистемы Беларуси / В.Н. Романюк, А.А. Бобич // Известия ВУЗов и энергетических объединений СНГ. Энергетика.  2015.  № 4.  С. 31–43. 8. Романюк, В.Н. Оценка термодинамической эффективности функционирования энергосистемы Беларуси в условиях работы Белорусской АЭС / В.Н. Романюк, А.А. Бобич // Энергия и Менеджмент, 2016.  №4.  С. 2–9. УДК 697.343 РЕГЕНЕРАТИВНО-УТИЛИЗАЦИОННОЕ ТЕПЛОИСПОЛЬЗОВАНИЕ В НЕПРОХОДНЫХ КАНАЛАХ ТЕПЛОТРАСС В.А. Седнин, Т.В. Бубырь Белорусский Национальный Технический Университет Одним из основных доводов противников централизованного тепло- снабжения является ссылка на необходимость в тепловых сетях для транс- 117 порта тепловой энергии на большое расстояние со значительными техно- логическими потерями теплоты. Безусловно, прокладка тепловых сетей требует дополнительных капитальных затрат, а тепловые потери при транспорте тепловой энергии требуют дополнительных затрат на топ- ливо, и совместно оба этих фактора – влияют как на энергоэффективность системы теплоснабжения в целом, так и на тариф отпускаемой энергии. И хотя эти недостатки перекрываются соответствующими преимущества- ми централизованного теплоснабжения [1-3], тем не менее, решение про- блемы минимизации тепловых потерь в системах централизованного теп- лоснабжения всегда была важной и экономически оправданной. Одним из основных подходов решения этой проблемы в настоящее время является применения новых контсруктивов для тепловых сетей, в частности, с применением предизолированных теплопроводов заводской готовности [4]. Однако, несмотря на современную тенденцию применения бесканальной прокладки предизолированных теплопроводов, в существу- ющих системах централизованного теплоснабжения теплотрассы, проло- женные в непроходных каналах, имеют достаточно большой удельный вес. Учитывая высокую стоимость изготовления и прокладки теплопроводов, их полная замена с применением инновационных технологий займет еще не одно десятилетие. В этой связи остается актуальными разработка и ис- следование технологий повышения энергоэффективности эксплуатации существующих теплопроводов, проложенных в непроходных каналах. Следует отметить, что в качестве теплоизоляционного материала тепло- проводов в непроходных каналах, большей частью, используется минеральная вата, имеющая коэффициент теплопроводности 0,044 Вт/(м·°С), несколько больше, чем у пенополиуретановой изоляции 0,035 Вт/(м·°С). Но рассеивание теплоты существующими теплопроводами оценивается до 13% и выше, что превышает норматив на 4% и более, и в 1,5…2 раза превышает эту харак- теристику для теплотрасс с ПИ-трубами [4]. В большой степени такая ситуа- ция связана с утратой теплоизоляционных свойств минеральной ваты в связи с ее увлажнением в процессе эксплуатации теплопроводов, проложенных в не- проходных каналах. Одним из способов борьбы с увлажнением изоляции яв- ляется устройство естественной приточно-вытяжной вентиляции, призванной обеспечить удаление влаги из атмосферной части канала. Тем не менее, по- добное решение не всегда возможно и не во всех случаях решает задачу уда- ления влаги из канала. Кроме того, проточная вентиляция каналов может при- водит к увеличению тепловых потерь. В работе [5] представлены результаты исследования в рамках техни- ческого решения по использованию непроходных каналов для транспорта вентиляционных выбросов промышленных предприятий на теплоэлектро- централь для их использования в качестве окислителя в котлах. Показана возможность перемещения по непроходным каналам заметных расходов воздуха (до 50 тыс. м³/час), на достаточно большие расстояния (до 1 км). 118 Техническая схема реализации регенеративно-утилизационной систе- мы теплоиспользования в тепловых сетях с прокладкой трубопроводов в непроходных каналах. На теплоисточнике или центральном тепловом пункте (ЦТП) устанавливается вентиляционная теплонасосная воздушная установка, представляющая собой комбинацию газодувки (вентилятора) и компрессионного теплового насоса типа «воздух-вода» (ВТНУ) [6], обеспечивающий, во-первых, прокачку наружного воздуха через непро- ходной канал сопряженного участка теплотрассы, во-вторых, требуемую степень трансформацию теплоты, поступающей с этим воздухом. Это поз- воляет использовать полученные потоки теплоты для нужд теплоснабже- ния. Таким образом, воздух через специально устроенные воздухозаборни- ки направляется в каналы тепловых сетей, проходя через которые нагрева- ется, и далее поступает в теплообменный аппарат ВТНУ (испаритель или промежуточный теплообменник), и далее охлажденный воздух воз- вращается в атмосферу. Следует отметить, привлекательность подобного решения, прежде всего, в отношении использования теплоты грунта. В штатном подходе к утилизации теплоты грунта требуется обустройство поля скважин гори- зонтальных или вертикальных, что и затратно, и достаточно требовательно в эксплуатации [6]. В условиях городской застройки, с учетом стоимости участков земли использование грунтовых ТНУ практически невозможно. В то же время, непроходные каналы можно рассматривать как готовую си- стему горизонтально-расположенную канальную систему для утилизации теплоты грунта, что расширяет положительные стороны полезности при- менения непроходных каналов для прокладки теплопроводов. Предварительный анализ энергоэффективности регенеративно- утилизационной системы теплоиспользования в тепловых сетях с проклад- кой трубопроводов в непроходных каналах. Для определения эффективно- сти предложенной системы ргенеративно-утилизационного теплоисполь- зования для теплопроводов в непроходных каналах требуется решить ком- плекс задач. Первоочередными среди них являются определение величины и структуры потока теплоты нагрева воздуха при прохождении через уча- сток канала, а также требуемого напора вентилятора, который должен быть побуждающим устройством для прокачки воздуха по каналу. Теплопритоки к воздуху, проходящему по каналу, определяются ком- плексом факторов, среди которых наиболее значимыми являются длина канала, скорость воздуха в нем, характерный размер канала, температур- ный напор теплопередачи от сетевой воды к воздуху канала, характеристи- ки тепловой изоляции. При этом, требуется выполнять очевидное ограни- чение: для исключения рассеяния тепловой энергии в грунт, температура воздуха в канале не должна превысить температуру грунта вокруг канала. Здесь же следует указать и другое ограничение: необходимо, чтобы после- дующее охлаждение прокачиваемого воздуха происходило до значения температуры не превышающего температуру наружного воздуха, который 119 поступает в канал из окружающей среды в данный период времени. Что обеспечивает полное использование теплоты, затраченной на нагрев наружного воздуха при его нахождении в канале. В качестве критерия эффективности на первом этапе исследования можно принять экономию первичного энергоресурса (топлива) в системе централизованного теплоснабжения или отдельном сетевом районе. Структура теплового потока, затраченного на нагрев воздуха, может быть определена балансовым методом путем суммирования: теплопотерь от прямого и обратного теплопровода (охлаждения прямой и обратной се- тевой воды) на участке, теплоотвода от грунта через стенки канала. В пер- вом приближении, для оценки величины потоков утилизации теплоты грунта и теплоты рассеяния теплопроводами в канале можно ориентиро- ваться на расчетную величину теплопотерь в теплотрассах систем центра- лизованного теплоснабжения [5]. Однако задача расчета тепловых потерь сама по себе достаточно сложная и окончательно до сих пор не решена [7]. В этой связи целесообразно для решения задачи нагрева воздушного пото- ка в канале теплотрассы целесообразно прибегнуть к численным методам моделирования с использованием стандартных прикладных пакетов, в частности, программный комплекс ANSYS [8, 9]. В этом случае можно говорить о приемлемости полученных результатов для адаптации и обоб- щения с целью применения в проектной практике. Анализируя рассмотренную ситуацию можно констатировать целесо- образность проведения исследований использования теплоты охлаждения воздуха, в течение как отопительного, так и межотопительного периодов времени с определением минимальной температуры охлаждения воздуха по выбранной целевой функции для того или иного числа часов стояния наружных температур той или иной градации. Несмотря на определенную техническую гипотетичность решаемой задачи, в целом исследования в данном направлении преследует цель со- здания инновационных конструктивов теплопроводов с «активной» тепло- изоляцией, т.е. создания теплопроводов с нулевой плотностью теплового потока на границе с окружающей средой. Выводы. Искусственная вентиляция непроходных каналов теплотрасс может наряду с поддержанием проектных характеристик минераловатной изоляции трубопроводов обеспечить возможность повышения энергоэф- фективности систем теплоснабжения путем регенерации и утилизации низ- котемпературных тепловых потоков от теплопроводов, грунта и наружного воздуха с последующей трансформацией их потенциала до уровня, допу- стимого к использованию в системах теплоснабжения. Для организации ре- генеративно-утилизационной схемы теплоиспользования в непроходных каналах тепловых сетей предлагается использовать в тепловых пунктах вен- тиляционные компрессионные теплонасосные установки. Для разработки методики расчета и проектирования регенеративно- утилизационной схемы теплоиспользования в непроходных каналах тепло- 120 вых сетей планируется проведение исследования процессов тепломассоб- мена методом численного моделирования. Предполагается, что получен- ные результаты исследования позволят также предложить новые конструк- тивы теплопроводов с «активной» теплоизоляцией. Список использованных источников 1. Яковлев Б.В. Повышение эффективности систем теплофикации и теп- лоснабжения. – Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2002. – С.448. 2. Зингер Н.М., Белевич А.И. Развитие теплофикации в России // Элек- трические станции. – 1999. – № 10. – С. 2–8. 3. Седнин В.А. Теория и практика создания автоматизированных систем управления теплоснабжением. – Минск: Изд-во БНТУ, 2005. – 192 с. 4. Копко В.М. Теплоснабжение / В.М. Копко. – М.: Изд-во АСВ, 2012. – 336 с. 5. Марченко А.В. Разработка технологий использования котлоагрега- тов ТЭЦ и их дутьевых вентиляторов для транспорта и утилизации венти- ляционных выбросов промышленных предприятий и автомагистралей: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук 05.14.04 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты; 05.14.05 – Промышленная теплоэнергетика / А.В. Марченко.  Ульяновск, 2008.  175 с. 6. Амерханов, Р.А. Тепловые насосы / Р.А. Амерханов. – М.: Энерго- атомиздат, 2005. – 160 с. 7. Тарасевич, Е.И. Численное моделирование теплообмена для двух- трубных тепловых сетей при подземной канальной и бесканальной про- кладке / Е.И. Тарасевич. – Фундаментальные исследования. – 2015. – №2 (часть 22) – С. 4880-4885. 8. Бруяко, В.А. Инженерный аналих в ANSYS Workbench / В.А. Бруя- ко, В.Г. Фокин, Е.А. Соядусов и др. / Самара: Самар. Госуд. Техн. Ун-т, 2010. – 271 с. 9. Федорова, Н.Н. Основы работы в ANSYS / Н.Н. Федорова, С.А. Валь- гер, М.Н. Данилов, Ю.В. Захарова, Издательство: ДМК Пресс. – 2017. – 210 c. УДК 621.181 АНАЛИЗ И ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА БАЗЕ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В.А. Седнин, А.А. Абразовский Белорусский национальный технический университет Энергетическая целесообразность создания комбинированных энерго- технологических установок (КЭТУ) на базе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций магистрального газопровода была обосно- вана в работах [1-5]. В ходе исследования были синтезированы несколько 121 технологических схем КЭТУ. Одним из перспективных вариантов для реа- лизации можно считать КЭТУ в составе ГПА, теплофикационной пароси- ловой установки (ТПСУ) и абсорбционной холодильной машины (АБХМ) для охлаждения воздуха, подаваемого в компрессор ГТУ (рис. 1). Рисунок 1 – Принципиальная схема комбинированной энерготехнологической установки в составе ГПА и ПСУ: I – теплообменный аппарат; II – компрессор; III – камера сгорания; IV – газовая турбина; V– нагнетатель; VI ‒ котел-утилизатор; VII, VIII, IX ‒ ступени паровой турбины; X ‒ генератор; XI ‒ конденсатор; XII ‒ потребитель тепловой энергии; XIII ‒ абсорбционная холодильная машина; 1, 2, 3 – воздух; 5, 6, 10 – продукты сгорания; 4, 7, 8, 9 – природный газ; 11, 12, 13, 14, 15, 16 ‒ пар; 19, 20, 21, 28 ‒ конденсат; 24, 25 – вода холодного контура АБХМ; 22, 23 – вода из контура оборотного водоснабжения компрессорной станции; 17, 26, 27, 29, 30 – механическая энергия; 31 ‒ тепловая энергия; 18 – электрическая энергия Продукты сгорания после газовой турбины IV поступают в котел- утилизатор VI, где генерируется перегретый пар, для привода паровой тур- бины. Пар после первой ступени турбины направляется к АБХМ для полу- чения холодной воды, а после второй ступени на технологические нужды энергопотребителя. Холодная вода из АБХМ направляется в теплообмен- ный аппарат для охлаждения воздуха, подаваемого в компрессор газотур- бинного двигателя. Для параметрической оптимизации была разработана математическая модель макроуровня [5]. В продолжение исследования вышеуказанная ма- тематическая модель была применена для получения регрессионных зави- симостей. Численный эксперимент проводился с применением математиче- ского аппарата регрессионного анализа теории планирования эксперимента [6…8]. При этом рассматривается зависимость критерия оптимизации (от- 122 клика) от величины управляемых параметров (факторов), модель объекта исследования в общем виде: 1 2( , ,... ),ky f x x x (1) где у ‒ критерий оптимизации; 1 2, ,... kx x x – факторы, которые варьируются при проведении эксперимента. В качестве критериев оптимизации принимались электрическая мощ- ность и КПД КЭТУ, в качестве факторов – температура воздуха, подавае- мого в компрессор двигателя, степень сжатия в компрессоре двигателя и расход пара на технологию. Общий вид зависимостей 18 2 14 ( ,β , );кN f t G (2) КЭТУ 2 к 14η ( ,β , ),f t G (3) где 18N – электрическая мощность ПСУ, кВт; 2t – температура воздуха, по- даваемого в компрессор двигателя, °С; кβ – степень сжатия в компрессоре двигателя; 14G – технологический расход пара, кг/c. В результате обработки полученных данных, с учетом исключения ста- тистически незначимых коэффициентов зависимости (2) и (3) приняли вид 2 3 2 2 2 1213 3 2 3 1 34 18 8,6756,232,61069,01006,11060,01078,1)( xxxxxxxxNy  . 2 3 2 2 2 1321 0130,00441,00211,0320,0480,0271,02,37)( xxxxxxy КЭТУ  . Оценка адекватности полученной регрессии показала, что полученная зависимость пригодна для использования с доверительной вероятностью не менее 95 %. Переход к именованным величинам позволил уравнения (2) и (3) пред- ставить в виде: 4 3 2 2 2 18 2 к 14 2 к 2 к 145,03 10 75 3,29 10 β 369 0,75 β 0,37 75β 1,69 .N t G t t G          2 2 4 2 2 2 3 2 2 к 14 2 к 1455 3,01 10 1,81β 20,1 10 3,25 10 4,51 10 β 3,01 10 .t G t G                 Оптимальные значения управляемых параметров для максимальной электрической мощности max13N =20,3 МВт в исследованной области составили 2t =23 °С, кβ =14, 14G =4 кг/c, при этом КЭТУη =38,4%. 123 Список использованных источников 1. Несенчук А.П. Влияние теплоутилизационного «хвоста» компрессор- ной станции на эффективность работы газотурбинного привода с изобарным подводом теплоты и регенеративным теплоиспользованием / А.П. Несенчук [и др.] // Известия вузов. Энергетика. – 2013. – № 4. – С.37-46. 2. Несенчук А.П. Энергоснабжение предприятия мясоперерабатыва- ющей отрасли за счет утилизационной теплоты ВЭР компрессорной стан- ции магистрального газопровода / А.П. Несенчук, А.А. Абразовский // Из- вестия вузов. Энергетика. – 2013. – № 6. – С.32-36. 3. Абразовский А.А. Влияние технологических параметров маги- стрального газопровода на показатели работы компрессорной станции / А.А. Абразовский // Известия вузов. Энергетика. – 2014. – № 3. – С.27-32. 4. Абразовский А.А. Влияние утилизационной нагрузки привода ком- прессорной станции на параметры работы ГТУ / А.А. Абразовский // Изве- стия вузов. Энергетика. – 2014. – № 4. – С.24-29. 5. Седнин В.А. Применение паросиловой установки для повышения энергоэффективности работы газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода / В.А. Седнин, А.А. Абразовский // Энергия и менеджмент. – 2016. –№2. – С.16–19. 6. Нинул А.С. Оптимизация целевых функций: Аналитика. Численные методы. Планирование эксперимента / А.С. Нинул ‒ М.: Издательство фи- зико-математической литературы, 2009. ‒ 336 с. 7. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента (при прове- дении исследований в легкой и текстильной промышленности) / В.Б. Ти- хомиров ‒ М.: Легкая индустрия, 1974. ‒ 262 с. 8. Шестаков В.Н. Планирование эксперимента в оптимизационных за- дачах технической мелиорации грунтов: учеб. пособие / В.Н. Шестаков. ‒ Омск: СибАДИ, 2007. ‒ 95 с. УДК 621.311 ИССЛЕДОВАНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ РАСТВОРОВ ПО ЭЛЕКТРОМЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ А.И. Минибаев, А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, А.Р. Мамлеева Казанский государственный энергетический университет, Российская Федерация Тепловые электрические станции (ТЭС) являются одним из основных источников высокоминерализованных стоков, оказывающих негативное влияние на экологию водных систем региона. Ядром высокоминерализо- ванных стоков на ТЭС являются водоподготовительные установки (ВПУ), прежде всего установки ионитного обессоливания. В настоящее время на большинстве ТЭС кислые высокоминерализованные стоки с катионито- вых фильтров и щелочные высокоминерализованные стоки с анионитовых 124 фильтров ВПУ взаимно нейтрализуют и конечный высокоминерализован- ный сток сбрасывают. Практикуемый в ряде стран способ утилизации высокоминерализо- ванных стоков упариванием с захоронением твердых солей нельзя назвать удачными, так как при этом способе безвозвратно теряются все ценные химические компоненты стоков [1]. В решении проблемы представляет интерес использование электроди- ализного концентрирования стоков, до их нейтрализации до уровня, при- годного для повторного использования в цикле ТЭС. При этом особый ин- терес представляют щелочные стоки ВПУ, поскольку они не содержат ионов жесткости, а сама щелочь – дорогостоящий реагент [2]. Процесс электродиализного концентрирования достаточно хорошо изучен, поэтому задачи работы включали проверку работоспособности с использованием перспективных электромембранных аппаратов и мем- бран. В качестве электромембранных аппаратов использовали аппараты линейки ЭМА производства JSC «MembraninesTechnologijos LT» отлича- ющихся надежностью работы в концентрированных растворах при высо- кой токовой нагрузке. В качестве мембран использовали ионселективные катионо- и анионобменные мембраны IONSEP-HC/MC предназначенные для работы со сточными водами. Поток соли через мембранную пару ( ) при проведении эксперимен- тов определяли двумя методиками [3, 4, 5]. По первому методу потоки определяли по изменению концентрации соли в циркуляционных накопительных емкостях ( – для емкости диа- лизата, – для емкости концентрата): где – объем емкости диализата. По второму методу поток определяется по изменению концентрации соли внутри аппаратов между входом и выходом: где – скорость потока, где – градиент концентрации между концентратом и дилюатом, – коэффициент диффузионной и осмотической проницаемости соли, – выход по току, 125 Полученные экспериментальные результаты обрабатывались в рамках модели электродиализного концентрирования. Согласно модели, поток со- ли и воды через мембрану складываются из диффузии осмотических и электромембранных потоков: где и – соответственно потоки соли и воды в камеры концентрирова- ния; – диффузионная и осмотическая прони- цаемость мембранной пары соответственно; – число переноса воды через мембранную пару; – выход по току для переноса катионов (к) и анионов (а); и – концентрация соли в камерах концентрирования и обессолива- ния, соответственно. В модели предполагалось, что в концентрированных растворах элек- троосмотический перенос свободной воды пренебрежимо мал (вода пере- носится преимущественно в составе гидратных оболочек ионов). Поэтому число переноса воды представлялось в виде , где h – число гидратации соли. В этом приближении уравнение для потока воды можно записать в виде: Все четыре феноменологических параметра модели: , , и h мож- но определить путем линеаризации уравнений (2) и (3), делением их пра- вых и левых частей на : Экспериментальные данные с использованием метода наименьших квадратов обрабатывали в координатах и для определения транспортных характеристик мембранной пары. На рис. 1–3 представлены результаты проведенных экспериментов. 126 Рисунок 1 – Зависимость потока соли через мембранную пару от плотности тока Рисунок 2 – Поток соли из концентрата Рисунок 3 – Поток воды из дилюата Таблица 1 Характеристики массообменных процессов при концентрировании модельных растворов на каскаде из двух ЭМА N , л/ч , л/ч PS (д), кг/м2∙ч ηS (д) PW, л/м2∙ч ηW (д) h, моль/ моль , моль/моль 1 2000 2000 1,40 0,907 25,38 8,45 6,4 2 6000 6000 1,595 0,704 3,5 17,8 3 4000 4000 0,91 0,75 9,65 17,5 4 3000 3000 0,67 0,936 (к) 0,59 0,715 (к) 17,9 10,61 14,84 14,2 5 5000 5000 0,72 1,47 (к) 0,675 0,75 (к) ≈ 9,16 12,2 (к) 18,2 6 1000 1000 1,44 0,933 14,9 5,45 5,84 12,9 7 2000 1000 1,44 1,022 52,56 20,61 20,2 19,2 8 1000 600 0,03 0,982 55,44 14,57 14,8 11,2 127 В таблице 1 приведены результаты работы каскада двух аппаратов ЭМА-400/2 при концентрировании модельного раствора хлорида натрия. Масса перешедшей соли из диализата в концентрат: Эффективность процесса: где а – число камер по I тракту, 200 шт. Поток соли через мембранную пару: Градиент: Перенос воды: В ходе данной работы проведены теоретические и экспериментальные исследования массообменных процессов, протекающих при регенерации ионоселективных анионо- и катионообменных мембран высокоминерали- зованными растворами сложного состава. Получены зависимости влияния потока соли через мембранную пару в зависимости от плотности тока. Данные исследования затрагивали поток воды из дилюата и поток соли из концетрата. Данные исследования позволили выявить закономерности электро- мембранной переработки вод с различной степенью минерализации. Полу- ченные результаты были учтены при выборе ионоселективных анионо- и катионообменных мембран для электромембранного аппарата. 128 Работа выполнена при финансовой поддержке Министерством обра- зования и науки РФ прикладных научных исследований и эксперимен- тальных разработок в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработ- ки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». (Соглашение № 14.577.21.0238 от 03.10.2016 г., этап 2). Уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI57716X0238. Список использованных источников 1. Королев А.Г. Ресурсосберегающая технология утилизации про- дувочной воды испарителей водоподготовительной установки ТЭС на базе электромембранных модулей: диссертация кандидата технических наук. – Казань: Казан. гос. энергет. ун-т, 2013. 2. Вафин Т.Ф. Разработка электромембранных методов утилизации высокоминерализованных жидких щелочных отходов ТЭС: диссертация кандидата технических наук. – Казань: Казан. гос. энергет. ун-т, 2013. 3. Заболоцкий В.И., Шудренко А.А., Гнусин Н.П. // Электрохимия, 1988. – Т. 24. – № 6. – С. 744. 4. Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах. – М.: Наука, 1996. – 393 c. 5. Заболоцкий В.И., Протасов К.В., Шарафан М.В. Исследование про- цесса электродиализного концентрирования хлорида натрия с гибридными органо-неорганическими ионообменными мембранами. // Электрохимия. 2010. – Т. 46. – № 9. – С. 1044–1051. УДК 622.4 ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ М.А. Коробицына Санкт-Петербургский горный университет Нефть – важный энергоресурс, а для успешного развития энергетиче- ского комплекса необходимо обеспечение безопасных и комфортных условий труда, занятых в нем людей. В России существует уникальное месторождение тяжелой высоковяз- кой нефти – Ярегское месторождение, расположенное в республике Коми. Добыча нефти там осуществляется подземным термошахтным способом. Основой такого способа является снижение вязкости и повышение по- движности нефти за счет разогрева вмещающего пласта с помощью закач- ки теплоносителя. В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар. Используемой и наиболее перспективной является подземно- поверхностная система разработки (рис. 1). Закачка пара осуществляется в верхнюю часть пласта через поверхностные нагнетательные скважины. Под землей из добывающей галереи бурятся парораспределительные и до- бывающие скважины. В галерее нефтесодержащая жидкость собирается 129 в канавки и самотеком перемещается в зумпф, откуда по системе трубо- проводов передается на переработку. Рисунок 1 – Подземно-поверхностная система разработки Нагнетание горячего пара в нефтяной пласт способствует появлению проблем, связанных с повышенной температурой и влажностью воздуха в выработках, проходящих непосредственно в продуктивном пласте, и в соединенных с ними. Так, во всех уклонных блоках основным вредным фактором на рабочих местах является температура воздуха, которая в бу- ровых галереях превышает допустимые значения. Согласно правилам без- опасности, температура воздуха в действующих выработках, не должна превышать 26 °С при относительной влажности до 90%. А при условии, что в выработках нет постоянного присутствия людей в течение смены, допускается температура воздуха до 36°С. В таблице 1 представлены ре- зультаты замеров температуры воздуха. Таблица 1 Результаты замеров температуры воздуха в уклонных блоках НШ №3 Уклонный блок Температура воздуха на входе в уклонный блок, t °С Температура воздуха в буровой галерее, t °С Уклон 4Т-4 31 50 Уклон 4T-2 24 54 Уклон 3Т-1 20 37,5 Уклон 2Т-1 33 49 Уклон 1Т-1 29,3 49 130 Повышенная температура и влажность воздуха приводит к снижению производительности труда, быстрой утомляемости, снижению внимания, вялости и может оказаться причиной возникновения несчастного случая. Факторы, формирующие тепловые условия в горных выработках нефтешахт делятся на эндогенные (обусловленные природными процесса- ми) и экзогенные (техногенные). Наиболее существенный вклад вносят производственные процессы, проходящие в выработках шахт. Основными источниками тепловой энергии являются: – выделение тепла искусственно разогретыми горными массивами, температура которых 48–52 °С; – тепловыделения от неизолированных и изолированных нефтепрово- дов и паропроводов; – отводы эксплуатационных скважин; – теплоотдача от нефтесодержащей жидкости, протекающей по ОШП и ВШП, температура которой достигает 49–50 °С; – выброс тепловой энергии и влаги с неконтролируемым выходом па- ра из затрубных пространств эксплуатационных скважин (температура па- ра 93–95 °С) и геологического нарушения (температура пара 72–78 °С). Для регулирования теплового режима сейчас на шахте применяют только вентиляцию, как видно из натурных исследований этого недоста- точно для соблюдения норм параметров микроклимата на рабочих местах. Для улучшения теплового режима уже действующих уклонных бло- ков существует несколько возможных путей, одним из которых является увеличение объемов воздуха для усиленной вентиляции. Расход воздуха в этом случае ограничивается предельно разрешенной скоростью движе- ния воздуха в горных выработках. Таким образом, значительного сниже- ния температуры добиться достаточно сложно. Другим способом может служить установка специального охлаждающего оборудования, к примеру, при использовании подземной холодильной машины температура воздуха в конце буровой галереи будет не выше допустимых 26 °С. Недостатком этого способа является высокая стоимость оборудования и затраты на его обслуживание. Способом защиты персонала, работающего в условиях по- вышенных температуры и влажности воздуха на рабочих местах, может являться использование работникам средств индивидуальной защиты, например, теплозащитной одежды. Такой способ требует определенного контроля в исполнении, для действенной защиты защитный костюм дол- жен быть выполнен из высококачественных материалов, стоимость и до- ступность которых, возможно, не будет удовлетворять возможностям по- требителя. Защита горнорабочих может быть осуществлена методом регу- лирования режимов труда и отдыха. «Защита временем» распространена на предприятиях, где работа связана с воздействием одного или несколь- ких вредных факторов, при ограничении времени влияния которых, можно избежать возникновения несчастного случая или развития профессиональ- ного заболевания. 131 Проблема нормализации параметров микроклимата на рабочих местах при добыче нефти подземным способом с использованием паротеплового воздействия на пласт представляет собой комплексную задачу, которую невозможно решить, используя определенный вышеописанный способ. Для разных рабочих мест должно применяться наиболее эффективное ре- шение, а сумма таких решений должна формировать систему мер по улуч- шению условий труда. УДК 622.864 ТЕПЛООБМЕН РАБОТНИКА В СПЕЦИАЛЬНОЙ ОДЕЖДЕ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ В УСЛОВИЯХ ТЕРМОНЕЙТРАЛЬНОГО МИКРОКЛИМАТА УГОЛЬНЫХ ШАХТ М.Л. Рудаков, Л.В. Степанова Санкт-Петербургский государственный горный университет e-mail: rudakovilo@rambler.ru, Stepanova_LV@spmi.ru Специальная одежда используется человеком для защиты поверхно- сти тела от вредных и опасных факторов производственной среды, таких как механические, физические, химические факторы и т.д. Особенностью же ведения добычи угля подземным способом является то, что одним из основных воздействующих факторов является угольная пыль на по- верхностях и в воздухе рабочей зоны. Поэтому создание специальной одежды для работников, занятых на подземной добыче угля, требует ис- пользования специальной одежды высокой плотности. Это в свою очередь еще больше снижает теплоотдачу и влагообмен тела человека с окружаю- щей средой. Таким образом, даже в условиях термонейтрального микро- климата происходит накопление тепла в организме человека, определяю- щееся теплопродукцией человека при выполнении им трудовой функции. В настоящий момент спецодежду (шахтерский костюм) выдают на ос- нове Типовых отраслевых норм выдачи средств индивидуальной защиты (СИЗ), которые не учитывают различное количество тепла, которое выде- ляет тело человека при различной физической нагрузке. В рамках нашего исследования был произведен анализ результатов специальной оценки условий труда работников угольных шахт. Произве- дена выборка – 158 должностей и профессий, более чем с 820 рабочих мест, из них:73 рабочие профессии, более 500 рабочих мест, связанные с работой под землей, на протяжении всей смены. Основной задачей было выявить критерий для классификации профессий и определить взаимо- связь энергозатрат работников с должностями и структурными подразде- лениям. Основные результаты представлены на рис. 1. 132 Рисунок 1 – Распределение категорий работ по уровню энергозатрат в зависимости от структурного подразделения и профессии Как видно из графика, категории работ по энергозатратам строго не привязаны ни к профессиям работников, ни к участкам выполнения ра- бот. Кроме того, основная часть работников относится к IIa, IIб и III кате- гории тяжести труда (рис. 2). Соответственно такие работы сопровожда- ются существенным выделением тепла от тела человека и для поддержа- ния теплового комфорта необходимо более внимательно подходить к выбору специальной одежды для работников. Рисунок 2 – Распределение рабочих профессий работников угольных шахт по категории энергозатрат Тепловой комфорт характеризуется показателями, при которых со- храняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напря- жение в его системе терморегуляции. Наряду с субъективными тепловыми ощущениями существуют объективные показатели теплового состояния человека, одним из которых является средневзвешенная температура ко- жи [2]. В условиях термонейтрального микроклимата угольных шахт сред- невзвешенная температура кожи работника в основном зависит от свойств ткани, из которой изготовлена его спецодежда, а также от интенсивности тепловыделения человека [3]. 133 На следующем этапе был произведен расчет средневзвешенной тем- пературы кожи, по формуле 1, при которой обеспечивается тепловой ком- форт для различных уровней энергозатрат работников. За верхней и ниж- ней границей зоны теплового комфорта наступает активизация механизмов терморегуляции – сужения и расширения сосудов, потоотделения, дрожи. tсвк =36,07−0,0354Q/S, (1) где tсвк – средневзвешенная температура кожи, ºС;  Q – энерготраты, Вт; S – площадь поверхности тела, м²[4]. Исходя из полученных результатов (рис.3), можно сделать вывод о том, что для поддержания теплового комфорта, при равных условиях микрокли- мата рабочей зоны работникам необходимо выдавать спецодежду с различ- ными параметрами, в зависимости от уровня энергозатрат работника. Рисунок 3 – Значение средневзвешенной температуры кожи человека, обеспечивающие тепловой комфорт, при различных категориях работ по тяжести Основным из показателей, влияющих на значение средневзвешанной температуры кожи, и позволяющих косвенно судить о тепловом состоянии человека, является плотность теплового потока q. Он измеряется на тех же участках тела, что и температура кожи. Аналогичным же образом рассчи- тывается и средневзвешенная плотность теплового потока. Комфортный уровень теплового потока, Вт/м2, соответствующий различной физической активности, может быть определен по формуле 2. qсвт=[83.3+39,5Q−11658]/S, (2) где qсвт– средневзвешенная тепловой поток, Вт/м2; Q – энерготраты, Вт; S – площадь поверхности тела, м² [5]. 134 Рисунок 4 – Значения теплового потока от кожи человека, обеспечивающие тепловой комфорт, при различных категориях работ по тяжести Как видно исходя из результатов расчета (рис. 4) значения теплового потока от кожи человека, обеспечивающие тепловой комфорт, существен- но различаются для каждой категории работ по энергозатратам. Плотность теплового потока, составляет большую часть теплопотерь человека в усло- виях теплового комфорта (75%) и отражает комплексное воздействие фак- торов, обусловливающих теплообмен организма с окружающей средой [6]. Показатель теплового потока от тела человека в условиях термоней- трального микроклимата угольных шахт может служить для оценки кон- струкции спецодежды и материалов, используемых для ее изготовления. В рассматриваемых условиях предлагается снижать тепловую нагрузку на организм человека при выполнении физически тяжелых работ за счет снижения теплоизоляционных свойств спецодежды. Это возможно при уменьшении теплового сопротивления спецодежды, которое возможно определить по формуле 3. Rc = ((tk − tнар )S)/Q, (3) где Rc – тепловое сопротивление спецодежды, м2℃/Вт; Q – количество тепла, удаляемого радиацией и конвекцией с поверхно- сти тела, покрытой одеждой, Вт/м2; tk – средневзвешенная температура кожи под спецодеждой, ℃; tнар – средневзвешанная температура наружной поверхности спецодежы, ºС; S – площадь поверхности тела человека, покрытого спецодеждой, м2 [4]. По мнению автора, для создания условий теплового комфорта для ра- ботников угольных шахт в условиях термонейтрального микроклимата, необходимо использовать ткани и материалы для изготовления спецодеж- ды соответствующие категории работ по энергозатратам. И на основе это- го внести изменения в Типовые отраслевые нормы выдачи СИЗ. 135 Список использованных источников 1. Голик А.С., Зубарева В.А. Охрана труда на предприятиях угольной промышленности. – М.: Издательство Московского государственного гор- ного университета, 2009. – 625 с. 2. R.C. Ghosh. Comfort of clothing // Text. Trends, 1972. – No.6. – Pp. 51-53. 3. Борисенкова Р.В., Махотин Г.Н. Труд и здоровье горнорабочих. – М., 2001. – 316 с. 4. Делль Р.А., Афанасьева Р.Ф., Чубарова З.Ф. Гигиена одежды. – М.: Легпромбытиздат, 1991. 5. Кощеев B.C. Физиология и гигиена индивидуальной защиты чело- века от холода. – М: Медицина, 1981/ – 188с. 6. Ergonomics of the thermal environment – Analitical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria” ISO 773. УДК 621.7.044 РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СКОРОСТНОГО ГОРЯЧЕГО ВЫДАВЛИВАНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕРЖНЕВОГО ИНСТРУМЕНТА И.В. Качанов, В.В. Власов, М.В. Кудин, С.А. Ленкевич Белорусский национальный технический университет Белорусская государственная академия авиации e-mail: vlasov881988@gmail.com В настоящее время в области промышленного производства весьма ост- ро стоит вопрос создания современных, оснащенных прогрессивными тех- процессами и оборудованием, специализированных предприятий по проек- тированию и изготовлению высококачественной технологической оснастки и инструмента. Как показывает мировой промышленный опыт, машиностро- ительным предприятиям необходимо применять инструмент, штампы и пресс-формы качеством на порядок выше, чем выпускаемая продукция. Это связано с усложнением выпускаемой продукции и сокращением ее жизнен- ного цикла в соответствии с требованиями рынка. Благодаря ряду преиму- ществ, (адиабатные условия протекания процесса, снижение контактного трения, благоприятное действие сил инерции, способствующее лучшему за- полнению матричной полости и т.д.) процессы скоростного формоизменения, особенно скоростного горячего выдавливания (СГВ), создают эффективные условия для обработки малопластичных и труднодеформируемых материа- лов, широко используемых в инструментальном производстве [1, 2]. В связи с тем, что высокоскоростная штамповка обеспечивает получение точных за- готовок с повышенными механическими свойствами, она может быть ис- пользована как технологический процесс изготовления стержневых деталей штамповой оснастки [3, 4]. В БНТУ на кафедре «Кораблестроение и гидрав- лика» разработаны техпроцессы создания биметаллического стержневого ин- 136 струмента, предназначенного для осуществления операций горячей и холод- ной штамповки [5]. Существенным инновационным моментом в разработан- ных техпроцессах является формирование сварного соединения разнородных сталей на основе диффузионного переноса легирующих элементов в зоне со- единения, что обеспечивает высокое качество и прочность соединения [6]. Для проведения исследований использовались составные заготовки, со- стоящие из композиций сталей 40Х+5ХНМ и 40Х+45Х3В3МФС (ДИ23). Формообразование и соединение разнородных металлов осуществляли в конических разъёмных полуматрицах специальной конструкции по запа- тентованному способу изготовления стержневых деталей за счет совместного скоростного пластического истечения обоих металлов в осевом направлении с последующим затеканием в кольцевую канавку, расположенную на рассто- янии от донной части на высоте λl, пропорциональной высоте рабочей части составной заготовки и коэффициенту вытяжки λ, которому задавались значе- ния λ=2–5 [7, 8]. При совмещении процессов СГВ биметаллических изделий и режима ВТМО в первую очередь необходимо установить температурный режим, который обеспечит термическую активацию для качественного со- единения двух сталей и полное растворение карбидов легирующих элементов в аустените, что обеспечит требуемые механические свойства продеформи- рованных материалов. Для композиции сталей 40Х+5ХНМ температурный интервал штамповки, обеспечивающий наилучшую пластичность составляет: 40Х – Тш1 = 800-1250°С; 5ХНМ – Тш2 = 850-870 °С. Температуры критиче- ских точек Ас3, обеспечивающие проведение полной закалки составляют: 782 °С (40Х); 780 °С (5ХНМ). Следовательно, с учетом подстуживания за- готовки при переносе в штамп, оптимальная температура нагрева состав- ной заготовки в печи должна составлять Тз1 = 1150 °С и время нагрева 1мин на 1мм сечения образца. Некоторые результаты штамповки по пред- ложенной технологии представлены на рис. 1. а) в) с) Рисунок 1 – Вид продольных шлифов (а, с) и поковки биметаллического пуансона (в) после скоростного выдавливания при V0= 70-80 м/c, Т0 = 1150±20ºС; λ=2 и 5 (а, в); λ=3 (с) 137 Из рассмотрения на рис. 1 продольных шлифов, изготовленных из биметаллических образцов, которые были отштампованы по схеме ско- ростного горячего выдавливания в разъемных полуматрицах, хорошо вид- ны четкие, контрастные границы соединения разнородных металлов как в поперечном (рис. 1а), так и в осевом (рис. 1в) направлениях. Исследования сварного соединения в зоне шва биметаллического пу- ансона проводились на рентгеноскопической системе контроля качества X-CUBE compact. Рентгенограммы стержневой части биметаллического образца представлены на рис. 2. Рисунок 2 – Рентгенограмма биметаллических образцов, полученных при выходном напряжении и токе равных 198 kV-6,3 mA; режимы изготовления образцов V0= 70-80 м/c, Т0 = 1150±20ºС Как видно из рис. 2, образцы имеет четко выраженную однородную структуру в зоне сварного соединения с отсутствием окисных включений, что благоприятно сказывается на эксплуатационных и физико- механических характеристиках биметаллического инструмента, предназна- ченного для металлообработки на различных эксплуатационных режимах. На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:  разработаны техпроцессы создания биметаллического стержневого инструмента, предназначенного для осуществления операций горячей и холодной штамповки;  установлена возможность получения качественного биметаллическо- го соединения, которое формируется при совместном пластическом течении на поверхности контакта двух частей заготовки с удалением поверхностных оксидных пленок при деформировании со скоростью V0 = 70-80 м/с и температурой составной заготовки Т = 1150±20 °С. 138 Список использованных источников 1. Качанов И.В. Скоростное горячее выдавливание стержневых изделий / И.В. Качанов; под ред. Л.А. Исаевича. – Минск: Технопринт, 2002. – 327 с. 2. Здор Г.Н. Технологии высокоскоростного деформирования материа- лов / Г.Н. Здор, Л.А. Исаевич, И.В. Качанов. – Минск: БНТУ, 2010. – 456 c. 3. Скоростное горячее выдавливание стержневых изделий с плакирова- нием торцовой части / И.В. Качанов [и др.]. – Минск: БНТУ, 2011. – 198 с. 4. Голованенко С.А. Производство биметаллов / Л.В. Меандров. – М.: Металлургия, 1966. – 153 с. 5. Качанов И.В., Здор Г.Н., Исаевич Л.А., Шарий В.Н. Скоростное го- рячее выдавливание стержневых изделий с плакированием торцевой ча- сти. – Мн.: БНТУ, Техническая литература, 2011. – 198 с. 6. Капранов В.Н. Особенности высокоскоростного горячего выдавли- вания формовочного инструмента повышенной точности. / В.Н. Капранов, В.Я. Осинных. // Повышение качества и эффективности изготовления тех- нологической оснастки методами пластического деформирования. Сбор- ник тезисов всесоюзной научно-технической конференции. – Таллин, 1977. – С. 125-129. 7. Способ изготовление стержневой детали; МКИ В21 J 5/00 / И.В. Качанов, В.Н. Шарий, М.В. Кудин, В.В. Власов, С.А. Ленкевич, А.А. Рубченя; заявитель Белорус. нац. техн. ун-т., заявка № а20140489; за- явл. 16.09.14. 8. Качанов И.В. Способ штамповки деталей со стержнем: пат. 18113 Респ. Беларусь, МКИ B 21 J 5/00 / И.В. Качанов, Г.Н Здор, Л.А Исаевич, В.Н. Шарий, М.В. Кудин, В.В. Власов; заявитель Белорус. нац. техн. ун-т. – №А20110844; заявл. от 16.06.2011 г; опубл. // Афiцыйныбюл. / Нац. цэнтрiнтэлектуал. уласнасцi. – 2014. УДК 669:620.197 ТЕХНОЛОГИЯ РЕВЕРСИВНО-СТРУЙНОЙ ОЧИСТКИ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВ ПЕРЕД ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКОЙ И.В. Качанов, А.Н. Жук, А.В. Филипчик, В.А. Ключников Белорусский национальный технический университет Для современного машиностроительного производства Республики Бе- ларусь характерно отсутствие собственной сырьевой базы, результатом чего является существенная зависимость от импортных материальных ресурсов, поставляемых по мировым ценам. При таких условиях работы эффектив- ность производства может быть достигнута за счет экономии и использова- ния энерго- и ресурсосберегающих технологий [1–10]. Эффективность реа- лизации целого ряда технологических процессов напрямую зависит от каче- ства очистки поверхностей от коррозии. Так, например, для подготовки стальных листов под лазерную резку (ЛР) необходимо после очистки от коррозии иметь высококачественную поверхность с шероховатостью 139 Ra = 0,4–1,0 мкм с минимальным уровнем упрочнения (микротвердость Нμ после обработки по сравнению с исходным значением Нμ0 должна находится в пределах Нμ = 1,5–1,6 Нμ0) и низкой отражательной способностью [11, 12]. Для реализации технологии РСО на кафедре «Кораблестроение и гид- равлика» БНТУ была разработана конструкция струйного блока (рис. 1) характеризующаяся патентной новизной [13]. Конструкция включает ко- нусное сопло 1, установленное в корпус 2, который через уплотнение 3 по- лотно прижимается к очищаемой поверхности 4. Изменение расстояния L между поверхностью и соплом обеспечивается за счёт перемещения по- следнего в радиальных опорах 5. Рисунок 1 – Схема струйного устройства для реализации процесса реверсивно-струйной очистки При подключении данного струйного блока к насосной установке по- ток рабочей жидкости после взаимодействия с поверхностью 4 разворачи- вается на 1800 относительно своего первоначального движения. Этот раз- ворот обеспечивает формирование реактивной силы, которая, складываясь с силой от воздействия струи, приводит к увеличению давления pmax струйного воздействия в 1,25÷1,5 раза (теоретически в 2 раза) по сравне- нию с традиционной схемой очистки, когда струя после взаимодействия с поверхностью растекается под углом 900 относительно своего первона- чального направления течения. В работах [14, 15], в результате решения вариационной задачи по установлению минимальной мощности обработки было установлено, что минимальная сила разрушения слоя коррозии на обрабатываемой по- верхности отмечается (при прочих равных параметрах (давление на входе в сопло pс, расстояние L от сопла до обрабатываемой поверхности) при ко- эффициенте обжатая струи λ = 0,063. В частности, исследованиями была установлена целесообразность про- ведения очистки в три этапа. При этом на первом этапе в качестве рабочей жидкости использовалась вода, содержащая речной песок с размером фрак- ций 0,1–0,63 мм и полиакриламид. Концентрации речного песка Кр.п. и по- 140 лиакриламида Кп составляли соответственно 8 – 10 % и 10-6 – 10-2 % от об- щего объема рабочей жидкости. Предварительная подготовка речного песка по фракционному составу осуществлялось в устройстве гравитационного типа действия, которое характеризуется патентной новизной [16]. На втором этапе РСО использовалась чистая вода, с целью полной промывки очишенной поверхности от мелкодисперсных фракций речного песка, что необходимо для проведения третьего этапа очистки. На третьем этапе осуществления РСО эжектировалась рабочая жид- кость, содержащая воду, в которой были размешаны бентонитовая глина и кальцинированная сода с концентрациями соответственно Кб = 5–20% и Кк.с. = 2–10% от общего объема. Указанные концентрации после эжекти- рования в струйном сопле смешивались в струе, действующей на обраба- тываемую поверхность, до значений Кб,с = 2–5 % и Кк.с.с = 0,2–1,0 %. Ука- занные диапазоны были установлены как оптимальные при подготовке очищенной поверхности под лазенрную резку (ЛР). Обязательным являет- ся операция сушки образцов при комнатной температуре (Т = 20 0С) в те- чение 20–24 ч., что позволяет сформировать на обработанной поверхности антикоррозионный защитный слой с толщиной , составляющий не менее 1,1–1,2 от максимальной высоты выступов микронеровностей. Выводы 1. Установлено, что после сушки образцов, обработанных рабочей жидкостью на основе воды с концентрациями бентонитовой глины и каль- цинированной соды соответственно Кб.с = 2,0–5,0% и Кк.с.с = 0,2–1%, на всей очищенной поверхности образцов формируется защитное пленоч- ное покрытие со средней толщиной  = 5–7 мкм. 2. Проведен анализ образовавшейся на поверхности очищенного об- разца, пленочного покрытия с установлением его химического состава и толщины. 3. Проведены производственные испытания очищенных образцов, в результате которых установлена эффективность РСО при подготовке стальных поверхностей под ЛР. Список использованных источников 1. Банников И.И. Механизация очистки и окраски подводной части судов / Банников И.И., Финкель Г.Н., Хейфец В.Л.// Л.: Судостроение, 1980. – 116 с. 2. Агасарян Р.Р. Струйно-абразивная обработка металлов / Р.Р. Агаса- рян. – Ереван: АрмНИИНТИ, 1990. – 51 с. 3. Меркулов В.Н. Перспективные процессы гидрообработки материа- лов в машиностроении / К.Н. Меркулов. – Киев: УкрНИИНТИ, 1987. – 10 с. 4. Тихомиров Г.А. Гидрорезание судостроительных материалов / Г.А. Тихомиров. – Л.: Судостроение, 1987. – 164 с. 141 5. Крайко А.Н. Механика жидкости и газа. Избранное / Под общей ред. А.Н. Крайко. Ред.-сост. А.Н. Крайко, А.Б. Ватажий, Г.А. Любимов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 752 с. 6. Вилькер Д.С. Лабораторный практикум по гидромеханике / Виль- кер Д.С. – М.: ФИЗМАТГИЗ, 1959. – 351 с. 7. Гибсон А. Гидравлика и ее приложения / А. Гибсон; пер. с 6-го англ. изд. А.Е. Стратоницкой и С.С. Соколова; под ред. М.В. Потапова. – М., Л.: Гос. энергетическое изд-во, 1934. – 610 с.: ил. – Указ.: с. 606-610. 8. Френкель Н.З. Гидравлика. – М., Л.: Госэнергиздат, 1956. – 456 с. 9. Кудинов В.А. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование/ В.А. Кудинов, Г.В. Бобров. – М.: Металлургия, 1992. – 432 с. 10. Комов В. А. Гидравлика. – М., Л., 1951. – 230-233с. 11. Качанов И.В. Теоретические и экспериментальные исследования по определению струйного давления рабочей жидкости на обрабатывае- мую плоскую поверхность / И.В. Качанов, А.В. Филипчик // Наука и тех- ника. – 2012. – №1. – С. 79-85. 12. Памфилов, Е.А. Формирование качества поверхностей при лазер- ной обработке / Е.А. Памфилов, В.Д. Северин // Вестник машинострое- ния. – 1982. №4. – С. 46-48. 13. Устройство для очистки от коррозии плоских стальных поверхно- стей: пат. № 16526 Респ. Беларусь, МПК В 08В 3/00, В63В 59/08 / Качанов И.В., Жук А.Н., Шаталов И.М., Шарий В.Н., Мяделец С.О.; заявитель Бе- лорус. нац. техн. ун-т. - № а 20100719; заявл. 12.05.2012; опубл. 30.10.2012. 14. Качанов И.В. Технология струйной гидроабразивной очистки и защиты от коррозии стальных изделий с применением бентонитовой глины / И.В. Качанов, А.В. Филипчик, В.Е. Бабич, А.Н. Жук и С.И. Ушев. Моногр. – Мн.: БНТУ, 2016. – 167 с. 15. Качанов И.В. Математическая модель расчета минимального дав- ления разрушения поверхностного слоя коррозии от воздействия реверсив- ной струи рабочей жидкости / И.В. Качанов, В.В. Веременюк, А.Н. Жук // Наука и техника. – 2014. – № 2. – С. 46–51. 16. Устройство для отбора осветленной гидросмеси на земснаряде пат. № 14172 Респ. Беларусь, МПК E 02F 3/88/ Качанов И.В., Жук А.Н., Песцов Г.В., Чернобылец А.Н.; заявитель Белорус. нац. техн. ун-т. – № а 20081686; заявл. 24.12.2008; опубл. 30.04.2010. 142 УДК 621.039 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕШЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В СОВРЕМЕННЫХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ С.М. Дмитриев, А.А. Добров, М.А. Легчанов, А.В. Рязанов, А.Н. Пронин, Д.Н. Солнцев, А.Е. Хробостов Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Российская Федерация Процессы смешения неизотермических потоков существенно влияют на параметры теплоносителя на входе в активную зону, что определяет её теплотехническое состояние. На входе в реактор могут возникать нерав- номерные потоки теплоносителя по разным петлям, приводящие к локаль- ным отклонениям параметров от номинальных. Процессы, протекающие при отклонении параметров теплоносителя от допустимых значений, необ- ходимо оценивать при обосновании безопасной работы ядерных энергети- ческих установок, поскольку они приводят к существенной неравномерно- сти теплогидравлических характеристик в камере смешения реактора и на входе в каналы активной зоны. Такие явления нуждаются в детальном изучении при помощи CFD-кодов, которые должны проходить процедуру верификации основе представительных экспериментальных данных. На базе кафедры «Атомные и тепловые станции» НГТУ им. Р.Е. Алексеева был создан экспериментальный стенд (рис. 1) для исследования смешения потоков в модели водо-водяного реактора с целью детального изучения процессов локального отклонения изучаемых параметров. Стенд спроектирован в виде двух контуров: исследовательского контура смеше- ния потоков с установленной экспериментальной моделью и контура охлаждения, необходимого для отвода тепла и подготовки «холодного» теплоносителя. Рисунок 1 – Принципиальная схема стенда Оборудование стенда позволяет создать режимы как ламинарные, так и турбулентные течения при различной температуре, расходах и кон- 143 центрации примесей в потоке теплоносителя. Параметры, при которых может осуществляться моделирование, приведены в таблице 1. Таблица1 Основные параметры экспериментального стенда Параметр Значение Число имитирующих петель циркуляции теплоносителя 6 Мощность нагревательных установок (суммарная), кВт 800 Мощность контура охлаждения (максимальная), кВт 960 Расход через экспериментальную модель, м3/ч до 200 Температура смешиваемых потоков, ○С 15-200 Диаметры исследуемых моделей по внешней обечайке, мм 400-1500 Давление в контуре смешения потоков, кгс/см2 до 20 Удельная электрическая проводимость теплоносителя до 4000 мкСм/см Экспериментальная модель (ЭМ) представлена на рис. 2. Эксперимен- тальная модель оснащена четырьмя патрубками ввода теплоносителя, по одному из которых подается соленый поток, по трем другим дистилли- рованная вода. Теплоноситель проходит от входных патрубков ЭМ вниз по опускной кольцевой камере, попадает в нижнюю напорную камеру, от- куда распределяется по дросселированным каналамимитаторам активной зоны. По окончании подъема в каналимитаторах теплоноситель выходит в верхнюю сливную камеру и удаляется из модели через два выходных па- трубка в крышке. Рисунок 2 – Общий вид экспериментальной модели Экспериментальные исследования основывались на методе простран- ственной кондуктометрии. Измерительная система стенда состоит из тех- нологической части, необходимой для контроля режимных параметров ра- боты установки, а также исследовательской части, при помощи которой выполняются замеры физических характеристик в области турбулентного 144 смешения потоков в модели реактора. Исследовательская часть измери- тельной системы основана на применении кондуктометрических датчиков сетчатой и стержневой конструкции (рис. 3). Датчики установлены на всем протяжении опускной камеры экспери- ментальной модели (в трех плоскостях с азимутом 20° между соседними датчиками), а также на входе и выходе из области, имитирующей каналы активной зоны. Характеристики измерительной системы дают возмож- ность получать частотно-энергетические характеристики флуктуаций зна- чений локальной концентрации для последующего восстановления спектра турбулентных пульсаций в потоке. а) б) Рисунок 3 – Исследовательская часть измерительной системы: а – сетчатый датчик (верхняя камера), б – стержневые датчики Экспериментальные исследования проводились при различных пара- метрах. Изменяя два параметра – вязкость и скорость теплоносителя, уда- лось провести исследования в диапазоне чисел Рейнольдса от 10000 до 40000. Обработка показаний исследовательской измерительной системы позволила получить поле относительного солесодержания в эксперимен- тальной модели на входе и выходе имитатора активной зоны эксперимен- тальной модели (рис. 4). В ходе обработки данных эксперимента выявлено наличие закрутки потока при движении по кольцевому зазору эксперимен- тальной модели по часовой стрелке на угол порядка 180º. Рисунок 4 – Распределение относительной концентрации в нижней камере экспериментальной модели (а) и на выходе из каналов-имитаторов(б) (Re=10000, t=20°С) 145 Претестовые и посттестовые CFD-расчёты позволили оценить эффек- тивность использования моделей, заложенных в расчётные программы, а также определить явления и эффекты, которые изначально не были учтены. Таким образом, уже на данном этапе возможности стенда позволяют полу- чить представительные экспериментальные данные, которые могут быть ис- пользованы в качестве верификационной базы для расчётных программ. В рамках проведения следующего этапа планируется провести иссле- дования процессов смешения теплоносителя в напорной камере реактора при варьировании критерии Рейнольдса за счет изменения скорости пото- ка, молекулярной вязкости и гидравлического диаметра. УДК 621.039 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССООБМЕНА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРКАХ РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК С ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ С.М. Дмитриев, Д.В. Доронков, А.Н. Пронин, А.В. Рязанов, Д.Н. Солнцев, А.Е. Хробостов Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Российская Федерация Одними из задач атомной энергетики РФ являются: повышение мощ- ности и надежности работающих АЭС, создание первой в мире плавучей АЭС и др. Привнося значительный вклад в достижение поставленных це- лей АО «ОКБМ Африкантов» (РФ, г. Н. Новгород) проводит разработки ТВС для реакторов различных типов. К таким кассетам относятся: ТВСА для реакторов ВВЭР-1000 и ТВС КЛТ-40С для плавучей АЭС. Перечис- ленные топливные сборки имеют принципиальные конструктивные отли- чия от других типов ТВС аналогичного назначения, что позволяет полу- чать более высокие эксплуатационные показатели при сохранении уровня теплотехнической надежности. Конструкции ТВС предусматривают нали- чие решеток интенсификаторов. Таким образом, необходимы исследова- ния, которые позволят оценить влияние решеток на поток теплоносителя, с целью выбора оптимальной конструкции с точки зрения интенсивности перемешивания и гидравлических потерь. Для оценки влияния на поток теплоносителя различных типов реше- ток, в базовой научно-исследовательской лаборатории «Реакторная гидро- динамика» создан экспериментальный стенд, представляющий собой аэро- динамическийконтур через который прокачивается воздух (рис. 1). 146 Рисунок 1 – Схема аэродинамического стенда 1 – газовый баллон, 2 – редуктор, 3 – базовый блок коммутации/измерения, 4 – модульный газоанализатор, 5 – преобразователи давления, 6 – регулятор расхода газа, 7 – отборный зонд, 8 – статические отборы, 9 – устройство ввода трассера в ячейку ЭМ, 10 – экспериментальная модель, 11 – успокоительный участок, 12 – ресиверная емкость, 13 – вентилятор высокого давления, 14 – преобразователь частоты, 15 – ЭВМ Исследования локальных характеристик межъячеечного массообмена потока в экспериментальных моделях (ЭМ) ТВС проводились методом трассера. Принцип проведения исследований заключается в том, что поток воздуха посредством радиального вентилятора высокого давления посту- пает в ресиверную емкость, движется через расходомерное устройство и успокоительный участок, а затем, пройдя через ЭМ, выбрасывается в ат- мосферу. Газ-трассер подается через впускной зонд (рис. 2а) в характер- ную ячейку пучка твэлов в начале исследуемого участка и также выбрасы- вается в атмосферу вместе с газовоздушной смесью. При помощи трубки Пито (рис. 2б), используемой в качестве отборного зонда, за исследуемым поясом решетки производится замер концентрации трассера по длине и се- чению ЭМ. Каждая из исследуемых ЭМ в поперечном сечении условно де- лилась на ячейки, каждой из которых присваивался свой порядковый но- мер. Также по длине каждая изучаемая сборка разбивалась на определен- ное количество сечений, в зависимости от места установки исследуемой решетки. Измерение полей скорости в ЭМ производилось при помощи пневмометрического пятиканального зонда. Данным зондом (рис. 2в) определяется вектор скорости в точке по трем его компонентам путем из- мерения давлений в отверстиях чувствительной головки зонда и последу- ющего пересчета по тарировочным характеристикам. 147 а б в Рисунок 2 – Оснастка для проведения экспериментов: а – впускной зонд, б – трубка Пито, в – пятиканальный пневмометрический зонд На аэродинамическом стенде были также определены коэффициенты гидравлического сопротивления (КГС) всех исследуемых решеток. Анализ результатов исследований КГС показывает, что выбранные конструкции и геометрические характеристики изучаемых решеток в диапазоне требуе- мых чисел Re обеспечивают их необходимое гидравлическое сопротивление, а полученные значения соответствует гидравлическому сопротивлению натурных решеток. Погрешности измерения концентрации газа-трассера не превышают 1,5%, подача газа обеспечивается регулятором расхода газа El-Flow с отклонениями 0,5% массового расхода. Измерение давлений в ка- налах пневмометрических зондов осуществлялось при помощи преобразова- телей избыточного давления с пределом допускаемой основной погрешности 0,25%, погрешность получаемых проекций скорости не превышала 7% от ее абсолютного значения. Результаты исследований течения в моделях кассеты ТВСА Исследования локальных характеристик потока в ТВСА проводились на различных ЭМ, представляющих собой масштабные копии фрагментов активной зоны и сегментов кассет (рис. 3). 57 и 94 стержневые модели имитируют область АЗ на стыке соседних ТВС реакторов ВВЭР, что дает возможность исследования межкассетных взаимодействий в потоке. Рисунок 3 – Экспериментальные модели ТВСА В ходе исследований определялась оптимальная конфигурация уста- новки перемешивающих решеток (ПР) типа «порядная прогонка» и «за- крутка вокруг твэла». По результатам комплексных исследований были Приемные отверстия 148 сделаны следующие выводы: экспериментально определены расходы через характерные ячейки модели; наличие дефлекторов приводит к возникнове- нию направленного конвективного движения потока по направлению от- гиба соответствующих дефлекторов и, как следствие, появлению попереч- ных постепенно затухающих составляющих скорости; изменение концен- трации трассера в ячейках показывает, что не весь поток теплоносителя движется по направлению расположения дефлекторов. Часть трассера пе- редается в соседние ячейки за счет турбулентного массообмена, имеющего значительно большую величину за ПР вследствие дополнительной турбу- лизации потока; определены длины затуханий возмущений массообмен- ных процессов за ПР (l/d ≈ 14¸16, d – гидравлический диаметр модели); при последовательной постановке двух перемешивающих решеток типа «по- рядная прогонка» происходит более равномерное распределение концен- трации трассера в поперечном сечении экспериментальной модели, по сравнению с одной ПР типа «порядная прогонка» или ПР типа «закрут- ка вокруг твэла». Выводы. В результате экспериментальных работ выявлены основные закономерности течения в топливных сборках различных конструкций. На основе исследований массообменных характеристик был создан расчет- ный алгоритм, заложенный в программу для ЭВМ. Созданная программа позволяет оценивать распределения концентрации, используя эксперимен- тально полученные поля скоростей. Результаты расчетов были использованы для вычисления коэффициентов массообмена между характерными ячейками моделей, а также эффективного коэффициента перемешивания ПР для ТВСА реакторов ВВЭР, используемых при инженерных расчетах АЗ в качестве за- мыкающих соотношений. Накопленная база данных по течению теплоносителя в ТВС для реакто- ров различных типов легла в основу инженерного обоснования конструкций АЗ. Результаты исследований используются для верификации CFD-кодов и программ детального поячеечного расчета активных зон с целью уменьше- ния консерватизма при обосновании теплотехнической надежности. 149 СЕКЦИЯ 5 ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ УДК 519.8 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ НИЗОВЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ ПРИ НАЛИЧИИ ПОЛЯН НА ПУТИ ОГНЯ В.Б. Таранчук, Д.В. Баровик Белорусский государственный университет e-mail: taranchuk@bsu.by Создание компьютерных моделей лесных пожаров важно для исполь- зования подразделениями по устранению чрезвычайных ситуаций, опти- мизации их действий, минимизации потерь, оценке предлагаемых решений по профилактическим мерам. Особую важность представляют собой про- гнозы возможного развития пожаров вблизи объектов энергетики. С обзором компьютерных моделей лесных пожаров можно ознакомиться по публикациям [1-2]. В настоящей работе предлагается модификация про- граммного комплекса [3] для подготовки типовых сценариев возможного развития пожаров, в частности, вблизи строящейся Белорусской АЭС. В работе обсуждаются дополнения модели, теоретические основы матема- тического описания, приведены примеры качественных оценок динамики процессов для типовых представительных конфигураций лесных массивов. В предложенной математической модели распространения лесных пожа- ров вычисляется эволюция распределений следующих величин: T – осред- ненная по высоте слоя лесного горючего материала (ЛГМ) температура; объемные доли многофазной реагирующей среды, массовые концентрации компонентов газовой фазы. Принятое математическое описание процесса распространения низового пожара, предложенный и реализованный метод численного решения изложены в [4-7]. Результаты моделирования при наличии лесопожарных разрывов. Краевая задача для описывающей процесс распространения пожара системы дифференциальных уравнений решалась численно с использованием Wolfram Mathematica. Применялись предложенные и обоснованные авторами явные разностные аппроксимации с равномерной сеткой по пространству и переменным временным шагом по времени. Временные шаги выбирались из условий устойчивости численной схемы с учетом специфики и скоростей протекания физико-химических процессов на каждом конкретном шаге. Отметим представительные результаты вычислительных экспериментов. Рассмотрим квадратную область лесного массива. Считается, что в центре области «возникает» очаг горения, на рисунках слева показаны граница зоны очага (в центре), а сама схема очага – фрагмент в правом верхнем углу. При- нято, что скорость ветра в пологе леса направлена слева направо. При этом по направлению ветра, против ветра и перпендикулярно (на верхнем фланге) 150 имеются участки (поляны) с отсутствием горючего материала (растительно- сти) – границы полян показаны пунктиром. На рис. 1–3 приведены карты распределения температуры в два момента времени: в процессе «огибания» полян, когда фронты размыкаются, и после прохождения полян фронтом. Приведены результаты трех характерных вариантов развития процесса. Рисунок 1 – Скорость ветра 1 м/с. Огибание фронтом пожара трех полян Рисунок 2 – Скорость ветра 1.5 м/с. Прекращение распространения пожара «против» ветра Рисунок 3 – Скорость ветра 2 м/с. Фронт пожара распространяется только по направлению ветра 151 Для приведенных вариантов моделирования отличие было только в ве- личине равновесной скорости ветра на уровне середины высоты пламени, а именно, расчеты проводились для значений скорости V = 1, 1.5, 2 м/с. Очаг пожара распространяется эллипсом, достигает полян и начинает огибать их. При скорости ветра 1.5 м/с имеет место прекращение распространения по- жара «против» ветра после «разрыва» фронта поляной. Далее эволюция фронта пламени разная. Результаты показывают и можно сделать выводы, прогнозировать три разных сценария развития процесса на финальной стадии. Варианты: • смыкание фронта пожара независимо от направления ветра (рис. 1); • при увеличении скорости ветра смыкание фронта против ветра не происходит (рис. 2); • при достаточно сильном ветре встреча препятствия на пути фронта приводит к его остановке во всех направлениях кроме направления по ветру (рис. 3). Надо понимать, что отмеченные сценарии реализуются в натуре при разных значениях скорости ветра, а соответствующие значения могут определяться в вычислительных экспериментах, они будут зависеть от влажности и состава лесного горючего материала, температуры и влаж- ности окружающей воздушной среды. Список использованных источников 1. Mathematical models and calculation systems for the study of wildland fire behaviour / E. Pastor [et al] // Progress in Energy and Combustion Science, 2003. – Vol. 29. – P. 139-153. 2. Баровик Д.В. Состояние проблемы и результаты компьютерного прогнозирования распространения лесных пожаров / Д.В. Баровик, В.Б. Таранчук // Вестник БГУ. Серия 1, Физика, Математика, Информатика, 2011. – № 3. – С. 78-84. 3. Баровик Д.В. Методические и алгоритмические основы программ- ного комплекса «Расчет и визуализация динамики лесного пожара» / Д.В. Баровик, В.И. Корзюк, В.Б. Таранчук // Чрезвычайные ситуации: пре- дупреждение и ликвидация. – 2011. – № 2 (30). – С. 22-33. 4. Баровик Д.В. Об особенностях адаптации математических моделей вер- шинных верховых лесных пожаров / Д.В. Баровик, В.Б. Таранчук // Вестник БГУ. Серия 1, Физика, Математика, Информатика, 2010. – № 1. – С. 138-143. 5. Barovik D.V. Mathematical Modelling of Running Crown Forest Fires / D.V. Barovik, V.B. Taranchuk // Mathematical Modelling and Analysis, 2010. – Vol. 15. – № 2. – P. 161-174. 6. Баровик Д.В. К обоснованию математических моделей низовых лесных пожаров / Д.В. Баровик, В.И. Корзюк, В.Б. Таранчук // Труды ин- ститута математики. – 2013. – Том 21. – № 1. – С. 3-15. 152 7. Баровик Д.В. О корректности одной математической модели низо- вых лесных пожаров / Д.В. Баровик, В.И. Корзюк, В.Б. Таранчук // Докл. НАН Беларуси. – 2013. – Т. 57, – № 4. – С. 5-9. УДК 621.9.015 ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ВЗРЫВООПАСНЫМИ СРЕДАМИ В АТОМНОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ Д.А. Осминко, В.В. Максаров Санкт-Петербургский горный университет e-mail: dart_main@mail.ru, maks78.54@mail.ru Аннотация. Статья посвящена проблемам безопасности, связанных с ненадежной герметизацией внутренней полости электромагнитных клапанов, используемых в атомной, тепловой и нефтегазовой промышлен- ностях, и сложностям при производстве таковых на примере растачива- ния глубокого ступенчатого отверстия в детали «Втулка» клапана, ра- ботающего в широком диапазоне рабочих сред, давлений и температур. В статье предлагается надёжный способ по растачиванию таких отвер- стий с использованием нового инструмента, который позволит повысить точность поверхностного слоя и снизит уровень высокочастотного коле- бательного процесса во время обработки, не прерывая процесс на каждом из участков. Предложенный способ позволит сократить технологический процесс, что как следствие, повысит производительность и позволит производить изделия без использования специализированного дорогостоя- щего оборудования. Ключевые слова: безопасность, электромагнитный клапан, тепловая энергетика, герметичность, точность изготовления, лезвийная обработка. В различных отраслях промышленности достаточно широкое приме- нение находят детали с комбинированными поверхностями, состоящие из разнородных конструкционных материалов. В изготовлении подобных де- талей главной технологической проблемой является инструментальное обеспечение и выбор способа обработки для воспроизводства заданных точностных и качественных показателей. Для тепловой, атомной и нефте- газовой промышленности подобные изделия получили распространение в области производства 2-ходовых электромагнитных запорных клапанов, отличающихся взрывозащищенностью и работой в широком диапазоне ра- бочих давлений, температур и проходных сечений. Использование электромагнитных клапанов продиктовано, прежде всего, долговечностью и надежностью конструкции изделия, связанного с тем что в аналогичных (пневмоприводных и электромеханических) кла- панах с подобными техническими параметрами, используется сальниковое уплотнение в выдвижном рабочем штоке, который не может обеспечить требуемую долговременную надежную герметизацию внутренней полости 153 относительно внешней среды, вызванных большим износом деталей штока и сальника. Ещё одним недостатком подобных гидроприводов является большая инерционность процесса закрытия клапана, связанная со скоро- стью срабатывания передаточного механизма в электромеханическом при- воде. В электромагнитном клапане сальниковое уплотнение отсутствует, а герметичность обеспечивается разделительной втулкой. Деталь «Втулка» электромагнитного запорного клапана (рис. 1) состоит из разнородных материалов, продиктованных конструктивной необходимо- стью изделия. Деталь изготовляют из сварной конструкции, которая включа- ет в себя: 1 – сталь 45; 2, 4 – нержавеющая сталь; 3 – магнитная сталь. Рисунок 1 – Деталь «Втулка» запорного электромагнитного клапана К ней предъявляются следующие жёсткие требования по качеству внутренней поверхности (рис. 1). Предварительные результаты исследования, проведенные на предприя- тии ООО «ННП Орион» производились на горизонтальном токарном обра- батывающем центре Hyundai WIA L300C с использованием антивибрацион- ного инструмента Silent Tools от компании Sandvik с глубиной резания t=0,4 мм, оборотами шпинделя n=650 об/мин и подачей S=0,08 мм/об. При растачивании детали «Втулка» возникли ряд проблем, связанных с раз- нородностью сварной конструкции. Так при переходе инструмента из одного материала в другой интенсивность колебаний возрастает (рис. 2а), что характеризуется задирами и возникновением глубоких рисок на зеркале детали «Втулка», затем при переходе границы раздела двух материалов процесс стабилизируется, но поскольку геометрия пластины была выбрана с учётом обработки нержавеющей стали, на участке из магнитной стали возникают участки с высокими значениями шероховатости (рис. 2б). Это явление объясняется, во-первых, различной обрабатываемостью двух мате- риалов (1 – сталь электротехническая нелегированная ГОСТ 2590-2006, 154 2 – сталь нержавеющая 12Х18Н10Т), во-вторых особенностью выбранного инструмента для растачивания такого отверстия. а) б) Рисунок 2 – а – Схема и результаты испытаний, при растачивании разнородных материалов; б – Глубокие риски на участке из магнитной стали При обработке такой разнородной конструкции, не обеспечивается стабильность процесса резания. Возникают силы резания, значительно от- личающиеся на каждом из участков, что приводит к потере точности на участке с лучшей обрабатываемостью, за счёт меньшей радиальной со- ставляющей силы резания, чем на первом участке. Растачивание произво- дилось специальной расточной оправкой Silent Tools, в основе которой ис- пользуется одномассовый демпфер, подвешенный на эластичных кольцах, пространство между корпусом и демпфером заполнено специальной жид- костью. Однако при нестабильном резании эффективность такого инстру- мента резко падает. Это связанно с тем, что инерционное тело не успевает войти в противофазу с колебаниями конца оправки, тем самым не проис- ходит подавление колебаний, а зачастую являются следствием значитель- ного увеличения его интенсивности. Как результат на границе раздела двух разнородных материалов, существует участок с задирами. Нами был создан прототип режущего инструмента для растачивания глубокого отверстия (рис. 3), который позволяет решить эту проблему. Корпус оправки 6 представляет из себя цилиндр с осевым отверстием под стрежень крышки, один конец которого закреплен в револьверной го- ловке через разрезную втулку для наилучшего закрепления на станке, а другой – состоит из отверстия конусности 1:30 и полости для установле- ния тарельчатых пружин. Крышка и корпус оправки представляет из себя торцевой кулачковый механизм с двумя участками одинаковой высоты, где ведущим звеном является крышка, а ведомым – корпус оправки. 155 Рисунок 3 – Прототип расточной оправки Кулачковый механизм позволяет снизить часть крутильных колеба- ний, возникающих в процессе резания крутящим моментом Мz, за счёт момента кручения Мкруч, образованного путём затяжки гайки на стержне крышки оправки на противоположном конце инструмента; а другая часть вибраций, которая превратилась в продольные вибрации, возникших при перемещении крышки оправки вдоль оси корпуса оправки, демпфируется посредством сухого трения тарельчатых пружин и конуса о стержень крышки оправки. Такое напряженно-деформированное состояние, позво- ляет значительно увеличить чувствительность системы к различного рода колебаниям. Это позволит непрерывно растачивать все участки детали «Втулка», которая состоит из разнородных материалов. Разработка новой технологии позволит уменьшить трудоемкость по наладке станка, увеличит безопасность процесса, путём сокращения ин- струментального оснащения для чистовой обработки и сократит количе- ство предварительных чистовых операций, тем самым уменьшив машин- ное время станка, а высокие демпфирующие свойства инструмента позво- лят провести размерно-чистовую обработку лезвийным токарным инструментом, оснащенным твёрдосплавной пластинкой. Список использованных источников 1. Баранчиков, В.И. Прогрессивные режущие инструменты и режимы ре- зания металлов: Справочник / В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.; Под общ. ред. В.И. Баранчикова – М.: Машиностроение, 1990. – 400 с. 2. Васин С.А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при то- чении и фрезеровании / С.А. Васин – М.: Машиностроение, 2006. – 384 с. 3. Осминко Д.А., Максаров В.В. Совершенствование технологии изго- товления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров на основе 156 виброустойчивой инструментальной системы / «Труды Международной научно-технической конференции «МТЕТ-2016». – Санкт-Петербург, 2016. 4. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. школа, 1974. – 587 с. с ил. 5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. – Т.1. / А.М. Даль- ский [и др.] – М.: Машиностроение-1, 2001. – 912 с. 6. Уткин Н.Ф., Кижняев Ю.И. и др. Обработка глубоких отверстий. – Л.: Машиностроение Ленингр. отд-ние, 1988. – 269 с. УДК 004.94 МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ТЕСТИРОВЩИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В.Б. Таранчук Белорусский государственный университет e-mail: taranchuk@bsu.by Построение цифровых геоэкологических, геологических моделей явля- ется обязательной составляющей экспертных заключений в ряде сфер дея- тельности, в частности, при организации государственного мониторинга со- стояния окружающей среды, недр, в задачах рационального использования минерально-сырьевой базы, в проектах защитных мероприятий, связанных с описанием рельефа и инженерно-геологического строения местности, при планировании строительства промышленных объектов. Особую роль геоло- гические модели имеют при обосновании проектов размещения объектов энергетики. Геоэкологическое, геологическое моделирование является са- мостоятельным направлением, которое предполагает развитие математиче- ских методов и алгоритмов; разработку компьютерных программ, обеспе- чивающих цикл построения моделей, формирования, наполнения и сопро- вождения баз данных. Программные средства должны обеспечивать предобработку и интерактивный анализ данных, корреляцию, формирова- ние цифровых кубов данных, визуализацию с применением графики разных типов, картопостроение. Одной из важнейших составляющих в геологиче- ском моделировании является задача оценки адекватности и точности пред- лагаемых цифровых моделей, ключевыми являются вопросы автоматизации настройки, адаптации моделей с учетом постоянно поступающих дополни- тельных данных, а также ревизии результатов обработки исходной инфор- мации с использованием новых методов интерпретации. Программирование, реализация алгоритмов построения и адаптации геоэкологических моделей трудоемко, предполагает использование уни- кальных математических методов. Представляется, что в настоящее время при создании компьютерных геологических моделей более эффективным, обеспечивающим заметно более низкие трудозатраты и относительно быст- рым по времени будет подход, основанный на сочетании и интеграции в единый программный комплекс модулей современных версий систем 157 компьютерной алгебры (СКА) и географических информационных систем (ГИС). При этом следует понимать, что для решения задач обработки ис- ходных данных, в частности, результатов дистанционного зондирования, сейсмо- и магниторазведки, моделирования никакая конкретная ГИС не яв- ляется полным набором пространственно-аналитических методов и средств анализа. Во многих случаях приходится комбинировать инструменты ГИС с программами статистического анализа данных, средствами для математи- чески сложных вычислений, включающих реализации современных мето- дов и алгоритмов анализа и интерпретации пространственных данных. В работе [1] изложены предложенные и реализованные методические, технические и организационные решения создания программного ком- плекса ГГМЗ, описаны и проиллюстрированы примерами инструменты ав- томатизированного рабочего места специалиста, который в вычислитель- ных экспериментах может выполнять подготовку эталонов, анализ и адап- тацию цифровых полей применительно к задачам формирования геологических и геоэкологических моделей. Разработанная интегрирован- ная компьютерная система дает возможности манипулирования исходны- ми данными, сопоставления цифровых моделей, формирования библиотек эталонов, подготовки тестовых наборов данных для возможных интерпре- таций экспертов, анализа получаемых разными способами результатов. В программном комплексе ГГМЗ реализованы следующие средства: • инструменты и шаблоны для подготовки эталонной модели цифрового поля, отвечающего оговоренным свойствам («Конструктор цифрового поля»); • средства и несколько вариантов модулей «искажения» эталонной модели; • инструменты имитации «съема» данных, которые используются в практике моделирования («Генератор профиля наблюдения»); • модули расчета, визуализации, сопоставления аппроксимирующих циф- ровых полей несколькими разными методами (компонент «Аппроксимация»); • инструменты и модули адаптации («доводки») формируемой циф- ровой модели (компонент «Адаптация»). Следует понимать, что создание и сопровождение геоэкологической модели не предполагают нахождение единственного решения некоторой математической задачи. Субъективное мнение, квалификация эксперта – факторы, всегда присутствующие в подобной деятельности. При создании моделей приходится оперировать с данными, точность которых различна, а некоторые исходные данные вовсе противоречивы; на разных участках плотность данных наблюдений значительно различается. Поэтому для по- строения цифровых моделей важно иметь инструменты интерактивной об- работки данных, имитации возможных ситуаций получения и коррекции входной информации, включая дополнение и прореживание, модули мате- матической обработки и статистического анализа. Все этапы работы с дан- ными в комплексе включают разнообразные варианты графической визуа- 158 лизации, протоколирование и сопоставление получаемых или помещенных в архив результатов. Инструменты разработанного и обсуждаемого в докла- де комплекса ГГМЗ обеспечивают пользователя возможностями «поиграть» исходными данными и сопоставить результаты с подготовленными этало- нами, возможности извлечения и дополнения библиотеки эталонов, причем, оператор системы обеспечен средствами импорта и экспорта данных и изображений, масштабирования. Широкие возможности обмена данными важны для одновременной работы в нескольких программных средах. Основные инструменты визуализации моделей. В комплексе ГГМЗ реализованы более десяти вариантов 1D, 2D и 3D графики, соответствую- щие инструменты описаны в [2 - 4]. В частности, в комплексе есть модули получения и оформления карт и вставок на них (выкопировок), графиков на профилях, 3D визуализации возможных разрезов (вертикальные, гори- зонтальные), простых и сложных отсечений. При рассмотрении и анализе эталонные распределения контролируемых характеристик модели могут искажаться добавлением разных возмущений, в том числе с имитацией по- грешностей измерений, регулярных и случайных шумов. Важно, что рас- сматриваемые распределения на первом этапе имеют полное математиче- ское описание (графическая визуализация может быть сделана с любой требуемой точностью, в любом масштабе). Визуализация профилей. Поясняются возможности получения в комплексе графиков геологических профилей. Отмечены основные вари- анты интерфейса. В приведенных примерах детализация распределения контролируемых характеристик осуществляется визуализацией с исполь- зованием 2D и 1D графики, показан вариант визуализации с использовани- ем 3D и 1D графики. Визуализация разрезов, сечений. В комплексе ГГМЗ есть интерак- тивные модули с панелями указания значений координат для 3D визуали- зации возможных разрезов (вертикальные, горизонтальные), отсечений (простые и сложные). Средства комплекса позволяют, зафиксировав ка- кую-либо конфигурацию секущих плоскостей, просматривать 3D модель объекта интерактивно, меняя ракурс, масштаб, относительное положение; примеры соответствующих настроек приведены в [3, 4]. Конечно же, в число инструментов визуализации моделей входят кар- ты изолиний и зон (плотности), примеры которых приведены в докладе. Инструменты имитации сбора данных и картопостроения. При со- здании геоэкологических, геологических моделей основными источниками данных являются результаты дистанционного зондирования, сейсмораз- ведки, грави- и магниторазведки. Направлением совершенствования тех- нологии дистанционного зондирования является разработка и обоснование метода адресного уплотнения сейсмических профилей, трасс наблюдений. В докладе проиллюстрированы примерами средства генератора профиля наблюдения комплекса, которые могут использоваться при оценках эффек- тов оптимизации сети сейсморазведочных профилей, трасс наблюдений. 159 Рассматриваются варианты «ручной» работы (эксперт интерактивно опре- деляет схему), и в автоматическом режиме, когда исполняющий модуль компонента «Адаптация», обрабатывая определенную исходную информа- цию, предлагает на выбор несколько вариантов схем наблюдений. Резюмируя результаты можно отметить, что разработанная интегриро- ванная компьютерная система дает возможности манипулирования исход- ными данными, сопоставления цифровых геологических моделей, форми- рования эталонов, подготовки наборов данных для возможных интерпрета- ций экспертов, анализа получаемых разными способами результатов. Список использованных источников 1. Таранчук В.Б. Интегрированный программный комплекс тестиров- щика геологических моделей / В.Б. Таранчук // Научные ведомости Белго- родского государственного университета. Серия: Экономика. Информати- ка. – 2017. – № 16 (265) том 43. – С. 148-159. 2. Таранчук В.Б. Графический сервис вычислительного эксперимента: учеб.-метод. пособие / В.Б. Таранчук. – Минск: БГУ, 2009. – 124 с. 3. Таранчук В.Б. Особенности функционального программирования интерактивных графических приложений / В.Б. Таранчук // Вестник Са- марского государственного университета. Естественнонаучная серия, раз- дел Математика. – 2015. – № 6 (128). – С. 178-189. 4. Taranchuk V.B. Development of interactive teaching materials for com- puter mechanics / V.B. Taranchuk, M.A. Zhuravkov // Vestnik BGU. Ser. 1, Fiz. Mat. Inform. – 2016. – No. 3. – P. 97-107 (in Engl.). УДК 621.039(083.75) РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕКОМБИНАТОРА ВОДОРОДА В.В. Сорокин Белорусский национальный технический университет Для повышения противоаварийной устойчивости и безопасности со- временной АЭС с ВВЭР решающим элементом оказывается четвертый ба- рьер – локализующая система безопасности, с основным элементом – гер- метичным объемом. Для защиты барьера необходимо решить проблему, связанную с выходом большого количества водорода под оболочку при тяжелой аварии с возможностью воспламенения и взрыва [1–4]. Водород удаляют при помощи пассивных рекомбинаторов водорода [5, 6]. Для экспериментальной проверки работоспособности устройств не- возможно создать среду адекватную аварийной, поэтому моделирование приобретает исключительно важное значение [3, 5, 7]. В качестве конкретного объекта моделирования выбран рекомбинатор с катализатором нанесенный на пластины фирмы Арева [5, 6]. Рекомбина- тор состоит из металлического корпуса и кассеты. В кассете установлен ряд параллельных пластин, покрытых слоем платинового катализатора. 160 Корпус открыт сверху и снизу в атмосферу. При наличии водорода в атмо- сфере, он попадает на пластины, последние разогреваются, повышается температура окружающей газовой среды и начинается естественная цир- куляция атмосферы через аппарат. На выходе формируется струя нагрето- го газа с пониженным содержанием водорода. Работу рекомбинатора сопровождает множество сложных значимых факторов: событий и условий, меняющихся со временем [1, 2, 4, 7], приме- ром их учета на практике могут служить документы [8, 9]. Детальнее фак- торы рассматриваются при составлении и анализе отчета по безопасности блока АЭС. Данное исследование посвящено оценке теплового эффекта и производительность рекомбинатора. Создана теплогидродинамическая модель рекомбинатора водорода в составе щелевых каналов со стенками, покрытыми катализатором и тяго- вого корпуса. В модели учтены процессы теплоотдачи от стенки к газу, диффузионный обмен веществами между течением и стенками, реакция между кислородом и водородом на поверхности платинового катализатора. Влияние свободной конвекции на коэффициент теплоотдачи учтено по [10], кинетики химической реакции по [11], тяга вычисляется по балансу сил Ар- химеда и сопротивления, причем коэффициент сопротивления установлен с использованием данных [6]. Параметр скорости химической реакции по- лучен с использованием экспериментальных данных REKO-3 [12]. Расчетом установлено, что температура выхлопной струи из рекомби- натора при объемной концентрации водорода 2% и более превышает 240 ºС; содержание водорода составляет 17–33% от исходного. Производительность рекомбинаторов при аварийных параметрах среды не ниже заявленных из- готовителем и проектантом. Производительность линейно растет с ростом объемной концентрации водорода в среде. Новизна заключается в детализа- ции теплового эффекта и независимом подтверждении производительности рекомбинатора, установленной линейности характеристики рекомбинатора. Результаты будут использованы при анализе отчета по безопасности блоков Белорусской АЭС на стадии эксплуатации. Результаты могут ис- пользоваться при анализе тяжелых аварий с течами ВВЭР, PWR и LWR. Список использованных источников 1. Безлепкин В.В. Обеспечение водородной безопасности АЭС с ВВЭР-1000 / В.В. Безлепкин и [др.] // Теплоэнергетика, 2002. – №5. – С. 5-12. 2. IAEA safety related publications. Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants: IAEA-TECDOC-1661. – Vienna: IAEA, 2011. – 174 p. 3. Велькер М. Инновационные технологии для обеспечения безопас- ности АЭС, как следствие аварии на АЭС Фукусима / М. Велькер // 7-я международная выставка и конференция Атомэкспо-Беларусь 2015: официальный каталог, Минск, 22 – 24 апреля 2015 / РУП НВЦ «БелЭкс- по». – Мн., 2015. – 86 с. – С. 59. 161 4. Обеспечение водородной безопасности на атомных электростанци- ях с водоохлаждаемыми реакторными установками. Современное состоя- ние проблемы / И.А. Кириллов и [др.] // Ядерная и радиационная безопас- ность. – 2017. – № 2 (84). – С. 1–12. 5. AREVA Passive Autocatalytic Recombiner / Brochure: AREVA GmbH – Paul-Gossen-Straße 100 – 91052 Erlangen. – Germany. – 2013. – G-008-V3-13-ENGPB. 6. Passive Autocatalytic Recombiner / – Mode of access: www.us.areva.com. – Date of access: 11.08.2016. 7. Understanding of the operation behaviour of a Passive Autocatalytic Re- combiner (PAR) for hydrogen mitigation in realistic containment conditions during a severe Light Water nuclear Reactor (LWR) accident/ F. Payota [et al] // Nuclear Engineering and Design. – July 2012. – Vol. 248. – P. 178–196. 8. Техническое задание на закупку системы аварийного удаления во- дорода из ГО РУ для энергоблоков № 3 и № 4 Нововоронежской АЭС. – Утв. 04.07.2013. – Нововоронеж: НвАЭС, 2013. – 10 с. 9. Национальный отчет о результатах проведения «стресс-тестов» / Государственная инспекция ядерного регулирования Украины. – Киев: ГИЯРУ, 2011. – 136 с. 10. Кутателадзе, С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротив- ление: справоч. пособие / С. С. Кутателадзе. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 367 с. 11. Химическая гидродинамика: справоч. пособие / А.М. Кутепов и [др.]. – М.: Бюро Квантум, 1996. – 336 с. 12. Modelling of Catalytic Recombiners: Comparison of REKO-DIREKT Calculations with REKO-3 Experiments / E.-A. Reinecke et [al] // Int. Conf. Nu- clear Energy for New Europe. – Bled, Slovenia, September 5–8, 2005. – Paper 92. УДК 681.51.(075.8) МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ТИПОВОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ЭНЕРГОБЛОКА Г.Т. Кулаков, Н.Б. Карницкий, А.Т. Кулаков, В.В. Кравченко, К.И. Артёменко Белорусский национальный технический университет Структурная схема типовой системы автоматического управления мощностью энергоблока (САУМБ) и ее упрощенной модели приведена на рис. 1 [1]. 162 Рисунок 1 – Структурная схема типовой САУМБ Ведущим в САУМБ является котельный регулятор мощности, поэто- му главной обратной связью системы будем считать обратную связь кон- тура котельного регулятора. Схему САУМБ с разомкнутой обратной свя- зью по контуру котельного регулятора мощности будем называть разо- мкнутой САУМБ. Структурную схему разомкнутой САУМБ можно представить в виде двух параллельно включенных каналов: канала котельного регулятора мощности (КРМ) и канала турбинного регулятора мощности (ТРМ). Рисунок 2 – Структурная схема упрощенной модели САУМБ Здесь KPMКАН ( )W p и ТPMКАН ( )W p – передаточные функции каналов котельного (КРМ) и турбинного регуляторов (ТРМ) мощности соответственно. Разделение структурной схемы типовой САУМБ на каналы КРМ и ТРМ выполнено путем переноса входного сигнала передаточной функ- ции K0 ,μ ( )рW p через передаточную функцию котельного регулятора мощно- сти, т.е. на вход KPMP ( )W p . Представление структурной схемы типовой САУМБ в виде ее эквива- лентной, но упрощенной схемы позволяет понять роль и влияние коррек- тора WKOP( p) на качество переходных процессов при отработке задающих воздействий по мощности Nзд и оценить предельные возможности САУМБ. р0 Nф Nзд KPM P ( )W p ТPM P ( )W p Ф K,μ ( )NW p Ф PK, ( )N hW p K0 ,μ ( )рW p PK0 , ( )р hW p КОР ( )W p хзд Nф KPM КАН ( )W p ТPM КАН ( )W p 163 Моделирование переходных процессов в типовой САУМБ и ее упро- щенной модели (рис. 2) подтвердили адекватность их динамики (рис. 3 и 4). Рисунок 3 – Схема моделирования типовой САУМБ и ее упрощенной модели 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Рисунок 4 – Переходные процессы в типовой САУМБ и ее упрощенной модели при отработке скачка задающего воздействия 164 Исследования показали, что переходная характеристика канала ТРМ может быть представлена инерционно-дифференцирующим звеном. Выводы 1. Моделирование типовой САУМБ при отработке задающего воздей- ствия Nзд и упрощенной схемы САУМБ показало допустимость оценки предельных возможностей типовой САУМБ по ее упрощенной модели. 2. Передаточная функция корректора WKOP(p) в типовой схеме САУМБ может быть представлена только усилительным звеном WKOP(p) = α. Однако в этом случае при увеличении значения параметра α получаем приемлемый рост мощности на начальном этапе переходного процесса, но время регулирования велико (переходной процесс затянут). 3. Существенно повысить возможности типовой САУМБ можно толь- ко при «компенсации» передаточной функции K0 ,μ ( )рW p . Это устраняет вза- имозависимость каналов КРМ и ТРМ и позволяет применять более слож- ные виды передаточных функций корректора WKOP( p), что позволяет су- щественно улучшить качество переходных процессов в системе автоматического управления мощностью энергоблока. Список использованных источников 1. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процес- сами: учеб. Пособие / Г.Т. Кулаков [и др.]; под ред. Г.Т. Кулакова. – Минск: Вышэйшая школа, 2017. – 238 с.: ил. УДК 621.1:681.51.01 (075.8) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР С ЗАДЕРЖКОЙ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ Г.Т. Кулаков, А.Т. Кулаков, В.В. Кравченко, К.И. Артёменко Белорусский национальный технический университет Для качественного регулирования теплоэнергетических объектов с большим запаздыванием применяют предиктивные пропорционально- интегральные (ППИ) регуляторы, являющиеся модификацией предиктора Смита, а также ПИ-регуляторы с динамическим корректором [1]. Для повышения качества регулирования теплоэнергетических объек- тов и уменьшения влияния интегрального накопления предлагается ис- пользовать ПИ-регулятор с задержкой подключения интегральной состав- ляющей для объектов с запаздыванием, передаточная функция которого имеет следующий вид: рτ ПИ p р и к реW Т р    , (1) где кр – коэффициент передачи; 165 Ти – время интегрирования регулятора, являющегося модификацией предиктивного ПИ-регулятора; τр – время задержки подключения интегральной составляющей регулято- ра. Пусть передаточная функция объекта равна: уτ об об к к 1 реW Т р   , (2) где коб – коэффициент передачи; Тк – постоянная времени; τу – условие запаздывания по каналу регулирующего воздействия [1]. Целесообразно время задержки подключения интегральной составля- ющей регулятора τр принять равной условному запаздыванию τу. Построим переходную характеристику регулятора (1): а) б) Рисунок 1 – Характеристики предиктивного регулятора: а – схема моделирования; б – график переходной функции Запаздывание рτ ре в передаточной функции регулятора (1) предста- вим в виде ряда Тейлора, ограничившись в разложении лишь двумя пер- выми членами [2]: pe p p1p   . (3) 166 Передаточная функция регулятора (1) с учетом (3) принимает вид: рр ττ р и р р и р и рПИ р р и и и и к 1 τ к (к τ ) 1( ) к pp e Т р p Т р Т рe W р Т р Т р Т р Т р           . (4) Это ПИ-регулятор с независимыми параметрами динамической настройки. Передаточная функция разомкнутой системы с учетом (1), (2) и (3) примет вид: р у уτ τ τр и р и рПИ об об рс р об и к и к к (к τ ) 1к к( ) ( ) ( ) .1 1 p р рe Т р Т ре еW p W р W p Т р Т р Т р Т р            (5) Выбор параметров динамической настройки регулятора выполним из условия получения монотонного переходного процесса в замкнутой си- стеме при отработке скачка задания, чтобы передаточная функция разомкну- той системы представляла собой интегрирующее звено с запаздыванием. Передаточная функция разомкнутой системы (5) превращается в инте- грирующее звено с запаздыванием: у уτ τ об рс * и и к( ) , р ре еW p Т р Т р    (6) где ,ии обК TT  (7) если выполняется условие: крирк ТТ  . (8) Из формулы (8) следует, что коэффициент усиления предиктивного ПИ-регулятора рассчитывают по формуле: к р и р τк Т Т  . (9) Запишем с учетом (6) и (7), передаточную функцию замкнутой систе- мы по задающему воздействию: у у у у у у τ τ τ τ* рс и зс τ τ ** рс и у зди * и ( )( ) .1 ( ) ( τ ) 1 11 р р р р р р е W p Т р е е еW р W p Т р T pе Т р е Т р              (10) 167 Из формулы (10) следует, что постоянная интегрирования иT должна быть больше времени запаздывания объекта, т. е. *и уτТ  или с учетом (7): и об ук τТ   . (11) Из передаточной функции (10) с учетом (7) получим: * и зд и у у об τ τк ТT Т    . (12) Из (12) формула для расчета постоянной интегрирования Ти предик- тивного регулятора имеет следующий вид: и об зд ук ( τ ).Т T  (13) Задавшись численным значением постоянной времени Тзд, рассчиты- ваем по формуле (13) постоянную интегрирования Ти предиктивного ПИ- регулятора и далее по формуле (9) – значение коэффициента усиления Кр. Обычно численное значение Тзд рекомендуют выбирать с учетом сле- дующего неравенства: зд к0,5Т Т  . (14) Пусть объект регулирования (1) имеет следующие параметры: кр = 2, Тк = 20 с, τу = 10 с. Рекомендуемое минимальное значение Тзд согласно (14) равно: зд к0,5 0,5 20 10Т Т     с. (15) В этом случае время регулирования примерно равно: р у здτ 4 10 4 10 50 с.t T       С учетом (15) минимальная постоянная интегрирования согласно (13) будет равна: и об зд ук ( τ ) 2 (10 10) 40 с.Т T      Согласно формуле (9) соответствующее значение коэффициента уси- ления будет равно: 168 к р и р τ 20 10 0,75.40к Т Т     Проверим полученные результаты моделированием, сравнив переход- ные процессы в САР с предиктивным ПИ-регулятором и эталонной моде- лью замкнутой системы. Рисунок 2 – Схема моделирования замкнутой системы с предиктивным ПИ-регулятором (1) и его расчетными параметрами динамической настройки и эталонной моделью Рисунок 3 – Переходные процессы в замкнутой САР с предиктивным ПИ-регулятором и эталонной моделью Сравнение графиков на рис. 3 показывает хорошее совпадение пере- ходных процессов. Сравним переходные процессы в САР с предиктивным ПИ- регулятором и минимальным значением Тзд для монотонного переходного процесса и САР, настроенной по методу модального оптимума для объекта с запаздыванием [3]: 169 Рисунок 4 – Схема моделирования САР с предиктивным ПИ-регулятором и САР, настроенной методом оптимального модуля Рисунок 5 – Переходные процессы в САР с предиктивным ПИ-регулятором и САР, настроенной методом оптимального модуля Сравнение графиков показывает, что оба регулятора обеспечивают примерно одинаковое время регулирования, но оптимальный модуль дает перерегулирование, примерно равное 4,3%. Список использованных источников 1. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процес- сами: учеб. пособие / Г.Т. Кулаков [и др.]; под ред. Г.Т. Кулакова. – Минск: Вышэйшая школа, 2017. – 238 с.: ил. 2. Ротач В.Я. Расчёт динамики промышленных автоматических систем регулирования / В.Я. Ротач. – М.: Энергия, 1973. – 440 с.: ил. 3. Кузьмицкий И.Ф. Теория автоматического управления / И.Ф. Кузь- мицкий, Г.Т. Кулаков. – Минск: БГТУ, 2010. – 576 с.: ил. 170 УДК 621.643 ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ЗАЩИТЫ ПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ А.А. Колотов, А.Н. Терентьев На сегодняшний день в России эксплуатируется порядка 350 тыс. км. промысловых трубопроводных систем. Ежегодно фиксируется около 100 тысяч отказов трубопроводов или примерно 30 миллионов разлитых баррелей нефти в год, из которых 90 % так или иначе связаны с коррозионным износом. Коррозия – это фундаментальная проблема на протяжении многих де- сятилетий: это миллиарды недополученной прибыли, ежедневные отказы, разливы нефтепродуктов, заражение почвы, животных, птиц и непоправи- мый ущерб для окружающей среды [1]. Причин возникновения коррозии довольно много: наличие в металле механических примесей, наличие участков с динамической нагрузкой на трубопровод, агрессивная среда: сера, соль, вода, кислород, безусловно, ускоряют коррозионный процесс [2]. Как показывает практика, наиболее опасна именно внутренняя корро- зия, так называемый «канавочный» износ. На сегодняшний день существует ряд технологий, позволяющих, так или иначе, снизить коррозионное воздействие (ингибирование, футе- рование, композиционные материалы, и т.д.). Безусловно, каждая из тех- нологий имеет свои достоинства и недостатки. Но, основная задача – раз- работка метода защиты уже для существующих трубопроводов, без их де- монтажа, чтоб не нарушать равновесие ОПС. Кроме того, применяемая технология должна идеально работать с уже существующими способами защиты от коррозии. При использовании протекторного способа защиты внешний источник тока не требуется, в паре работают два металла, из-за разности потенциа- лов между ними возникает электрический ток, и частицы металлов в виде ионов переходят к катодным участкам. Рисунок 1 – Стандартная схема протекторной электрохимической защиты Предлагается модернизация стандартной схемы протекторной элек- трохимической защиты за счет размещения электрода не в грунте, а непо- 171 средственно внутри трубопровода, используя в качестве электролита транспортируемую жидкость, чтобы в результате окислительно- восстановительной реакции восстановление металла проходило на внут- ренней стенке трубы. Рисунок 2 – Модернизация схемы протекторной электрохимической защиты Кроме стандартной электрохимической защиты, при распаде анодного электрода, возможно образование оксида железа Fe3O4, который должен покрывать тонкой пленкой внутреннюю стенку трубы, закупоривая суще- ствующие поры, дефекты, микротрещины и препятствовать контакту с агрессивной средой. Для проверки работоспособности теории, был сконструирован и со- бран протекторный антикоррозионный модуль. Следующим шагом был выбор активного металла для обеспечения электрохимической защиты. В промышленности наиболее распространены три типа активных металлов, это цинк, магний, алюминий. Для оптимального воздействия был создан электрод – алюминиевый сплав с 45% содержанием магния. По результатам проведения испытаний на дренажной линии РВС-5000 УПН «Киенгоп», были получены данные, характеризующие потерю массы образца-свидетеля и характер коррозионного разрушения. Целью первого этапа являлось получение значения потери массы об- разцов-свидетелей в начальный момент, до установки протекторного мо- дуля. Период замера с 4 мая 2016 года по 19 мая 2016 года. Суммарная по- теря массы образцов-свидетелей во время фонового замера составила 0,1395г. Коррозионное разрушение выражено в виде язвенной коррозии по всей поверхности образцов-свидетелей. Замер фоновой скорости корро- зии снимался трижды. После установки протекторного модуля, по результатам первого заме- ра, было отмечено уменьшение потери массы образца-свидетеля до 0,0093 г за период с 2 по 16 июня 2016 года. На образцах-свидетелях №710 и №725 выявлены незначительные коррозионные разрушения. Второй этап ОПИ, проходящий в период с 16 по 30 июня 2016 г., также характерен незначительной потерей массы ОСК (0,0052 г). На об- 172 разцах-свидетелях №700 и №516 выявлены незначительные коррозион- ные разрушения. Рисунок 3 – Незначительные коррозионные повреждения на втором этапе ОПИ Заключительный третий этап ОПИ, проходящий в период с 30 июня по 14 июля 2016 года, характерен в разы меньшей потерей массы ОСК (0,0123 г) и отсутствием видимых изменений на образцах №532. Выводы. После проведения опытно промысловых испытаний анти- коррозионного протекторного модуля можно констатировать, что потеря массы образца-свидетеля коррозии сократилась до 14 раз. Предложенный способ защиты показал свою эффективность. Последующие проведенные опытно промысловые испытания на участках Роснефть и ООО «РН- Юганскнефтегаз» подтвердили первоначальный результат. На основании результатов подана заявка на патент, положено начало процесса сертифи- кации продукта – электрода. Список использованных источников 1. Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М. Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей, 2008. – С. 97. 2. Красноярский В.В., Цикерман Л.Я. Коррозия и защита подземных металлических сооружений, 1968. – С 43. УДК 620.9 АНАЛИЗ АВАРИЙНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭНЕРГЕТИКЕ В.З. Салахутдинова Казанский государственный энергетический университет Стоит отметить, что в настоящее время системы исследований по ана- лизу аварийности технических комплексов, которые носят научный харак- тер, и итоги которых уменьшали бы потребность в практике использования крупных систем энергетики, отсутствуют. Нельзя не сказать об актуально- 173 сти данного направления исследований, так как воздействие обширных технических систем на развитие человечества растёт. Исходя из итогов осенне-зимнего периода 2016-2017 годов руководи- тель Федеральной службы экологического, атомного и технологического надзора сообщил, что было зафиксировано 14 аварийных процессов на объектах электроэнергетики, что свидетельствует об уменьшении числа подобных аварий. По итогам 2015-2016 года произошло 23 происшествия, которые были изучены Ростехнадзором [1]. Повреждение оборудования, нарушения изоляции, неверная работа различных устройств и аппаратов, ошибки в рабочем процессе персонала являются следствием аварийных процессов в энергосистеме. Сталкиваясь с вопросом аварийности в электроэнергетических системах, необходимо знать её характеристики: 1) разнородность составляющих элементов. Дифференциация обору- дования, строений, имеющих различные производственные характеристи- ки, сроки полезного использования и показатели безопасности; 2) неизменное развитие, модернизирование. Заключается в совершении ремонтных работ, как предусмотренных планом, так и внеплановых. Внедре- ние новейших составляющих, ввод развивающихся технологических и тех- нических разработок с беспрерывным выполнением функций производства; 3) адаптивность к влияниям. В связи с различными видами запасов отклонение одного или же нескольких составляющих электроэнергетиче- ской системы способно сохранить работоспособность с условием преобра- зования некоторых действующих характеристик и критериев; 4) причина вероятностного поведения электроэнергетических систем. Совокупность множества случайных факторов выступает причиной воз- никновения технологических сбоев в системе, а также влияет на местопо- ложение и особенности протекания нарушения. В процессе проведения анализа аварийных процессов в энергетике все причины технологических сбоев необходимо дифференцировать на три сегмента: 1) нарушения, которые связаны с техническим состоянием техники, зданий и прочих конструкций, отражают состояние основных производ- ственных фондов и эффективность деятельности элементов всей системы; 2) нарушения из-за ошибок в эксплуатации. Сбои такого рода позво- ляют оценить уровень процесса организации разработки и степени профес- сиональной подготовленности персонала; 3) нарушения по причине возникновения опасных внешних факто- ров – отражают влияние внешней среды на комплекс в целом. Ключевой целью регулирования электрической системы в аварийном режиме заключается в уменьшении потерь от снижения электропотребле- ния или поломке электрооборудования за счет совершения надлежащей мобилизации источника воздействий и их наиболее приемлемого исполь- 174 зования. Важна безотлагательная ликвидация источника проблемы и про- ведения работ против распространения результатов аварии. Исходя из анализа аварийности, который выявит причины техниче- ских ошибок, компоненты системы с большим потоком сбоев и послед- ствия от данных нарушений с учетом возможных рисков, будет выявлен вердикт на управляющее воздействие [2]. Он может влиять на устранение или на снижение воздействия конкретных причин технологических сбоев. Такие статистические данные, как количество, местоположение, фак- торы и итоги технологических перебоев, являются исходными в вопросе анализа аварийности в электроэнергетических системах [3]. Несуществен- ные расстройства порой становятся результатами крупных аварий, по- скольку технологический перебой с незначительными, на первый взгляд, последствиями способен в других условиях увеличиться в масштабах и усилить неблагоприятные условия. Владение вероятностно-статистической информацией о технологиче- ских кризисах в электроэнергетических системах за длительный период эксплуатации позволит, прибегнув к анализу аварийности, обоснованнее принимать решение по разработке мероприятий связанной с экологической безопасностью объектов энергетики. Анализ аварийных процессов в энергетике, изучение сбоев и факторов их появления показало, что ключевыми причинами большей части аварий, стали: 1) пониженный уровень организации работы элементов электроэнер- гетики. Организации, эксплуатирующие данные объекты, несвоевременно и неудовлетворительно осуществляют обслуживание и техническую про- верку техники, его ремонт и не осуществляют замену приборов, которые выработали установленные сроки эксплуатации. Примером является ава- рия на Чернобыльской АЭС. Реактор, несоответствующий нормам без- опасности имел опасные конструктивные особенности, что привело к крупнейшей в своем роде аварии за всю историю атомной энергетики [4]; 2) низкая квалификация руководящего и обслуживающего персонала использующих предприятий. Неспособность быстро оценить ситуацию и предпринять оптимальные действия в сложившейся аварийной ситуации. Так, к примеру, летом 2011 года работник крупной американской АЭС, не вышедший из диагностического режима, вызвал срабатывание автома- тического отключения, что привело к веерным отключениям, лишившим света более десяти миллионов человек; 3) внешние факторы, такие как погодные условия. Усиленный ветер, падение деревьев или прочих сооружений, образование замыканий в про- водах, крушение опор линий электропередач, связанное с подземными толчками, значительными затоплениями или оползнями. В январе 2012 г. ураганный ветер со скоростью 40 метров в секунду обесточил двести пять- десят тысяч человек Краснодарского края. 175 Список использованных источников 1. Брыкова А.И. Энергетическая безопасность России: современное состояние и перспективы развития: сб. тр. Междунар. Науч.-техн. Конф. Молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2015. – С. 3578-3582. 2. Восканян Е. Газеты «Энергетика и промышленность России» №10 (318) май 2017 г. Потенциал снижения аварийности практически исчерпан. 3. Плужник М.В., Сапыркина М.А. Энергетическая безопасность и угрозы ее обеспечения в современной экономике России // Российское предпринимательство, 2013. – №16 (238). – С. 41-50. 4. Воронов С.И., Седнев В.А. Научные образовательные проблемы гражданской защиты, 2016. Авария на Чернобольской АЭС. Последствия и выводы. 176 Научное издание ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА: ПАРТНЕРСТВО И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ СТРАН И ТЕХНОЛОГИЙ Сборник научно-технической конференции в рамках Форума проектов программ Союзного государства – VI Форума вузов инженерно-технологического профиля 24-28 октября 2017 г. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск