


№ 5 (2024)
Статьи
Методы и модели формирования и обоснования эффективности и надежности централизованно-распределенных теплоснабжающих систем
Аннотация
Предлагается методология решения задач оптимального развития теплоснабжающих систем: анализа зон эффективности и надежности теплоснабжения потребителей. При решении обеих задач применяется узловой подход, позволяющий получать наиболее детализированные результаты, максимально адаптированные к реальным условиям. На основе предложенных методов и моделей разработан алгоритм трансформации существующих теплоснабжающих систем в централизованно-распределенные системы с имплементацией просьюмеров (активных потребителей) для покрытия нагрузки, выходящей за границы эффективности централизованного теплоснабжения.



Воспроизводство запасов минерально-сырьевой базы ТЭК как один из основных аспектов обеспечения энергетической безопасности России
Аннотация
В статье характеризуется ситуация с производством и потреблением первичных топливно-энергетических ресурсов в России за период 2021–2023 гг. Показаны основные складывающиеся тенденции, и характеризуются основные угрозы энергетической безопасности, в т.ч. угроза ухудшения качества запасов минерально-сырьевой базы ТЭК. Показаны основные объекты индикативного анализа, декларируемые в Доктрине энергетической безопасности Российской Федерации, среди которых важное место занимает объект “Отношение прироста балансовых запасов первичных ТЭР к объемам их добычи”. На основании данных о динамике воспроизводства запасов природного газа, нефти, угля и урана за предстоящий пятилетний период определяются значения важнейших индикаторов данного объекта и формируется представление об итоговой качественной оценке ситуации по всему объекту анализа. В статье анализируются основные причины и делаются выводы о складывающихся тенденциях в деле возобновления промышленно-извлекаемых запасов основных первичных ТЭР и возможных последствиях ухудшения ситуации.



Анализ влияния крупномасштабных возмущений в работе газовой отрасли на обеспечение энергетической безопасности регионов СЗФО
Аннотация
В статье представлена оценка уровня энергетической безопасности на примере субъектов РФ, расположенных на территории Северо-Западного федерального округа. Подход к оценке основывается на использовании аппарата мониторинга и индикативного анализа энергетической безопасности (ЭБ), разработанного в ИСЭМ СО РАН. Проводится оценка уровня ЭБ в регионах на основе моделирования ситуации с прекращением работы важнейших объектов газовой отрасли, а также проведен анализ динамики, масштабов и тенденций изменения состояния уровня ЭБ при моделировании ситуации с использованием пиковых ПХГ, предусмотренных Генеральной схемой развития газовой отрасли на период до 2030 г. для анализируемых субъектов РФ.



Выбор источников энергии у активных потребителей в системе централизованного теплоснабжения с применением агентных технологий
Аннотация
В последние годы в энергетике широкое развитие получило направление, связанное с внедрением распределенной генерации энергии и появлением активных потребителей (АП), в том числе в рамках системы теплоснабжения. Ввиду появления у потребителей роли участников энергетических рынков, принимающих активное участие в процессе управления своим энергоснабжением, возникает необходимость принимать решения о вариантах энергоснабжения в условиях несовпадающих интересов сторон – АП и системы централизованного теплоснабжения (СЦТ). В статье выполнена математическая постановка задачи поиска компромиссного решения, которая включает в себя модель АП, модель СЦТ и обобщенный критерий желательности. Разработана методика выбора оборудования источников энергии у АП в СЦТ с учетом интересов СЦТ и АП и их возможности производства тепловой энергии. Предложена структура мультиагентной системы и разработаны алгоритмы поведения агентов, учитывающие сложный характер поведения АП и объектов СЦТ. Приведены результаты апробации разработанного методического и программного обеспечения на тестовой модели системы теплоснабжения.



Модельные представления теории теплового удара вязкоупругих тел
Аннотация
Рассмотрены модельные представления теории теплового удара вязкоупругих тел на основе двух различных подходов. В первом подходе, основанном на введении девиаторов напряжения и деформации с использованием линейных реологических моделей Максвелла и Кельвина, предлагаются новые интегральные и дифференциальные соотношения, включающие одновременно динамические и квазистатические модели для вязкоупругих и упругих сред, обобщающие результаты предыдущих исследований. Предложенные определяющие соотношения новой формы применимы для описания тепловой реакции тел канонической формы, ограниченных границами прямолинейной формы в декартовых координатах, и распространены на случай криволинейных границ в цилиндрических и сферических координатах. Во втором подходе описана упруго-вязкоупругая аналогия, состоящая в том, что исходная задача о температурных напряжениях вязкоупругого тела может быть сведена к эквивалентной задаче термоупругости путем замены в операционном (по Лапласу) решении термоупругой задачи модуля сдвига и коэффициента Пуассона на их изображения как в модели Максвелла, так и в модели Кельвина. Показано, что после выполнения обратного преобразования находится аналитическое решение задачи для термовязкоупругой среды. Приведен иллюстративный пример и проанализированы отличия в термической реакции на внезапный нагрев упругой и вязкоупругой среды.



Оценка влияния теплотехнических характеристик непроектных бурых углей на их пригодность для сжигания в топке энергетического котла
Аннотация
Возможность сжигания различных бурых углей (БУ) в топке котла БКЗ-420-140-6 исследовалась с помощью численного моделирования в программе ANSYS Fluent. Для проверки составленной численной модели сжигания твердого топлива предварительно проведена ее валидация, применительно к сжиганию БУ определенного состава путем сравнения результатов расчетов с данными, полученными при режимно-наладочных испытаниях реального котла.
Был разработан способ усреднения характеристик угля и получены зависимости, определяющие состав угля на основании анализа состава 14 типов углей в диапазоне значений низшей теплоты сгорания от 7.5 до 16 МДж/кг. По полученным зависимостям для 4-х значений определен теоретический усредненный состав (ТУС) углей. Для одного из ТУС на 10% в большую и меньшую стороны варьировалась влажность.
В качестве показателей эффективности работы топочной камеры котла, приняты температура газов на выходе из топочной камеры, механический недожог и концентрация оксидов азота в дымовых газах. Результаты численного моделирования показывают, что при теплотворной способности топлива 10 МДж/кг механический недожог превышает допустимые нормативы. Наибольшая концентрация оксидов азота на уровне 800–900 мг/нм3 наблюдается для бурых углей с высокой и наибольшим содержанием углерода. Также показано, что применение прямоточных горелок с организацией ступенчатого сжигания топлива позволяет в 3.25 раза снизить образование оксидов азота в топке по сравнению с исходной схемой сжигания с использованием существующих вихревых горелочных устройств. Влияние низшей теплоты сгорания топлива на температуру газов на выходе из топочной камеры в диапазоне от 11.75 до 16.45 МДж/кг незначительное. Повышение влажности топлива сказывается на температуре газов на выходе из топочной камеры и на механическом недожоге только при значении более примерно 45%. В целом исследования показали, что рассматриваемая топка позволяет сжигать различные бурые угли при изменении физико-химического состава и теплотехнических характеристик в широких пределах.



Численное моделирование горения угля в топочной камере котельного агрегата
Аннотация
В статье представлены результаты численного исследования физико-химических процессов в топочной камере парового котла при факельном сжигании полифракционного твердого топлива. С учетом наличия двухфазного потока рассмотрено применение схемы квадратичной восходящей интерполяции QUICK и монотонизированной противопотоковой схемы MLU для дискретизации пространственного и временного шага уравнения конвекции-диффузии. По результатам моделирования в целом выявлена хорошая сходимость результатов численного моделирования с натурными измерениями при использовании рассматриваемых схем аппроксимации. При этом выявлено, что при использовании схемы QUICK в областях с большими градиентами наблюдаются отклонения, приводящие к распространению неточности расчетов на последующие области. В обоих вариантах моделирования выявлены зоны, способствующие высокотемпературной коррозии.


