CC BY
81
на основе лития. Такие аккумуляторы могут найти широкое применение для питания персональных компьютеров и слуховых аппаратов.
Растворы фуллеренов в неполярных растворителях (сероуглерод, толуол, бензол, тетрахлорметан, декан, гексан, пентан) характеризуются нелинейными оптическими свойствами, что проявляется, в частности, в резком снижении прозрачности раствора при определенных условиях. Это открывает возможность использования фуллеренов в качестве основы оптических затворов-ограничителей интенсивности лазерного излучения.
Возникает перспектива использования фуллеренов в качестве основы для создания запоминающей среды со сверхвысокой плотностью информации. Фуллерены могут найти применение в качестве присадок для ракетных топлив, смазочного материала.
Большое внимание уделяется проблеме использования фуллеренов в медицине и фармакологии. Обсуждается идея создания противораковых медицинских препаратов на основе водорастворимых эндоэдраль-ных соединений фуллеренов с радиоактивными изотопами. (Эндоэдральные соединения - это молекулы фуллеренов, внутри которых помещен один или более атомов какого-либо элемента). Найдены условия синтеза противовирусных и противораковых препаратов на основе фуллеренов. Одна из трудностей при решении этих проблем - создание водорастворимых нетоксичных соединений фуллеренов, которые могли бы вводиться в организм человека и доставляться кровью в орган, подлежащий терапевтическому воздействию.
Применение фуллеренов сдерживается их высокой стоимостью, которая складывается из трудоемкости получения фуллереновой смеси и выделения из нее отдельных компонентов [6].
Литература
1. Kroto, Н. Symmetry, space, stars and C60 / Н. Kroto // Review of Modern Physics. - 1997. - 69. - №3. -Р. 703-722.
2. C60: Buckminsterfullerene / H.W. Kroto [and alt] // Nature. - 1985. - 318. - Р. 162.
3. Osawa, E. Supersymmetry / E. Osawa II Kagaku (Kyoto). - 1970. - 25. - Р. 854.
4. Бочвар, Д.А. О гипотетических системах: карбододекаэдре, s-икосаэдре и карбо-в-икосаэдре / Д.А. Бочвар, Е.Г. Гальперн // ДАН СССР. Серия химическая. - 1973. - 209. - С. 610.
5. Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes I M.S. Dresselhaus [and alt]. - London: Academic, 1995.
6. http://ktf.krk.ru/courses/fulleren/g1.htm.
---------♦------------
УДК 621.311.1.017 А.А. Герасименко, Г.С. Тимофеев, И.В. Шульгин
УЧЕТ СХЕМНО-СТРУКТУРНЫХ И РЕЖИМНО-АТМОСФЕРНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ РАСЧЕТЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ДАННЫМ ГОЛОВНОГО УЧЕТА
Оценено влияние внутримесячного изменения температуры проводов воздушных линий и электропотребления на погрешность расчета технических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях. Минимизирована ошибка расчета нагрузочных потерь электроэнергии в элементах сети с помощью динамических поправок в зависимости от структуры и загрузки схемы.
Характеристика и постановка задачи. Режим распределительных электрических сетей (РЭС) 0,38110 кВ электрических систем (ЭС) является оптимальным при минимальных потерях электроэнергии (ЭЭ), экономически обоснованные значения которых называются технологическим расходом ЭЭ на ее транспорт (ТРЭ) [1]. ТРЭ, связанный с ее передачей и распределением, складывается из двух основных составляющих
- потерь ЭЭ в линиях электропередачи, трансформаторах и других элементах РЭС, и так называемых «коммерческих потерь», вызванных несовершенством учета и контроля ЭЭ. Расчет ТРЭ является составной частью большого комплекса разнообразных задач анализа режимов работы ЭС [2].
В условиях эксплуатации фактические значения потерь ЭЭ, как правило, превышают технологический расход по причине отклонения режимов от оптимального. Эти отклонения сопровождаются дополнительны-
ми техническими и коммерческими потерями ЭЭ и, соответственно, прямыми финансовыми убытками электроснабжающих организаций. Их снижение - цель ряда организационных и технических мероприятий.
При выборе и реализации методов и средств оптимизации режимов, снижения потерь ЭЭ предъявляются высокие требования к качеству расчета потерь ЭЭ (точности и достоверности), учету и определению величин небалансов, выявлению неучтенной ЭЭ, выполняемых в РЭС ежемесячно. В этой связи представляется недостаточно изученным и учтенным в практических алгоритмах влияния внутримесячных изменений режимно-атмосферных факторов, неоднородности электрических нагрузок (ЭН), структуры и загрузки РЭС на точность расчетов данных интегральных характеристик.
Учет многорежимности РЭС. Степень применения того и другого метода расчета потерь ЭЭ определяется прежде всего возможностью получения достоверной информации для его реализации и погрешностью метода. Наиболее полно многорежимность (за интервал времени Т) РЭС, эксплуатируемых по разомкнутым схемам, учитывает метод анализа технических потерь ЭЭ, базирующийся на системе головного учета (месячный пропуск ЭЭ в РЭС, графики напряжений и токов) и моделировании среднеквадратичного тока
т
г2,
его средним значением
, —ІҐ,Ш,V<(1 + *»
‘ср - Т і ‘ (т‘- 43 ■ и ■ т ~ 43 ■ и ■ т
и коэффициентом формы
£ — 1ср.кв
й
ХЖ2
1—1 , (1)
ф / W
с р
где и - эквивалентное значение (уровень) напряжения центра питания РЭС.
Отметим, что данные счетчиков о месячном Wp и б суточных Wi электропотреблениях более доступны и достоверны, чем мгновенные значения нагрузок в один и тот же момент времени.
Потери ЭЭ в сети с т-ветвями при неизменных в период Т составе и топологии схемы РЭС, теоретически определяемые выражением
т т
ДW = 3^11) (г) ,
у'=10
практически рассчитываются в виде
т
ДЖ — 3 кфТ X 1% Л, (2)
і—1
где ^ - активное сопротивление проводов ВЛ, определяемое с учетом токовой нагрузки и атмосферных факторов [3, 4].
Влияние внутримесячного изменения температуры проводов ВЛ и электропотребления на погрешность расчета потерь ЭЭ в РЭС. Оценка влияния выполнена методом статистических испытаний (Монте-Карло) на 13 схемах РЭС 10 кВ различной сложности и размерности (количество ТП от 3 до 22) с диапазоном их средней загрузки
Jw■f+WQ
^ = ±_ра (3)
Т • См Е
от 30 до 90%, отражающих через отпуск ЭЭ Wp, \МЦ в сеть внутримесячные (посуточные) и сезонные изменения средней загрузки распределенных сетей [5, 6].
Посуточные изменения электропотребления (отпуска ЭЭ) в РЭС приняты по данным ряда предприятий электрических сетей ОАО «Красноярскэнерго» и «Хакасэнерго», для некоторых РЭС учитывались типовыми графиками нагрузки рабочих Wmax (Ртах) и выходных Wmin (Рт^ ) суток [7] с неравномерностью внутримесячного (внутрисуточного) электропотребления
ТЛ/ W ■ тШ = ’ 'тт
кнр W
тах
от 20 до 70%. Графики внутрисуточного и внутримесячного изменения электропотребления дополнялись графиками суточного изменения температуры характерных суток и среднесуточной температуры воздуха шести месяцев, представляющих все сезоны года.
Отмечено снижение значения кф ср головных участков по сравнению с кф графиков нагрузок ТП, что характеризует сглаживающее влияние сети на изменение нагрузки головного участка фидеров. В этих условиях распространение единого коэффициента кф ср на расчет потерь ЭЭ во всех участках сети также вносит ошибку. Оценка общей погрешности расчета (разницы) потерь ЭЭ
й ДWІP -Д^3
^ ^(4)
ДW Д^э
выполнена путем сопоставления расчетных потерь ДWtP по указанному алгоритму, соответствующих отпущенной в распределительную сеть ЭЭ за месяц ЩТ™ №(2° (Щ^6™ ,008 фср) и среднемесячной температуре г мес с эталонными потерями
а
дw Э = ^ Д^,-ер ' сут,
/=1
вычисляемыми суммированием б суточных потерь Д^'ср'сут соответствующего месяца. Потери Д^^'4" определяются через ЭЭ Wpi , отпущенную в РЭС за сутки, с учетом среднесуточных значений темпе-
ратур г сут и коэффициента формы кф (1), определяемого для суточного интервала.
Каждое испытание, образующее выборку, базируется на б=30, 31 расчетах суточных потерь ЭЭ, формирующих эталонное значение месячных потерь Д^Э, при известных среднесуточных температурах и
одном моделирующем расчете потерь ДWtP с учетом среднемесячной температуры г мес [6]. Общий
объем вычислений расчетных и эталонных потерь для 13 схем РЭС и 6 месячных графиков среднесуточных температур составил
6
13Х (^ +1) = 2457
.Н
расчетов потерь ЭЭ по данному алгоритму. Объем статистической выборки равен 78.
Анализ результатов сопоставительных расчетов показал, что при расчете месячных потерь по среднемесячной температуре tcp мес и месячному пропуску ЭЭ необходима во всех случаях корректировка расчетных потерь ЭЭ в сторону увеличения от 1,9 до 15,4%. Средняя ошибка (4), отражающая систематическую погрешность метода, составляет около -6,55% с точностью 0,849 и надежностью 0,95 («исправленная» эмпирическая дисперсия а = 14,23), т.е. потери ЭЭ в ВЛ, рассчитываемые по среднемесячной температуре и месячному пропуску ЭЭ, необходимо увеличить примерно в 1,07 раз, что учитывается в выражении потерь ЭЭ
W = 3кср.мес RlCp. мес кфТ (5)
с помощью поправочного коэффициента кср мес. Отметим, что эта поправка является минимальной, так как
получена на основе заниженных до 1% суточных потерь ЭЭ при расчете последних по среднесуточной температуре [3, 5].
Ниже приводится дополнительная оценка влияния структуры и загрузки РЭС с учетом внутрисуточно-го хода температуры и электропотребления на погрешность расчета потерь ЭЭ и способ ее минимизации.
Влияние загрузки и структуры распределительных сетей на погрешность расчета нагрузочных потерь ЭЭ. Методом статистических испытаний выполнен анализ влияния на точность расчетов неоднородности (cos фг- Ф idem, i е ТП) ЭН и загрузки для указанной выборки 13 схем РЭС 10 кВ (кол-во ТП от 3
до 22) с учетом внутрисуточного хода электропотребления и температуры проводов ВЛ. Анализ выполнен для различных, наиболее возможных в условиях эксплуатации РЭС случаев: 1) ЭН всех ТП однородные (собф=0,85); 2) ЭН однородные для каждой ТП и неоднородные по сети; 3) ЭН неоднородные для каждой ТП и по сети в целом (изменение cos ф от 0,80-0,90). Изменение нагрева проводов определено на основе графиков внутрисуточного хода температуры воздуха [4, 9]. При нагрузке трансформаторов от 30 до 120% загрузка головных участков ; (3) от 20 до 115% отражает внутрисуточное и сезонное изменение нагрузки РЭС
с суммарной мощностью трансформаторов . Оценка погрешности расчета (разницы) потерь ЭЭ (4) выполнена путем сопоставления расчетных потерь AWiР (2) (полученных по ПВК REG10PVT [10]), соответствующих отпущенной в РЭС ЭЭ за сутки WP , Wq и среднесуточной температуре, с эталонными потерями
AWЭ =LAW, = ZAP; At-,
j j
вычисленными суммированием d = 24 (12) внутрисуточных почасовых (поинтервальных) потерь AWi характерных суток, представленных типовыми суточными графиками [7], с учетом суточного хода температуры. Расчетные статистические эксперименты для 13 схем и 6 суточных (по сезонам) графиков температур при анализе влияния неоднородности ЭН (3 случая), загрузки ТП и сети (от 30 до 120% с шагом 10%) образуют репрезентативную выборку объемом 3х 13 х10 = 390 испытаний. Каждое испытание (эксперимент), включающее определение эталонных потерь по графикам ЭН с d =12 интервалами осреднения и двух приближений расчетных потерь ЭЭ, базируется, соответственно, на 12 + 2 = 14 расчетах установившихся режимов и потерь ЭЭ.
По результатам эксперимента, на основе составляющих погрешностей с результирующей ошибкой до
0,441, дана оценка общей погрешности расчета потерь ЭЭ по сетям с достоверностью в = 0,95: интервал
ошибки -4,25%^-3,37% (с выборочной средней 8 =-3 81%) и дисперсией а2 = 13,6. Установлено,
ср ’
что влияние неоднородности ЭН на погрешность примерно на порядок меньше, чем загрузки сети, с увеличением которой во всех случаях возрастают погрешности расчета составляющих 8л и 8J . Обобщив методом наименьших квадратов 3 х13 зависимостей 8л = ф(;) и 5J =^(;), получены аппроксимирующие
функции погрешностей расчета потерь ЭЭ в линиях и трансформаторах (нагрузочных) в виде полиномов второй степени
5л =-0,61 + 0,654- 7,37^2; 5Т =-4,62 + 7,234-11,83^2. (6)
Применение в процессе расчета динамических поправок по аппроксимирующим полиномам (6), в зависимости от загрузки сети, характеризуется снижением средней ошибки расчета потерь ЭЭ до значения, близкого к нулевому с достоверностью 0,95, ошибкой 0,35, в интервале (-0,49 - -0,21%) и наибольшим ее размахом от -4,0 до 4,5% [5].
Следует отметить, что учет влияния только загрузки сети на точность оценки технических потерь ЭЭ не дает удовлетворительных результатов, вследствие значительного разброса (рассеяния) ошибки относительно центра, а также малого значения коэффициента корреляции (тесноты связи), который составил
0,25-0,30.
В ходе расчетного эксперимента установлено, что увеличение ошибки расчета потерь ЭЭ с ростом загрузки сети происходит во всех случаях, но с разной интенсивностью для схем различной конфигурации (число и мощность ТП, количество и протяженность ВЛ). При этом для схем РЭС, содержащих большое количество протяженных ВЛ (значение суммарного сопротивления линий ^ велико) и малое число ТП
(значение суммарного сопротивления трансформаторов ^ ^ мало), при одинаковых загрузках сети £ наблюдается большая погрешность, чем для схем с короткими ВЛ и большим числом маломощных ТП. Введение коэффициента полного сопротивления - структуры схемы к2 , представляющего отношение суммарного полного сопротивления ВЛ к суммарному полному сопротивлению ТП, позволяет разделить совокупность схем РЭС 6, 10 кВ на две группы:
^ = [12* ]/[£ £ ] > 0,05; [2 2* ]/[£ £ ] < 0,05
(7)
В результате обобщения методом наименьших квадратов 3x13 зависимостей 5Л = ф(4) и
§Н = у(4) получены аппроксимирующие функции погрешностей расчета потерь ЭЭ в линиях и трансформаторах (нагрузочных) в виде полиномов второй степени.
Для схем РЭС с к2 > 0,05:
5л =-1,15 +1,38^-11,00^2; 5Т =-5,79 + 9,994-10,9742. (8)
Для схем с к2 < 0,05:
5 Л = 0,97 - 2,91^-0,05 42; 5'тн = -1,91 - 0,05 4-2,20 42. (9)
Функции (8), (9) позволяют в процессе расчета [10], в зависимости от загрузки сети 4 и структуры схемы кг (7), вводить в расчетные значения потерь ЭЭ поправки в виде Д”Р/(1 + 5/100). Интервалы погрешности по модифицированной таким образом методике расчета потерь ЭЭ с достоверностью в = 0,95 составили: в линиях от -0,28 до 0,22% (с выборочной средней 5Лр = -0,25 % и дисперсией
О2 = 0,060), в трансформаторах нагрузочная составляющая от -0,23 до 0,25% (5Тр = 0,01%, а2 = 3,97), в трансформаторах холостого хода 0,18 до 0,30% (5Тхх = 0,24 %, О2 = 0,24). В итоге, с
ср
надежностью 95% с результирующей ошибкой до 0,210 суммарная погрешность расчета технических потерь ЭЭ в РЭС находится в интервале -0,51% до -0,09% со средним значением близким к нулю (а = 3,16), и наибольшим рассеянием от -2,5 до 1,5%, с теснотой связи от 0,71 до 0,87. Таким образом, учет влияния
структуры схемы наряду с загрузкой сети дает более узкий интервал погрешности расчета нагрузочных составляющих потерь ЭЭ в линиях ЛЖл и трансформаторах АЖгн (технической составляющей), при высоких значениях коэффициентов корреляции и, следовательно, позволяет уточнить и коммерческую составляющую потерь ЭЭ.
Приложение. Оценка точности и достоверности расчета потерь ЭЭ. По результатам статистических испытаний дана оценка ошибки расчета потерь ЭЭ, возможная при неучете внутримесячного хода температуры и электропотребления. Имеем выборку из к = 78 независимых опытов над случайной величиной 5, для которых выборочная средняя 8 =-6,55%, а «исправленная» (эмпирическая) дисперсия
ср
о2 = 14,23.
Найдем доверительный интервал для параметра 8ср с надежностью (уровнем достоверности)
в = 0,95.
Ч
х О £ О
Л-,в1к; ор+%х
Учитывая относительно небольшой объем выборки, воспользуемся таблицами распределения Стью-дента [8]. Для в = 0,95 и к—1 =77 степеней свободы находим значение коэффициента = 1,99. Тогда с
точностью
_ о
£ = гв-^ = 1,99—т— = 0,849 вл/к л/78
доверительный интервал будет
1в=(8ср — £ ; 50р + е) = (-7,40; -5,70),
а математическое ожидание ошибки 8 покрывается доверительным интервалом (-7,40; -5,70) с надежностью 0,95, т.е. расчет по среднемесячной температуре дает заниженное значение ЭЭ на величину, примерно равную -6,55%, с точностью до 0,849 и надежностью 0,95. Таким образом, для получения потерь ЭЭ, близких к эталонным, необходимо расчетные значения потерь ЭЭ по данному алгоритму увеличить в
V». = 1/(1 — 0,0655)«1,07 раз.
Выводы
1. Расчет потерь ЭЭ в ВЛ распределительных сетей 10 кВ с учетом внутримесячного хода температуры и электропотребления дает значение потерь примерно на 7% больше, чем значение, получающееся через месячный пропуск ЭЭ и среднемесячную температуру.
2. Минимизирована ошибка расчета нагрузочных потерь ЭЭ в элементах РЭС до значения, близкого к нулевому, с помощью динамических поправок в зависимости от средней загрузки и структуры схемы.
Литература
1. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем / В.Э. Воротницкий [и др.]; под ред.
В.Н. Казанцева. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 366 с.
2. Арзамасцев, Д.А. Снижение технологического расхода энергии в электрических сетях / Д.А. Арзамасцев, А.В. Липес.- М.: Высш. шк., 1989. - 127 с.
3. Поспелов, Г.Е. Влияние температуры проводов на потери электроэнергии в активных сопротивлениях проводов воздушных линий электропередачи / Г.Е. Поспелов, В.В. Ершевич // Электричество. - 1973. -№ 10. - С. 81-83.
4. Герасименко, А.А. Учет внутримесячного хода температуры проводов воздушных линий и электропотребления при расчете потерь электроэнергии в распределительных сетях / А.А. Герасименко, Г.С. Ти-
мофеев // Энергосистема: управление, качество, безопасность: сб. докл. всерос. науч.-практ. конф. -Екатеринбург, 2001. - С. 435-440.
5. Герасименко, А.А. Влияние загрузки распределительных сетей на погрешность расчета технических потерь электроэнергии / А.А. Герасименко, Г.С. Тимофеев, Д.А. Куценов // Достижения науки и техники развитию сибирских регионов: мат-лы всерос. науч.-метод. конф. и выставки. - Красноярск, 2003. -
С. 120-122.
6. Герасименко, А.А. Уточнение технической и коммерческой составляющих потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях / А.А. Герасименко, Д.А. Куценов, Г.С. Тимофеев // Изв. вузов. Электромеханика. - 2005. - № 5. - С. 38-43.
7. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / В.В. Ершевич [и др.]; под ред. С.С. Ро-котяна и И.М. Шапиро. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.
8. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман. - М.: Высш. шк., 1977.
- 480 с.
9. Герасименко, А.А. Методика, алгоритм и программа расчета технических потерь электроэнергии в распределительных сетях энергосистем / А.А. Герасименко, Г.С. Тимофеев // Вестн. электроэнергетики. -2001. - №4.- 74 с.
10. Герасименко, А.А. Расчет потерь электроэнергии и рабочих режимов в распределительных сетях энергосистем / А.А. Герасименко, Г.С. Тимофеев // Оптимизация режимов работы систем электроприводов: межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск, 2002. - С. 75-95.
---------♦-----------
УДК 631.371 В.А. Кожухов, А.Ф. Семенов
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛИЦЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
Показаны приходящие, расходные и знакопеременные составляющие тепловых потоков в теплице. Рассмотрены физические основы построения тепловых насосов. Предложено использование кольцевых теплонасосных систем для аккумулирования тепловой энергии в теплице. Применена программа Те^Ор-Ш'нег для анализа кольцевой теплонасосной системы.
Тепловой режим теплицы определяется как параметр микроклимата, необходимый для роста и развития растений. Рассматривая тепловой режим теплицы на данном этапе онтогенеза растений как оптимальный, можно считать температуру внутри сооружения постоянной, а тепловой баланс системы равным нулю. Такой режим поддерживается системой автоматического регулирования температуры в замкнутом пространстве сооружения теплицы. Тепловой баланс определяется взаимодействием тепловых потоков, связанных с приходом и расходом тепла. Приходящие составляющие теплового потока состоят из проникающей солнечной радиации, теплоотдачи отопительного оборудования и аккумулированной тепловой энергии. Расходные составляющие определяются теплопотерями через ограждения, вентиляцией и инфильтрацией воздуха. При наличии растений значительная доля энергии солнечной радиации расходуется на испарение влаги с листовой поверхности. Часть тепла теряется при испарении почвенной влаги. Знакопеременные составляющие тепловых потоков связаны с теплообменом почвы и теплообменом с ограждениями при конденсации и испарении влаги.
Из всех возможных источников поступления тепловой энергии в теплицу самым дешевым, практически бесплатным, является солнечная радиация. Тепловой поток солнечной энергии на земную поверхность составляет 0,25-1 кВт/м2. Перспективным источником тепловой энергии является грунт, который аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается изнутри от ядра Земли. Устройством для передачи тепловой энергии из грунта потребителю является тепловой насос. Необходимая энергия собирается теплообменником, заглубленным в землю на глубину 3-4 м, и аккумулируется в носителе, который затем насосом подается в испаритель и возвращается обратно за новой порцией тепла. В качестве такого переносчика
