CC BY
473. Справочник наилучших доступных технологий по обращению с отходами. - М.: Некоммерческое партнерство «Центр экологической сертификации - зеленые стандарты», 2011.838 с.
4. Федеральный классификационный каталог отходов. - Режим доступа: URL: http://rpn.gov.ru/node/852 (дата обращения 15. 05.2018)
5. Федеральный закон от 03.04.2018 №59-ФЗ «О внесении изменений в Жилищный Кодекс Российской Федерации» (последняя редакция) - Режим доступа: URL: http://www.consultant.ru/ document/cons_ doc_LAW_294732/(дата обращения 15. 05.2018)
6. Федеральный закон от 27.07.2010 № 210-ФЗ «Об организации предоставления государственных услуг». (последняя редакция) - Режим доступа: URL: http://www.consultant.ru/document/ cons_doc_LAW_103023/ (дата обращения 17. 05.2018)
7. Федеральный закон от 31.12.2014 № 488-ФЗ «О промышленной политике» (последняя редакция) - Режим доступа: URL: https://rg.ru/2015/01/12/promyshlennost-dok.html (дата обращения 17. 05.2018)
8. Зингер Е.Н. и др. Обращение с отходами потребления. Под редакцией Н.Ф. Абрамова. - Москва. - 2010.
Энергоснабжение, водоснабжение и теплоснабжение объектов военного назначения
УДК. 355.359:728.33
Николаев А.В., Фоминич Э.Н., Горев О. А.
Nikolayev A. V., Fominich E.N., Gorev O.A.
К вопросу о применении гибридных систем электроснабжения объектов военной
инфраструктуры
On the issue of application of hybrid power supply systems for military infrastructure facilities
Аннотация
В статье рассмотрены общие принципы построения гибридных схем автономного электроснабжения специальных объектов. Показано, что в основе создания полностью автоматизированных схем электроснабжения лежит разработка в промышленности современных электромеханических накопителей энергии мегаваттного класса и источников энергии на основе топливных элементов, электрохимических генераторов и других нетрадиционных источников энергии.
Abstract:
In the article general principles of hybrid schemes construction for autonomous power supply of special facilities are considered. It is shown that the creation of fully automated power supply schemes is based on the industrial development of modern megawatt class electromechanical energy storage devices, fuel cell energy sources, electrochemical generators and other non-traditional energy sources.
Ключевые слова: система автономного электроснабжения, объекты военной инфраструктуры, электротехническое оборудование, мероприятия по защите.
Keywords: autonomous power supply system, objects of military infrastructure, electrotechnical equipment, protection measures.
Глубокая модернизация систем автономного электроснабжения (САЭС) объектов военной инфраструктуры (ОВИ) является актуальной задачей в связи со значительным ростом энерговооруженности объектов, насыщением их высокочувствительной микроэлектроникой, а также значительными сроками эксплуатации электрооборудования и должна охватывать практически всю номенклатуру электротехнического оборудования. Это и источники электроэнергии, трансформаторы, распределительные устройства высокого и низкого напряжения, кабельные коммуникации, электрические приводы и системы их управления, средства автоматизации и релейной защиты [1,2,3].
При модернизации САЭС должно быть использовано электрооборудование, отвечающее требованиям 21 века, способное обеспечивать задачи строительства и модернизации ОВИ, по крайней мере, до середины столетия [3].
Следуя тенденциям технологического развития Российской Федерации САЭС должна быть выполнена в роботизированном и необслуживаемом вариантах исполнения, с интеллектуальным управлением от СуперЭВМ типа «Эльбрус», использованием новых методов и средств хранения, производства и потребления электроэнергии.
Независимо от принципов построения блоков электропитания конкретного оборудования, роботизированных или необслуживаемых САЭС, функционирующих на постоянном или переменном токах частоты 50 Гц, 400 Гц, 8 кГц или 16 кГц, на первом этапе важно создать роботизированный комплекс гарантированного электропитания ОВИ в целом. Такой комплекс должен быть выполнен с использованием гибридных технологий хранения и производства электроэнергии. Гибридная система электроснабжения ОВИ должна обеспечить питание ответственных потребителей без разрыва синусоиды.
Важнейшим элементом САЭС ОВИ, в том числе любого мощного комплекса гарантированного электропитания является накопитель электроэнергии мегаваттного класса.
Общим требованием к накопителю электроэнергии роботизированного комплекса гарантированного электропитания для ОВИ должно быть удержание полезной мощности (как минимум) 120 кВт - в течение одного часа и запасом энергии не менее 100 МДж, а при нагрузке 1200 кВт - в течение одной и более минут.
Любая дизельная или газотурбинная резервная электростанция мегаваттного класса для аварийной сети САЭС специальных объектов выходит на рабочий режим не менее чем за 15 секунд. Поэтому удержание 1200 кВт - в течение одной и более минут позволит произвести любые переключения питающих линий электропередач или других типов электрогенераторов без разрыва огибающих синусоид питающего напряжения САЭС ОВИ [3, 4].
Научно-технические достижения двух последних десятилетий позволили создать в США сверхнадёжные электромеханические накопители энергии на магнитных подвесках, вращающиеся в вакууме с помощью обратимых электрических машин, управляемых с помощью реверсивных полупроводниковых широтно-импульсных модуляторов преобразователей частоты мегаваттного класса. Такие преобразователи имеют КПД около 92% и наработку на отказ не менее 50000 ч. На рис. 1 показан внешний вид некоторых типов электромеханических накопители энергии.
В настоящее время накопителей электроэнергии мегаваттного класса, удовлетворяющего заданным требованиям, в Российской Федерации нет. Вместе с тем, существующий научный и технологический потенциал НПО «Центротех» (г. Новоуральск) «ГК Росатом», НИЦ «Курчатовский институт» (г. Москва), ОАО «ТРИНИТИ» (г. Троицк), ОАО «ТЭМП», ОАО «ТЕХНОКОМПЛЕКТ» (г. Дубна), ЦНИИ «ТОЧМАШ» (г. Москва) и других организаций Военно-промышленного комплекса Российской Федерации (ВПК РФ) позволяет создать электромеханический накопитель электроэнергии мегаваттного класса.
Рис.1 . Внешний вид некоторых типов электромеханических накопители энергии
Разработку электромеханического накопителя энергии мегаваттного класса следует осуществлять параллельно с созданием литий-ионных и проточных электрохимических накопителей энергии для проведения сравнительных испытаний эффективности накопления и производства электроэнергии по соответствующим программам и методикам. В качестве объекта испытания могут быть задействованы системы электроснабжения учебного полигона Военной академии материально-технического обеспечения им. А.В. Хрулева.
Главным элементом роботизированного комплекса гарантированного электропитания САЭС СО должен быть реверсивный трёхфазный преобразователь электроэнергии с синусоидальным входным током (выходным напряжением). Предлагается разработать подобный универсальный преобразователь электроэнергии на целый ряд мощностей, до мегаваттного класса [5].
Научный и технологический задел по данному направлению имеется в ОАО «ИНВЕРТОР» (г. Оренбург), ОАО «АВАНГАРД» (г. С-Петербург), ОАО «ТАЙФУН» (г. Калуга), ОАО «ТЕХНОКОМПЛЕКТ» (г. Дубна), ВЭИ им. Ленина (ныне подразделение ВНИИТФ, г. Москва), ООО «ЛМ «ИНВЕРТОР» (г. Москва), ООО «Ирбис» (Новочеркасск) и других организациях ВПК РФ [6].
Весь комплекс гарантированного электропитания (кроме маломощных однофазных блоков) может быть построен на указанных преобразователях, отличающихся лишь слаботочными системами микропроцессорного измерения, управления и регулирования.
Возможными областями применения реверсивного трёхфазного преобразователя электроэнергии с синусоидальным входным током (выходным напряжением) являются:
- буферные реверсивные электромеханические накопители энергии для электростанций, подстанций заводов, литейных цехов, автономных объектов военной и гражданской инфраструктуры;
- источники бесперебойного питания ответственных потребителей на основе литий-ионных и проточных электрохимических накопителей энергии;
- реверсивные входные, внутренние и выходные преобразователи энергии систем бесперебойного электропитания (в том числе, на постоянном токе) автономных, специальных и военных объектов, а также, мобильных комплексов и систем военного назначения;
- реверсивные трёхфазные преобразователи частоты для мощных асинхронных электрических машин и синхронных машин с постоянными магнитами;
- активные фильтры для обеспечения электромагнитной совместимости устаревших, но эксплуатируемых и модернизируемых комплексов и систем электропитания стационарных и подвижных объектов.
На рис.2 приведена принципиальная схема реверсивного трехфазного преобразователя электроэнергии с синусоидальным входным током (выходным напряжением).
Именно широчайшее применение преобразователя, делает их разработку и серийное производство стратегически важным делом Российской Федерации в русле намеченного правительством импортозамещения оборудования «Дженерал-электрик», «Сименс», «АВВ», «Митсубиши», «Шнайдер электрик» и других.
Разработку такого, стратегически важного электрооборудования, следует начинать с финансирования объёмной НИР - с целью разработки всех основных вариантов построения реверсивного трёхфазного преобразователя электроэнергии с синусоидальным входным током (выходным напряжением) и демонстрационных образцов с тщательной отработкой алгоритмов управления и регулирования.
I-----------------------------------------1----------1
ндфшер.злшрожш шест 05
Рис. 2. Принципиальная схема реверсивного трехфазного преобразователя электроэнергии с
синусоидальным входным током
Сегодня Российская Федерация может построить весь ряд мощностей преобразователей для всех областей применений полностью на российских комплектующих силовых элементах и интегральных схемах, производимых в Зеленограде и сигнальных микроконтроллерах, производимых в Воронеже.
Так, в рамках НИР могут быть разработаны экспериментальные образцы, например, четырёх реверсивных трёхфазных преобразователей мощностью 20 кВт (для демонстрации параллельной работы на 40, 60 и 80 кВт) и, имеющих:
- одинаковые силовые блоки и драйверы транзисторов ЮВТ;
30
- одинаковые индуктивно-конденсаторные узлы;
- четыре разных комплекта слаботочных систем измерения динамических параметров, защиты,
индикации, управления и регулирования.
Отработка алгоритмов управления и регулирования преобразователей может быть осуществлена в рамках НИР на системе электроснабжения учебного полигона Военной академии материально-технического обеспечения им. А.В. Хрулева в составе роботизированного комплекса гарантированного электропитания.
Одним из способов аккумулирования и генерации электроэнергии являются топливные элементы (ТЭ), электрохимические генераторы (ЭХГ) и энергоустановки на их основе. Энергоустановка на ТЭ имеет преимущества по сравнению с дизель-генераторной и газотурбинной генераторной установками, важным из которых является небольшое время выхода на режим работы и составляет 1...2 секунды и высокий КПД (более 55%). Энергоустановка на ТЭ имеет перспективы применения в качестве аварийной электросети для ответственных потребителей в роботизированной САЭС, а также может быть высокоэффективной автономной системой электроснабжения ОВИ. Внутренняя электросеть, дизель-генераторная или газотурбинная генераторная установки могут быть использованы в качестве резервного источника электроснабжения и системы питания для электролизера, вырабатывающего водород и кислород (топливо) для ЭХГ.
В настоящее время, например, используя научный и технологический задел НПО «Центротех» (г. Новоуральск) «ГК Росатом», полученный при создании 2-х типоразмеров ТЭ рабочей площадью 176 и 700 см2 и источников тока на их основе, в ближайшие 2.3 года можно создать модули электрической мощностью от 10 до 80 кВт на единых конструктивных решениях. Увеличением модульности ЭУ мощность её может быть доведена до 1 МВт, а за счет увеличения объемов хранения водорода и кислорода можно увеличить период автономности любого ОВИ. Конструктивно ТЭ позволяют выполнить любую по мощности конфигурацию кратной полезной мощности. В ФНПЦ «ННИИ РТ» (г. Н-Новгород), ООО «МЕВОДЕНА» (г. С-Петербург), ООО «Инэнерджи» (г. Москва) и других организация Российской Федерации также ведутся исследования в области создания маломощных ЭХГ для средств ближней разведки. Однако, ЭХГ, удовлетворяющих требованиям эксплуатирующих ОВИ организаций, пока нет [7] . На рис.3 показана принципиальная схема энергетической установки на основе топливных элементов.
Основными достоинствами топливных элементов являются:
- высокий КПД - более 55%;
- продукт реакции - только вода;
- отсутствие сейсмоакустического шума;
- высокий ресурс - свыше 10 000 часов;
- неограниченное количество циклов пуск/остановка;
- полностью автоматизированное управление.
Не менее важным аспектом в вопросе электропитания ОВИ является повышение эффективности характеристик тех элементов, которые используются сейчас и будут использоваться в будущем, как резервные источники электроснабжения. Например, дизель-генераторная и газотурбинная генераторная установки, КПД которых составляет не более 40.42%, остальная неиспользованная энергия выделяется в виде низкопотенциального тепла. Сейчас это получило термин - вторичный энергетический ресурс (ВЭР) [8].
Рис. 3. Принципиальная схема энергетической установки на основе
топливных элементов
В настоящее время имеются решения, позволяющие осуществить преобразование выделяющейся низкопотенциальной теплоты в дополнительное электричество и повысить общую эффективность системы не менее чем на 9.15 % (снизить расход топлива или увеличить выработку электроэнергии при тех же затратах на работу основной энергоустановки).
Используя конструкторский и технологический задел, например, НПО «Центротех» «ГК Росатом», полученный при создании винтовых компрессоров и установок на их основе, могут быть созданы преобразователи вторичной теплоты электрической мощностью от 10 до 80 кВт на единых конструктивных решениях.
Модернизацию дизель-генераторных и газотурбинных генераторных установок целесообразно реализовывать в рамках финансирования НИР - в целях оценки прироста
коэффициента полезного действия и эффективности внедрения системы утилизации теплоты, отводимого в окружающую среду двигателем внутреннего сгорания.
Выводы:
Анализ основных существующих и перспективных источников электроэнергии и мощных накопителей энергии мегаваттного класса, работающих на различных физических принципах, показал, что на основе отечественного оборудования возможно создание современных роботизированных комплексов реверсивных трехфазных систем электроснабжения ОВИ с синусоидальным входным током (выходным напряжением). Указанные комплексы найдут применение в качестве источников бесперебойного питания, реверсивных преобразователей частоты, активных, фильтров электроэнергии, преобразователей различных видов энергии и т.д.
Список литературы:
1. Фоминич Э.Н. Защита систем электроснабжения от мощных электромагнитных воздействий. // Научные проблемы специальных и фортификационных комплексов, обустройства войск, управления качеством строительных предприятий, социологии образования и гуманитарные исследования в ВУЗАХ МО, РФ, СПб, 2014 г. С. 39-47.
2. Михайлов А.К., Фоминич Э.Н. Системы электроснабжения защищенных пунктов управления, состояние и проблемы развития. // Научные проблемы специальных и фортификационных комплексов, обустройства войск, управления качеством строительных предприятий, социологии образования и гуманитарные исследования в ВУЗАХ МО, РФ, СПб, 2013 г. С. 52-59.
3. Суходолов А.П., Федоров В.Ф., Хорохонов Д.Ю. Дизельные электростанции Иркутской области и проблемы электроснабжения удаленных населенных пунктов // Известия Иркутской государственной экономической академии. 2004. Выпуск № 3.
4. Сайданов В.О., Смолинский С.Н., Росляков Е.М. Модернизация дизель-генераторных установок в составе электростанций для объектов военной инфраструктуры // Двигателестроение. - 2016. - № 1 (263). - С. 31-34.
5. Михайлов А.К., Фоминич Э.Н. Модернизация СЭС защищенных пунктов управления, состояние и проблемы развития. / Автономная энергетика-вчера, сегодня, завтра. Сборник докладов НТК, РФ, СПб, 2014 г., С.154-158.
6. Концепция использования ветровой энергетики в России / Под ред. П.П. Безруких. — М: Книга-Пента.2005. - 256 с.
7. А.И. Иниятуллин, Д.А. Киселев. Водородная система электроснабжения для полностью электрифицированных образцов ВВТ нового поколения. Научно-технический сборник, Мытищи, 2012.
8. Михайлов А.К., Сухарь Г.Н. Автономное или централизованное электроснабжение. Границы экономической эффективности. Обоснование концепции повышения эффективности
33
энергоснабжения автономных объектов путем дооснащения их интеллектуальными СГЭС на базе комбинированных энергоустановок с частотным регулированием и преобразованием электроэнергии// Сборник научных трудов ВИ (ИТ) ВА МТО 2014.
9. Лазарев А.Н., Янович К.В., Левченко Г.Н., Лесина Н.Н., Махаева Л.С. Обоснование концепции повышения эффективности энергоснабжения автономных объектов путем дооснащения их интеллектуальными СГЭС на базе комбинированных энергоустановок с частотным регулированием и преобразованием электроэнергии// Сборник научных трудов ВИ (ИТ) ВА МТО 2014.
Исследования и разработки в области эффективности, надежности и боевого использования вооружения и военной техники
УДК 355.7:623.093
Владимиров Ю.Ф. Vladimirov Y.F.
Об аналитическом восстановлении опытных характеристик устройств защиты в электроустановках 0,4. . . 10 кВ
On the analytical restoration of prototype characteristics of protection devices in the electrical installations with a rated voltage from 0,4 to 10 kV
Аннотация:
Рассматривается практическая возможность аналитического восстановления опытных характеристик устройств защиты в электроустановках 0,4...10 кВ объектов военной инфраструктуры. На примере защит типа А3700, РТ-80 показывается возможность аппроксимации типовых и опытных характеристик специально подобранной функцией. Приводятся формулы для расчета таких характеристик в условиях проектирования и эксплуатации. Abstract:
The article focuses on the practical possibility of the analytical restoration of prototype characteristics in the electrical installations with a rated voltage from 0,4 to 10 kV. The examples of protecting devices such as A3700, РТ-80 show the possibility of approximating typical and prototype characteristics by a specially selected function. Formulas for calculating such characteristics under design and operation conditions are given.
