CC BY
5раствора. При повышении температуры изменяется пространственное строение структурообразователя, возможна его частичная деструкция.
Увеличение температуры термического воздействия до 180°С приводит к снижению антифильтрационных свойств. Происходит дальнейшее увеличение пластической вязкости и динамического напряжения сдвига. Это свидетельствует о необходимости корректировки реологических параметров с помощью реагентов-разжижите-лей.
При охлаждении раствора до комнатной температуры параметры восстанавливаются, т.е. необратимых химических и физических процессов при нагревании раствора не происходит.
Анализируя полученные результаты опытов, можно сделать вывод, что температурное воздействие не
оказывает значительного влияния на ингибирующую способность, что определяет устойчивость соединений сложных эфиров хлопкового гудрона, обусловливающих гид-ратирующую и диспергирующую способность буровых растворов.
Литература
1. Айдарбаев А.С. Проблемы повышения нефтедобычи // Нефть и газ. - 2014. - №2. - С. 36-40.
2. Bell. J.S. Modern drilling // Oil and Gas. - 2003. - № 24. - P. 52-55.
3. А.И. Булатов, П.П. Макаренко. Теория и практика заканчивания скважин: В 5 т. - М.: ОАО "Издательство "Недра", 1997. - Т.1. - 546 c.
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ И УСТАНОВОК ВЕНТИЛЯЦИИ КАРЬЕРОВ СТАРООСКОЛЬСКО-ГУБКИНСКОГО ГОРНО-ДОБЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА (СГ ГДК) КУРСКОЙ МАГНИТНОЙ
АНОМАЛИИ (КМА)
Жирное Д. А.
аспирант, Белгородский Национальный Исследовательский Университет (НИУ «БелГУ») г. Белгород)
Крамчанинов Н. Н.
кандидат географ. наук, доцент, Белгородский Национальный Исследовательский Университет (НИУ
«БелГУ») г. Белгород
RATIONALE FOR THE USE OF SOLAR ENERGY SYSTEM DESIGN AND INSTALLATION OF VENTILATION PITS STAROOSKOLSKAYA GUBKINSKOYE-MINING COMPLEX (SG GDK) KURSK MAGNETIC ANOMALY (KMA) Zhirnov D.A., graduate, Belgorod National Research University (NIU "BSU") Belgorod)
Kramchaninov N.N., PhD geographer. Sciences, Associate Professor, Belgorod National Research University (NIU "BSU") Belgorod
АННОТАЦИЯ
Выполнен расчет параметров инсоляции и определена возможность использования в качестве возобновляемого источника энергии - солнечной энергии на территории Белгородской области. Произведена оценка эффективности использования средств вентиляции карьеров на основе солнечной энергии в регионе Курской магнитной аномалии (КМА). Определена перспектива использования солнечной энергии при проектировании систем и установок вентиляции карьеров СГ ГДК КМА. ABSTRACT
The calculation of the parameters of insolation and defined as the use of renewable energy sources - solar energy in the Belgorod region. An assessment of the effectiveness of the use of funds ventilation pits based on solar energy in the region of the Kursk Magnetic Anomaly (KMA). Determine the prospects of solar energy system design and installation of ventilation pits SG GDK KMA.
Ключевые слова: инсоляция, вентиляция карьеров, возобновляемые источники энергии, солнечная энергия, атмосфера, оптическая система, перераспределение солнечного потока.
Keywords: insolation, ventilation pits, renewable energy, solar energy, the atmosphere, the optical system, the redistribution of solar flux.
Социально-экономические условия постиндустриального периода развития общества и демографический взрыв привели к тому, что мировое потребление энергии резко возросло и продолжает расти. Существующие остро стоящие экологические проблемы невозможно решить без дополнительных энергоресурсов. Экологические проблемы со стороны Старооскольско-Губкинского горнодобывающего комплекса, так же сложно решить в условиях
энергодефицита. Известны прогнозы «МРСК ЦЕНТРА» о необходимости увеличения числа электростанций на территории Белгородской области втрое, что в свою очередь приведет к большим финансовым затратам и увеличению стоимости кВт/час.
За последние 10 лет рост потребления электроэнергии привел к необходимости использования дополнительных энергоресурсов, недостаток компенсируется
за счет привлечения электроэнергии из Курской и Воронежской областей. В этих условиях развитие энергетики в долгосрочной перспективе немыслимо без освоения возобновляемых источников энергии (ВИЭ). В области сделаны первые шаги в освоении ВИЭ, построены первые ветровые энергоблоки, но из-за особенностей региона их производительность не обладает высоким потенциалом.
В ряде развитых стран мира возобновляемые источники энергии уже заняли заметное положение в структуре энергетического баланса. Так в Германии существует программа расширения использования ВИЭ с 10% существующих показателей использования до 20% в ближайшей перспективе. ВИЭ эксплуатируются в незначительном, далеко не соответствующем своему потенциальному богатству масштабе. Например, ресурсы геотермальной энергии так велики, что переход человечества на их потребление повлек бы уменьшение температуры земных недр на 0,5 °С через 41 млн. лет. Однако по состоянию на 2012 г. в мире вся генерирующая электроэнергию мощность ГеоТЭС составила 2 - 8,25 ГВт при объёме выработки этой энергии 0,3% от мирового. Прочие возобновляемые источники энергии покрывали в мировом масштабе незначительные доли. Однако стоить отметить, что в использовании ВИЭ превалирует гелиоэнергия [1].
Для решения экологической проблемы Старо-оскольско-Губкинского горнодобывающего комплекса, возникающая и продолжающая расти в связи с непрерывным ростом объемов добычи железной руды, увеличению масштабов энергопотребления, а также размеров карьеров, особенно их глубины, что в свою очередь приводит к изоляции микроклимата карьера от атмосферы, требуется комплексный подход и разработка инновационной концепции с использованием ВИЭ.
На данный момент состояние микроклимата карьеров СГ ГДК КМА не соответствует общепринятым нормам ПДК на содержание вредных веществ в воздухе. В бли-
Сводная таблица климатических
жайшей перспективе рассматривается возможность установки систем вентиляции с подключением к сети энергоснабжения карьера. Данный вид установок будет не рентабелен ввиду нехватки электроэнергии на обслуживание самого карьера, что приведет к росту себестоимости добычи руды.
Проветривание глубоких карьеров добычи минеральных полезных ископаемых (МПИ) является высоко актуальной задачей однозначного решения, которой не существует. Современные высокоэффективные технические средства при эксплуатации, которых возникают дополнительные энергозатраты, увеличивают себестоимость добычи МПИ. Наше исследование направлено на поиск инновационного решения выше обозначенной задачи. С этой целью необходимо рассмотреть возможность применения ВИЭ в качестве альтернативного источника энергии для создания систем проветривания карьеров. С учетом климатического фактора и особенностей природной среды Белгородского региона в целом и СГ ГДК в частности, произведен выбор в пользу использования солнечной энергии в качестве альтернативной и вспомогательной для привода систем проветривания карьеров и создания на основе нашей концепции оборудования и устройств.
Среди всех видов нетрадиционных возобновляемых источников энергии наиболее крупным потенциалом обладает солнечная энергия, тепловой поток которой на верхней границе с атмосферой достигает 5,7 х 1024, а на поверхности Земли - 1,5 х1024Дж в год. Это колоссальная энергия, соответственно, в 20. 5 тысяч раз превышающая энергию, которую могут дать все виды не возобновляемых топливно-энергетических ресурсов мира [2]. Согласно климатическим данным на территории Белгородской области наиболее применимыми являются возобновляемые источники энергии, основанные на использовании солнечной энергии табл.1.
Таблица 1
анных по Белгородской области
Tmax, С0 Tmin, С0 VBeTpa, м/с Колличество осадков, мм/год N, колличество световых дней
27 19 4-5 213 264
В результате произведенных наблюдений было от начала марта до первых чисел декабря, что говорит о определено, что наибольшей интенсивностью излучения целесообразности рассмотрениясолнечной энергии в ка-солнце, на территории Белгородской области, обладает честве ВИЭ график 1.
30 25
20
о
eö СР
£ СР <и
с S <и Н
15
10
-10
-15
■температура воздуха днем
температура воздуха ночью
График 1 Среднемесячные показатели температуры по Белгородской области за период 2003- 2013 год
Освоение солнечной энергии для производства электроэнергии и тепла в настоящее время осуществляется по следующим направлениям:
- разработка и строительство систем солнечного горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха;
- разработка и создание фотоэлектрических установок для энергоснабжения автономных потребителей;
- создание и ввод в эксплуатацию солнечных электростанций с паротурбинным циклом. Исследование позволит получить данные для обработки возможного использования в качестве ВИЭ солнечной энергии. Использование солнечной энергии имеет свои ограничения так как данный вид энергии подходит лишь для областей со среднегодовым показателем инсоляции не менее 0.6 МВт/м2.
Проведем расчеты показателей прихода солнечной радиации на территорию Белгородской области.
Рассчитаем значение лучистой энергии, поступающей от Солнца к Земле. Для начала рассчитаем показатель полной лучистой солнечной энергии приходящей за пределы атмосферы в год [3].
При этом следует рассмотреть солнце в качестве «абсолютно черного тела». Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой [4].
Важность абсолютно чёрного тела в вопросе о спектре теплового излучения любых (серых и цветных) тел вообще, кроме того, что оно представляет собой наиболее нетривиальный случай, состоит ещё и в том, что вопрос о спектре равновесного теплового излучения тел любого цвета и коэффициента отражения сводится методами классической термодинамики к вопросу об излучении абсолютно чёрного тела (и исторически это было уже сделано к концу XIX века, когда проблема излучения абсолютно чёрного тела вышла на первый план).
Общая мощность светового потока, приходящая за пределы атмосферы Земли равна:
W=Nxt,где (1)
N мощность светового потока 1.7 х 1017 Вт; ^ 264x24x3600 промежуток времени в течении года
W= 1.7х 1017х264х24х3600=3.8х1024Дж=1.05х1018 кВт хч
Среднее годовое количество солнечной радиации, поступающей на поверхность Белгородской области. Рассчитывается как отношение лучистой энергии, без отражения проходящей через атмосферу земли, к определенной территории с умножением на переводной коэффициент для Белгородской области равный 0.47.
... 0.47 W
Муд=——, где (2)
А3
W- Показатель полной лучистой солнечной энергии приходящей за пределы атмосферы в год; А3- площадь территории на которую приходит солнечная радиация (площадь Белгородской области 27 100 км2).
0.47 W 0.47Х*1.05Х1017 _______
Wуд=-=--—= 1.08х103х
А3 2.7Х10
0.6=1.08х103Втхч/м2= 1080 Втхч/м2
С помощью полученных данных можно определить показатель неотраженной энергии (Ек)
Ек = RxE,где (3)
Е - среднемесячное дневное количество суммарного солнечного излучения, поступающего на горизонтальную поверхность, МДж/(м2хдень);
Отношение среднемесячного дневного количества солнечной радиации, поступающего на наклонную и горизонтальную поверхности.
Данный вид расчета проводится для наклонной поверхности с южной ориентацией, так как южный склон обладает наибольшим показателем солнечной активности.
E=( 1
(1-¥)"-+
1+cosB Е
X + p
Е
1+cos B
где,
(4)
Е / 11 2 Е 1 2
Ед - среднемесячное дневное количество диффузной (рассеянной) солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность, МДж/(м2хдень); Rn - коэффициент пересчета прямого излучения с горизонтальной на наклонную поверхность; B - угол наклона КСЭ к горизонту, град; p - коэффициент отражения для подстилающей поверхности Земли; обычно летом р = 0,2, зимой при наличии снежного покрова р = 0,7 [5].
Первый, второй и третий члены этого уравнения представляют собой соответственно прямое излучение, диффузное излучение небосвода и излучение, отраженного от земли на поверхность коллектора.
Данные расчета сведены в таблицу 2.
Дневная сумма солнечной радиации, кВт*ч/м2
123456789 10 11 12 Календарный месяц года
График 2 Поступление солнечной энергии на территорию Белгородской области по состоянию на 2013 год
Таблица 2
Поступление солнечной энергии на территорию Белгородской области
Месяц 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Дневное поступле- 7,56 10,1 12,3 17,37 21,6 25,2 24,3 21,73 17,4 11,6 7,1 5,8
ние неотраженной
энергии Ек Втхч/м2
Дневное поступле- 3,91 5,36 6,3 7,78 6,91 7,78 7,56 6,48 5,6 4,86 3,3 3,1
ние рассеянной Ер, Втхч/м2
Дневная сумма сол- 20.6 53.0 108 127.6 166 163 167.7 145 104.6 60.7 34.8 22
нечной радиации на
наклонную поверх-
ность с южной ори-
ентацией, Втхч/м2
Как видно из таблицы 2 для Белгородской области возможно использование солнечной энергии в качестве ВИЭ, так как рассчитанные параметры превышают минимальные допустимые показатели.
Солнечная активность на Белгородской области имеет периодический характер так наибольшая плотность потока солнечного излучения приходится на середину июля и составляет всего около 1.8 кВт/м2 (график 2), что показывает необходимость размещения на территории карьера системы концентраторов.
Преимуществом использования концентраторов состоит в том, что они позволяют значительно улучшить удельные энергомассовые и стоимостные показатели систем преобразования энергии, снизить расход дефицитных материалов при их создании, увеличить ресурс работы, облегчить восстановление в процессе эксплуатации. Эти обстоятельства в совокупности и определяют перспективность и целесообразность применения систем концентрации солнечного излучения.
В общем случае система концентрации может быть определена как специальная оптическая система, предназначенная для улавливания и перераспределения потока солнечного излучения с целью повышения его плотности до уровня, необходимого для дальнейшего эффективного использования.
Технически концентрацию можно осуществлять с помощью различных оптических элементов — зеркал, линз, световодов. Свойства систем концентрации солнечного излучения описывают геометрическими и оптическими характеристиками их отражающих поверхностей, а также массогабаритными, стоимостными и другими показателями.
Полученные данные показывают, что размещение установок ВИЭ на основе использования солнечной энергии в Белгородской области является возможным. Показатель минимального прихода солнечной радиации на поверхность территории выше минимального значения нормы для использования. Так же в резуль-
тате проведенных расчетов были подтверждены данные инсоляции для Белгородской области в год составляет (1.08 Мвт).
Верификация результатов расчетов соответствует данным «МРСК ЦЕНТРА» Белгород. Все это позволяет утверждать, что создание систем установок для вентиляции карьеров СГ ГДК КМА с применением солнечной энергии в качестве ВИЭ позволит решить задачи по:
- созданию безопасных условий для производственной деятельности;
- созданию систем и установок для вентиляции карьеров без привлечения дополнительных затрат энергии;
- снизить себестоимость добываемых железистых кварцитов за счет увеличения производительности труда при их добычи.
Список литературы
1. Стребков Д.С. О развитии солнечной энергетики в России// Теплоэнергетика. 1994. № 2. С 53 - 60
2. Закон о новом регулировании законодательства о возобновляемых источниках энергии в системе энергоснабжения Германии: гос. закон от 21 июля 2004г. №67 // - Ст. 1. - стр. 2.
3. Денк С.О. Энергетические источники и ресурсы близкого будущего- Пермь: Издательский дом «Пресстайм», 2007. 234- 262- 324 с.
4. Денк С.О. Возобновляемые источники энергии. На берегу энергетического океана / С.О. Денк. -Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. 185217 - 288 с.
5. Расчёты баллистические. Искусственные спутники земли. Методика расчета индексов солнечной активности; Гост. 25645.302 —83 Введ. 01.01.77 до 01.07.03.- М., 1983.-2-3 стр..
6. Алоян А.Е., Бакланов А.А., Битколов Н.З. Нормализация атмосферы глубоких карьеров. Л., Наука,12- 85 296 с., 1986.
