Научная статья на тему 'Перспективы обеспечения автомобильных дорог альтернативными источниками электрической энергии и тепла'

Перспективы обеспечения автомобильных дорог альтернативными источниками электрической энергии и тепла Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

CC BY
33
4
Поделиться
Журнал
Проблемы науки
Область наук
Ключевые слова
ЭНЕРГИЯ / ИСТОЧНИК / АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ / ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЙ / ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ / ТЕПЛОВАЯ

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — Васильев Ярослав Владимирович, Голов Егор Викторович, Доброборский Борис Самуилович, Медрес Екатерина Евгеньевна

В статье рассматривается проблема применения различных видов альтернативных источников электрической энергии и тепла на автомобильных дорогах Российской Федерации, приведены результаты сравнительного анализа и методология оценки оптимальных параметров автономного энергетического комплекса на основе альтернативных источников энергии.

Похожие темы научных работ по энергетике , автор научной работы — Васильев Ярослав Владимирович, Голов Егор Викторович, Доброборский Борис Самуилович, Медрес Екатерина Евгеньевна,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Перспективы обеспечения автомобильных дорог альтернативными источниками электрической энергии и тепла»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ПЕРСПЕКТИВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛА Васильев Я.В.1, Голов Е.В.2, Доброборский Б.С.3, Медрес Е.Е.4

'Васильев Ярослав Владимирович — кандидат технических наук, доцент, главный специалист,

ООО «СПбГАСУ-Дорсервис»;

2Голов Егор Викторович — магистрант, кафедра наземных транспортно-технологических машин, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет;

3Доброборский Борис Самуилович - кандидат технических наук, доцент, научный сотрудник;

Медрес Екатерина Евгеньевна — кандидат экономических наук, доцент, генеральный директор,

ООО «СПбГАСУ-Дорсервис», г. Санкт-Петербург

Аннотация: в статье рассматривается проблема применения различных видов альтернативных источников электрической энергии и тепла на автомобильных дорогах Российской Федерации, приведены результаты сравнительного анализа и методология оценки оптимальных параметров автономного энергетического комплекса на основе альтернативных источников энергии.

Ключевые слова: энергия, источник, альтернативный, возобновляемый, электрическая, тепловая.

В последние десятилетия в мировой индустрии происходит значительное развитие альтернативной энергетики [1, 2]. На рисунке 1 представлена диаграмма увеличения объема установленной мощности солнечной генерации (с сai^таllttp://nau^covedenie.ru/PDF/10EV]SÍ415.pdf).

20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Рис. 1. Объем установленной мощности солнечной генерации, МВт

В связи с этим одной из актуальных задач строительства и эксплуатации автомобильных дорог является снижение энергопотребления дорог при их эксплуатации, а также повышение энергонезависимости интеллектуальных транспортных систем, создание условий для использования систем автономного обеспечения объектов энергопотребления дорожной инфраструктуры.

Спецификой энергоснабжения автомобильных дорог является то, что они могут находиться как вблизи от традиционных источников энергии, так и в районах, находящихся в сотнях километров от них. Поэтому использование традиционных источников энергии в целом ряде случаев экономически не оправдано и весьма целесообразна их замена на альтернативные возобновляемые источники энергии.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В соответствии с требованиями по потребляемой мощности альтернативные источники энергии могут быть использованы в следующих случаях:

1 1 1 II

- до 100 Вт - автономные системы освещения (пешеходные переходы, железнодорожные переезды, опасные участки и т.п.);

- до 100 кВт - автономное питание систем управления движением, систем связи, телеавтоматики, малых и средних инженерных сооружений и др. объектов (мосты, туннели, скотопрогоны и т.п.);

- до 300 кВт - интеллектуальные системы электро- и теплоснабжения малых потребителей (рабочие поселки, временные производственные объекты при строительстве);

- до 1 МВт - интеллектуальные системы электро- и теплоснабжения крупных потребителей (временные заводы, рабочие поселки с производственными объектами и т.п.).

При решении вопросов выбора эффективных мер по обеспечению автомобильных дорог возобновляемыми источниками энергии необходимо учитывать:

1) Климатические условия (скорость ветра (м/с), инсоляция л кВт/м), наличие естественных и искусственных водотоков, наличие геотермальных источников и т.д.);

2) Технико-экономические (цена оборудования, стоимость транспортировки и монтажа оборудования, срок эксплуатации оборудования, плата за загрязнение окружающей среды, состояние энергогенерирующего оборудования, КПД, тарифы на электроэнергию по традиционным источникам энергии и т.д.);

3) Экологические (воздействие на животных и птиц от вращающихся лопастей ветроустановки, воздействие на морских животных от электромагнитных полей, размер вредных выбросов и парникового эффекта и т.д.);

4) Географические (удаленность от централизованной системы энергоснабжения, удаленность от поставщиков органического топлива, минимальное расстояние от установки до населенных пунктов и т.д.).

При обеспечении автомобильных дорог возобновляемыми источниками энергии и повышения технико-экономических характеристик устройства, размещения и эксплуатации продуктов, использующих возобновляемые источники энергии, рекомендуется руководствоваться следующими принципами:

- по ветровой энергии: предпочтительно располагать ветротурбины преимущественно в прибрежных и горных районах с адекватной скоростью, плотностью и постоянством ветра, интегрируя их в ветропарки при единичной мощности турбины не менее 2-5 КВт. В рамках проекта необходимо обеспечить минимизацию шума от работы ветроэнергостанций.

Следует отдавать предпочтение ветроэнергоустановкам, способным эффективно работать при самом слабом ветре. Шаг лопасти винта таких установок должен автоматически регулироваться таким образом, чтобы постоянно обеспечивалось максимально возможное использование энергии ветра, а при слишком большой скорости ветра лопасть должна иметь возможность автоматически переводится во флюгерное положение, для исключения аварий. В сложных климатических условиях должна быть предусмотрена защита лопастей и оборудования от обледенения.

- по энергии солнца: применять оптимальные конструкций гелиоприемников, следующих за максимумом светового потока с совершенствованием их преобразующих покрытий, в т. ч. на базе нанотехнологий; также интегрировать такие приемники в гелиопарки; наладить использование стандартных солнечных панелей; не располагать гелиоприемники башенного типа в сейсмоактивных районах;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- по мини-гидроэлектростанциям: применять варианты мини- гидроэлектростанций бездамбового типа; в т. ч., в форме «гирляндных»или погруженных генераторов тока;

- по геотермальной энергии: для автомобильных дорог, проходящих в районах наличия раскаленных массивов, предусмотреть использование глубинных, в т.ч. петротермальных источников и тепловых насосов для выработки как тепла, так и электроэнергии;

- по энергии океана: наряду с приливными гидроэлектростанциям использовать волновые и погруженные гидротурбины и водные тепловые насосы для комплексного использования приливов, волн, течений и теплового градиента океана;

- по биомассе: в ее ресурсной базе ориентироваться, прежде всего, на отходы сельского и лесного хозяйства и переработку муниципального мусора, улучшающую экологию городов.

Учитывая огромную территорию России и ее разные климатические зоны, можно с уверенностью утверждать, что в той или иной степени для обеспечения автомобильных дорог электроэнергией будут использованы все возможные виды источников.

Методология оценки оптимальных параметров автономного энергетического комплекса на основе возобновляемых источников энергии для различных климатических условий представлена на рисунке 2.

Энергетические комплексы, используемые при полном обеспечении возобновляемыми источниками энергии, должны оснащаться интеллектуальной системой управления для выполнения следующих задач:

- в реальном времени максимизировать выработку энергии ВИЭ и экономию топлива при использовании дизельных электростанций при покрытии требуемой нагрузки.

Энергетические комплексы, используемые при полном обеспечении возобновляемыми источниками энергии, должны оснащаться интеллектуальной системой управления для выполнения следующих задач:

- в реальном времени максимизировать выработку энергии ВИЭ и экономию топлива при использовании дизельных электростанций при покрытии требуемой нагрузки.

Рис. 2. Методология оценки оптимальных параметров автономного энергетического комплекса на основе возобновляемых источников энергии

- с помощью аппаратно-программного обеспечения осуществлять дистанционный мониторинг параметров и режимов работы ЭК ВИЭ, в том числе в случае аварийных ситуаций.

- следить за состоянием оборудования, анализировать статистику режимов работы ЭК ВИЭ и обеспечивать прогнозирование ветрового, инсоляционного и/или гидрологического режима для планирования графика работы, технического обслуживания, оценки рисков и предупреждения аварийных ситуаций.

- энергетические комплексы возобновляемых источников энергии, управляемые интеллектуальными системами управления, должны быть адаптируемыми и поставлять энергию круглосуточно, в том числе при выходе из строя части генерирующего оборудования (например, при отказе дизельной электростанции).

Критериями оптимизации при создании автономного энергетического комплекса на основе возобновляемых источников энергии должны быть приняты:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- минимум удельной стоимости электроэнергии;

- минимум вредных выбросов в атмосферу в эквивалентном значении (при сопоставлении с обеспечением на базе дизельных электростанций);

- максимум времени автономности (время автономной работы без технического обслуживания);

- максимум полезной выработки возобновляемой энергии.

Решение многокритериальной задачи оптимизации должно осуществляться методом ранжирования и переводом критериев к одному главному параметру сравнения - эквивалентной стоимости электроэнергии.

Таким образом, учитывая постоянное снижение стоимости энергетических комплексов, использующих возобновляемые источники энергии, их применение для нужд автомобильных дорог весьма перспективно.

Список литературы

1. Рац Г.И., Мординова М.А. Развитие альтернативных источников энергии в решении глобальных энергетических проблем. Известия Иркутской государственной экономической академии. Выпуск № 2 (82), 2012. С. 132-135.

2. Павлова А.И. Использование альтернативных источников энергии для освещения опасных участков автомобильных дорог // Молодой ученый, 2015. № 20. С. 58-61.

О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОГО ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКОГО СПОСОБА РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ

Гордеев Ю.Н.

Гордеев Юрий Николаевич - кандидат технических наук, пенсионер, г. Кишинев, Республика Молдова

Аннотация: предложен принципиально новый электрокинетический механизм смещения фазового равновесия в системе жидкость - пар, который объясняет наблюдаемое в экспериментах снижение разделяющей способности массообменного участка при ректификации этилового спирта в электрических полях высокой напряженности. Смешение фазового равновесия связано со статистической вероятностью образования димеров дипольных молекул в паровой фазе и может быть использовано для разделения практически любых изотопов и изомеров на стадии их предварительного обогащения.

При изучении ректификации этилового спирта в электрическом поле высокой напряженности на небольших по высоте участках до 20 см было получено, что высота теоретической ступени разделения в массообменном участке с электрогидродинамическим распылением жидкости имеет величину порядка 2 см.

В докладе [1] приведены результаты очистки этилового спирта в массообменном участке высотой 1 метр, который обеспечивал крепость получаемого спирта, в широком диапазоне флегмовых чисел, более 92% об. При этом предполагалось, что участок метровой высоты имени порядка 70 теоретических ступеней разделения. Тогда не задавались вопросом, так ли это на самом деле. Действительно ли участок имеет 70 ступеней. Поскольку в основном решался вопрос о возможности очистки от взвешенных частиц микронного размера. Однако при дальнейших экспериментах на участке 3-метровой высоты оказалось, что при содержании спирта в кубе 50%, крепость получаемого в голове колоны спирта в режиме с полным возвратом флегмы не превышает 94,5% объемных, что соответствует примерно 85% мольным. В таблице № 1 приведена диаграмма равновесия этиловый спирт - вода, разбитая на ступени разделения. Диапазон концентрации 50-95% об. соответствует примерно 8-10 теоретическим ступеням. При загрузке в куб спирта крепостью 95% в верхней части получался не более 96%. До предельной азеотропной концентрации оставалось еще 1,4%. Естественно было предположить, что такая низкая эффективность связана с конструктивными неполадками, нарушением центровки электродов или не равномерным распылом жидкости. Однако визуальные наблюдения свидетельствовали, что никаких сбоев в работе участка не происходит. Наблюдается равномерный и устойчивый распыл жидкости. Как минимум 20 - 30 см нижней части участка просматривается и картина распыла нормальная. Из таблицы № 1 видно, что на одну теоретическую ступень разделения вблизи концентрации 85% мол. приходится примерно 0,7- 0,5%. Получается, что 3-метровый участок имеет всего 1-2 ступени, это означает что разделение практически отсутствует. При нормальной гидродинамической обстановке,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.