CC BY
4
Sokolov Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, docent, sokolovss@gumrf.ru, Russia, St. Petersburg, Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping,
Knysh Tatiana Petrovna, candidate of physical and mathematical sciences, knyshtp@gumrf.ru, Russia, St. Petersburg, Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping
УДК 62-144
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-515-519
ПОДХОДЫ К СБЕРЕЖЕНИЮ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ, ПОТРЕБЛЯЕМЫХ АВТОНОМНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЗА СЧЕТ ВЫРАВНИВАНИЯ ГРАФИКОВ НАГРУЗОК ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Д.Р. Абсалямов, Р.Р. Хальметов, В.М. Моторин, В.М. Сальников, А.Ю. Петров
В настоящей статье описан опыт эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры (ОНКИ), который показал, что энергопотребление различных систем носит резкоперемен-ный характер, что приводит к увеличенному расходу топлива автономных источников электроснабжения (АИЭ), в качестве которых используются дизель-генераторные установки (ДГУ).
Ключевые слова: сбережение энергоресурсов, автономные источники электроснабжения, объекты наземной космической инфраструктуры, выравнивание графиков нагрузок.
Анализ существующих способов сбережения энергоресурсов [1] позволяет сделать вывод, что на ОНКИ целесообразно применить выравнивание графиков нагрузки технологических режимов, не изменяющих суммарную величину потребляемой мощности.
Реализация этого способа возможна за счет использования аккумулирующих свойств потребителей-регуляторов: компрессоров, насосных установок, вентиляционных установок, холодильных машин. Аккумулирующие свойства потребителей-регуляторов характеризуются временем работы тр, необходимым для создания аккумулирующего задела, и допустимой паузой в работе гП, определяемой этим заделом.
Для управления энергоресурсопотреблением при резкопеременных нагрузочных характеристиках предложен новый метод снижения удельного эффективного расхода топлива за счет выравнивания графиков нагрузок путем перераспределения энергии из областей максимальных нагрузок в области с минимальным потреблением при фиксированных и изменяемых ограничениях по выравниванию.
Неравномерность графика нагрузок может быть представлена в виде следующего коэффициента неравномерности нагрузки
= pi,i+i/pi,i+i (1\ "•1,1 + 1 'min ' max ■ W
Тогда в качестве показателя эффективности расходования энергоресурса принимаем удельный эффективный расход топлива:
Ь1/+1(а) = Вч*ац+1 , (2)
где Вч - часовой расход топлива; N - потери мощности на трение; N - индикаторная мощность двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Выражение (2) характеризует зависимость этого показателя от коэффициента неравномерности нагрузки, представленного на рис. 1.
Исследования показали, что существует недопустимое минимальное значение коэффициента а, при котором может произойти остановка ДГУ, что проиллюстрировано на рис. 1 и учтено в ограничениях (5). Этот же рисунок иллюстрирует возможность линеаризации зависимости (2) в рабочем диапазоне, соответствующем значениям коэффициента неравномерности нагрузки от 0,6 до 1.
Представление зависимости (2) линейным многочленом Тейлора:
ье (ац+1) = Ье' (а0' ) + —— (ац+1- а0' ), (3)
где: b'e (а) = d - (с "J 2 - производная от функции удельного эффективногорасхода топлива.
Пусть Aa=(aUi+i -а1^1); Аа =[ Аа1,2, Ла23,..., Аац+1,..., Аак_1к]; для Vi (i = 1 ,К) найти Aai:i+1(Pi,Pi+1) при которых
да*= arg min-i- E^fr (<+1) Даи+1 (4)
D= te = аз *0,6 = sti^i) (5)
515
' кВт'ч
650
\
\
\ =15 ООо б/м.И
а?-
1
/
/
Ье(ац+1)
0,2 0.3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Рис. 1. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от коэффициента неравномерности нагрузки и ее первая производная на рабочем участке (для дизельного двигателя ЯМЗ 7514.10)
В связи с этим в дальнейших исследованиях [2] зависимость (2) представлялась линейной частью ее разложения в ряд Тейлора (3) в точке а = 0,8. Максимальная погрешность ее представления в этом случае составляет менее 10%. Линеаризация зависимости (2) позволила для решения задачи определения оптимального значения коэффициента неравномерности нагрузки использовать метод линейного программирования. Постановка этой задачи представлена выражениями (4) и (5).
Используя метод линейного программирования, определяем оптимальные значения приращения Аа. Для определения изменений варьируемых мощностей Рг на смежных участках соответствующим этим приращениям коэффициентов неравномерности нагрузки разработан алгоритм управления графиком нагрузки, структурная схема которого представлена на рис. 2.
[ Управление графиком нагрузок I -
/ Ввод ] , Щ, Рном /
л -
у/ввод измеренных
Процедура определения подключаемых потребителей ¿\У|
Подключение требуемого количества потребител ей-регуляторо в
Процедура определения отключаемых
потребителей Д --
Отключение треЬуемого
количества потреби тел ей-регул яторо в
Конец
Рис. 2. Алгоритм управления графиком нагрузки:] - количество потребителей-регуляторов;
I - количество участков технологического графика с равномерным потреблением энергии; Щ - потребляемое количество энергии ]-м потребителем-регулятором (кВтч); - скорость расходования технологического задела (кВт/ч); VI = ртекг - ртиЧ - технологический задел (кВт); АШ = АРТ - перераспределяемое количество потребляемой энергии потребителями-регуляторами на г-м участке (кВтч); А Шр=АРтгр - количество потребляемой энергии за время работы тр необходимое для создания технологического задела потребителями-регуляторами на г-м участке (кВтч), А Ш1п=АРтгп - неиспользованное потребителями-регуляторами количество энергии на 1-м участке за время допустимой паузы в работе Тп определяемое технологическим заделом
(кВтч)
Выбор потребителей-регуляторов для выравнивания графика нагрузки АИЭ специального комплекса [3] должен обеспечивать выравнивание исходного графика нагрузки в заданных пределах.
В общем случае «идеальное» выравнивание графика нагрузки АИЭ предполагает отключение необходимого количества потребителей-регуляторов для снижения максимальной нагрузки, либо включение потребителей-регуляторов с целью повышения минимальной нагрузки, представленного на рис. 3.
* I шах
шш
То РшЫ
Т.
> Ptp
д, ч
Рис. 3. Определение мощности отключаемых (Ро) и включаемых (Рв) потребителей-регуляторов, времени отключения (т0) и включения (т^) при выравнивании графика нагрузки
При этом под «идеальным» выравниванием графика нагрузки будем понимать обеспечение значений мощности, потребляемой от АИЭ, на всех участках графика нагрузки равной среднему значению мощности Рср.
Для снижения максимальной нагрузки при «идеальном» выравнивании суммарная мощность отключаемых потребителей-регуляторов должна быть не менее разности между максимальной Рмакс мощностью и средней Рср, а суммарное время паузы потребителей-регуляторов - не менее времени длительности нагрузки, превышающей среднюю, т.е.
Рср =Ро
уп р . >р
Lt 1=11 пр i — 1 max
ym
> Tn
УГ=1и/нп г >Р0Т0
где Pnv i - номинальная мощность i -го потребителя-регулятора; т5
(6)
время паузы i -го потребителя-
= Рпр ¿т„ i - энергия, которая не будет потребляться i-м потребителем-регулятором от
пр I
регулятора; И^
автономного источника; N - количество отключаемых потребителей-регуляторов.
Для повышения минимальной нагрузки при «идеальном» выравнивании суммарная мощность включаемых потребителей-регуляторов должна быть не менее разности между минимальной Рт;п мощностью и средней Рср, а суммарное время работы потребителей-регуляторов - не менее длительности нагрузки, значение которой меньше средней, т.е.
У™
р
11 np j
>Р
У™
1 min >ТВ
= 1 ^n j —^в^в
ср
1ТР j
= Рв
(7)
где Рпр ] - номинальная мощность у -го потребителя-регулятора; тр ^ - время включения у -го потребителя-регулятора; Шп ] =Рпр ] тр ] - энергия, потребляемая у -м потребителем-регулятором от АИЭ; М - количество включаемых потребителей-регуляторов.
Таким образом, анализ аккумулирующих свойств основных типовых технических систем ОНКИ показал, что потребители электроэнергии практически всех рассмотренных систем могут использоваться в качестве потребителей-регуляторов при выравнивании графиков нагрузок АИЭ.
Основными потребителями-регуляторами технических систем являются насосные агрегаты, компрессоры, вентиляционные установки, холодильные машины. Длительности рабочих циклов данных потребителей-регуляторов зависят от допустимой частоты их включения, а также от аккумулирующих свойств соответствующих технических систем.
В качестве потребителей-регуляторов могут также использоваться предназначенные для длительного режима работы электронагреватели и осветительные установки вспомогательных помещений и сооружений [4]. Данные потребители-регуляторы должны отключаться для снижения максимума нагрузки автономных источников.
Электрические котлы должны применяться для снижения максимума нагрузки автономных источников только в самых исключительных случаях. Выбору потребителей-регуляторов для конкретных технических систем должно предшествовать определение границ выравнивание графиков нагрузок автономных источников.
Предложенный подход позволяет обосновать возможность использования аккумулирующих свойств потребителей-регуляторов с целью энергосбережения и разработать ресурсосберегающие графики энергопотребления, обеспечивающие выработку требуемого количества энергии при снижении расхода первичного топлива до 20%.
Список литературы
1. Абсалямов Д.Р., Мосягин Р.А., Моторин В.М., Сальников В.М. Энерго-ресурообеспечение эксплуатации наземной космической инфраструктуры космодромов // Сборник статей XXIV межвузовской научно-практической конференции «Современные направления развития технологии, организации и экономики строительства» ВИ(ИТ) ВА МТО. 2021. Специальный выпуск 3 (15). С.17-24.
2. Абсалямов Д.Р., Хальметов Р.Р., Сурмилин А.Д., Тупицин Ю.Е. Повышение энергоэффективности системы электроснабжения наземных комплексов космического назначения путем применения дизель-генераторных установок с переменной частотой вращения // Сборник статей межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных и технических наук». Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. 2021. С. 246-254.
3. Васиков Д.А., Абсалямов Д.Р., Тюкавин К.В. Повышение качества выдаваемой электроэнергии в системе внешнего электропитания вооружения ЗРС / Вопросы радиоэлектроники: сборник научных трудов. ЦНИИ Электроника. М., 2014. Выпуск №3. С. 114-120.
4. Абсалямов Д.Р., Хальметов Р.Р., Петров А.Ю. Обоснование использования возобновляемых видов энергии при эксплуатации автономных систем электроснабжения для электроприемников разных категорий производственных объектов // Сборник статей межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных и технических наук» ВИ(ИТ) ВА МТО. 2022. Специальный выпуск 1S(20). С. 46-57.
Абсалямов Дамир Расимович, д-р техн. наук, доцент, начальник кафедры, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского,
Хальметов Рамиль Ряшидович, преподаватель кафедры, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского,
Моторин Виктор Михайлович, канд. техн. наук, доцент, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского,
Сальников Вадим Михайлович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского,
Петров Алексей Юрьевич, начальник отдела, a. y.petrov@adm. gazprom. ru, Россия, Санкт-Петербург, ПАО «Газпром»
APPROACHES TO SAVING ENERGY RESOURCES CONSUMED BY AUTONOMOUS POWER SUPPLY SOURCES FOR GROUND-BASED SPACE INFRASTR UCTURE FACILITIES BY EQUALIZING LOAD SCHEDULES BY CHANGING CONSUMER OPERATING MODES
D.R. Absalyamov, R.R. Halmetov, V.M. Motorin, V.M. Salnikov, A.Y. Petrov
This article describes the experience of operating ground-based space infrastructure facilities, which has shown that the energy consumption of various systems is of a sharply variable nature, which leads to increased fuel consumption of autonomous power supply sources, as which diesel generator sets are used.
Key words: energy conservation, autonomous power supply sources, objects of ground space infrastructure, alignment of load schedules.
Absalyamov Damir Rasimovich, doctor of technical sciences, docent, head of the department, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Halmetov Ramil Rashidovich, lecturer of the department, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Motorin Viktor Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Salnikov Vadim Mikhailovich, candidate of technical sciences, senior researcher, docent, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Mosyagin Roman Alexandrovich, candidate of political sciences, docent, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Petrov Alexey Yurievich, head of the department, a.y.petrov@adm.gazprom.ru, Russia, St. Petersburg, PJSC «Gazprom»
