Научная статья на тему 'Выбор рациональных режимов ДЭС, работающих с учетом ограничений по экологическим евростандартам'

Выбор рациональных режимов ДЭС, работающих с учетом ограничений по экологическим евростандартам Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
105
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОТОПЛИВО / БИОДОБАВКИ / ДИЗЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (ДЭС) / МАЛАЯ РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА (МРЭ) / BIOFUEL / DIESEL POWER PLANTS / SMALL DISTRIBUTED ENERGY SYSTEM / BIO ADDITIVES

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Кольниченко Г. И., Сиротов А. В., Тарлаков Я. В.

В статье на основе анализа нынешнего этапа развития Единой электроэнергетической системы России рассмотрены причины, стимулирующие отказ все большего числа потребителей электроэнергии от централизованного электроснабжения и переход к автономному электроснабжению. В связи с этим в рамках развития малой распределенной энергетики изложен способ определения рациональных режимов дизельных электростанций с учетом экологических ограничений

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Кольниченко Г. И., Сиротов А. В., Тарлаков Я. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EURO-IVOn the basis of the current state of Russian unified energy system analysis the article studies the reasons stimulating customers’ chioce of autonomous energy supply instead of centralised. Due to this fact the article states the way how to identify rational modes of diesel power plant taking into consideration ecological restrictions EURO IV within the framework of small distributed energy systems.

Текст научной работы на тему «Выбор рациональных режимов ДЭС, работающих с учетом ограничений по экологическим евростандартам»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

2. Буверт, В.В. Сухопутный транспорт леса / В.В. Бу-верт, Б.Д. Ионов, М.И. Кишинский, С.А. Сыромятников. - М.: Гослесбумиздат, 1960. - Т 1.

3. Инструкция по проектированию дорожных покрытий лесовозных и автомобильных дорог. - Л.: Гипролестранс, 1967. - 70 с.

4. Инструкция по назначению и расчету конструкций дорожных одежд нежесткого и полужесткого типов для лесовозных автомобильных дорог. - М., Химки: ЦНИИМЭ, 1972. - 70 с.

5. Ильин, Б.А. Сухопутный транспорт леса / Б.А. Ильин, И.Ф. Алышев, Б.И. Кувалдин и др. - М.: Лесная пром-сть, 1973. - 384 с.

6. Техническая информация № 1. - Л.: Гипролест-ранс, 1957.

7. Грязин, А.Д. Лесовозный транспорт: учеб. пособие / А.Д. Грязин. - Йошкар-Ола: МарПИ, 1989.

- 74 с.

8. Дыроватых, Н.В. Обоснование суммарных коэффициентов приведения воздействия на дорожную одежду современных автопоездов на вывозке древесины к расчетной нагрузке. Сухопутный транспорт леса / Н.В. Дыроватых, А.М. Меньшиков //Матер. научн.-техн. конфер. СПбГЛТА им. С.М. Кирова. - СПб: 2009. - С. 200-205.

9. Левушкин, Д.М. Ресурсное обеспечение в условиях вероятностного характера дорожного строительства лесовозных автомобильных дорог / Д.М. Левушкин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник.

- № 2. - 2012. - С. 123-126.

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ДЭС, РАБОТАЮЩИХ С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ЕВРОСТАНдАРТАМ

Г.И. КОЛЬНИЧЕНКО, проф. каф. ЭТЭ ПЛКМГУЛ, д-р техн. наук,

А.В. СИРОТОВ, проф. каф. ЭТЭ ПЛК МГУЛ, д-р техн. наук,

Я.В. ТАРЛАКОВ, ст. препод. каф. ЭТЭ ПЛК МГУЛ, канд. техн. наук

tarlakov@narod.ru

Единая энергосистема страны на протяжении многих десятилетий была основой надежности энергоснабжения. Однако ее нынешнее состояние таково, что приходится констатировать ухудшение экономических показателей, снижение эффективности функционирования и темпов развития электроэнергетики. Известно, что российские тепловые электростанции (ТЭЦ), производящие примерно 2/3 всей электроэнергии в стране, характеризуются технологической и технической отсталостью: у многих из них КПД и коэффициент использования установленной мощности значительно ниже, чем у зарубежных. Низкая эффективность, моральный и физический износ не только станционного, но и сетевого оборудования приводят к высокой стоимости электроэнергии. Реорганизация электроэнергетики за годы реформы РАО ЕЭС, к сожалению, не привели ни к остановке роста цен, ни к росту инвестиций, что, естественно, тормозит модернизацию электроэнергетики, требующую огромных финансовых затрат. Только для сетевой составляющей нужны вложения в размере не менее 5 трлн руб. на ближайшие 10-15 лет [1, 6].

По ценам на электроэнергию мы уже приблизились, а кое-где превзошли цены США и стран Западной Европы.

Высокие цены на электроэнергию снижают конкурентоспособность продукции большинства отраслей России, уменьшают поток зарубежных и отечественных инвестиций, существенно затрудняя развитие экономики всей страны.

Высокие цены на электроэнергию заставляют потребителей отказываться от централизованного энергоснабжения. Число таких потребителей растет: уже многим предприятиям выгоднее иметь свой источник электроэнергии, чем покупать ее у энергосистемы. Не случайно статистика показывает рост импорта в Российскую Федерацию дизельных генераторов. Суммарная мощность ввозимых за год мини электростанций составляет от 2,5 до 4 гигаВатт.

Таким образом, наблюдается развитие малой распределенной энергетики (МРЭ). При этом важно отметить, что переход на автономную генерацию востребован как в сегменте традиционной, так и нетрадиционной энергетики.

44

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

География развития объектов МРЭ очень широка: множество удаленных от централизованного электроснабжения поселков (и это зачастую лесные поселки) снабжаются электроэнергией от локальных дизельных источников.

Общеизвестно, что нефть на ближайшую перспективу (т.е. на ближайшие несколько десятилетий) по-прежнему остается основным источником моторного топлива. Однако обострение проблемы обеспечения населения Земли органическими энергоносителями привела к необходимости хотя бы частичной замены природных топлив (главным образом нефтяных) возобновляемыми растительными, то есть биотопливом или его добавками.

Выход на рынок биотоплива является серьезной альтернативой дорогостоящим нефтяным ресурсам. Предполагается, что к концу столетия биотопливо обеспечит уже более двух третей потребностей транспортной отрасли в жидком топливе. Значительное внимание в мире ныне уделено биотопливу, полученному из рапса. Рапс занимает прочные позиции в мировом сельском хозяйстве как одна из основных масличных культур [2].

В условиях лесного комплекса имеются широкие возможности применения биотоплива и традиционного топлива с биодобавками, так как многие энергопотребители лесных отраслей располагаются в местах, удаленных от централизованных источников электроснабжения.

В МГУЛе были проведены эксплуатационные испытания дизель-генератора и технико-экономические исследования по определению мощностных, экологических и экономических показателей дизеля, работающего на штатном стандартном топливе и биотопливе (т.е. дизельном топливе (ДТ) с добавлением рапсового масла (РМ)).

Для оценки эксплуатационных показателей дизельных электростанций (ДЭС) была разработана методика, включающая следующие основные этапы:

1. Для каждого определяемого стандартами вредного вещества проводится серия экспериментов по количественному опреде-

лению его содержания в отработанных газах при различных процентных содержаниях биодобавок и генерируемых мощностей.

2. По результатам экспериментов строятся зависимости количества вредных веществ в отработанных газах от исследуемых параметров.

3. На основе построенных функциональных зависимостей и значений ограничительных параметров стандартов для каждого используемого значения процентного содержания биодобавки определяется диапазон мощностей, генерируемых ДЭС, в котором возможна работа двигателя при данном процентном содержании.

4. Диапазон экологически безопасных режимов для работы ДЭС может определяться по максимально вредному воздействию одного из вырабатываемых вредных веществ,

Т а б л и ц а 1

Наименование видов топлива,

используемого в экспериментах

Наименование топлива % РМ % ДТ

100ДТ - 100

10РМ90ДТ 10 90

15РМ85ДТ 15 85

20РМ80ДТ 20 80

25РМ75ДТ 25 75

30РМ70ДТ 30 70

35РМ65ДТ 35 65

40РМ60ДТ 40 60

<h

.tr

V_______/

4

5

6

1

2

3

Рис. 1. Схема устройства для определения технических характеристик передвижных электростанций с приводом от двигателей внутреннего сгорания: 1 - вынесенный топливный бак , 2 - расходомер, 3 - имитатор нагрузки, 4 - блок снятия характеристик, 5 - приборы для измерения электротехнических показаний генератора, 6 - приборы

для снятия характеристик двигателя внутреннего сгорания (газоанализатор и дымомер)

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

45

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Таблица 2

Ограничения технологических режимов работы двигателя с учетом требований евростандарта IV

0 % Расход топлива на 1 кВт-ч при генерируемой мощности и ограничениях

0,600 0,800 0,600 0,400 0,343 0,333 0,340

10 % 0,630 0,800 0,613 0,520 0,386 0,378 0,380

15 % 0,650 0,890 0,667 0,600 0,486 0,489 0,480

20 % 0,700 0,920 0,733 0,680 0,629 0,600 0,600

25 % 0,840 1,000 0,867 0,800 0,714 0,644 0,660

30 % 0,900 1,500 0,933 1,000 0,857 0,756 0,800

35 % 1,100 1,700 1,000 1,120 0,943 0,844 0,860

40 % 1,300 1,900 1,533 1,200 1,057 0,933 0,920

Содержание РМ в смеси с ДТ, % xx 1 1,5 2,5 3,5 4,5 5

Генерируемая мощность, кВт-ч

♦ CO “ CH A CO2 Н сажа min

Содержание РМ в смеси, %

Рис. 2. Область ограничений технологических режимов по выбросам с учетом требований EURO IV

а также по их совместному агрегатному воздействию, на основе чего формируются ограничения для возможных технологических режимов работы ДЭС.

Программа и методика стендовых испытаний ДЭС имела целью получение следующих функциональных зависимостей:

- зависимость напряжения от процентного содержания смесевого топлива и выходной мощности;

- зависимость выброса вредных веществ (СО,СО2,СН) в отработанных газах (ОГ), а также дымности ОГ на 1 кВт-ч от процентного соотношения смесевого топлива и генерируемой мощности;

- зависимость падения мощности от процентного соотношения смесевого топлива и номинальной мощности;

- зависимость расхода топлива на 1 кВт-ч от процентного соотношения смесево-го топлива и генерируемой мощности.

Для проведения испытаний и получения перечисленных зависимостей был разработан стенд для определения технических характеристик передвижных электростанций с приводом от двигателей внутреннего сгорания (рис. 1). На данное изобретение получен патент РФ на полезную модель № 106918.

В качестве стандартного топлива для дизельной электростанции типа SKAT УГД-

46

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

4500 (P =5 кВт) использовалось чистое

дизельное топливо (ДТ) по ГОСТ 309-82 и смесевое топливо (дизельное топливо (ДТ) + рапсовое масло (РМ) в различных процентных соотношениях). Состав топлива, используемого в эксперименте, представлен в табл. 1.

На основе проведенных экспериментов были получены перечисленные выше функциональные зависимости, которые необходимы для построения области ограничений оптимальных технологических режимов ДЭС с учетом требований по экологии. Последнее напрямую связано с требованиями экологических стандартов, поскольку Россия готовится к переходу на стандарты EURO-IV и EURO-V По численным значениям экологических евростандартов для каждого вида топлива составляется таблица минимальных мощностей, при которых работа двигателя считается экологически безопасной [4], что позволяет построить область ограничений технологических режимов по выбросам отработанных газов (ОГ) с учетом требований евростандартов (рис. 2).

Полученные в ходе экспериментов данные по расходу топлива и данные рис. 2 позволяют рассчитать параметры технологических режимов, то есть определить допустимый расход топлива при определенном процентном содержании биодобавок в топливе и

определенной генерируемой мощности с учетом ограничений по евростандартов.

Результаты обработки экспериментальных данных показали, что во всем допустимом диапазоне данного двигателя лучшим по экологическим показателям является топливо с содержанием биотоплива в размере 15 %.

Библиографический список

1. Егоров, Е.Ю. Вынужденная распределенная генерация / Е.Ю. Егоров // НГ-энергия. 14 мая 2013 г. - С.10.

2. Клименко, А.В. Биомасса - важнейший источник энергии для России / А.В. Клименко, Б.Ф. Реутов // Энергетика России: проблемы и перспективы: тр. на-учн. сессии РАН - М.: Наука - 2006. - С. 336-340.

3. Тарлаков, Я.В. Эксплуатационные показатели дизельных электростанций лесного комплекса при работе на биотопливе: дисс. ... канд. техн. наук / Я.В. Тарлаков. - М.: МГУЛ, 2013.

4. Кольниченко, Г.И. Эксплуатационное исследование характеристик дизель-генератора, работающего на дизельном топливе с биодобавками/ Г.И. Кольниченко, А.В. Сиротов, Я.В. Тарлаков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 3. - 2012. - С. 58-61.

5. Кольниченко, Г.И. Биомасса и биотопливо в энергетическом обеспечении отраслей экономики страны / Г.И. Кольниченко, А.В. Сиротов, В.И. Панферов, Я.В. Тарлаков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - № 4 (73). - С. 136-140.

6. Бурков, В.Д. Сбалансированная модель глобального биогеохимического круговорота углерода / В.Д. Бурков, В.Ф. Крапивин, В.С. Шалаев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 2. - 2012. - С. 86-94.

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

УПРУГИЕ И ОСТАТОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ При Статическом ИЗГИБЕ

А.А. КОТОВ, проф. каф. искусственного лесовыращивания и механизации лесохозяйственных работ МГУЛ, д-р техн. наук

В реологии - науке о законах образования и развития во времени деформаций любых веществ - выделяют три сплошные среды, а именно: твердое тело Гука, вязкое тело Ньютона и пластическое тело Сен-Венана

[1]. Этими телами определяются три фундаментальных свойства материалов: упругость, вязкость и пластичность. Многие реальные материалы, в том числе и древесина как материал растительного происхождения обла-

kotov@mgul.ac.ru

дают способностью одновременно проявлять несколько свойств в конкретных условиях деформирования. Различия этих свойств отражаются в определенных пропорциональных соотношениях, т.е. одно свойство может преобладать над другим.

Упругость зависит от влажности, плотности, прямослойности древесины, от количества и размеров сердцевинных лучей в ней, а также от возраста дерева. Упругость растет с

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

47

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.