ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ
Not a member yet
1437 research outputs found
Sort by
Технико-экономический анализ полигенерационных турбоустановок на основе диоксида углерода
Get PDFSchemes of polygeneration plants based on carbon dioxide are presented, in which the energy source are secondary energy resources and a gas turbine plant. These polygeneration schemes make it possible to simultaneously produce electricity, heat, cold, carbon dioxide in liquid and gaseous aggregate state, as well as to dispose of part of the carbon dioxide emitted into the atmosphere, due to its absorption from combustion products and use for commercial and technological purposes. The structure of the mathematical model of the program that has been developed for the exergetic analysis of polygeneration schemes is presented. With the help of the program, an exergetic analysis of polygeneration schemes was performed, in which polygeneration turbine units with different parameters of carbon dioxide in front of the turbine, as well as single and double overheating of carbon dioxide were compared. The exergetic electrical efficiency of polygeneration plants as a whole and its individual elements were taken as the criteria to be compared. Polygeneration plants with double overheating and supercritical parameters of carbon dioxide in front of the turbine have the greatest efficiency. A method for calculating of the economic indicators of polygeneration schemes is presented, which makes it possible to take into account the influence of double overheating and carbon dioxide parameters in the cost of a polygeneration plant. The economic efficiency indicators of various versions of polygeneration schemes, such as the internal rate of return, net discounted income, static and dynamic payback periods are obtained. It has been established that all variants of polygeneration schemes have acceptable indicators of economic efficiency, the static payback period of the proposed polygeneration schemes does not exceed 5 years, while the internal rate of return does not decrease by less than 22,8%.Представлены схемы полигенерационных установок на основе диоксида углерода, в которых источником энергии служат вторичные энергетические ресурсы и газотурбинная установка. Данные схемы полигенерации позволяют одновременно производить электрическую энергию, теплоту, холод, диоксид углерода в жидком и газообразном агрегатном состоянии, а также утилизировать часть выбрасываемого в атмосферу диоксида углерода за счет абсорбции из продуктов сгорания и использования в коммерческих и технологических целях. Представлена структура математической модели разработанной программы для проведения эксергетического анализа схем полигенерации. При помощи разработанной программы произведен эксергетический анализ схем полигенерации, в котором сравнивались полигенерационные турбоустановки с различными параметрами диоксида углерода перед турбиной, а также однократным и двукратным перегревом диоксида углерода. В качестве сравниваемых критериев принимались эксергетический электрический КПД полигенерационных установок в целом и отдельных ее элементов. Наибольшей эффективностью обладают полигенерационные установки с двукратным перегревом и сверхкритическими параметрами диоксида углерода перед турбиной. Представлена методика расчета экономических показателей схем полигенерации, которая позволяет учитывать влияние двукратного перегрева и параметров диоксида углерода в стоимости полигенерационной установки. Получены показатели экономической эффективности различных вариантов схем полигенерации, такие как внутренняя норма доходности, чистый дисконтированный доход, статический и динамический сроки окупаемости. Установлено, что все варианты схем полигенерации обладают приемлемыми показателями экономической эффективности, статический срок окупаемости предложенных схем полигенерации не превышает пяти лет, а внутренняя норма доходности не снижается менее 22,8 %
К вопросу создания гибридных систем накопления электроэнергии
Get PDF. Electric energy storage systems are widely used in electric transport, power engineering and in order to provide autonomous power supply and load regulation of power systems. One of the ways to increase the technical and economic efficiency of storage devices is their hybridization, i. e. the creation of storage devices consisting of blocks of different types of batteries. The special literature contains no systematic analysis of qualitative and quantitative effects of hybridization and corresponding methodological recommendations for choosing a scheme and evaluating the effectiveness of hybridization. In the present article, this issue is considered from a theoretical and methodological standpoint, recommendations are given for the design of storage devices serving solar or low-power wind farms. A brief overview of data on the cost of buffering electricity with lithium-ion, lead-acid batteries and supercapacitors is made. A method is proposed for determining the necessity and degree of hybridization of an energy storage device based on the simplest dependencies of the storage parameters on the degree of hybridization. The notions of the coefficient of synergetic effect of hybridization and the degree of internal buffering of electricity are introduced. A quantitative-and-qualitative model for evaluating the effectiveness of hybridization is presented. A methodological approach is proposed for calculating the degree of internal recovery and evaluating the coefficient of synergetic effect of hybridization. It is shown that, in general, the adding of supercapacitor unit to lithium-ion batteries a does not lead to a reduction in the cost of buffering electricity due to the high ratio of the cost of buffering with a supercapacitor to the cost of buffering with lithium-ion batteries. At the same time, the economic feasibility of using supercapacitors to compensate for high pulse loads can be determined on basis of the analysis of the frequency spectrum of the load graph of the storage unit. The developed models and approaches can be used in the design of electrochemical energy storage systems for specified operating conditions.Системы накопления электрической энергии находят широкое применение в электротранспорте, энергетике, для обеспечения автономного электроснабжения и регулирования нагрузки энергосистем. Один из способов увеличения технической и экономической эффективности накопителей – их гибридизация, т. е. создание накопителей, состоящих из блоков разнотипных батарей. В литературе отсутствуют систематический анализ качественно-количественных эффектов гибридизации и соответствующие методические рекомендации по выбору схемы и оценке эффективности гибридизации. В статье этот вопрос рассмотрен с теоретической и методической позиций, даны рекомендации для конструирования накопителей, обслуживающих солнечные или ветростанции малой мощности. Сделан краткий обзор данных по показателям стоимости буферизации электроэнергии литий-ионными, свинцовыми аккумуляторами и суперконденсаторами. Предложена методика определения необходимости и степени гибридизации накопителя энергии на основе простейших зависимостей параметров накопителя от степени гибридизации. Введены понятия коэффициента синергетического эффекта гибридизации и степени внутренней буферизации электроэнергии. Представлена количественно-качественная модель оценки эффективности гибридизации. Предложен методический подход для расчета степени внутренней рекуперации и оценки коэффициента синергетического эффекта гибридизации. Показано, что в общем случае дополнение литий-ионных аккумуляторов блоком суперконденсаторов не приводит к снижению стоимости буферизации электроэнергии ввиду высокого отношения стоимости буферизации суперконденсатором к стоимости буферизации литий-ионными аккумуляторами. При этом экономическая целесообразность использования суперконденсаторов для компенсации высоких импульсных нагрузок может быть определена на основе анализа частотного спектра графика нагрузок накопительного блока. Разработанные модели и подходы могут найти применение при проектировании электрохимических систем накопления энергии для заданных условий эксплуатации
Моделирование работы скважинного водозабора подземных вод с кольцевым сборным водоводом
Get PDFAmong the considered options for schemes of prefabricated water conduits of borehole water intakes, the main ones are linear and ring schemes. The article presents a comparative analysis of the linear and ring schemes for the placement of prefabricated water conduits when choosing an option for designing a group well water intake with a circular arrangement of wells. It is founded that a small water intake with individual radial connections to the prefabricated unit can have advantages in reducing energy consumption for water transportation as compared to a water intake with an annular prefabricated conduit, which in any case should be justified by a feasibility comparison of options, which is based on hydraulic calculation water supply systems. Equations have been obtained for calculating the pumping rates of water intake wells with linear prefabricated conduits. It is shown that in an annular prefabricated conduit, in contrast to a linear one, in which the direction of movement of water flows is unambiguously known, there is always a point of separation of two flows directed along the ring to the prefabricated unit clockwise and counterclockwise, which makes it difficult to calculate such water intakes. Moreover, the position of this point depends on the number of water intake wells involved in the work and the parameters of the pipes connecting the sections of the water conduit. The absence of algorithms for calculating the ring prefabricated conduit with non-fixed flow rates at the well connection points complicates the hydraulic calculation, and, hence, finding the optimal water intake option. The article presents an algorithm for the hydraulic calculation of a water intake with a single-ring prefabricated conduit, which is based on the equation for the equality of pressure losses when water moves from the point of separation of two flows to the prefabricated unit along various paths and the continuity equation. The resulting algorithm can be easily extended to any number of wells. A numerical example of the hydraulic calculation of a group water intake, consisting of eight wells connected to an annular prefabricated, is considered.Выполнен сравнительный анализ основных схем сборных водоводов скважинных водозаборов – линейной и кольцевой, что необходимо при выборе варианта для проектирования группового скважинного водозабора с циркульным расположением скважин. Установлено, что некрупный водозабор с индивидуальными радиальными подключениями к сборному узлу может иметь преимущества по снижению энергозатрат на транспортировку воды по сравнению с водозабором с кольцевым сборным водоводом, однако это в любом случае должно быть обосновано технико-экономическим сравнением, базирующимся на гидравлическом расчете системы подачи воды. Получены уравнения для расчета подачи насосов скважин водозабора с линейными сборными водоводами, в которых однозначно известно направление движения потоков воды. В кольцевом же сборном водоводе всегда существует точка разделения двух потоков, направленных по кольцу к сборному узлу по часовой стрелке и против нее. Причем положение этой точки зависит от количества включенных в работу скважин водозабора и параметров труб, соединяющих участки водовода. Отсутствие алгоритмов расчета кольцевого сборного водовода с не фиксированными по величине расходами в точках подключения скважин осложняет гидравлический расчет, а значит, и нахождение оптимального варианта водозабора. В статье представлен алгоритм гидравлического расчета водозабора с однокольцевым сборным водоводом, базирующийся на уравнении равенства потерь напора при движении воды от точки разделения двух потоков до сборного узла по различным путям движения и уравнении неразрывности. Полученный алгоритм легко распространяется на любое количество скважин. Рассмотрен численный пример гидравлического расчета группового водозабора, состоящего из восьми скважин, подключенных к кольцевому сборному водоводу
Расчетно-экспериментальное исследование локальных характеристик процесса псевдоожижения топливных гранул
Get PDF. Currently, there is a tendency to diversify the generation of heat and electricity and to improve solid fuel technologies. These trends actualize the search for mathematical tools for describing and predicting the operation of apparatuses with a fluidized bed of dispersed fuel materials. However, since the mechanics of heterogeneous media (and dispersed media in particular) is to a certain extent in its infancy in relation to the mathematical foundations of modeling, it is often difficult to predict the operation of equipment. In particular, the poor quality of mathematical basis does not allow predicting the fields of concentrations and velocities of the phases of the fluidized bed, although this knowledge serves as the fundamental basis for calculating heat and mass transfer and chemical processes. In the present work, a computational and experimental study of the local hydromechanical characteristics of a monodisperse fluidized bed has been carried out. The mathematical apparatus of the theory of Markov chains was used as a basis for modeling. The tasks were solved in a one-dimensional formulation, which implied the division of the bed in height into cells of small but finite sizes. Fluidized bed phase distributions were described by state vectors whose evolution was controlled by transition probability matrices. The elements of these matrices were matched to the physical parameters of the processes. The model was verified by comparing the calculated predictions with the data of a full-scale experiment conducted as part of the study, aimed at measuring the local velocities of the gas phase inside the fluidized bed. The experimental data with a good accuracy for engineering calculations were described by the proposed model, which makes it possible to consider it as a reliable scientific basis for the computer method for calculating installations using the fluidization technique.В настоящее время наблюдается тенденция к диверсификации генерации тепловой и электрической энергии и к совершенствованию твердотопливных технологий. Указанные тенденции актуализируют поиск математических инструментов для описания и прогнозирования работы аппаратов с псевдоожиженным слоем дисперсных топливных материалов. Однако, поскольку механика гетерогенных сред (и дисперсных сред, в частности) в известной мере находится в стадии становления в отношении математических основ моделирования, прогнозирование работы аппаратуры часто затруднительно. В частности, низкое качество математического обеспечения не позволяет прогнозировать поля концентраций и скоростей фаз псевдоожиженного слоя, хотя эти знания служат первоосновой для расчета тепло- и массообменных и химических процессов. В настоящей работе выполнено расчетное и экспериментальное исследование локальных гидромеханических характеристик монодисперсного псевдоожиженного слоя. В качестве основы моделирования используется математический аппарат теории цепей Маркова. Задачи решаются в одномерной постановке, подразумевающей разбиение слоя по высоте на ячейки малых, но конечных размеров. Распределения фаз слоя описываются векторами состояний, эволюцию которых контролируют матрицы переходных вероятностей. Элементы этих матриц были поставлены в соответствие физическим параметрам процессов. Верификация модели выполнена путем сопоставления расчетных прогнозов с данными проведенного в рамках исследования натурного эксперимента, направленного на измерение локальных скоростей газовой фазы внутри псевдоожиженного слоя. Данные эксперимента с хорошей для инженерных расчетов точностью были описаны предложенной физико-математической моделью, что позволяет рассматривать ее как достоверную научную основу компьютерного метода расчета котлоагрегатов, использующих технику псевдоожижения
Минимизация влияния возобновляемых источников энергии на работу энергосистемы путем совместного использования солнечной и ветряной генераций
Get PDFThe purpose of the study was to test the hypothesis of the existence of an optimal ratio of the installed capacity of solar and wind power plants, which allows, with a large installed capacity of renewable energy sources with a variable nature of operation, to minimize the impact of their generation on the operation of the power system and reduce the capacity of energy storage devices when they are used in the system. The following tasks were set: on the basis of meteorological data, to calculate hourly energy generation by complexes of solar and wind power plants of various combinations of capacities for several years, analyze the generation and, if the hypothesis is confirmed, find the optimal ratio of capacities. In the course of the study, modeling methods and numerical methods for solving optimization problems were used, viz. the iteration method and the nonlinear least squares method. The optimal range of the ratio of solar and wind power plants installed capacities in a separate complex and in the whole power system for the conditions of the Republic of Belarus was determined, which was 0.4:1–0.6:1 (sun:wind). Complexes of energy sources with a power ratio in the specified range can reduce the required capacity of energy storage systems compared to the capacity for only solar or only wind power plants by 2.6–4.0 times, which leads to a reduction in capital costs and the payback period of the project. Going beyond the recommended range leads to a pronounced surplus or shortage of electricity generation in different periods of the day of different periods of the year, depending on the ratio of installed capacities. Also, the optimal specific capacity of energy storage systems for complexes consisting of solar and wind power plants in the installed capacities recommended ratios was determined, which amounted to 0.4–0.8 kW×h/kW of total installed capacity.Цель исследования – проверка гипотезы о существовании оптимального соотношения установленной мощности солнечных и ветряных электростанций, позволяющего при большой установленной мощности возобновляемых источников энергии с переменным характером работы минимизировать влияние их генерации на работу энергосистемы и снизить емкость накопителей энергии при их использовании в системе. Были поставлены следующие задачи: на основе метеорологических данных произвести почасовой расчет выработки энергии для нескольких лет комплексами из солнечных и ветряных электростанций различной комбинации мощностей, провести анализ выработки и при подтверждении гипотезы найти искомое соотношение мощностей. В ходе исследования применялись методы моделирования и численные методы решения задач оптимизации: метод итерации и нелинейный метод наименьших квадратов. Определен оптимальный диапазон соотношения установленных мощностей солнечных и ветряных электростанций в отдельном комплексе и в целом энергосистеме для условий Республики Беларусь, который составил от 0,4:1,0 до 0,6:1,0 (солнце:ветер). Комплексы энергоисточников, имеющих соотношение мощностей в указанном диапазоне, позволяют снизить требуемую емкость систем накопления энергии по сравнению с емкостью для только солнечных или только ветряных электростанций в 2,6–4 раза, что ведет к уменьшению капитальных затрат и срока окупаемости проекта. Выход за пределы рекомендуемого диапазона приводит к выраженному переизбытку либо дефициту выработки электроэнергии в различные периоды суток разных периодов года в зависимости от соотношения установленных мощностей. Также определена оптимальная удельная емкость систем накопления энергии для комплексов, состоящих из солнечных и ветряных электростанций в рекомендуемых соотношениях установленных мощностей, которая составила 0,4–0,8 кВт·ч/кВт суммарной установленной мощности
Определение насыщения трансформатора тока на основе использования искусственной нейронной сети
Get PDFWhen current transformer is saturated, mainly due to the presence of an exponentially decaying DC component in the fault current, its secondary current has a distinctive distorted waveform which significantly differs from its primary (true) waveform. It leads to an underestimation of the secondary current value calculated by the relay protection compared to its true value. Thus, in its turn, results in trip time delay or even in a relay protection devices operation failure, since its settings and algorithms are calculated and designed on the assumption that the secondary current waveform is sinusoidal and proportional to the primary. And since, when using classical electromagnetic current transformer, it is impossible to exclude the possibility of its saturation, the detection of such abnormal condition is an urgent technical problem. The article proposes to use an artificial neural network for this purpose, which, together with the traditional method of saturation detection based on adjacent secondary current samples comparison, allows implementing a fast and reliable current transformer saturation detector. The article details the stages of the practical implementation of such an artificial neural network. The MATLAB-Simulink environment was used for assess the proposed saturation detector operation. The experiments that had been performed confirmed that proposed method provides fast and accurate saturation detection within the wide range of the power system and current transformer parameters change.При насыщении трансформатора тока, преимущественно вследствие наличия экспоненциально затухающей апериодической составляющей в токе повреждения, его вторичный ток имеет характерную непериодическую искаженную форму, существенно отличающуюся от его первичной (истинной) формы, что ведет к занижению вычисляемого релейной защитой значения вторичного тока по сравнению с его истинным значением. Указанное приводит к затягиванию времени срабатывания или вовсе к отказу функционирования устройств релейной защиты, так как уставки и алгоритмы релейной защиты рассчитаны и построены соответственно из предположения о том, что форма сигнала вторичного тока является синусоидальной и пропорциональной первичному. А поскольку в общем случае при использовании классических электромагнитных трансформаторов тока исключить возможность их насыщения невозможно, то выявление указанного режима функционирования является актуальной технической задачей. В статье предлагается использовать искусственную нейронную сеть, которая совместно с традиционным способом определения насыщения на основе сравнения значений соседних выборок вторичного тока позволяет реализовать быстрый и надежный детектор насыщения трансформатора тока. Детально рассмотрены этапы практической реализации такой искусственной нейронной сети. В среде имитационного моделирования MATLAB-Simulink методом вычислительного эксперимента выполнена проверка функционирования предложенного детектора, которая подтвердила, что он позволяет быстро и безошибочно определять насыщение в широком диапазоне изменения параметров энергосистемы и самого трансформатора тока.
Снижение электрического сопротивления заземляющих устройств применением грунтозамещающей смеси на основе графита и гидрогеля для стабилизации электрофизических параметров грунта
Get PDFThis article discusses the factors that affect the electrical resistance of the current spreading of the grounding device. The issue of the electrophysical parameters of the soil that affect its resistivity and the consideration of such parameters in the design of grounding devices is considered. It is shown that keeping moisture in the near-electrode space of the grounding electrode, as well as maintaining it at a certain level, facilitates improving the quality and reliability of the grounding. A relationship has been established between the ability to retain moisture and the magnitude of seasonal fluctuations in the electrical resistance of the soixl, and also the season factor, which takes into account changes under different climatic environmental conditions. The issues of application of various methods of reducing the resistivity of the soil during mounting of grounding devices are considered. One of the main ways to reduce ground resistance is the use of solutions of various mineral salts. This method is not optimal, as it accelerates the corrosion processes in the materials of the ground electrodes. Therefore, the paper also considers other ways to reduce the resistance of the ground loop; in particular, the authors propose a method for reducing the resistance of a grounding device based on the method of partial replacing the soil in the near-electrode region with a mixture with a lower resistivity capable of collecting moisture based on graphite and hydrogel. This type of mixture is environmentally friendly when used, as well as it is non-aggressive to the material of the ground loop. The principle of operation of this mixture is based on the fact that the hydrogel makes it possible to stabilize the moisture at the site of laying the circuit, while graphite increases the overall conductivity of the mixture. The paper presents the results of laboratory studies, which have been carried out in accordance with GOST 9.602–2016. For this purpose, control samples were placed in containers made of a non-conductive material (plexiglas) and dependence of resistivity on moisture, temperature, specific content of graphite and hydrogel was measured. The article presents graphs of the dependences of the mixture specific resistance on moisture, temperature, and the quantitative content of the hydrogel. From the results obtained, it can be concluded that the mixture in can be used in the energy sector to improve the reliability of electrical installations and ensure electrical safety.В статье рассмотрены факторы, влияющие на электрическое сопротивление растекания тока заземляющего устройства; электрофизические параметры грунта, влияющие на его удельное сопротивление, и учет таких параметров при проектировании заземляющих устройств. Показано, что удерживание влаги в околоэлектродном пространстве заземлителя, а также поддержание ее на определенном уровне способствуют улучшению качества и надежности работы заземления. Установлена связь между способностью удерживать влагу и величиной сезонных колебаний электрического сопротивления грунта, а также коэффициентом сезонности, учитывающим изменения при разных климатических условиях окружающей среды. Рассмотрены вопросы применения различных способов снижения удельного сопротивления грунта при монтаже заземляющих устройств. Одним из основных способов снижения сопротивления заземления является применение растворов различных минеральных солей. Этот метод не оптимален, так как ускоряет коррозионные процессы в материалах электродов заземления. Также рассмотрены и другие способы снижения сопротивления контура заземления. В частности, авторами предложен метод уменьшения сопротивления заземляющего устройства на основе метода частичной замены грунта в околоэлектродной области на смесь с более низким удельным сопротивлением на основе графита и гидрогеля, способной собирать влагу. Данный тип смеси является экологически безопасным при применении и не агрессивным к материалу заземляющего контура. Принцип работы смеси основан на том, что гидрогель позволяет стабилизировать влажность в месте закладки контура, а графит повышает общую проводимость смеси. В работе представлены результаты лабораторных исследований, которые проводились согласно ГОСТ 9.602–2016. Для этого контрольные образцы помещались в емкости из непроводящего материала (оргстекло) и осуществлялись измерения зависимости удельного сопротивления от влажности, температуры, удельного содержания графита и гидрогеля. В статье приведены графики зависимостей удельного сопротивления смеси от влажности, температуры, количественного содержания гидрогеля. Из полученных результатов можно сделать вывод о возможности применения смеси в энергетике для повышения надежности работы электроустановок и обеспечения электробезопасности
Оценка термодинамической эффективности Объединенной энергетической системы Беларуси. Часть1
Get PDFThe energy system is one of the foundations of a modern state, so, the need for its successful development and functioning is beyond doubt. In this regard, an objective assessment based on a set of indicators (viz. economic, energy and thermodynamic) is relevant. However, the traditional assessment of the operation of the energy system is carried out on the basis of such characteristics as the specific consumption of conventional fuel for electricity generation and heat release, which does not provide a comprehensive picture and is not always applied correctly. In this article, for the first time on the basis of the exergetic method, the calculation of the exergetic efficiency is considered. The use of this indicator makes it possible to obtain an objective assessment of the thermodynamic efficiency of such a complex formation as the energy system of a modern country in the easiest way. As an example, the unified energy system of Belarus in general and condensing power plants in particular have been analyzed for a fairly long period (2000–2021) and in various characteristic time periods. The method of calculating the exergetic efficiency is described. The results obtained are presented graphically. Attention is paid to the issue of the acceptability of the error when generalizing data on the initial flows of primary energy resources and product flows of centralized generating sources of the energy system. The contribution of condensing power plants to the total volume of electricity generation is analyzed, the most advanced of them are determined from a thermodynamic point of view. The calculation of their energy and exergetic indicators was carried out; the changes associated with the commissioning of the Belarusian NPP were considered. The conclusion is made that further reconstruction of energy sources of the power system in order to reduce the relative weight of natural gas in the incoming part of the energy balance to 50 % is expedient. This can be achieved by increasing the thermodynamic efficiency.Энергосистема – одна из основ современного государства, и необходимость ее успешного развития и функционирования не подлежит сомнению. В этой связи актуален ее объективный анализ на базе комплекса показателей: экономических, энергетических и термодинамических. Вместе с тем традиционная оценка работы энергосистемы осуществляется на основе таких характеристик, как удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии и отпуск тепловой энергии, что не дает полной картины и не всегда применяется корректно. В настоящей статье впервые на базе эксергетического метода рассматривается расчет эксергетического коэффициента полезного действия. Данный показатель позволяет наиболее простым способом получить объективную оценку термодинамической эффективности такого сложного формирования, как энергосистема современной страны. В качестве примера проанализированы Объединенная энергетическая система Беларуси в целом и конденсационные электростанции в частности за достаточно продолжительный срок (2000–2021) и в различные характерные периоды времени. Описана методика расчета эксергетического коэффициента полезного действия. Полученные результаты представлены в графическом виде. Уделено внимание вопросу приемлемости погрешности при обобщении данных об исходных потоках первичных энергоресурсов и продуктовых потоках централизованных генерирующих источников энергосистемы. Проанализирован вклад конденсационных электростанций в общий объем генерации электроэнергии, определены наиболее совершенные из них с термодинамической точки зрения. Проведен расчет их энергетических и эксергетических показателей, рассмотрены изменения, связанные с вводом Белорусской АЭС. Делается вывод о целесообразности дальнейшей реконструкции энергоисточников энергосистемы с целью снижения относительного веса природного газа в приходной части энергобаланса до 50 %. Достичь этого можно путем повышения термодинамической эффективности
Анализ эффективности технологии производства водорода на мини-ТЭЦ на местных видах топлива термохимическим методом
Get PDFWithin the framework of the policy of “decarbonization” of the economy, a technology for hydrogen producing from local fuels (LF) and combustible waste of human activity is proposed as a part of the development of the functionality of heating cycles of energy production. The aim of the present study is to evaluate the energy efficiency of a steam-powered mini-CHP plant operating on local fuels with a thermochemical hydrogen production module. A brief literature review of thermochemical cycles of hydrogen production is presented, and it is shown that hybrid copper-chlorine Cu–Cl cycles are recognized as the most promising. In the Aspen Hysys software environment, a mathematical model of a mini-CHP plant with a five-stage hydrogen production cycle was synthesized, which can later be used as a component in the digital twin. According to the results of the analysis of the mathematical model, it was determined that the specific consumption of electric energy per 1 kg of hydrogen for such a scheme will be 9.11 (kW×h)/kg, which is on average more than five times less than in the production of hydrogen by electrolysis, the rest of the required energy is replaced by thermal one, while the maximum fuel utilization factor of mini-CHP with a hydrogen production module using wood waste as fuel amounted to 83.1 %, including a thermal efficiency of 51.5 %, the efficiency of hydrogen production at the lowest calorific value is 31 %, the electrical efficiency for the supply of electricity to the grid is 0.6 %. For comparison, the maximum fuel utilization of a steam-powered mini-CHP of the same electrical capacity reaches 90.9 %. The expansion of mini-CHP options operating on local fuels by introducing a hydrogen production unit by hybrid thermochemical method into its scheme makes it possible to increase the maneuverability of the station, which implies the possibility of organizing the operation of mini-CHP in accordance with the requirements of thermal consumers and electrical graph-reducing the loads of the power system during the hours of maxima and minima of its consumption by changing the electrical power supply to the network or increasing the power consumption of electricity from the external network to the power required for hydrogen production. In conclusion, the possibility of developing the studied scheme of a mini-CHP operating on local fuels towards further utilization of combustion products in order to generate artificial natural gas, which in this case can be called “green”, is indicated.В рамках политики «обезуглероживания» экономики предлагается технология получения водорода из местных видов топлива и горючих отходов человеческой деятельности в рамках развития функциональности теплофикационных циклов производства энергии. Целью исследования является оценка энергетической эффективности паросиловой мини-ТЭЦ, работающей на местных видах топлива, с модулем производства водорода термохимическим способом. Представлен краткий литературный обзор термохимических циклов производства водорода и показано, что наиболее перспективными считаются гибридные циклы медь-хлор Cu–Cl. В программной среде Aspen Hysys была синтезирована математическая модель мини-ТЭЦ с пятиступенчатым циклом производства водорода, которая может в дальнейшем быть использована как компонент в составе цифрового двойника. По результатам анализа математической модели было определено, что удельное потребление электрической энергии на 1 кг водорода для такой схемы составит 9,11 (кВт∙ч)/кг, что в среднем в пять раз меньше, чем при производстве водорода электролизом, остальная часть требуемой энергии замещена тепловой, при этом максимальный коэффициент использования топлива мини-ТЭЦ с модулем производства водорода, использующей в качестве топлива отходы древесины, составил 83,1 %, в том числе тепловой КПД составляет 51,5 %, эффективность производства водорода по низшей теплоте сгорания – 31%, электрический КПД по отпуску электроэнергии в сеть – 0,6 %. Для сравнения максимальный коэффициент использования топлива паросиловой мини-ТЭЦ той же электрической мощности достигает 90,9 %. Расширение опций мини-ТЭЦ на местных видах топлива путем ввода в ее схему блока производства водорода гибридным термохимическим методом позволяет повысить маневренность станции, что предполагает возможность организации функционирования мини-ТЭЦ в соответствии с требованиями тепловых потребителей и электрического графика нагрузок энергосистемы в часы максимумов и минимумов ее потребления за счет изменения электрической мощности отпуска в сеть или увеличения мощности потребления электроэнергии из внешней сети до мощности, требуемой для производства водорода. В заключение указывается на возможность развития исследуемой схемы мини-ТЭЦ на местных видах топлива в сторону дальнейшей утилизации продуктов сгорания с целью генерации искусственного природного газа, который в этом случае можно назвать «зеленым»