БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ КОНФЕРЕНЦИИ

<< ГЛАВНАЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 39 |

«Неделя Науки СПбГПу Материалы научно-практической конференции с международным участием 2–7 декабря 2013 года НаучНо-образовательНый цеНтр возобНовляемые виды эНергии и устаНовки ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Неделя Науки СПбГПу

Материалы

научно-практической

конференции

с международным участием

2–7 декабря 2013 года

НаучНо-образовательНый цеНтр

«возобНовляемые виды эНергии и устаНовки На их осНове»

Санкт-Петербург•2014 УДК 621.31:627:502.63 ББК 31.6:31.15;

38.77 Н 42 Неделя науки СПбГПУ : материалы научно-практической конференции c международным участием. Научно-образовательный центр «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе». – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2014. – 244 с.

В сборнике публикуются материалы докладов студентов, аспирантов, молодых ученых и сотрудников Политехнического университета, вузов Санкт-Петербурга, России и других стран, а также учреждений РАН, представленные на научнопрактическую конференцию, проводимую в рамках ежегодной Недели науки СанктПетербургского государственного политехнического университета. Доклады отражают современный уровень научно-исследовательской работы участников конференции в области гидротехнического строительства, природообустройства, ландшафтной архитектуры, строительства объектов возобновляемой энергетики.

Представляет интерес для специалистов в различных областях знаний, учащихся и работников системы высшего образования и Российской академии наук.

Редакционная коллегия Научно-образовательного центра «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе»:

Ю.С. Васильев (научный руководитель НОЦ), В.В. Елистратов (директор НОЦ), Н.В. Арефьев, Г.И. Сидоренко, И.Г. Кудряшева, В.В. Терлеев, В.Л. Баденко, А.И. Альхименко, Н.Д. Беляев, К.Н. Шхинек Конференция проведена при финансовой поддержке Комитета по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

© Санкт-Петербургский государственный ISBN 978-5-7422-4316-8 политехнический университет,

НОЦ «ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ВИДЫ ЭНЕРГИИ И УСТАНОВКИ НА ИХ ОСНОВЕ»

СЕКЦИЯ «СТРОИТЕЛЬСТВО ОБЪЕКТОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ»

УДК 621.311. Г.И. Сидоренко, А.С. Алимирзоев (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)

К ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕНИЯ СТВОРОВ

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С УЧЕТОМ РЕГИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ

Энергетическое использование водотоков в настоящее время наиболее эффективно путем создания каскада гидроэлектростанций, в том числе и малых. Гидроэлектростанции могут работать по водотоку или выполнять регулирование стока в интересах энергетики, повышая гарантированную отдачу. Оба типа ГЭС имеют свою специфику работы. Выбор эффективной системы энергоснабжения на основе МГЭС – сложная комплексная задача. На этот выбор, безусловно, влияют природные, социальные, экологические, экономические, технические и другие факторы.

В докладе рассматривается задача выбора створов низконапорных малых ГЭС с учетом трех критериев: экономического, социального и экологического. В Российской Федерации в малой гидроэнергетике, несмотря на большой объем научных исследований по данной тематике, социальные и экологические, а также региональные аспекты учитываются недостаточно.

Задача состоит в выборе оптимальных створов МГЭС в каскаде. В общем случае это комплексная задача, от решения которой зависят параметры проектируемой МГЭС. От того, где выбирается створ МГЭС, зависит экологичность МГЭС. Наличие сопряженных с МГЭС природно-технических систем (дорог, линий электропередач, трубопроводов) в значительной степени определяет уровень ее экономической эффективности, в отличие от крупных ГЭС.

Обоснование местоположения створа МГЭС выполняется с учетом существующих водноэнергетических кадастров водотоков и с использованием водноэнергетических расчетов [1].

Задача решается в многокритериальной постановке.

При рассмотрении социального критерия выделяются следующие эффекты: масштаб вовлечения трудовых ресурсов - вовлечение определенного количества работников (трудовых ресурсов) в объект и тем самым их отвлечение от других сфер деятельности;

уровень надежности энергоснабжения потребителей;

степень живучести потребителей например, создание малой гидроэлектростанции способствует повышению живучести поселения, а средства, расходуемые на ее строительство и эксплуатацию, по сути могут рассматриваться как средства, поддерживающие живучесть поселения;

и другие социальные эффекты. Очень важным социальным аспектом сооружения водохранилищ МГЭС является их рекреационный потенциал благодаря сформировавшимся живописным ландшафтам и возможностям организации отдыха на воде и побережьях искусственных водоемов.

Экологическим критерием оценки строительства МГЭС выступает положительный экологический эффект МГЭС исходя из анализа выбросов парниковых газов, а также экономия различных видов традиционного топлива в сравнении МГЭС с альтернативными электростанциями сопоставимой мощности.

В первом приближении требования социально-экологического характера на режимы МГЭС и требования водопотребителей и водопользователей заданы в виде ограничений (рис.

1):

где j - номер ограничения, i – номер створа.

Требуется найти такую схему использования гидроэнергетического потенциала водотока, которая обеспечила бы минимальные потери энергии с учетом технических возможностей, а также требований социально-экологического характера [2].

Рис. 1. Область допустимых решений с учетом социально-экологических ограничений В более общем случае требования социального и экологического характера учитываются в виде "поверхностей ограничений". При таком подходе возможно создание защитных береговых дамб и определение их параметров. В этом случае уточняются верхняя и нижняя красные линии. Путем наложения «поверхности ограничений» учитываются в алгоритме оптимизации экологические и социальные ограничения. Экологические ограничения определяются местами нереста рыб, территориями заповедников, заказников и т.д. Социальные ограничения учитывают размещение рекреационных зон, расположение промышленных и гражданских сооружений, месторождений полезных ископаемых, памятников культуры, автомобильных и железнодорожных путей и т. д.

При этом определяются верхняя – ZB (L) и нижняя – ZH (L) «красные линии» в соответствии с выражениями:

Введение поверхностей ограничений в некоторых случаях позволяет решить задачу оптимизации створа с использованием боковых ограждающих дамб.

По социально-экологическим требованиям МГЭС должны оказывать минимальное влияние на естественный режим водотоков, т. е. работать в основном по водотоку. Однако, для более эффективного использования стока целесообразно создание водохранилищ у МГЭС.

Для минимизации потерь энергии с учетом принятых ограничений целесообразно рассматривать каскадную схему использования водотока с оптимальным количеством МГЭС. Сама схема каскадного использования водотока МГЭС может включать плотинные, деривационные и бесплотинные МГЭС, мини- и микроГЭС. Такой подход в решении данной задачи позволит рассмотреть практически все возможные варианты использования водотока, т. е. превращает данную задачу в многовариантную большой размерности.

Из имеющегося разнообразия оборудования для малых ГЭС, отечественного и зарубежного, выбирается наиболее подходящий по технико-экономическим параметрам, а также с учетом воздействия на окружающую среду.

В общем итерационном алгоритме расчета выделяется три основных этапа [2]: 1) формирование области допустимых решений на основе анализа социально-экологических ограничений;

2) разбивка водотока на энергетические ступени с оптимизацией основных параметров малых ГЭС;

3) расчет основных технико-экономических пoказателей МГЭС.

При формировании области допустимых решений основные трудности связаны с количественным представлением требований социально-экологического характера. В данной модели учет требований социально-экологического характера осуществляется с помощью карт социально-экологической опасности, формируемых на основе экспертных оценок по водотоку [6].

Для некоторого створа намечаются варианты состава сооружений в створе гидроузла.

Для русловых или приплотинных зданий МГЭС в створе гидроузла размещаются водосбросное сооружение и глухая плотина. В работах [3, 4] выполнен техникоэкономический анализ различных компоновок МГЭС. При формировании вариантов, подлежащих сравнению, стремятся избегать излишних выемок грунта и излишнего числа сопряжений бетонных сооружений с грунтовыми [1].

Процесс компоновки сооружений является итерационным. На первом этапе на топографическом плане и профиле по створу намечается предполагаемое размещение сооружений МГЭС L2, L3,…, Ln,. Это дает информацию для последующих расчетов: отметки местности, геологические характеристики и т. д. [4]. При компоновке сооружений в каскаде процесс определения створов МГЭС выполняется по формулам (4)–(6) [5].

где ZД, ZH, ZB – различные уровни верхних бьефов;

L2, L3,.., LK, LK+1 …, Ln,– местоположение створов МГЭС по водотоку;

HP – рабочий напор. Далее вычисляются размеры здания МГЭС в плане. Определяется первоначальная длина водосливного фронта. Проверяется, умещаются ли в створе здание МГЭС и водосливная плотина.

Далее проводится оптимизация длины водосливного фронта, варьируя удельным расходом воды. Повышая удельный расход, уменьшаем длину водосливного фронта, но увеличиваем объем работ по устройствам, гасящим энергию водного потока в нижнем бьефе и креплению дна, а также увеличиваем длину глухой плотины. Стоимостные оценки по водосливной плотине, устройству нижнего бьефа и глухой плотине для всех сравниваемых вариантов определяются на одном и том же участке створа [2].

Из множества вариантов компоновок сооружений МГЭС выбирается оптимальный вариант компоновки сооружений в рассматриваемом створе. Вычисляются энергетические, экономические и экологические характеристики МГЭС. Аналогичные расчеты выполняются для других створов, и далее выбирается окончательный вариант МГЭС [5].

Авторами сформулирована задача многокритериальной оптимизации местоположения створов МГЭС и разработаны алгоритмы ее решения.

1. Сидоренко Г.И., Ельцова Е.А. Обоснование параметров малых гидроэлектростанций с учетом социально-экологических ограничений. Экология промышленного производства, №2, 2010, с.61-68.

2. Сидоренко Г.И. Основы и методы определения комплексного потенциала возобновляемых энергоресурсов региона и его использования. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, 2006.

3. Алимирзоев А.С., Сидоренко Г.И. Компоновки низконапорных малых ГЭС и их техникоэкономический анализ. XLI Неделя науки СПбГПУ, Материалы научно-технической конференции с международным участием, 3–8 декабря 2012 г. Ч. 1. Инженерно-строительный факультет, СПб., Издательство Политехн. ун-та, 2012, с.121-122.

4. Васильев Ю.С., Сидоренко Г.И., Фролов В.В. Методика обоснования параметров малых гидроэлектростанций // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование, №2-1(147), 2012, с.76-84.

5. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России/ П. П.

Безруких, Ю. Д. Арбузов, Г. А. Борисов и др. – СПб.: Наука, 2002. - 314 с.

6. Баденко В.Л. Методология использования эколого-экономических моделей в среде ГИС при управлении территориями // Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 4(14), 1998. С. 107-111.

УДК 621. (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)

МЕТОДИКА ВЫБОРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВЭУ

При проектировании ветровой электрической станции (ВЭС) [1] важнейшим этапом является обоснование типа и параметров ветроэнергетической установки (ВЭУ). На данном этапе также определяется тип используемого генератора и способ выдачи электроэнергии в энергосистему.

В настоящее время наиболее используемым типом генератора в ветроустановках является асинхронный генератор (АГ). Связано это с развитием технологий, применяемых на ВЭУ. Наличие скольжения ротора на 5-10% относительно магнитного поля статора позволяет АГ не отключаться от сети при резких колебаниях ветра. В тоже время при использовании синхронного генератора любые колебания ветра изменяют выходные параметры электрической энергии и вызывают сложность в ресинхронизации с энергосистемой. Однако управляемость и функциональные способности СГ выше, чем АГ.

При пуске СГ в обмотку возбуждения ротора податся ток возбуждения, который создат магнитный поток в зазоре между ротором и статором. В то же время для пуска АГ необходима реактивная мощность, которую генератор берт из сети или от блока конденсаторных батарей, которыми дополнительно снабжена ВЭУ. Изменяя ток в обмотке возбуждения можно увеличивать или уменьшать мощность ВЭУ, таким образом, поддерживая параметры качества электроэнергии (напряжение и частота) на необходимом по ГОСТу [2] уровне. На рис. 1 показан пример управления напряжением Uabc (в относительных величинах) на шинах подключаемой подстанции с помощью регулирования мощностью ВЭУ в Калининградской области [1].

С увеличением мощности ВЭС и с ростом установленной мощности ВЭУ большое развитие получают асинхронизированные генераторы (АСГ), которые, имея достоинства асинхронных генераторов, позволяют также осуществлять регулирование активной и реактивной мощностей. В дальнейшем, с развитием силовой преобразовательной техники увеличивается применяемость и синхронных машин. Поэтому на современных ВЭУ мощностью более 2 МВт часто устанавливаются синхронные генераторы с силовым преобразователем (значительное развитие получили СГ на постоянных магнитах).

В энергосистемах с большой долей ВЭС (например, в Дании) большим ВЭС, работающим или на СГ, или на АСГ, отводится значительная роль в обеспечении системной наджности. Возможны следующие типы регулирования активной мощности ВЭУ [3, 4]:

1. Обеспечение частотного (нагрузочного) резерва или «дельта»-регулирование (рис. 2, а) используется для снижения: колебаний мощности от ВЭУ, «горячего» резерва и для регулирования частоты. Для данного вида регулирования характерно ограничение мощности ВЭУ на значение Р, чтобы в любой момент повысить активную мощность и отрегулировать частоту.

Регулирование баланса (рис. 2, б) необходимо для балансирования производством 2. и потреблением, представляет собой быстрое маневрирование мощностью.

Балансирование мощностью крупных электростанций традиционного типа гораздо сложнее, так как отключение нескольких ветровых установок средней мощности быстрее и менее затратно, чем остановка крупного агрегата.

3. Ограничение активной мощности (рис. 2, в), когда значение вырабатываемой электроэнергии выше заданного уровня спроса.

4. Поддержка системной защиты при авариях в сети (рис. 2, г). Современные ВЭУ способны снижать мощность со 100% до 0% за счт высокой манвренности ветроагрегата, обеспечивающего быстрое снижение и набор мощности.

При использовании энергетических комплексов в малой и распределнной энергетике выбор генератора ВЭУ делается в пользу асинхронных генераторов. Это связано с тем, что синхронные генераторы на ГЭС или в ДГУ, работая в режиме синхронного компенсатора, выдают реактивную мощность, необходимую для пуска и работы АГ.

Основываясь на анализе опыта создания ВЭУ, анализе теории работы ВЭУ в энергосистеме и практических исследованиях режимов работы ВЭУ [1, 3, 5] можно предложить следующие классификационные признаки для выбора электроэнергетического оборудования ВЭУ (рис. 3):

1. По мощности. В зависимости от установленной мощности целесообразно использовать: для малых мощностей – АГ, для средних – АСГ, для больших – СГ.

2. По типу энергосистемы. В автономных и изолированных энергосистемах для децентрализованных потребителей наиболее рационально использовать синхронные генераторы ВЭУ. Для сетевой генерации при малой мощности ВЭУ лучше использовать АГ, что связано с проблемами синхронизации СГ.

3. По типу оборудования в энергосистеме. В распределнной генерации и в энергокомплексах на основе ВИЭ возможно использование АГ, так как роль энергосистемы могут выполнять дополнительные СГ, способные работать в компенсаторном режиме.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 39 |
 


Похожие материалы:

«2013 НАУКА И ИННОВАЦИИ В РЕШЕНИИ  АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ ГОРОДА  МАТЕРИАЛЫ НАУЧНОПРАКТИЧЕСКОЙ  КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ И АСПИРАНТОВ 1314 декабря  г.Казань 2013   КОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ ДЕТЕЙ И МОЛОДЕЖИ    ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО КОМИТЕТА Г.КАЗАНИ  НАУКА И ИННОВАЦИИ В РЕШЕНИИ  АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ ГОРОДА  МАТЕРИАЛЫ НАУЧНОПРАКТИЧЕСКОЙ  КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ И АСПИРАНТОВ  1314 декабря  г.Казань 2013  БКК 64.44+60.546.21 УДК 338+316.334.56 А 43 Наука и инновации в решении актуальных проблем города. Материалы научно- ...»

«ЭНЕРГИЯ ЕВРАЗИИ Материалы научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Владивосток 18–20 декабря 2013 года Владивосток Дальневосточный федеральный университет 2014 УДК 620.9 ББК 31 Э65 Ответственный за выпуск Р.А. Польков, заведующий сектором научно-исследовательской работы студентов Инженерной школы ДВФУ Энергия Евразии : мат-лы научно-практич. конф. студентов, Э65 аспирантов и молодых ученых, Владивосток, 18–20 декабря 2013 года / Дальневосточный федеральный ...»






 
© 2013 www.kon.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»