ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ, ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ В УНИВЕРСИТЕТЕ1
Доктора
технических наук Ю.С. БОРОВИКОВ, В.Я. УШАКОВ, П.С. ЧУБИК, кандидат технических наук Н.Н. ХАРЛОВ
Рост потребности в электроэнергии в связи с восстановлением и развитием производства, старение материальной базы энергетики и энергопотребляющих предприятий и целых отраслей, а также большие объёмы экспорта энергоресурсов требуют не только наращивания производства электроэнергии, но и повышения эффективности потребления первичных ресурсов при её производстве и сокращения потерь при транспортировке. Второй путь сложнее в реализации, но кратно (в 3-8 раз) менее затратный.!!
Среди причин отставания нашей страны по эффективности в энергетике эксперты выделяют недостаточное количество фундаментальных НИОКР и значимых инноваций в этой области, в которых были бы заинтересованы бизнес и государство. Природа этой причины понятна - доля затрат на НИОКР в области энергетики и энергосбережения составляет всего около 10% от общего объёма средств, направляемых на исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники2. В этих условиях актуально повышение роли вузов соответствующего профиля в научном обеспечении российской энергетики. Они располагают большими возможностями не только благодаря мощному интеллектуальному потенци-
1 Данная статья является продолжением статьи В.Я. Ушакова и П.С. Чубика "Новации в образовательном процессе".
2 Глисин Ф.Ф., Ильин А.С., Прохоров В.В. Точки роста энергоэффективности и энергосбережения в России //Информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 3.
алу, но и заинтересованности в тесных контактах с ними предприятий энергетики (корпораций, акционерных обществ и т.п.) и научных учреждений.
Исследования и разработки в области энергоресурсоэффективности
С учётом имеющихся научных заделов, кадрового и материально-технического потенциала, а также перечня приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации в качестве таких направлений на период 2012-2018 гг. в ТПУ выбраны следующие:
• повышение энергетической эффективности и экологической безопасности производственных процессов (преимущественно в отраслях, для которых университет готовит кадры);
• энергоэффективность коммуникаций и зданий;
• утилизация и уменьшение отходов;
• уменьшение потерь в муниципальном водоснабжении и разработка энергоэффективных технологий очистки воды и стоков;
• увеличение эффективности производства и транспорта электрической и тепловой энергии;
• увеличение эффективности и эко-логичности добычи и транспортировки нефти и газа;
• совершенствование ядерного топливного цикла и повышение безопасности ядерных технологий.
Основной объём работ в направлении повышения надёжности, энергоэффективности и экологичности энерге-
20
© Ю. С. Боровиков, В. Я. Ушаков, П.С. Чубик, Н. Н. Харлов
тической отрасли в ТПУ выполняется в Энергетическом институте (ЭНИН) и опирается на пять технологических платформ (рис. 1).
В рамках платформы "Интеллектуальная энергетическая система России" наиболее крупным проектом является "Гибридное моделирование и управление в интеллектуальных энергосистемах" (далее - Проект). Его цель -формирование научного коллектива, способного стать мировым лидером в области моделирования и управления в интеллектуальных электроэнергетических системах и внести решающий вклад в решение глобальной проблемы - обеспечение энергетической безопасности.
Для реализации Проекта создан научно-исследовательский центр "Гибридное моделирование и управление в интеллектуальных энергосистемах", в работе которого участвуют российские и зарубежные партнёры (университеты, фирмы, выдающиеся учёные).
1. Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН.
2. Институт сильноточной электроники СО РАН.
3. Госкорпорация "Россети".
4. Universite Joseph Fourier, Grenoble (France).
5. Dortmund Technical University (Germany).
6. University of Magdeburg (Germany).
7. China Electric Power Research Institute (China).
8. Electricite Reseau Distribution France (ERDF) (France).
Потребителями разрабатываемой продукции будут более 10 российских госкорпораций и акционерных обществ (например, ОАО "Федеральная сетевая компания", ОАО "Россети", ОАО "Системный оператор ЕЭС", ГК "Рос-атом", ОАО "РусГидро" и др.), а также зарубежные компании EDF (Electricite de France), ERDF (Electricite Reseau Distribution de France), SGCC (State Grid Corporation of China), Vereinigte Engieverke AG.
К настоящему времени существенным заделом для реализации Проекта со стороны ЭНИН ТПУ являются "выполненные в металле" и эксплуатируемые заказчиками комплексы:
• гибридная модель интеллектуального кластера энергорайона "Эльга-уголь";
• всережимный моделирующий комплекс реального времени Томской энергосистемы;
• маломашинная система для исследования поведения релейной защиты и противоаварийной автоматики небольших энергосистем.
Для кадрового обеспечения разработана и реализуется образовательная программа "Design and Control of Smart Power Systems" совместно c университетами Supelec (Париж) и INPG (Гренобль). Промышленный партнёр образовательной программы в России - Госкорпорация ОАО "Российские сети", во Франции - компания ERDF.
В рамках других платформ выполнены исследования и разработки, более адресно нацеленные на энергосбережение, энергозамещение и охрану окружающей среды. Среди них можно выделить следующие.
1. В кооперации с ЗАО "Компомаш-ТЭК" и ОАО "Всероссийский теплотехнический институт" (ОАО "ВТИ") разработана оригинальная технология преобразования твёрдого низкосортного топлива в экологичное топливо £ для ТЭС и котельных - в газ. Финанси- S рование работы осуществляется в рам- 1 ках ФЦП "Исследования и разработки § по приоритетным направлениям разви- ° тия научно-технологического комплек- | са России на 2014-2020 гг." и Фонда г поддержки научной, научно-техниче- f ской и инновационной деятельности | "Энергия без границ", созданного ком- § панией "ИНТЕР РАО". i
2. Разработаны рекомендации, поз- f воляющие повышать эффективность ра- ? боты автономных энергосистем электроснабжения газокомпрессорных стан-
ций, которые внесены в стандарт ОАО "Газпром".
3. Предложены энергоэффективные гибридные ветродизельные комплексы (с аккумулированием энергии) с переменной частотой вращения вала дизеля.
По заказу ОАО "Сахаэнерго" и администрации Томской области разработаны:
° методика управления рабочими режимами автономных дизельных электростанций по прогнозному графику электрических нагрузок, обеспечивающая до 10% экономии дизельного топлива;
° проектно-сметная документация на ветродизельную и ветросолнечную электростанции с накопителями электроэнергии для отдалённых населённых пунктов;
° энергетические кадастры возобновляемых источников энергии Томской области и рекомендации по совершенствованию технико-экономических характеристик комплекса автономных дизельных электростанций путём ис-
Рис. 1.
Научно-образовательный комплекс "Интеллектуальные энергосистемы " -важнейший элемент "Программы развития энергетического института ".
пользования местных топливных и возобновляемых энергоресурсов.
4. Более чем на 10 предприятиях электроэнергетики (дочерние предприятия МРСК Сибири, МРСК Юга, энергетические предприятия нефте- и газодобывающих компаний) выполнен комплекс работ: энергоаудит, инструментальное обследование режимов электрических сетей, контроль качества электрической энергии и его влияние на потери энергии при транспортировке, обследование электромагнитной обстановки и совместимости на объектах электроэнергетики и у потребителей, совершенствование технологий получения и обработки информации при энергетических обследованиях3. Всего Региональным центром ресурсосбережения ЭНИН обследовано около 50 энергопотребителей различного профиля и масштабов.
Основные научные результаты этих работ можно свести к следующему:
• разработана методика и программное обеспечение для расчёта основ-
3 Боровиков В.С., Волков М.В., Харлов Н.Н. и др. Опыт корпоративного обследования электрических сетей 110 кВ Сибири. Монография. Томск, 2010; они же. Режимные свойства электрических сетей 110 кВ юга России в обеспечении эффективности транспорта электроэнергии. Томск, 2013.
Научно-образовательный комплекс Энергетического института "Интеллектуальные энергосистемы"
Ключевые проекты
"Ресурсоэффективная генерация" Smart Power Generation
"Умные сети" Smart Girds
Активный потребитель Smart City
Технологические платформы
Экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности
Интеллектуальная энергетическая система России
Малая распределённая энергетика
Биоэнергетика
"Перспективные технологии возобновляемой энергетики"
чп
1 4П
« X ЯП
чо о 20
о. < 10
0
МП
чГ NNNNNNN(41 Г~>- СЧ1
-"«М^ттНМ^Шг! СМ ^ 1Л гН [М ^ Щ п см
1Л УО Г» 00 О 1Н
Время
г< Ш ГН (М ^ 1Л (Ч СМ ШгНМ^ЩПМ^
1Л Щ Гч 00
©
Время
Рис. 2.
Добавочные потери энергии от несимметрии (а) и несинусоидальности (б) в линии, питающей тяговую нагрузку (в процентах от потерь, вызванных током прямой последовательности основной частоты).
ных и добавочных потерь, вызванных несинусоидальностью и несимметрией токов в сложных электрических сетях высокого и сверхвысокого напряжения. Важное отличие методики от действующей заключается в учёте распределённости параметров линий электропередачи, зависимости поверхностного эффекта от частоты, влияния геометрии подвески проводов. Показано, что в ряде случаев величина добавочных потерь от несинусоидальности и несимметрии токов может достигать десятков процентов от суммарных потерь энергии (см. рис. 2). Наибольшие добавочные потери имеют место в энергосистемах с мощными нелинейными и тяговыми нагрузками. Возможности снижения добавочных потерь и выбора мероприятий по улучшению качества токов и напряжений очень ограничены и должны выполняться, в основном, потребителями (симметрирование нагрузок, увеличение пульсности выпрямителей, фильтрация высших гармоник). В нормативных документах отсутствуют
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.