Повышение эффективности многофункциональных энерготехнологических комплексов совершенствованием двигатель-генераторных установок

• Автор: Малозёмов, Андрей Адиевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 300 с. : ил.

Аннотация
Одним из эффективных способов повышения энергетической безопасности Российской Федерации является развитие автономных систем энергоснабжения (АСЭС) на базе энергоустановок с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Однако имеется ряд проблем, затрудняющих развитие АСЭС, наиболее существенные из них: высокие затраты на топливо, большие безвозвратные потери энергии с теплом, выносимым с отработавшими газами через системы охлаждения и смазки, низкое качество электрической энергии, вырабатываемой ДВС-электростанциями (ДЭС), загрязнение окружающей среды в результате функционирования ДЭС.
Одним из эффективных способов решения этих проблем является внедрение многофункциональных энерготехнологических комплексов (МЭК) модульного типа на базе гибридных энергоустановок, основные отличия которых от традиционных ДЭС: совместная работа двигатель-генераторной установки (ДГУ) с внешним источником энергии, работа ДГУ на оптимальном, с точки зрения топливной экономичности, скоростном режиме, наличие системы утилизации сбросового тепла первичного двигателя и преобразователя частоты тока, использование местных, в том числе газообразных, видов топлива.
Создание МЭК является актуальным направлением в энергетике, его развитие требует решения научной проблемы совершенствования методов и средств повышения их эффективности оптимизацией режимов функционирования и конструкции первичных ДВС.
Цель исследования - повысить эффективность (топливная экономичность, экологические показатели, надежность, качество электроэнергии) многофункциональных энерготехнологических комплексов совершенствованием двигатель-генераторных установок.

Содержание

Введение
1 Анализ состояния, перспектив развития и проблем совершенствования энергоустановок с поршневыми тепловыми двигателями
1.1 Перспективы использования и развития энергоустановок на базе поршневых двигателей внутреннего сгорания
1.1.1 Современное состояние и ключевые проблемы развития энергетики
1.1.2 Использование местных топливно-энергетических ресурсов и альтернативных топлив для нужд малой энергетики
1.1.3 Перспективы когенерационной выработки тепла ДВС-электростанциями
1.1.4 Проблемы обеспечения качества электрической энергии в
сетях общего назначения
1.2 Технический уровень и состояние эксплуатации энергоустановок
1.2.1 Состояние нормативно-технической базы с требованиями к энергоустановкам и первичным ДВС
1.2.2 Обзор отечественного и зарубежного рынка энергоустановок
на базе поршневых двигателей
1.2.3 Состояние эксплуатации ДВС-электростанций
1.3 Основные положения концепции МЭК. Особенности характеристик и режимов функционирования двигатель-генераторных установок в составе МЭК
1.3.1 Многофункциональные энерготехнологические комплексы на базе поршневых ДВС и возобновляемых (нетрадиционных) источников энергии
1.3.2 Особенности конструкции и режимов функционирования двигатель-генератора в составе МЭК
1.3.3 Математическое моделирование МЭК
1.3.4 Цели и задачи исследования
2 Методы и средства расчетно-теоретических исследований многофункциональных энерготехнологических комплексов
2.1 Методы оценки и повышения эффективности МЭК
2.1.1 Система критериальной оценки эффективности энергоустановок с поршневыми ДВС
2.1.2 Направления совершенствования показателей, входящих в систему критериальной оценки эффективности МЭК
2.1.3 Методы оптимизации режимов функционирования и конструктивных параметров ДГУ в составе МЭК
2.2 Развитие методов и средств теории многофункциональных энергетических комплексов
2.2.1 Математическое описание процессов первичного двигателя
2.2.2 Математическая модель электрооборудования МЭК
2.2.3 Математическая модель для определения ресурса первичного ДВС
2.2.4 Комплексная математическая модель МЭК
3 Методы и средства экспериментальной оценки критериев эффективности многофункциональных энерготехнологических комплексов
3.1 Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований МЭК и его составляющих
3.1.1 Объекты экспериментального исследования
3.1.2 Приборы и оборудование
3.1.3 Стандартизованные методы экспериментального исследования
3.1.4 Методы и средства экспериментальной оценки выбросов вредных веществ с отработавшими газами первичного двигателя
3.2 Методы и средства экспериментальной оценки параметров двигатель-генераторов и первичных двигателей МЭК
3.2.1 Методы и средства экспериментального исследования по переводу первичного двигателя на альтернативные жидкие виды топлива

Таблица 1.2 — Нормы качества электрической энергии электроагрегатов по ГОСТ 13822 (при cos (р=0,8)
Наименование показателей норм качества электрической энергии Значение
Установившееся отклонение частоты при неизменной симметричной нагрузке 25... 100% от номинальной мощности, % ±0,5; ±1,
Установившееся отклонение частоты при неизменной симметричной нагрузке до 25 % номинальной мощности, % ±1,0; ±1,5; ±2,0; ±2,
Переходное отклонение частоты при сбросе-набросе симметричной нагрузки: - 100 % номинальной мощности, % - время восстановления, с ±6,0; ±8,0; ±10,0 3;
Условия эксплуатации энергоустановок определены группой нормативно-технических документов, среди которых основным являются устаревшие «Правила технической эксплуатации дизельных электростанций (ПТЭД)» [36] 1993 года.
Существующая система стандартов является во многом избыточной, устаревшей и противоречивой. Она не учитывает достигнутый технический уровень мирового двигателестроения, тенденции к все более широкому применению альтернативных топлив, систем утилизации сбросового тепла двигателей, гибридных установок и не отвечает современным задачам развития малой энергетики не только на базе МЭК, но и на основе «традиционных» ДЭС. Электростанции и электроагрегаты не подлежат обязательной сертификации, в результате на рынок попадает большое количество низкокачественной продукции. В настоящее время ведется работа по созданию новой системы стандартов, в том числе с использованием результатов настоящего исследования.
1.2.2 Обзор отечественного и зарубежного рынка энергоустановок на базе поршневых двигателей
Каждые 10 лет мировое производство двигатель-генераторных установок увеличивается примерно на 30 %, при этом установки мощностью 5...30 кВт составляют 50% объема выпуска, 31...70 кВт — 20%, 71. ..150 кВт — 11%,