Эффективность использования инверторных энергоустановок в составе многофункциональных энерготехнологических комплексов
- Авторы: Редько И.Я.1, Малозёмов А.А.2, Малозёмов Г.А.2, Наумов А.В.2, Козьминых Д.В.2
-
Учреждения:
- АО «Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского»
- Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
- Выпуск: Том 21, № 4 (2020): 100-летие плана ГОЭЛРО
- Страницы: 244-253
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2312-8143/article/view/327464
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2020-21-4-244-253
- ID: 327464
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Разработана методика комплексной многокритериальной оценки эффективности использования инверторных энергоустановок в составе многофункциональных энерготехнологических комплексов с техническими решениями, направленными на уменьшение негативных последствий функционирования двигателя внутреннего сгорания с оптимальной с точки зрения топливной экономичности частотой вращения. Методика включает: синтез оптимального алгоритма управления частотой вращения двигателя, определение режимов функционирования комплекса в условиях эксплуатации, оценку изменения величины расхода топлива и выбросов вредных веществ с отработавшими газами, скорости расходования ресурса при переводе двигателя на режим работы с оптимальной частотой вращения, комплексную технико-экономическую оценку эффективности использования инверторных энергоустановок. На примере инверторной энергоустановки мощностью 100 кВт доказана необходимость применения методики. Выявлено, что работа двигателя с оптимальной с точки зрения топливной экономичности частотой вращения и без дополнительных конструктивных мероприятий влечет увеличение скорости накопления повреждений в 1,7-2,1 раза и поэтому экономически нецелесообразна, несмотря на снижение расхода топлива на 1 % и более. Установлено, что снижение степени сжатия при одновременном повышении давления наддува позволяет повысить ресурс двигателя до функционального отказа вследствие накопления повреждений на 43 % и до параметрического отказа вследствие изнашивания на 32 %, при этом затраты на эксплуатацию инверторной энергоустановки снизятся на 3,7 % относительно базовой (без изменений) энергоустановки. Показатели выбросов сажевых частиц уменьшатся примерно в 2 раза, оксидов азота - на 2 %, углеводородов - практически до нуля.
Об авторах
Иван Яковлевич Редько
АО «Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского»
Автор, ответственный за переписку.
Email: redko_iya@mail.ru
заместитель генерального директора АО «ЭНИН», д. т. н., профессор
Российская Федерация, 119071, Москва, Ленинский пр-кт, д. 19Андрей Адиевич Малозёмов
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: redko_iya@mail.ru
SPIN-код: 6622-7711
профессор кафедры колесных и гусеничных машин ЮУрГУ (НИУ); д. т. н., доцент
Российская Федерация, 454080, Челябинск, пр-кт Ленина, д. 76Георгий Андреевич Малозёмов
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: redko_iya@mail.ru
студент факультета математики, механики и компьютерных технологий ЮУрГУ (НИУ)
Российская Федерация, 454080, Челябинск, пр-кт Ленина, д. 76Алексей Владимирович Наумов
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: redko_iya@mail.ru
начальник учебной части, заместитель начальника кафедры танковых войск ЮУрГУ (НИУ).
Российская Федерация, 454080, Челябинск, пр-кт Ленина, д. 76Дмитрий Владимирович Козьминых
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Email: redko_iya@mail.ru
соискатель кафедры колесных и гусеничных машин ЮУрГУ (НИУ).
Российская Федерация, 454080, Челябинск, пр-кт Ленина, д. 76Список литературы
- Ministry of Energy of the Russian Federation. Energy Strategy of Russia for the period up to 2035. (In Russ.) Available from: https://minenergo.gov.ru/node/1026 (accessed: 14.12.2020).
- Bushuev VV, Voropay NI, Senderov SM, Saenko VV. About the energy security doctrine of Russia. Economy of Region. 2012;2(30):40–50. http://dx.doi.org/ 10.17059/2012-2-3.
- Malozemov AA, Kukis VS, Naumov AV. Hybrid power system with variable speed diesel engine. 2018 International Ural Conference on Green Energy (UralCon). Chelyabinsk; 2018. p. 63–68. http://dx.doi.org/10.1109/ URALCON.2018.8544335.
- Leuchter J, Bauer P, Kurka O. Configuration for mobile electrical power source. The International Conference on Power Electronics, Intelligent Motion and Power Quality (PCIM EUROPE 2004). 2004;(1):916–919.
- Manwell JF, Stein WA, Rogers A, McGowan JG. An investigation of variable speed operation of diesel generators in hybrid energy systems. Renewable Energy. 1992;(6):563–571. http://dx.doi.org/10.1016/0960-1481(92) 90019-Y.
- Lee JH, Lee SH, Sul SK. Variable-speed engine generator with supercapacitor: isolated power generation system and fuel efficiency. IEEE Transactions on Industry Applications. 2009;(6):2130–2135.
- Obukhov SG, Plotnikov IA. Experimental studies of a diesel generator set at variable speed. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2015;326:95–102.
- Khvatov OS, Samoyavchev IS, Darienkov AB. Simulation model of a unified ship power plant based on the system “internal combustion engine – generator” of variable rotation speed. Vestnik IGAU. 2012;(2):1–5.
- Malozemov AA, Shikin AS. Experiment-calculated estimation of derating level influence upon resource of converted B-2 type diesel engine. Bulletin of the South Ural State University. Series: Mechanical Engineering Industry. 2009;(24):89–96.
- Malozemov AA, Dooun VI, Kozminykh DV. Theoretical and experimental evaluation of diesel engine derating effect on its life time. Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). Springer Nature Switzerland AG; 2020. р. 55–63. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-22041-9_7.
- Kudryash AP. Nadezhnost i rabochiy protsess transportnogo dizelya [Reliability and working process of transport diesel engine]. Kiev: Naukova Dumka Publ.; 1981.
- Sreenath AK, Venkatesh S. Experimental studies on the wear of engine components. Wear. 1970;(16): 245–254. http://dx.doi.org/10.1016/0043-1648(70)90248-6.
- Malozemov AA, Bondar VN, Egorov VV, Malozemov GA. Digital twins technology for internal combustion engines development. Global Smart Industry Conference 2018. Chelyabinsk: IEEE Xplore Digital Library; 2018.
- Aleshkov OA, Malozemov AA. Povysheniye toplivnoy ekonomichnosti mnogofunktsional'nogo energotekhnologicheskogo kompleksa optimizatsiyey skorostnogo rezhima pervichnogo dizel'nogo dvigatelya v yego sostave [Improving the fuel efficiency of a multifunctional energy technology complex by optimizing the speed mode of the primary diesel engine in its composition]. Polzunovskiy Vestnik. 2009;(1/2):199–209.
- Orlov IN, et al. (eds.) Elektrotekhnicheskiy spravochnik. T. 3. Proizvodstvo i raspredeleniye elektricheskoy energii [Electrotechnical reference book. Vol. 3. Production and distribution of electrical energy]. Moscow: Energoatomizdat Publ.; 1988.
Дополнительные файлы
