Выбор рациональных режимов ДЭС, работающих с учетом ограничений по экологическим евростандартам

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

2. Буверт, В.В. Сухопутный транспорт леса / В.В. Бу-верт, Б.Д. Ионов, М.И. Кишинский, С.А. Сыромятников. - М.: Гослесбумиздат, 1960. - Т 1.

3. Инструкция по проектированию дорожных покрытий лесовозных и автомобильных дорог. - Л.: Гипролестранс, 1967. - 70 с.

4. Инструкция по назначению и расчету конструкций дорожных одежд нежесткого и полужесткого типов для лесовозных автомобильных дорог. - М., Химки: ЦНИИМЭ, 1972. - 70 с.

5. Ильин, Б.А. Сухопутный транспорт леса / Б.А. Ильин, И.Ф. Алышев, Б.И. Кувалдин и др. - М.: Лесная пром-сть, 1973. - 384 с.

6. Техническая информация № 1. - Л.: Гипролест-ранс, 1957.

7. Грязин, А.Д. Лесовозный транспорт: учеб. пособие / А.Д. Грязин. - Йошкар-Ола: МарПИ, 1989.

- 74 с.

8. Дыроватых, Н.В. Обоснование суммарных коэффициентов приведения воздействия на дорожную одежду современных автопоездов на вывозке древесины к расчетной нагрузке. Сухопутный транспорт леса / Н.В. Дыроватых, А.М. Меньшиков //Матер. научн.-техн. конфер. СПбГЛТА им. С.М. Кирова. - СПб: 2009. - С. 200-205.

9. Левушкин, Д.М. Ресурсное обеспечение в условиях вероятностного характера дорожного строительства лесовозных автомобильных дорог / Д.М. Левушкин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник.

- № 2. - 2012. - С. 123-126.

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ДЭС, РАБОТАЮЩИХ С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ЕВРОСТАНдАРТАМ

Г.И. КОЛЬНИЧЕНКО, проф. каф. ЭТЭ ПЛКМГУЛ, д-р техн. наук,

А.В. СИРОТОВ, проф. каф. ЭТЭ ПЛК МГУЛ, д-р техн. наук,

Я.В. ТАРЛАКОВ, ст. препод. каф. ЭТЭ ПЛК МГУЛ, канд. техн. наук

tarlakov@narod.ru

Единая энергосистема страны на протяжении многих десятилетий была основой надежности энергоснабжения. Однако ее нынешнее состояние таково, что приходится констатировать ухудшение экономических показателей, снижение эффективности функционирования и темпов развития электроэнергетики. Известно, что российские тепловые электростанции (ТЭЦ), производящие примерно 2/3 всей электроэнергии в стране, характеризуются технологической и технической отсталостью: у многих из них КПД и коэффициент использования установленной мощности значительно ниже, чем у зарубежных. Низкая эффективность, моральный и физический износ не только станционного, но и сетевого оборудования приводят к высокой стоимости электроэнергии. Реорганизация электроэнергетики за годы реформы РАО ЕЭС, к сожалению, не привели ни к остановке роста цен, ни к росту инвестиций, что, естественно, тормозит модернизацию электроэнергетики, требующую огромных финансовых затрат. Только для сетевой составляющей нужны вложения в размере не менее 5 трлн руб. на ближайшие 10-15 лет [1, 6].

По ценам на электроэнергию мы уже приблизились, а кое-где превзошли цены США и стран Западной Европы.

Высокие цены на электроэнергию снижают конкурентоспособность продукции большинства отраслей России, уменьшают поток зарубежных и отечественных инвестиций, существенно затрудняя развитие экономики всей страны.

Высокие цены на электроэнергию заставляют потребителей отказываться от централизованного энергоснабжения. Число таких потребителей растет: уже многим предприятиям выгоднее иметь свой источник электроэнергии, чем покупать ее у энергосистемы. Не случайно статистика показывает рост импорта в Российскую Федерацию дизельных генераторов. Суммарная мощность ввозимых за год мини электростанций составляет от 2,5 до 4 гигаВатт.

Таким образом, наблюдается развитие малой распределенной энергетики (МРЭ). При этом важно отметить, что переход на автономную генерацию востребован как в сегменте традиционной, так и нетрадиционной энергетики.

44

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

География развития объектов МРЭ очень широка: множество удаленных от централизованного электроснабжения поселков (и это зачастую лесные поселки) снабжаются электроэнергией от локальных дизельных источников.

Общеизвестно, что нефть на ближайшую перспективу (т.е. на ближайшие несколько десятилетий) по-прежнему остается основным источником моторного топлива. Однако обострение проблемы обеспечения населения Земли органическими энергоносителями привела к необходимости хотя бы частичной замены природных топлив (главным образом нефтяных) возобновляемыми растительными, то есть биотопливом или его добавками.

Выход на рынок биотоплива является серьезной альтернативой дорогостоящим нефтяным ресурсам. Предполагается, что к концу столетия биотопливо обеспечит уже более двух третей потребностей транспортной отрасли в жидком топливе. Значительное внимание в мире ныне уделено биотопливу, полученному из рапса. Рапс занимает прочные позиции в мировом сельском хозяйстве как одна из основных масличных культур [2].

В условиях лесного комплекса имеются широкие возможности применения биотоплива и традиционного топлива с биодобавками, так как многие энергопотребители лесных отраслей располагаются в местах, удаленных от централизованных источников электроснабжения.

В МГУЛе были проведены эксплуатационные испытания дизель-генератора и технико-экономические исследования по определению мощностных, экологических и экономических показателей дизеля, работающего на штатном стандартном топливе и биотопливе (т.е. дизельном топливе (ДТ) с добавлением рапсового масла (РМ)).

Для оценки эксплуатационных показателей дизельных электростанций (ДЭС) была разработана методика, включающая следующие основные этапы:

1. Для каждого определяемого стандартами вредного вещества проводится серия экспериментов по количественному опреде-

лению его содержания в отработанных газах при различных процентных содержаниях биодобавок и генерируемых мощностей.

2. По результатам экспериментов строятся зависимости количества вредных веществ в отработанных газах от исследуемых параметров.

3. На основе построенных функциональных зависимостей и значений ограничительных параметров стандартов для каждого используемого значения процентного содержания биодобавки определяется диапазон мощностей, генерируемых ДЭС, в котором возможна работа двигателя при данном процентном содержании.

4. Диапазон экологически безопасных режимов для работы ДЭС может определяться по максимально вредному воздействию одного из вырабатываемых вредных веществ,

Т а б л и ц а 1

Наименование видов топлива,

используемого в экспериментах

Наименование топлива % РМ % ДТ

100ДТ - 100

10РМ90ДТ 10 90

15РМ85ДТ 15 85

20РМ80ДТ 20 80

25РМ75ДТ 25 75

30РМ70ДТ 30 70

35РМ65ДТ 35 65

40РМ60ДТ 40 60

<h

.tr

V_______/

4

5

6

1

2

3

Рис. 1. Схема устройства для определения технических характеристик передвижных электростанций с приводом от двигателей внутреннего сгорания: 1 - вынесенный топливный бак , 2 - расходомер, 3 - имитатор нагрузки, 4 - блок снятия характеристик, 5 - приборы для измерения электротехнических показаний генератора, 6 - приборы

для снятия характеристик двигателя внутреннего сгорания

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

45

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Таблица 2

Ограничения технологических режимов работы двигателя с учетом требований евростандарта IV

0 % Расход топлива на 1 кВт-ч при генерируемой мощности и ограничениях

0,600 0,800 0,600 0,400 0,343 0,333 0,340

10 % 0,630 0,800 0,613 0,520 0,386 0,378 0,380

15 % 0,650 0,890 0,667 0,600 0,486 0,489 0,480

20 % 0,700 0,920 0,733 0,680 0,629 0,600 0,600

25 % 0,840 1,000 0,867 0,800 0,714 0,644 0,660

30 % 0,900 1,500 0,933 1,000 0,857 0,756 0,800

35 % 1,100 1,700 1,000 1,120 0,943 0,844 0,860

40 % 1,300 1,900 1,533 1,200 1,057 0,933 0,920

Содержание РМ в смеси с ДТ, % xx 1 1,5 2,5 3,5 4,5 5

Генерируемая мощность, кВт-ч

♦ CO “ CH A CO2 Н сажа min

Содержание РМ в смеси, %

Рис. 2. Область ограничений технологических режимов по выбросам с учетом требований EURO IV

а также по их совместному агрегатному воздействию, на основе чего формируются ограничения для возможных технологических режимов работы ДЭС.

Программа и методика стендовых испытаний ДЭС имела целью получение следующих функциональных зависимостей:

- зависимость напряжения от процентного содержания смесевого топлива и выходной мощности;

- зависимость выброса вредных веществ (СО,СО2,СН) в отработанных газах (ОГ), а также дымности ОГ на 1 кВт-ч от процентного соотношения смесевого топлива и генерируемой мощности;

- зависимость падения мощности от процентного соотношения смесевого топлива и номинальной мощности;

- зависимость расхода топлива на 1 кВт-ч от процентного соотношения смесево-го топлива и генерируемой мощности.

Для проведения испытаний и получения перечисленных зависимостей был разработан стенд для определения технических характеристик передвижных электростанций с приводом от двигателей внутреннего сгорания (рис. 1). На данное изобретение получен патент РФ на полезную модель № 106918.

В качестве стандартного топлива для дизельной электростанции типа SKAT УГД-

46

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

4500 (P =5 кВт) использовалось чистое

дизельное топливо (ДТ) по ГОСТ 309-82 и смесевое топливо (дизельное топливо (ДТ) + рапсовое масло (РМ) в различных процентных соотношениях). Состав топлива, используемого в эксперименте, представлен в табл. 1.

На основе проведенных экспериментов были получены перечисленные выше функциональные зависимости, которые необходимы для построения области ограничений оптимальных технологических режимов ДЭС с учетом требований по экологии. Последнее напрямую связано с требованиями экологических стандартов, поскольку Россия готовится к переходу на стандарты EURO-IV и EURO-V По численным значениям экологических евростандартов для каждого вида топлива составляется таблица минимальных мощностей, при которых работа двигателя считается экологически безопасной [4], что позволяет построить область ограничений технологических режимов по выбросам отработанных газов (ОГ) с учетом требований евростандартов (рис. 2).

Полученные в ходе экспериментов данные по расходу топлива и данные рис. 2 позволяют рассчитать параметры технологических режимов, то есть определить допустимый расход топлива при определенном процентном содержании биодобавок в топливе и

определенной генерируемой мощности с учетом ограничений по евростандартов.

Результаты обработки экспериментальных данных показали, что во всем допустимом диапазоне данного двигателя лучшим по экологическим показателям является топливо с содержанием биотоплива в размере 15 %.

Библиографический список

1. Егоров, Е.Ю. Вынужденная распределенная генерация / Е.Ю. Егоров // НГ-энергия. 14 мая 2013 г. - С.10.

2. Клименко, А.В. Биомасса - важнейший источник энергии для России / А.В. Клименко, Б.Ф. Реутов // Энергетика России: проблемы и перспективы: тр. на-учн. сессии РАН - М.: Наука - 2006. - С. 336-340.

3. Тарлаков, Я.В. Эксплуатационные показатели дизельных электростанций лесного комплекса при работе на биотопливе: дисс. ... канд. техн. наук / Я.В. Тарлаков. - М.: МГУЛ, 2013.

4. Кольниченко, Г.И. Эксплуатационное исследование характеристик дизель-генератора, работающего на дизельном топливе с биодобавками/ Г.И. Кольниченко, А.В. Сиротов, Я.В. Тарлаков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 3. - 2012. - С. 58-61.

5. Кольниченко, Г.И. Биомасса и биотопливо в энергетическом обеспечении отраслей экономики страны / Г.И. Кольниченко, А.В. Сиротов, В.И. Панферов, Я.В. Тарлаков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - № 4 (73). - С. 136-140.

6. Бурков, В.Д. Сбалансированная модель глобального биогеохимического круговорота углерода / В.Д. Бурков, В.Ф. Крапивин, В.С. Шалаев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 2. - 2012. - С. 86-94.

УПРУГИЕ И ОСТАТОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ При Статическом ИЗГИБЕ

А.А. КОТОВ, проф. каф. искусственного лесовыращивания и механизации лесохозяйственных работ МГУЛ, д-р техн. наук

В реологии - науке о законах образования и развития во времени деформаций любых веществ - выделяют три сплошные среды, а именно: твердое тело Гука, вязкое тело Ньютона и пластическое тело Сен-Венана

[1]. Этими телами определяются три фундаментальных свойства материалов: упругость, вязкость и пластичность. Многие реальные материалы, в том числе и древесина как материал растительного происхождения обла-

kotov@mgul.ac.ru

дают способностью одновременно проявлять несколько свойств в конкретных условиях деформирования. Различия этих свойств отражаются в определенных пропорциональных соотношениях, т.е. одно свойство может преобладать над другим.

Упругость зависит от влажности, плотности, прямослойности древесины, от количества и размеров сердцевинных лучей в ней, а также от возраста дерева. Упругость растет с

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

47