Экспериментальное исследование характеристик дизель-генератора, работающего на дизельном топливе с биодобавками

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

выполнения одной из машин какой-либо операции, а позиции, определяющие состояние предмета труда (степень разработки лесосеки или участка, количество деревьев на рабочей позиции, размеры штабелей древесины и др.), разрешают выбранный переход или перестраивают работу модели по другому направлению (выполнение других операций).

Как видно из графа, основными его циклами являются последовательность позиций и переходов, определяющих выполнение машинами технологических операций по валке деревьев и последующей их обработке на текущей стоянке (для первой машины 1P2— 1 q7 —> 1P4—> 1 q8—> 1P5 —> 1 q9—> 1P6—> 1q10—> 1P2). В случае, когда число деревьев, находящихся в зоне досягаемости машины, заканчивается (в позиции 1W3 или 2W3 нет фишек), основной цикл прерывается и по цепочке переходов активизируется позиция, моделирующая переезд машины на следующую стоянку. После разработки всех выделенных участков одной из машин на данной лесосеке активным становится исходное состояние этой машины - ожидание. Предмет труда (заготовленная древесина) будет находиться в конечном состоянии - в виде готовой продукции работы машины, служащей исходным предметом труда для машин последующей фазы (позиции 1W5 и 2W5). Объем и параметры готовой продукции определяются характеристиками фишек в конечном состоянии предмета труда, а окончание работы модели - отсутствием фишек в исходном состоянии предмета труда (лесосеки).

Результатом работы модели на рис. 2 могут быть все основные характеристики, определяющие эффективность работы лесозаготовительных машин при разработке лесосек. Наиболее специфичными и значимыми характеристиками для имитационных моделей являются показатели согласованности действия машин, степень их загрузки и простоев, изменения допустимых нагрузочных и скоростных параметров машин в зависимости от режима их работы и лесорастительных условий. Данные параметры, в свою очередь, представляют важную информацию для последующей оптимизации технологических процессов лесозаготовок.

Библиографический список

1. Гультяев, А.К. Имитационное моделирование в среде Windows / А.К. Гультяев. - СПб.: «КОРОНА принт», 1999. - 288 с.

2. Шахов, В. Моделирование программно-аппаратных «реактивных» систем раскрашными сетями Петри / В. Шахов // RSDN Magazine. - 2006.

- Вып. 3. - С. 63-70.

3. Макаренко, А.В. Математическое описание силовых потоков многооперационной лесозаготовительной машины / А.В. Макаренко // Межвуз. сб. науч. тр. «Технология и оборудование лесопромышленного комплекса» - СПб.: СПбЛТА, 2010.

- С. 69-74.

4. Макаренко, А.В. Имитационное моделирование работы лесозаготовительной машины с помощью сетей Петри / А.В. Макаренко // Науч. тр. МГУЛ, «Технология и оборудование лесопромышленного производства» - М.: МГУЛ, 2011. - Вып. 356. - С. 44-49.

5. Редькин, А.К. Математическое моделирование и оптимизация технологий лесозаготовок / А.К. Редькин, С.Б. Якимович. - М.: МГУЛ, 2005. - 497 с.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА, рАБОТАЮЩЕГО На дИЗЕЛЬНОМ

топливе с биодобавками

Г.И. КОЛЬНИЧЕНКО, проф. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ, д-р техн. наук, А.В. СИРОТОВ, проф. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ, д-р техн. наук,

Я.В. ТАРЛАКОВ, асс. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ

В настоящее время государство, бизнес и наука вырабатывают общие подходы к научно-техническому развитию на основе инновационных технологий. Инструментом в

sirotov@mgul.ac.ru реализации этих целей являются технологические платформы, разработанные и предложенные Минэкономразвития РФ. Правительственная комиссия по высоким технологиям

58

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

и инновациям, возглавляемая премьер-министром РФ, рассмотрела и утвердила в 2011 г. их перечень, который насчитывает 27 платформ, 4 из которых - в сфере энергетики [1].

Технологическая платформа - малая распределенная энергетика (МРЭ) - объединяет более 150 организаций-участников, в том числе известные НИИ и проектные учреждения, крупнейшие энергокомпании, производители энергооборудования и т.д.

Целью создания МРЭ является инновационно-технологическое обеспечение структурной перестройки российской энергетики путем перехода от жестко централизованной системы с крупными энергоисточниками к способам энергообеспечения на основе малых форм.

Малая распределенная энергетика рассматривается сегодня как важнейшая составляющая в новой парадигме развития мировой энергетики.

Сегодня малая энергетика находится на начальном этапе развития, хотя определенные заделы для ее становления были заложены в советское время.

География размещения объектов МРЭ очень широка. Они особенно актуальны там, где проблемы энергообеспечения огромных территорий на основе централизованного электросетевого строительства не решить ввиду относительной дороговизны ЛЭП для питания удаленных маломощных потребителей.

Именно поэтому множество удаленных от централизованного электроснабжения поселков (а это зачастую лесные поселки) снабжается электроэнергией от локальных дизельных источников. Только в Сибирском Федеральном округе общее число дизельных электростанций в пересчете на 300-500 кВт установленной мощности, включая единичные дизельные агрегаты, оцениваются в 1100-1300 штук. Дизельное топливо является основным в балансе Красноярского края, Иркутской и Новосибирской областей.

Отсюда вытекает задача инициировать и инвестировать конкретные разработки по сооружению объектов малой распределенной энергетики и возобновляемых источников энер-

гии, что является одним из элементов повышения энергоэффективности экономики [2].

У малой энергетики много преимуществ:

- повышение надежности электроснабжения;

- возможность использования местных видов топлива;

- сокращение затрат на строительство

сетей;

- большая эффективность электростанций малой энергетики, работающих на местных и нетрадиционных видах топлива, по сравнению с крупными электростанциями.

Общеизвестно, что нефть на ближайшую перспективу (т.е. предстоящие десятилетия) по-прежнему остается основным источником моторного топлива. Однако обострение проблемы обеспечения жизнедеятельности населения Земли органическими энергоносителями привела к необходимости хотя бы частичной замены природных топлив (главным образом нефтяных) возобновляемыми альтернативными [3].

Многочисленными исследованиями установлено, что наилучшим заменителем традиционных дизельных топлив является топливо растительного происхождения, и, в частности, получаемое из рапса. В настоящее время рапс занимает прочные позиции в мировом сельском хозяйстве как одна из основных масличных культур [4].

Использование рапсового масла связано с тремя основными направлениями повышения энергетической безопасности России:

1. Увеличение объема децентрализованного производства энергии (т.е. средствами малой энергетики).

2. Увеличение объема энергетического использования биомассы.

3. Дифференциация внутреннего рынка топлива с заменой нефтепродуктов и природного газа на биотопливо.

Следует признать, что многие вопросы оптимального применения альтернативных биотоплив и, в частности, рапсового масла у нас в стране мало изучены.

На базе Межкафедральной лаборатории (кафедры колесных и гусеничных

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

59

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 2. Зависимость содержания CO в % на 1 кВт вырабатываемой мощности

Рис. 3. Минимальное значение потребляемой мощности дизель-генератора в зависимости от процентного соотношения РМ с ДТ по стандарту euro III

60

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Таблица

Предельно допустимое содержание вредных веществ ОГ на 1 кВт вырабатываемой мощности

% CO CH Сажа О p

Euro III >0,0015 >0,04 >0,1 >0,0005

Euro IV 0,0015 0,04 0,04 0,0005

0,0007 0,02 0,02 0,0002

Euro V 0,0007< 0,02< 0,02< 0,0002<

машин и кафедры электроэнергетики лесных комплексов) МГУЛ 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 этого были разработаны методика и стенд испытаний дизель-генераторных установок с целью выявления зависимостей расхода топлива, выходных электротехнических показателей и количества выбросов отработанных газов (ОГ). Полученные результаты позволяют с помощью разработанной методики проводить оптимальный подбор состава топлива, с учетом ограничений по экологическим стандартам (euro III, euro IV и euro V). Появляется возможность определить минимальную вырабатываемую мощность и расход топлива при определенной нагрузке на испытуемом дизель-генераторе и ограничению по евростандартам.

На рис. 1 показан график зависимости расхода топлива от потребляемой мощности, который показывает, что расход на ДТ наименьший, но при этом в систему подачи топлива не вносилось никаких изменений (таких как замена форсунки, подогрев смеси), которые могли бы позволить сократить расход при использовании биодобавок. При этом расход на ДТ наименьший, но расход при 10 %, 15 % и 20 % содержании РМ в топливе не превышает 15 % от расхода с ДТ.

Увеличение содержания вредных примесей ОГ растет при увеличении потребляемой мощности. На рис. 2 изображен график зависимости содержания CO на 1 кВт выра-

батываемой мощности двигателя, при этом ДТ имеет нелучшие показатели.

Из рис. 2 видно, что на всем диапазоне соотношение выделения CO на 1 кВт РМ15ДТ85 ниже чистого ДТ. Сделать сравнительную оценку содержания вредных веществ в выхлопных газах можно при помощи таблицы, которая представлена производителем автотестеров. В ней представлены значения ограничений экологических стандартов по EURO III, EURO IV и EURO V.

Таблица позволяет определить минимальную нагрузку на дизель-генератор, при которой выбросы вредных веществ ОГ не превышают предельно допустимых значений. Определив минимальные значения по нагрузке для каждого вида топлива, выбрав максимальное значение по выхлопу (СО, CO2, CH, сажа), можно определить состав смесевого топлива в зависимости от экологических ограничений (СО, СН, CO2, сажа), как это представлено на рис. 3.

Полученные результаты являются исходными данными для построения трехмерной модели, позволяющей выбрать состав смесевого топлива с обеспечением необходимого диапазона работы двигателя, минимального расхода смеси и выполнения ограничений по составу отработанных газов.

Библиографический список

1. Постановление Правительства Российской Федерации от 12 сентября 2008 г. № 667

2. Шаталов, В.И. Малая распределенная энергетика поможет решить многие проблемы / В.И. Шаталов.

- М.: Электроэнергия. - 2011. - № 5. - С. 22-23.

3. Мировая энергетика. - 2008. - № 9(57).

4. Кольниченко, Г.И. Жидкое биотопливо: проблемы и перспективы создания и использования / Г.И. Кольниченко, А.В. Сиротов, Я.В. Тарлаков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 1. - 2010.

- С. 105-107.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

61