Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

стей. Самара: ОФОРТ, 2011. - 160 с.

2.Современные методы исследования нефтей: Справочно-методическое пособие / Под ред. А.И. Богомолова, М.Б. Темянко, Л.И. Хотынце-

вой. — Л.: Недра, 1984. — 431 с

ПОЛУЧЕНИЕ БИОГАЗА КАК АЛЬТЕРНАТИВНОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ

Асфандиярова Л.Р., Юнусова Г.В., Васильева Н.Н.

Г. Стерлитамак, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

e-mail: [e-mail]

В последнее время интерес к возобновляемым источникам энергии резко возрос практически во всех странах мира, это связано в первую очередь с надвигающимся энергетическим кризисом. На сегодня, по оценкам ученых, балансовые запасы нефти на планете составляют всего 400 млрд. т, а ежегодная ее добыча - около 3 млрд. т. Таким образом, с учетом современных технологий разработки месторождений и при существующих ценах на нефть этих запасов хватит максимум на 50-75 лет. Аналогичная ситуация и с природным газом, и только поэтому запасов угля хватит примерно еще на 400-500 лет [3].

Основным недостатком природного топлива - его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы образовывались в течение десятки и сотни миллионов лет назад, в тоже время добыча топлива непрерывно увеличивается. Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам, так как в отличие от органического топлива они непрерывно возобновляются. Но посредствам лишь их использования невозможно получить энергии. Поэтому важнейшей проблемой энергетики стало проблема изыскание новых источников энергии, в частности ядерной энергии, энергии солнечного излучения, внутреннего тепла Земли.

Поэтому развитие возобновляемой энергетики является актуальным. Одним из перспективных направлений в этой области является переработка сельскохозяйственных отходов.

Помимо решения проблемы отходов, производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем углекислый газ, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана - лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления. Переработанный навоз применяется в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды [4].

101

Нами предлагается переработка отходов свиноводческих комплексов с целью получения биогаза, как одного из перспективных источников альтернативной энергии.

Благодаря этому становится реальным создание экологически чистых замкнутых циклов интенсивного сельскохозяйственного производства. В результате внедрения биоэнергетической установки, для переработки различных видов отходов сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, в частности свиного навоза, возможно:

а) утилизация отходов и улучшения экологической обстановки в зоне производства;

б) получение энергетических ресурсов; в) получение экологически чистых органических удобрений есте-

ственного типа.

Получение биогаза из органических отходов основано на их свойствах выделять горючий газ, в результате так называемого «метанового сбраживания» в анаэробных условиях. Биогаз, образующийся при метановом сбраживании, представляет собой смесь, состоящую из 50-80 % метана, 20-50 % углекислого газа, около 1 % сероводорода, а также незначительного количества некоторых других газов (азота, кислорода, водорода, аммиака, закиси углерода и др.).

Процесс проводится в биогазовой установке, предназначенной для микробиологической анаэробной конверсии навоза в биогаз в условиях животноводческих комплексов [5].

Биореактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром из стали или железобетона, его конструкция предусматривает теплоизоляцию, для поддержания в биореакторе температуры. Он снабжен мешалкой, для более гомогенного перемешивания смеси. Свежий навоз подают в биореактор небольшими порциями несколько раз в день. Для субстрата с использованием силоса 50:50% средняя длительность гидравлического отстаивания внутри биореактора (в зависимости от субстратов) составляет, в среднем около 60 дней. В течение этого времени органические вещества внутри навоза метаболизируются микроорганизмами.

В итоге на выходе получают следующие продукты: биогаз и субстрат (компостированный и жидкий). Последний сохраняется в навозохранилище для удобрения. Полученный биогаз направляют в газгольдер, где выравниваются давление и состав газа. Непрерывная подача газа в газовый или дизельно-газовый двигатель-генератор, позволяет производить тепло и электроэнергию.

Количество и состав газа, образующийся в результате полного разложения органического вещества, зависит от соотношения следующих элементов С:Н:О:N в исходном материале и от температуры процесса брожения.

Анаэробное сбраживание осуществляется в герметичной емкости -

102

реакторе обычно цилиндрической формы горизонтального или вертикального расположения. Для эффективного сбраживания в полости реактора необходимо поддерживать постоянную температуру: психофильный – при температуре 8-20˚С, мезофильный – при 25-40˚С, термофильный - при 45-60˚С.

Для нормального протекания брожения необходима слабощелочная реакция среды (pH=7-8). При оптимальной (ровной) активности кислотообразующих и метановых бактерий (то есть при установившемся процессе брожения) значение pH поддерживается в желательных пределах «автоматически». Однако иногда кислотообразующие бактерии начинают размножаться быстрее, чем метановые, изза чего концентрация летучих жирных кислот в бродильной камере возрастает и происходит так называемое «закисление», в результате чего выход биогаза снижается, а кислотность биомассы увеличивается [1, 2].

В ходе исследований был выполнен расчет количества навоза, получаемого от всех свиней (теоретически было принято, что производительность комплекса 54000 голов свиней в год), составляющий 540 тонн в сутки.

Для внедрения установки по утилизации свиного навоза рассчитали характеристики биореактора. Данные расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты расчета биореактора

№	Параметры установки		Значение
п.п.
1	Объем навозоприемника		1588 м3
2	Суточная доля загрузки		16000 м3
3	Суточный выход биогаза		14580 м3
4	Общая тепловая энергия	получаемого	349920 МДж
	биогаза

Причем число реакторов выбиралось с учетом показателя суточной загрузки. Расчет проводился на 2 реактора объемами загрузки 8000 м3, высотой h = 10 м и диаметром d = 35м каждый.

На основании результатов многочисленных лабораторных исследований, проведенных на крупных полигонах отходов, составлена математическая модель определения удельного выхода биогаза за период его активной стабилизированной генерации. Результаты расчетов представлены в таблице 2.

103

Таблица 2 – Экологические характеристики предлагаемого природоохранного объекта

№	Экологическая характеристика	Значение
п.п.
1	Расчет удельного выхода биогаза	0,014 кг/кг отходов
2	Выход биогаза в год	3,08т кг/т отходов
3	Удельный годовой выход метана	2,28 кг/т отходов
4	Максимально разовый выброс метана	14,25 г/с
5	Удельный годовой выход диоксида угле- 1,23 кг/т отходов
	рода

6Максимально разовый выброс диоксида 7,6 г/с углерода

При внедрении биогазовой установки будут полностью утилизироваться отходы, сократиться выброс вредных веществ в атмосферу в 30 раз. Полученные результаты позволяют показать параметры биогазовой установки с учетом местных ресурсов биомассы и при использовании этой энергии сэкономить горючее топливо и электроэнергию, получить высококачественное удобрение и, тем самым, исключить зависимость от импортируемых энергоносителей.

Разработка данной технологии позволяет:

1)существенно снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, образующиеся при хранении отходов на открытых площадках навозохранилища;

2)полностью утилизировать отходы;

3)синтезировать биогаз в процессе утилизации отходов, который в дальнейшем возможно использовать для получения энергии;

Таким образом, разработанная нами технология утилизации отходов свиноводческого комплекса является важным мероприятием, имеющим экологическую и энергетическую значимость.

Применение биогаза способствует защите климата от парникового эффекта. Существенным благом для окружающей среды от использования биогазовой технологии является уменьшение эмиссии, имеющей тепличный эффект, прежде всего метана метана, диоксидов азота и диоксида углерода. В углекислом газе освобождается лишь тот объѐм, который до этого уже был связан растениями, и в атмосферу не выбрасывается без контроля метана, который приблизительно в 30 раз вреднее углекислого газа.

Произведѐнная энергия может использоваться для удовлетворения потребности в тепле при обогреве зданий и для подогрева воды на бытовые нужды.

104

Литература

1.Горбатюк О.В., Лившиц А.Б., Минько О.И. Утилизация биогаза полигонов твердых бытовых отходов. Проблемы больших городов // Обзорная информация МГЦНТИ. – М.: 1998. – 18 с.

2.Лившиц А.Б., Гурвич В.И. Утилизация свалочного биогаза – мировая практика, российские перспективы // Чистый город. 1999. №2. – С. 8- 17

3.Сафронова С.А., Ковалев Р.Е. Выгодная утилизация биоорганических отходов. Калуга, 2009. – 18 с.

4.Янченко В.С., Мишланова М.Ю. Пути оптимизпции схем биогазовых установок / Достижения науки и передового опыта в производстве. Брянск. – 1998. С. 70-74

5.http: //www.transgaz-holding.ru/biogazovaya_ustanovka_na

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В ЭЛЕКТРОСЕТЕВОМ КОМПЛЕКСЕ

Безбородова А.В, Шамурадов Ф.А.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: [e-mail]

Необходимость успешного решения проблем развития предприятий электроэнергетики с учетом закономерностей рыночной трансформации топливно-энергетического комплекса России выдвигает на повестку дня вопрос о формировании механизмов повышения энергоэффективности в электросетевом комплексе.

Впоследние годы экономка России устойчиво развивалась. При этом

воснове динамики экономического роста лежало удовлетворение спроса на энергоресурсы на основе развития электроэнергетики. Таким образом, лидирующие позиции экономического роста во многом опирались на факторы целенаправленного развития топливно-энергетического комплекса вообще и электроэнергетики в частности.

Вопросам развития электроэнергетики страны уделяют серьезное внимание Президент и Правительство Российской Федерации, а также Государственная Дума, что было реализовано через ряд указов, постановлений, федеральных законов и Федеральную целевую программу «Энергоэффективная экономика на 2007–2010 годы и на перспективу до 2015 года», которая стала одним из основных механизмов реализации энергетиче-

105

ской стратегии России. Но, как показала практика, необеспеченность принимаемых решений соответствующими организационно-экономическими механизмами, не позволила реализовать их в полном объеме. Расформирование РАО «ЕЭС России» и мировой экономический кризис фактически завершили ход выполнения планов, намеченных органами государственного управления, так как кардинально изменили экономические условия и поставили задачу формирования новой системы приоритетов и выработки соответствующих организационно-экономических механизмов повышения энергоэффективности в российской экономике, в том числе и в отраслях ТЭК России.

Впериод мирового экономического кризиса важной составляющей успешного развития страны является модернизационная направленность мер развития электроэнергетики с целью повышения энергоэффективности российской экономики и преодоления на данной основе макро- и микроэкономических кризисных тенденций. В этих условиях от успешности стратегии повышения энергоэффективности зависит решение важнейших экономических проблем функционирования и развития российской экономики и ее электроэнергетической отрасли.

Недостатки существующих организационно-экономических механизмов повышения энергоэффективности в электроэнергетике, которая должна быть адаптирована к работе в условиях мирового экономического кризиса, затрудняют выработку стабилизирующей экономической политики.

Оценивая состояние предприятий электроэнергетики России, приходится признать, что без обеспечения мер реализации модернизационных приоритетов на основе организационно-экономических механизмов повышения энергоэффективности в электроэнергетике не удастся решить проблемы социально-экономического развития страны в условиях мирового экономического кризиса.

Вэтой ситуации исследование проблем и определение направлений формирования организационно-экономических механизмов повышения энергоэффективности в электроэнергетике при ограниченности ресурсов на эти цели вследствие влияния мирового экономического кризиса и распределенной корпоративной структуры естественных монополий представляет несомненный научный и практический интерес.

Все сказанное определило актуальность темы исследования, его характер и основные направления.

Развитие энергоэффективной инфраструктуры электроэнергетической отрасли должно базироваться на создании наукоградов, технопарков, энергоэффективно-технологических центров, своего рода инкубаторов энергоэффективного бизнеса как очагов энергоэффективной активности территорий с последующим объединением их в единую сеть, обеспечивающую сопровождение повышения энергоэффективности отрасли и созда-

106

ние благоприятных условий для производства и распространения инноваций.

На уровне регионов необходимо создание областного центра повышения энергоэффективности с участием региональных властей, федеральных фондов поддержки предпринимательства, частных банков и субъектов энергетической инфраструктуры. Основными задачами такого центра должны стать:

координация действий участников процесса повышения энергоэффективности;

формирование федеральной и региональной базы данных о проектах повышения энергоэффективности и субъектах повышения энергоэффективности;

маркетинг энергоэффективности.

Организация подобного центра позволит повысить эффективность управления процессом повышения энергоэффективности за счет координации деятельности энергетических бизнесов, разделенных по видам деятельности: генерация, транспортировка, сбыт, а также инновационные сервисы.

Литература

1.Аганбегян А.Г. Особенности мирового финансово-экономического кризиса 2008-2009 гг. // Банковские услуги, 2009. №1.

2.Агеев А., Логинов Е.«Глобальное управление — ключ к новой мировой финансовой архитектуре. «Мы» и «они» в системе глобальных финансовых координат»*// Экономические стратегии, 2010, №3.

3.Апканеев А.В., Логинов Е.Л. Стратегические направления' совершенствования системы управления предприятиями атомной отрасли // Вестник экономической интеграции, 2010, №8.

4.Барковский А.Н. Внешнеэкономическая стратегия России: сценарии до 2030 года (доклад на Ученом совете Института экономики РАН).

— Институт экономики РАН, 2008. С. 61.

5.Башмаков И. Российский ресурс энергоэффективности: масштабы, затраты и выгоды // Вопросы экономики, 2009. №2.

6.Галяев А.Н. Энергоэффективность – целевая задача современного развития российской энергетики // Материалы XIV Всероссийского семинара руководителей образовательных учреждений и служб подготовки персонала предприятий электроэнергетики. Анапа, 2009

107

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕМОНТОВ СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ МАШИН ВДАЛИ ОТ БАЗ

Бородин Д.М., Созонов С.В., Конев В.В., Райшев Д.В.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: [e-mail]

При проведении подъемно-транспортных, строительных и дорожных работ машинами на удаленных от мест базирования объектах, а также машинами с ограниченной мобильностью, возникает необходимость проведения технических обслуживаний и ремонтов в полевых условиях. Это очевидно при строительстве и технической эксплуатации нефтегазовых объектов и аргументировано затратами времени и материальных ресурсов, что в конечном итоге сводится к экономической целесообразности.

Для механизации операций технического обслуживания и ремонта техники, а также сокращения времени на эти операции используют передвижные средства (передвижные авторемонтные мастерские). В этих условиях с целью восстановления работоспособности строительно-дорожных машин (СДМ) в ряде случаев имеет место частичная разборка узла (агрегата) непосредственно на машине.

Основное назначение передвижных средств — механизация демон- тажно-монтажных, разборочно-сборочных и ремонтных работ, доставка бригад и комплектов деталей к местам ремонта. Выпускаемые нашей промышленностью передвижные мастерские позволяют выполнять текущие ремонты машин, а также сопутствующие ремонту работы по техническому обслуживанию.

В настоящее время промышленностью выпускаются специализированные передвижные средства: станции диагностики, автоцистерны, топливо- и маслозаправщики, шиноремонтные мастерские, мастерские для проведения технического обслуживания и ремонта техники. Агрегаты технического обслуживания и ремонта строительных машин размещают на шасси автомобиля, самоходном тракторном шасси и прицепах.

Специализированными средствами можно выполнять некоторые грузоподъемные операции без привлечения автомобильных кранов. Это связано с тем, что автомобильные краны при этом используются неполностью, так как трудоемкость подъемно-транспортных работ обычно не превышает 6…8 % трудоемкости демонтажно-монтажных работ. Использование автомобильного крана по времени с учетом имеющихся простоев обычно 20…25 % и редко превышает 50 %. В процессе выполнения мон- тажно-демонтажных работ в большинстве случаев осуществляется подъем и перемещение сборочных единиц машин массой до 1,5…2 т. Лишь при выполнении капитальных ремонтов производятся грузоподъемные опера-

108

ции, связанные с установкой ходовых тележек и поворотных платформ, масса которых составляет 5…9 т. Поэтому на передвижных средствах для агрегатного ремонта устанавливаются гидравлические стреловые краны.

Укомплектование передвижных мастерских универсальным и специализированным оборудованием позволяет успешно применять их для проведения ремонтов различной техники.

Структура суммарной трудоемкости ремонта техники по отдельным видам определяется конструкцией машины, степенью приспособленности к окружающим условиям, условиями использования, методами выполнения ремонта, оснащением рабочих инструментом и оборудованием, квалификацией ремонтного персонала. Например, при эксплуатации СДМ, не приспособленных к работе при низких отрицательных температурах в районах Севера в зимнее время значительно увеличивается объем сварочных работ. Работы также усложняются тем, что значительное количество СДМ находится в техническом состоянии близком к предельному. При этом возникает необходимость ремонта техники вдали от баз.

Широко при ремонте используются сварочные работы для восстановления деталей с изломом, заварки трещин, наплавления слоя металла на изношенную поверхность, резки металла [5].

Так как одним из энергоемких процессов при проведении ремонтов является электродуговая сварка, возникает необходимость повышения эффективности сварочных работ [1,4]. Внедрение инверторных технологий в области сварки металлов этому подтверждение, т.к. позволяет уменьшить размеры, при этом технические характеристики сварочных инверторов не уступают сварочным аппаратам, а при усовершенствовании превосходят классические схемы, работающие на частоте питающего переменного напряжения в 50 Гц.

Целью исследований, проводимых на кафедре транспортных и технологических систем ТюмГНГУ, является создание сварочного инвертора, использующего эффект резонанса.

Большой опыт в разработке и ремонте импульсной и сварочной электроники, а также анализ рынка сварочных инверторов показал, что для Российских условий характерны жесткие условия работы сварочного оборудования: нестабильность напряжения сети и отклонения частоты тока. Это приводит к отказам схем сварочных инверторов.

Требования, предъявляемые к современным сварочным аппаратам – это обеспечение работы источника тока с различными типами электродов, малый вес, надежность, а также энергосбережение и эргономичность 2,3 .

Предлагается схема сварочного инвертора, выполненного по схеме полного резонансного моста на IGBT-транзисторах. Преимущество данной схемы заключается в том, что используются двухтактная схема (push-pool), следовательно, уменьшается потребление энергии по сравнению с однотактным прямоходовым преобразователем типа «косой» мост – основой

109

большинства классических инверторов. В предлагаемой схеме транзисторы переключаются в момент перехода тока и напряжения через ноль - это позволяет снизить качественные требования к параметрам используемых в схеме транзисторов, а также уменьшить их теплонапряженность. При возникновении внештатных ситуаций схема выходит из состояния резонанса без повреждения. При ликвидации внештатных ситуаций инверторный источник сварочного тока остается работоспособным. Поэтому исключена необходимость использования схемы защиты, имеющей значительную массу и размеры.

Предлагаемая схема инвертора исключает отказ из-за нестабильного питающего напряжения и других факторов. Так же схема инвертора содержит ряд оригинальных подходов и ―ноу-хау‖, которые упрощают процесс сварки и делают труд сварщика менее трудоемким.

Исследования предполагают решение следующих задач:

1.Анализ патентов и защита технического решения.

2.Математическое описание работы, предлагаемого устройства.

3.Экспериментальные исследования.

4.Изготовление опытных образцов и сертификация продукции.

5.Внедрение результатов НИОКР и определение эффекта. Исследования также содержат разработку сервисных операций к

предлагаемому сварочному инвертору.

Преимущества использования разрабатываемой схемы инвертора заключается в продлении срока эксплуатации сварочного оборудования, снижении затрат на электроэнергию, в реализации возможности использования устройства сварщиками с низкой квалификацией.

Внедрение результатов исследований позволит снизить трудоемкость и материальные затраты на проведение ремонтов СДМ, эксплуатируемых вдали от баз.

Литература

1.Маслов В. И. Сварочные работы [Текст]. – М.: Академия, 1999. – 240 с.

2.Резонансные инверторы [Электронный ресурс]: Ремонт трансформа-

торов ЭнергоСнаб // Режим доступа: http://ensnab21.ru/index. php/katalog/zinovev-g-s-osnovy-silovoj-elektroniki-chast2/2-2- rezonansnye-invertory/.

3.Резонансный сварочный инвертор [Электронный ресурс] : Режим до-

ступа: http://industrika.ru/article-205.html.

4.Рыбаков В. М. Сварка и резка металлов [Текст]. – М.: Высшая школа,

1977, – 319 с.

5.Чирсков В.Г., Николаев С.Н. Организация ремонта и технического обслуживания машин при сооружении магистральных трубопрово-

дов [Текст]. – М.: Недра, 1984. – 291 с.

110