Размещено на http://www.allbest.ru/

11

НГТУ им. Р.Е.Алексеева

Нижний Новгород, Россия

ОЦЕНКА СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОДИЗЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ

Шумский Н.В.

Введение

Одной из целей Государственной программы Российской Федерации

"Энергоэффективность и развитие энергетики" является внедрение энергосберегающих технологий, которые не только приводят к снижению издержек и повышению конкурентоспособности продукции, но и способствуют повышению устойчивости ТЭК и улучшению экологической ситуации, снижению затрат на введение дополнительных мощностей, а также способствует снятию барьеров экономического развития за счет снижения технологических ограничений.

Около 70% территории России охватывает зона децентрализованного электроснабжения. Эффективным решением проблемы низкой надежности электроснабжения в районах Дальнего Востока, Сибири, Севера России является применение гибридных ветро-дизель-электрических станций (ВДЭС). Это позволит сократить завоз топлива, перейти частично или полностью на электронагрев воды, улучшить экологическую обстановку.

Главным недостатком ВДЭС является повышенный расход топлива ДВС. Для обеспечения оптимального, с точки зрения потребления топлива, режима работы ДВС, необходимо регулирование его частоты вращения в зависимости от мощности нагрузки в соответствии с многопараметровой характеристикой ДВС.

Для этого была разработана схема управления режимом работы Д-Г переменной частоты вращения с помощью задатчика экономичного режима, который автоматически вычисляет значение оптимальной частоты для текущего значения мощности нагрузки в данный момент времени при условии меняющихся внешних (температура, давление, влажность атмосферного воздуха) и внутренних условий работы ДВС (износ, марка и качество топлива).

Снижение расхода топлива приводит не только к уменьшению загрязнения окружающей природной среды, но и к уменьшению потребления природных ресурсов, что в свою очередь приводит к снижению расхода электроэнергии при процессе добычи нефти и производства бензина, образования отходов, потребления воды и сброса сточных вод.

1 Образование токсичных веществ

Образование токсичных веществ - продуктов неполного сгорания и оксидов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими в предпламенный период и в процессе сгорания - расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при присоединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. К токсичным компонентам отработавших газов относятся: оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, сажа (1).

2 Используемые методики

Расчет количественных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу выполнен в соответствии с ОНД-86 "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий".

Расчет эмиссии парниковых газов был выполнен в соответствии с методикой «Пересмотренные Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК».

Удельный расход электрической энергии, воды и количества сточных вод, а так жеобразования отходов при добыче, транспортировке и переработке нефти определяется по (3, 4, 5).

3 Расчет выбросов вредных веществ

Экологическое сравнение было выполнено для двух вариантов:

- традиционный при работе двигателя при числе оборотов 3000 об/мин,

- при использовании системы управления, которая обеспечивает оптимальный режим работы двигателя, изменяя число оборотов при изменении мощности нагрузки.

Экологическая оценка проводилась по следующим параметрам: - расход топлива,

- концентрация оксида углерода, - концентрация углеводородов,

- расход электроэнергии при добыче, транспортировке и переработке нефти, - расход водопотребления и водоотведения при добыче и переработке нефти, - образование отходов.

В качестве объекта исследования использовался бензиновый двигатель ВАЗ 21114-100026080. Рабочие параметры установки, заявленные производителем приведены в таблице 1.

Таблица 1. Общие данные и технические параметры двигателя

Исходными данными для экологических расчетов являются результаты экспериментальных исследований (расход топлива, температура выхлопных газов, объем ГВС, концентрации оксида углерода и углеводородов). В ходе экспериментальных исследований был получен комплект моторных характеристик, включающих в себя нагрузочные характеристики для семи скоростных режимов, внешнюю скоростную характеристику и характеристику холостого хода. После обработки выше указанных характеристик были построены многопараметровые поля удельного расхода топлива и коэффициента использования теплоты сгорания топлива. Способ подбора оптимального режима (сочетание мощности и частоты вращения) выбран по критерию эксплуатационной экономичности (расход топлива).

Исходя из экспериментальных данных были рассчитаны массы вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в единицу времени для двух вариантов.

Расчеты уровня загрязнения атмосферного воздуха были проведены для климатической зоны г. Нижний Новгород. Основные расчетные климатические характеристики, необходимые для расчетов приземных концентраций вредных веществ, приняты по СНиП 23-01-99 "Строительная климатология".При расчетах было принято, что двигатель находится в контейнере, который имеет дымовую трубу с высотой Н=10м и диаметром трубы D=0,3м.

Предельно допустимые концентрации приняты согласно ГН 2.1.6.1338-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест".

Результаты расчета максимальных приземных концентраций для двигателя показаны на рисунке 1 для оксида углерода и на рисунке 2 для углеводородов.

Рисунок 1 Максимальные концентрации оксида углерода

Для двигателя согласно экспериментальным полям удельных расходов при широкой вариации частоты мотора в пределах 1500 - 3500 об/мин возможна оптимизация потребления топлива в процессе регулирования мощности электрогенератора. В таблице 2 приведены данные по сокращению расхода топлива при переходе с режима при стандартной частоте 3000 об/мин и на режиме при изменении частоты.

Таблица 2 - Сокращению расхода топлива для двигателя ВАЗ 21114

По типовым суточным графикам нагрузки децентрализованных потребителей и данным по расходу топлива из таблицы 2 определим суточное сокращение расхода топлива децентрализованного потребителя в летний и зимний период и занесем результаты в таблицу 3.

Таблица 3 - Суточное сокращение потребления топлива децентрализованного потребителя в зимний и летний период

В таблице 4 представлен результат расчета сокращения суммарной эмиссии парниковых газов в пересчете на тонну СО₂-экв для двигателя ВАЗ 21114 в процессе электроснабжения децентрализованного потребителя в зимний и летний период, при добыче нефти, ее транспортировке и переработке.

Снижение расхода топлива приведет к снижению образования отходов, потреблению свежей воды из источника и объему сточных вод, расхода электроэнергии при процессе добычи нефти и производства бензина. Используя удельные расходы было рассчитано уменьшение величин образования отходов, потребления и сброса вод, расхода электроэнергии при полученных величинах сокращения расхода топлива для двигателя ВАЗ 21114. Результаты расчета снижения антропогенного воздействия источника энергии при использовании системы управления приведены в таблице 5 для двигателя ВАЗ 21114.

Таблица 4 - Результаты расчета сокращения эмиссии парниковых газов для двигателя ВАЗ 21114 в процессе эксплуатации

Таблица 5 - Снижение антропогенного воздействия источника энергии при использовании системы управлениядля двигателя ВАЗ 21114

Выводы:

Расчеты выбросов вредных веществ показали, что:

- максимальные концентрации оксида углерода и углеводородов достигают на расстоянии 26 м от источника выбросов,

- максимальные концентрации в атмосферном воздухе оксида углерода и углеводородов в рассматриваемом диапазоне мощностей не превышают ПДК,

- концентрации СО отличается незначительно при мощностях ниже номинальной, а на средних и малых мощностях применении системы управления приводит к увеличению концентрации СО. Это возможно из-за необеспечения оптимального состава смеси на всех режимах с вариацией частоты, поскольку для богатых смесей концентрация СО будет значительно выше, а для бедных - практически стремится к нулю.

- при применении системы управления значительное снижение концентрации СН происходит на мощностях близких к номинальной, на средних частотах приводит к увеличению концентрации, а на малых мощностях отличается незначительно. Поскольку концентрация углеводородов зависит также и от других факторов: угла опережения зажигания, скорости сгорания (для богатых смесей концентрация углеводородов будет выше), теплового состояния двигателя.

Расчеты выбросов парниковых газов показали, что:

- экономия расхода топлива приведет к снижению эмиссии парниковых газов для всех этапов технологической цепочки.

- основной вклад в снижение эмиссии парниковых газов вносит этап эксплуатации.

- в летний период наблюдаем большее сокращение эмиссии парниковых газов, чем в зимний. Объясняется это тем, что в соответствии с графиком нагрузки в летний период преимущественно используется мощность генератора меньше 20%, а в этом диапазоне, согласно таблице 2, наблюдается наибольшее сокращение расхода топлива.

Расчеты экологической оценки показали, что снижение расхода топлива приведет к значительному снижению при процессах добычи нефти и производства бензина:

- потребления свежей воды из источника и объема сточных вод, - расхода электроэнергии, - образования отходов.

парниковый газ углеводород электростанция

Литература

1.Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. Второе издание, перераб. -- М.: Машиностроение, 1981. -- 160 с.

2.Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов не регулируемых Монреальским протоколом за 1990 - 2010 гг. Часть 1. - М.: Росгидромет, Институт Глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, 2012, - 386 с.

3.Справочник по проектированию электрических сетей //Под ред. Д.Л.Файбисовича, М.: ЦН ЭНАС. 2006, 175с.

4.Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности / Совет Эконом. Взаимопомощи. ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР.- М.: Стройиздат, 1978.- 590с.

5.Сборник удельных показателей образования отходов производства и потребления М. 1999)

Размещено на Allbest.ru