Структура та потенціал виробництва енергетичного вугілля в Україні

Встановлено, що у зв'язку з падінням вуглевидобутку в Донецькій і Луганській областях через бойові дії і, як наслідок, скороченням запасів вугілля на складах теплових електростанцій, Україна змушена імпортувати енергетичні марки вугілля. Наразі паливні бази зазнають змін, у зв'язку з чим очікується скорочення власного видобутку. Для забезпечення стабільної роботи вітчизняної енергосистеми Міненерговугілля повинно залучати додаткові обсяги імпорту вугілля як альтернативу вітчизняних марок антрацитової групи вугілля. Зважаючи на ці обставини розроблено сценарії забезпечення теплової енергетики вугільною продукцією власного виробництва. Запропоновано три варіанти забезпечення шахтним фондом та вуглезбагачувальними фабриками готовою вугільною продукцією ТЕС України: оптимістичний, базовий та песимістичний. Встановлено, що виробничий потенціал збагачувальних фабрик, розташованих на підконтрольній Україні території, спроможний забезпечити потрібні обсяги вугільного концентрату. В цілому існуюча ситуація не сприяє досягненню рівня коефіцієнта охоплення збагаченням 0,7 - 0,75 навіть при здійсненні компенсації нестачі потужностей вуглезбагачувальних фабрик енергетичного призначення потужностями фабрик з випуску коксівного концентрату з відповідним перенаправленням існуючих логістичних потоків вихідного вугілля.

Особливості врахування граничних періодів прогнозування на прикладі динамічної моделі математичного програмування розвитку генеруючих потужностей національної атомної енергетики

Запропоновано математичну оптимізаційну модель з цілочсловою змінною розвитку національної атомної енергетики, яка здатна враховувати граничні періоди прогнозування, обмеження на доступні інвестиційні ресурси, часовий лаг, необхідний для будівництва генерувальної потужності, термін її експлуатації. Математична модель реалізована мовою моделювання MathProg, що дозволяє розробляти і реалізовувати моделі математичного програмування, спрямовані на розв'язання не окремих задач, а задач певного класу, наприклад задач розвитку національної енергетики. Формування конкретної реалізації моделі можливо здійснювати шляхом коригування лише вхідних даних. Швидкість одержання розв'язку наведеної в статті моделі з цілочисловою змінною (0,2 секунди) дозволяє зробити висновок стосовно перспективності використання пакету GLPK для пошуку оптимальних рішень більш складних моделей розвитку енергетики.

Forecasting fuel and energy consumption levels taking into account energy saving potential in the context of structural changes in the economy = Прогнозування рівнів споживання паливно-енергетичних ресурсів з урахуванням потенціалу енергозбереження при структурних змінах в економіці

Надано методичний підхід та математичну модель прогнозування рівнів кінцевого споживання паливно-енергетичних ресурсів з урахуванням потенціалу енергозбереження при структурних змінах (міжсекторних та внутрішньосекторних) між видами економічної діяльності з особливостями впровадження енергозберігаючих заходів у виробничій і невиробничій сферах країни. Враховано, що розвиток сектору послуг сприяє зниженню енергоспоживання країни, а розвиток виробничої сфери вимагає зростання споживання енергоресурсів та вкладання значних інвестицій у впровадження нових технологій. Визначено економію паливно-енергетичних ресурсів від структурних зрушень до 2030 р. при різних варіантах прогнозної структури економіки країни згідно з Енергетичною стратегією України на період до 2030 р. (редакція 2013 р.) та до 2035 р. згідно з проектом Енергетичної стратегії України до 2035 р., що розроблена Національним інститутом стратегічних досліджень НАН України. Приведено прогнозні розрахункові обсяги кінцевого споживання паливно-енергетичних ресурсів за укрупненими видами економічної діяльності.

Узагальнена математична модель та характеристики адаптивних систем автоматичного регулювання частоти і потужності

Розроблено узагальнену модель процесів автоматичного регулювання частоти і потужності (АРЧП) в об'єднаних енергосистемах, яка надає змогу досліджувати системи АРЧП з використанням генераторів-регуляторів, споживачів-регуляторів та адаптивних систем АРЧП. Моделі адаптивних систем АРЧП сформовані з використанням універсальних моделей АРЧП, розроблених раніше, шляхом введення в регулювальні функції адаптивних складових, які синтезовано на основі рівнянь балансу потужності в енергосистемі. З використанням розроблених адаптивних моделей АРЧП проведено комплекс комп'ютерних розрахунків зі змінами в широких діапазонах основних показників генерувальних та регулювальних джерел енергосистеми (швидкодія, сталі часу, допустиме відхилення частоти). Використання адаптивних моделей значно зменшує протяжність перехідних процесів в ОЕС за дії САРЧП. Зокрема, у разі відмикання потужності 1000 МВт, припустимого відхилення частоти |Δ f| _д = 0,02 Гц, швидкодії регулятора L_р = 40 % P_регном/с та його сталої часу Ʈ_р = 0,5 с протяжність процесу регулювання в САРЧП з адаптацією становить 16,1 с і скорочується у 2,2 раза у порівнянні з системою без адаптації та у 4,4 раза - у порівнянні із САРЧП, побудованої з використанням ГЕС. В системах АРЧП з адаптацією помітно (більш, ніж на 30 %) зменшується модуль максимального відхилення частоти у порівнянні із системою без адаптації за рівності інших умов. Модуль максимального відхилення частоти за |Δ f|_д = 0,02 Гц зі зростанням швидкодії регулятора для обох систем зменшується. Однак, для систем з адаптацією це явище проявляється більш радикально. Результатом цього є те, що для систем з адаптацією у разі швидкодії регулятора більшої, ніж 30 % P_регном/с досягається нерівність |Δ f(t)| _max < 0,2 Гц, тобто, навіть за дуже великих збурень забезпечується квазістаціонарний режим. Для систем без адаптації такий важливий результат не досягається навіть у разі швидкодії 80 % P_регном/с. Застосування адаптивних моделей систем АРЧП забезпечує багатократне підвищення їх швидкодії без жодних додаткових технологічних витрат, а лише за рахунок удосконалення законів регулювання. Ця особливість значно підвищує не тільки технологічну, а й економічну ефективність адаптивних САРЧП, оскільки для підвищення, наприклад, удвічі швидкодії САРЧП, побудованої на енергоблоках пиловугільної ТЕС, потрібно удвічі збільшити кількість таких енергоблоків.

Прогнозування потреби економіки в енергетичних ресурсах з урахуванням попиту на енергоємні експортно-орієнтовані види продукції

Наведено методичний підхід і математичну модель прогнозування рівнів споживання енергетичних ресурсів з урахуванням попиту на енергоємні види продукції. Проаналізовано енергетичні витрати на експорт за 2010 - 2012 рр. та тенденції зміни показників випуску, експорту й енергетичних витрат для продукції прокату чорних металів та олії соняшникової. Для визначення обсягів вивозу або ввозу енергетичних ресурсів в результаті експорту-імпорту певного виду продукції, а також з метою порівняння цих обсягів і оцінки доцільності зазначених операцій з точки зору енергетичного фактора запропоновано алгоритми розрахунку. Оцінено прогнозні обсяги ПЕР, що вивозяться з країни з експортованою продукцією, та їх частку від загального енергоспоживання на виробництво продукції. Вочевидь, що лише збільшення виплавки чавуну та збільшення урожайності соняшнику, як головних експортних продуктів, не врятують економіку України; необхідна суттєва технологічна модернізація, що створить нові галузі, попит на продукцію яких на світових ринках буде стабільно високим за умов третьої промислової революції.

Сравнительный анализ путей развития систем централизованного теплоснабжения малой мощности

Отмечено, что основная сложность перевода систем централизованного теплоснабжения (ЦТ) населенных пунктов на использование местных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) заключается в том, что на уровне местного управления отсутствуют четкие цели, ориентиры и критерии выбора приемлемого пути как основы целевой программы развития (ЦПР) из множества предлагаемых. Предложен необходимый комплекс количественных характеристик систем ЦТ, позволяющий осуществлять оценку относительной эффективности путей развития рассматриваемой системы и минимизировать субъективные ошибки специалистов, коллегиально принимающих решение. В качестве ключевых критериев эффективности выбранного пути развития приняты сроки исполнения, управляемость системы теплоснабжения, надежность ее функционирования и текущие финансовые затраты в эксплуатационной фазе. Показана необходимость оценки эффективности системы ЦТ и соответствующей программы развития по предложенному комплексу показателей. При этом обоснована возможность осуществления соответствующей ЦПР с минимальным начальным финансированием программы.

Перспективи розвитку газовидобувної промисловості України

На сьогодні газова галузь є однією з найважливіших складових паливно-енергетичного комплексу України, а нарощування власного видобутку природного газу залишається ключовим питанням енергетичної безпеки держави. Виконано аналіз ресурсної бази газовидобувної промисловості України, оцінено поточний стан і визначено основні проблеми її розвитку та функціонування. Показано, що спад у видобуванні природного газу останніми роками зумовлений не виснаженням надр, а розбалансуванням геологорозвідувального процесу, однією з головних причин якого стало зменшення капіталовкладень у галузь. Наведено результати розрахунків прогнозної собівартості видобутку газу в Україні (середньої за життєвий цикл умовного родовища), які виконано з використанням математичних та програмно-інформаційних засобів, розроблених в Інституті загальної енергетики НАН України. Розроблено прогноз видобування природного газу в Україні на перспективу до 2040 р. Оцінено обсяг інвестицій у газовидобувну галузь, необхідних для досягнення прогнозних показників видобутку. Визначено основні технологічні, економічні та організаційні заходи для нарощування видобутку природного газу в Україні.

Аналіз динамічних процесів акумуляції теплової енергії в системах централізованого теплопостачання

Використання електротеплових генераторів в системах централізованого теплопостачання для регулювання частоти та активної потужності об'єднаної енергосистеми України є одним з перспективних напрямків. Циклічний характер їх функціонування призводить до значного коливання теплової потужності на вході теплових мереж. Для згладжування цих коливань необхідно застосовувати технології акумуляції теплової енергії в мережах. Значне коливання потужності на вході теплової мережі зумовить динамічні процеси, які ще недостатньо вивчені, і це може вплинути на надійність роботи систем теплопостачання. Мета роботи - визначення характеру зміни температур теплоносія та потужності на вході теплової мережі при акумуляції теплової енергії та факторів, які на це впливають. Проведений аналіз динамічних процесів дозволив одержати аналітичні вирази для температур теплоносія в подавальному та зворотному трубопроводах, потужності та швидкості її зміни на вході теплової мережі в процесі акумуляції в неї теплової енергії. Встановлено, що в процесі акумуляції теплової енергії в мережах температура теплоносія в подавальному трубопроводі буде зростати лінійно, а у зворотному - ступінчасто. Показано, що єдиними факторами, які впливають на величину максимальної потужності на вході теплових мереж та швидкість її зміни є витрати теплоносія та швидкість зміни його температури. Встановлено, що потужність на вході теплових мереж на початку акумуляції буде зростати, а після того, як швидкості зміни температур теплоносія в подавальному та зворотному трубопроводах зрівняються, вона буде спадати. Після приходу теплоносія від останнього вентиля системи його перепуску приріст потужності буде дорівнювати нулю (процес акумуляції закінчиться).

Системний огляд методів дослідження енергоустановок з мінливими технологічними показниками й практичні аспекти моделювання

Розглянуто особливості техніко-економічних досліджень систем з мінливими або невизначеними режимними, експлуатаційнимий фінансово-економічними параметрами. За певними класифікаційними ознаками (наявністю статистичних даних, способом їх осереднення) окреслено характерні задачі й запропоновано класифікаційну схему для основних математичних методів досліджень, які застосовуються для вирішення широкого кола техніко-економічних завдань у системах енергопостачання з використанням відновлюваних джерел енергії. Описано типові алгоритмічні схеми й окреслено переваги та недоліки основних ймовірнісних методів моделювання в залежності від наявної статистичної інформації, показників розподілу випадкових значень параметрів. Наголошено на перспективах застосування гібридних моделей, що поєднують можливості аналітичного запису осереднених (сталих) і стохастичних компонент для модельованих змінних і практичні переваги відомих методів імітаційного моделювання. Ефективність застосування ймовірнісних методів для одержання уточнених техніко-економічних (цінових) показників сонячних фотоелектричних установок (СФЕУ) за наявності даних розподілу випадкових значень технологічних параметрів підтверджено результатами зіставних розрахунків за імітаційною моделлю СФЕУ, розробленою з урахуванням умов господарювання в Україні.

Оцінка можливостей підвищення енергетичної ефективності ТЕЦ шляхом використання теплонасосних установок

Визначено можливі обсяги утилізації теплоти відхідних димових газів на ТЕЦ України при застосуванні теплонасосних установок. Принципова схема системи утилізації передбачає встановлення теплообмінника-утилізатора на тракті димових газів з передачею вилученої теплоти теплонасосною установкою в мережу централізованого теплопостачання. Проблема полягає в тому, що у разі зміни навантажень ТЕЦ змінюється продуктивність котлів і в результаті змінюється тепловий потік, що виноситься димовими газами. Необхідним є визначення оптимальної потужності теплонасосних установок, яка забезпечить максимальну віддачу від них впродовж року. Наведено методику розрахунку оптимальної потужності теплових насосів для ТЕЦ за рівнем тиску пари. Оцінено можливу економію палива для системи найкрупніших ТЕЦ України сумарною встановленою потужністю 4 936 МВт. Оптимальною потужністю теплових насосів для них є потужність 273 - 340 МВт, в т. ч. для ТЕЦ з тиском пари 8,8 МПа - 99 - 120 МВт, з тиском 12,7 МПа - 107,5 - 134 МВт, з тиском 23,5 МПа - 67 - 83 МВт за утилізації 60 і 80 % теплового потоку димових газів. Показано, що загальна економія палива може сягати значення в 250 - 550 тис. т у. п. на рік і більше залежно від стану обладнання та потужності ТН за підвищення середніх значень к.к.д. котлів на 7 - 9 %.

Математическое моделирование процессов автоматического регулирования частоты и мощности в ОЭС с солнечными электростанциями

Нестабильный характер выдачи мощности солнечных электростанций (СЭС) в сеть обусловливает необходимость всестороннего исследования соответствующих процессов регулирования и их влияния на работу энергосистемы, прежде всего, с точки зрения влияния процессов генерации мощности СЭС на частоту и соответствующие процессы автоматического регулирования частоты и мощности (АРЧМ). Приведена математическая модель процессов генерации на СЭС, включенная в модель АРЧМ, что позволяет исследовать процессы регулирования как в системах АРЧМ с традиционными регуляторами (генераторами), так и в системах АРЧМ с быстродействующими потребителями-регуляторами. На примере ОЭС Украины представлены результаты экспериментов с приведенной в статье математической моделью СЭС. Установлено, что для генераторов-регуляторов ключевым является ограничение на скорость набора/сброса мощности, в отличие от потребителей-регуляторов, для которых ключевым является ограничение на уровень максимальной мощности. Выявлено, что при условии максимальной мощности СЭС, равной максимальной мощности генератора-регулятора ГЭС (3 ГВт), скорость набора/сброса мощности ГЭС обеспечивает эффективное регулирование при допустимом отклонении частоты 0,02 Гц. При прочих равных условиях ни пылеугольные, ни газомазутные ТЭС не в состоянии удерживать отклонение частоты даже в пределах 0,2 Гц.

Агрегування моделей міжгалузевого балансу

Запропоновано метод агрегування таблиць статистичної звітності "витрати - випуск" (матриця проміжного споживання, вектори кінцевого споживання, випуску товарів та послуг, валового внутрішнього продукту (доданої вартості), загальних витрат) з метою зменшення їх розмірності до величин, необхідних під час виконання досліджень із середньо- та довгострокового прогнозування. Метод не накладає обмежень на предметну сутність таблиць і забезпечує їх перетворення без втрати точності. У процесі формування агрегованих математичних моделей міжгалузевого балансу потрібно спочатку агрегувати матрицю проміжного споживання у вартісній формі, після чого здійснити її перетворення в безрозмірну матрицю прямих витрат шляхом відповідного нормування з подальшими відомими операціями.

Дослідження кінетичних характеристик зразків твердої біомаси

Розглянуто питання покращання екологічності роботи ТЕС України шляхом впровадження на них технології спільного факельного спалювання вугілля з твердою біомасою. За допомогою методу термогравіметрії, досліджено зразки деревини та соломи пшениці, кукурудзи, ріпаку і сої. Визначено окремі стадії термічного перетворення зразків твердої біомаси та одержано кінетичні константи для стадій зневоднення та виходу летких. Одержані дані та їх порівняння з дослідженнями інших авторів вказують на можливі суттєві відмінності у характеристиках твердої біомаси як окремих видів, так і різних зразків одного виду.

Техніко-економічні показники виробництва електроенергії АЕС в маневреному режимі

Наведено аналіз впливу використання АЕС в маневреному режимі на техніко-економічні показники виробництва нею електроенергії. Очікуване в Україні підвищення долі генерувальних потужностей, що використовують відновлювані джерела, зокрема, вітрових та фотоелектричних станцій, які генерують нестабільну електричну потужність, зумовлює підвищення вимог до покриття маневрової частини графіка електричних навантажень національної Об'єднаної енергосистеми, що вимагає наявності додаткових маневрених потужностей. Впровадження маневрених режимів експлуатації АЕС, які відповідно до проекту передбачалось використовувати в номінальному режимі, є усталеною практикою, наприклад, в Німеччині та Франції і може бути застосовано і в Україні. З використанням детерміновано-стохастичного методу здійснено оцінку собівартості виробництва електроенергії в маневреному режимі для АЕС, які наразі використовуються в Україні, так і для перспективних АЕС середньої потужності.

Прогнозна структура теплозабезпечення України на період до 2040 року

На основі аналізу стану теплозабезпечення та гіпотетичного варіанта прогнозу економічного розвитку України обгрунтовуються положення щодо доцільної стратегії розвитку систем теплозабезпечення України на період до 2040 р. Запропоновано раціональну структуру теплогенеруючих потужностей країни за двома сценаріями: без окупованих територій (АР Крим та частин Донецької і Луганської областей) та для всієї України в цілому. Розвиток цієї галузі пропонується здійснювати переважно на основі широкого використання теплонасосних технологій та альтернативних видів палива із скороченням споживання природного газу, що призведе до зменшення вироблення теплової енергії котельними. За сценарієм 1 (з поверненням окупованих територій до складу України) прогнозується, що обсяги генерування теплової енергії у 2040 р. досягатимуть рівня 439,1 млн Гкал. За сценарієм 2 (з неповерненням окупованих територій до складу України) прогнозовані обсяги у 2040 р. менші на 80 млн Гкал.

Розвиток відновлюваної енергетики з використанням акумуляційних технологій

Запропоновано математичну модель визначення собівартості відпуску електричної енергії системами її акумулювання, що є актуальним відповідно до Цілі № 7 "Стале та надійне забезпечення фінансово-доступними, сучасними видами енергії", реалізація якої передбачена Цілями сталого розвитку людства до 2030 р. Наведено розрахунки собівартості відпуску електричної енергії системами її акумулювання, які надають змогу зробити висновок, що у майбутньому зі зниженням питомих капіталовкладень у встановлену потужність і підвищенням коефіцієнта її використання гібридні системи, до складу яких входять фотоелектричні батареї або вітроелектричні установки та система акумулювання енергії, стає конкурентоздатною за показником собівартості відпущеної електроенергії у порівнянні із традиційною вугільною тепловою електростанцією. Запропонований метод моделювання гібридних систем надає змогу враховувати особливості їх використання в межах енергосистеми в більш загальних моделях розвитку енергетики.

Економіко-математична модель паливозабезпечення теплової енергетики із врахуванням заміни штатного палива та обмежень на викиди

Запропоновано економіко-математичну модель вибору оптимального варіанта функціонування теплової енергетики та відповідного йому способу вуглепостачання. Модель виробничого типу містить технологічні способи вуглезабезпечення варіантів функціонування ТЕС, що розглядаються, виробітку електроенергії, що супроводжується викидами забруднювачів. Модель є задачею змішаного цілочислового лінійного програмування з бінарними змінними, що забезпечують вибір варіанта вуглезабезпечення. Виконано розрахунки забезпечення вугіллям теплової енергетики України з урахуванням обмежень на викиди шкідливих речовин за різних варіантів функціонування. З огляду на відсутність наразі профіциту вугілля газової групи, а також високий рівень викидів забруднювачів під час спалювання цього вугілля на діючих ТЕС, переоснащення станцій, що споживають антрацитову групу, на марки Г, ДГ, Д без встановлення очисного обладнання є недоцільним. Враховуючи наявність цього виду палива у покладах країни, а також можливість імпортування з джерел світового ринку, на відміну від антрацитової групи, оптимальним напрямком модернізації вугільно-енергетичного комплексу є побудова сучасних ТЕС, що використовують газову групу вугілля. Як тимчасовий варіант вуглезабезпечення теплової енергетики слід розглядати надходження необхідних обсягів антрацитової групи вугілля за імпортом.

Методичні підходи до вибору видобувного обладнання при проведенні модернізації шахти

Зазначено, що в Україні підняти вуглевидобування на новий рівень можна тільки одним шляхом - технічним переозброєнням галузі. Нове устаткування має стабільно працювати за складних гірничо-геологічних умов шахт, а його ресурс, надійність і продуктивність - у 2 - 3 рази перевищувати аналогічні показники того, що існує. Інтенсифікація виробництва під час концентрації гірничих робіт можлива тільки у разі комплексної механізації всіх технологічних процесів, максимального скорочення ручної праці, обов'язкового забезпеченні безпечних умов роботи обслуговуючого персоналу. Мета дослідження - розробка методики порівняння варіантів технічних рішень під час проведення модернізації видобувних дільниць шахт. Для обгрунтованого порівняння альтернативних варіантів технічних рішень при проведенні модернізації вугільних підприємств сформовано критерії порівняння. В результаті порівняння числових значень інтегральних критеріїв якості приймається рішення про вибір найбільш перспективного варіанта оснащення лави високопродуктивною видобувною і транспортною технікою, яка максимально відповідає гірничо-геологічним умовам конкретної лави за максимальної ефективності та надійності її експлуатації. Наведено приклад розрахунків числових значень кількісних критеріїв і порівняння конкуруючих варіантів технічних рішень під час проведення модернізації видобувної дільниці шахти 'Холодна Балка" ДП "Макіїввугілля".

О сущности вихревого эффекта Ранка - Хильша

Предложена гипотеза, поясняющая сущность эффекта Ранка - Хильша. На основании взаимодействия электронов с ядром атома со стороны сил, противодействующих силам инерции, создаются благоприятные условия для перехода электрона на более низкую орбиту с излучением кванта энергии, а с противоположной - для перехода на более высокую орбиту с поглощением кванта энергии. В результате обеспечивается направленная передача энергии от центра к периферии вихревой трубы. Аналогичный физический процесс происходит при нагреве быстродвижущихся тел в газовой среде, в вихревых теплогенераторах, в результате трения твердых тел и в других аналогичных процессах, происходящих в теплоэнергетических установках.

Удосконалення механізму впровадження директиви 2012/27/EU про енергоефективність шляхом адаптації міжнародних стандартів з енергоменеджменту на національному рівні

Проблема енергозбереження в Україні сьогодні є однією з найважливіших, її розв'язання має відбуватись з огляду на спрямованість країни в бік євроінтеграції, що передбачає виконання вимог відповідних Директив ЄС, зокрема Директиви 2012/27/EU про енергоефективність, та впровадження міжнародних стандартів. Розглянуто основні положення Директиви 2012/27/EU щодо систем енергоменеджменту та проведення енергоаудиту. Наведено порівняння базових стандартів різних систем менеджменту, створених на основі методології безперервного поліпшення процесів, та стислу характеристику серії стандартів з енергоменеджменту ISO 50000. На основі аналізу чинних національних стандартів та згідно з вимогами Директиви 2012/27/EU визначено групи взаємопов'язаних міжнародних стандартів, які необхідно гармонізувати в Україні з метою побудови ефективних систем енергоменеджменту.