Статья является продолжением серии публикаций, посвященных аналитической оценке особенностей электропередачи в различных структурных подразделениях ПАО Россети и посвящена рассмотрению особенностей транспорта электрической энергии в электрических сетях филиала ПАО «Россети Волги» – «Пензаэнерго» за период 2018 – 2023 гг. Представлена характеристика структурно-балансового состояния электрических сетей компании за исследуемый период. На основе данных, опубликованных в открытой печати, произведен анализ количества аварийных отключений и их последствий в электрических сетях всех уровней номинального напряжения. В соответствии с принятой классификацией осуществлен анализ интенсивности этих отключений в зависимости от величины недопоставленной электрической энергии потребителям. Проанализировано процентное соотношение величины недопоставленной электрической энергии в результате аварийных отключений по принятым признакам уровня интенсивности этих отказов. Установлено, что на долю наименьшего количества отказов экстремальной интенсивности приходится более 25% недопоставленной электрической энергии. Сопоставлено процентное соотношение величины недопоставленной электроэнергии в результате аварийных отключений с потерями электроэнергии в результате несанкционированных подключений. Установлены конкретные группы причин возникновения аварийных отключений и определено процентное соотношение количества возникающих отказов по этим причинам к общему количеству отказов за исследуемый период. При выполнении исследования применялись общенаучные методы и методы численного анализа. В качестве инструментальной базы использовались технологии программных оболочек Excel, Paint 3D, графического редактора MATLAB, а также авторские программные решения. Полученные результаты могут представлять интерес для руководства электросетевых структур Российской Федерации, а также для инженеров и научных работников, занимающихся исследованиями в области повышения уровня надежности электроснабжения потребителей.

Рассмотрено направление повышения энергетической и экологической эффективности энергетической инфраструктуры города за счет модернизации существующих тепловых электрических станций (ТЭС) и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) при применении парогазовых установок (ПГУ), построены их топливно-энергетические балансы, и определены энергетический и экологический эффекты от применения ПГУ. Моделирование энергетических и экологических показателей тепловых схем ПГУ выполнено с помощью комплекса программ Thermoflex и GT PRO компании Thermoflow и программы ISC Manager, разработанной в НИУ «МЭИ». Анализ эффективности применения ПГУ в городской энергетике проводится  на основе моделирования и оптимизации топливно-энергетического баланса (ТЭБ) города. Для этого используется программа ОптиТЭБ, разработанная на кафедре ПТС НИУ «МЭИ». Построение ТЭБ городов и регионов в настоящее время является актуальной задачей, позволяющей  планировать стратегию развития городского топливно-энергетического комплекса (ТЭК), с оценкой величин вредных выбросов, включая парниковые газы. Представлены результаты работы по созданию научных основ для современных систем теплоснабжения на примере математической модели ТЭБ города Москвы и проведения его оптимизации с учетом прогнозируемого в перспективе нескольких десятилетий развития инфраструктуры электротранспорта, улучшения теплозащитных характеристик вновь строящихся зданий, а также возможного роста использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Увеличение доли электротранспорта должно быть взаимоувязано с увеличением доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Рост количества электромобилей без существенного роста использования ВИЭ в энергобалансе города не приведет к снижению выбросов углекислого газа и вредных веществ (ВВ).  Развитие доли электрогенерации за счет ПГУ совместно с развитием использования ВИЭ в городе может привести к значительному снижению выбросов углекислого газа.

Рассматриваются проблемы использования циклонных аппаратов для очистки газовых выбросов при сжигании твердого топлива в энергетике и промышленности. В условиях роста потребления и генерации энергии, в том числе с использованием углей, возрастают требования к эффективности очистки выбросов от мелких твердых частиц классов PM₁₀ , PM_2,5 . Одной из ключевых задач является необходимость поддержания высокой эффективности очистки при минимальных энергозатратах, что важно и для сокращения экологических издержек генерации и промышленного производства. Рассмотрены конструктивные особенности применяемых в настоящее время циклонов, а также существующие подходы к их классификации. Основное внимание уделено современным направлениям исследований, связанным с численным моделированием на базе CFD (Computational fluid dynamics), с целью оптимизации конструкций сепараторов. Показано, что большинство исследований проводится для условий работы циклонов в производственных циклах, а не в системах очистки выбросов, работающих при невысоких загрузках взвеси. На примере создания численных моделей циклонов с наклонным и горизонтальным входным патрубком (ЦН-11, СК-ЦН-34) рассмотрены некоторые особенности создания геометрии в среде SpaceClaim Direct Modeler (SCDM), обеспечивающие в дальнейшем корректность генерации сетки и расчетов. Представлены результаты численного моделирования, проведенного с использованием программного обеспечения ANSYS Fluent. Модель турбулентности (RANS, Reynolds Averaged Navier – Stokes), способы замыкания уравнений Навье – Стокса (k-ε модель с пристенными функциями), методы расчета дисперсной части потока (Эйлер – Лагранж, DPM) подобраны с учетом условий, соответствующих системам очистки выбросов углегенерации. Результаты показали, что при одинаковом перепаде давления эффективность осаждения взвеси с концентрацией 100 мг/м³ и менее в аппарате с углом наклона входа 11° к горизонтали может быть выше, чем у аппарата с горизонтальным входом.

Рассмотрено применение технологии цифрового двойника в теплоэнергетике. Особое внимание уделено влиянию цифровых моделей существующего оборудования электростанции на образовательный процесс в высших учебных заведениях и повышение квалификации обслуживающего персонала. Подведены итоги введения тренажеров электростанций в учебный план, методика выполнения лабораторных работ и организация проведения учебных занятий. Также показано, что внедрение физико-математического моделирования в образование и практику способствует повышению безопасности и эффективности работы в энергетике. Приведены выработанные рекомендации по организации образовательного процесса. Рассмотрено предоставляемое для занятий в высшем учебном заведении программное обеспечение компьютерного оборудования, как инструмент для отработки навыков эксплуатации и понимания принципов создания цифровых моделей. При работе в программном комплексе пользователю предоставляется возможность управления единицами оборудования по отдельности, а также в совокупности целым блоком, что позволяет отработать с обучающимися различные задания при различных исходных данных. Взаимное сотрудничество разработчиков программных комплексов и университетов может привести как к созданию цифровых моделей для возможности переподготовки специалистов на производстве, так и повышению уровня знаний выпускаемых специалистов. Рассмотрен результат внедрения в высшем учебном заведении предоставления виртуального полигона для тестирования, с целью проверки полученных знаний студентов. Таким образом, внедрение цифровых двойников в образовательный процесс и практику работы в теплоэнергетике является перспективным направлением развития отрасли. Оно способствует повышению уровня подготовки специалистов, обеспечению безопасности и эффективности эксплуатации оборудования, а также снижению рисков возникновения аварийных ситуаций.

При перспективном планировании ремонтов на объектах электросетевого хозяйства в условиях ограниченных операционных и инвестиционных ресурсов актуально определение «точек максимальной отдачи», то есть объектов, ремонт которых вызовет наибольший эффект при целевых приоритетах компании. Это требует оперативной оценки и ранжирования объектов электросетевого хозяйства с учетом технологических и ресурсных особенностей энергокомпании. Представлена методика принятия решений, которая на основе оперативных расчётов и оценки приоритетности позволяет выявить объекты электросетевого хозяйства с наивысшей эффективностью ремонтов при достижении критериев, характеризующих стратегические цели управления активами энергокомпании. Методика базируется на методах моделирования и расчета вероятностей отказа в системах электроснабжения потребителей (СЭС) с оценкой индексов технического состояния оборудования, на методах вычисления трудозатрат на поддержание и восстановление надежности и оценки ущербов от её нарушений.

Разработанная методика позволяет энергокомпании — владельцу активов при выборе наиболее эффективной системы управления ремонтами по укрупнённым показателям и упрощённым моделям сформировать приоритетные списки объектов, для которых ранг критичности ремонтов соответствует её стратегическим приоритетам. Возможность стоимостной оценки суммарных трудозатрат на содержание объектов по каждому из полученных приоритетных списков в сравнении с заявленным энергокомпанией ремонтным фондом расширяет область применения методики и повышает обоснованность принимаемых решений. Методика проверена и подтверждена рассмотрением на примере реальной СЭС нефтепромысла с использованием актуальной эксплуатационной информации.

В связи с ростом числа аварий, связанных с повреждением валопроводов турбоагрегатов, остро стоит проблема диагностирования факта возникновения и роста кольцевой трещины не только во время проведения планово-ремонтных работ турбоагрегата, но и непосредственно во время его эксплуатации для превращения аварийного выхода из строя и дорогостоящего ремонта. Кольцевые трещины, возникающие в валопроводе, не приводят к повышению уровня вибрации ротора или его опорных подшипников и, тем самым, не могут фиксироваться штатными эксплуатационными системами вибродиагностики. Предложен способ, позволяющий диагностировать возникновение и рост кольцевых трещин на валопроводе турбоагрегата. Он основан на влиянии глубины возникшей на валопроводе кольцевой трещины на угол его закрутки при эксплуатации турбоагрегата, наличие рассматриваемой зависимости определяется расчетным методом по параметрам работы экспериментальной турбины низкого давления 2, используемой ЦКТИ имени И. И. Ползунова. Практическую реализацию данного способа предлагается осуществлять с помощью методики определения угла закрутки, разработанной на основе дискретно-фазового метода посредством замера и анализа изменения величины угла закрутки валопровода при эксплуатации турбоагрегата. Технически реализуется применением системы, состоящей из индукторов и датчиков, закрепляемых на статорной и роторной части турбоагрегата. Предлагаемый способ может использоваться в качестве дополнения к методам эксплуатационного контроля фактического состояния валопровода, а также, в перспективе, для оценки фактической эффективности работы цилиндров турбоагрегата.

Представлен эксергетический анализ системы теплоснабжения (СТ) с внедрением прогнозной модели, основанной на нейросетевых алгоритмах. Исследование направлено на оценку термодинамической эффективности СТ при использовании данных методов, которые позволяют предсказывать изменения температуры и оперативно корректировать параметры системы для повышения ее эффективности. Рассматривается влияние увеличения числа подключаемых потребителей на эксергетический КПД системы теплоснабжения с прогнозной моделью (СТПМ). Показано, что использование нейросетевых алгоритмов, таких как LSTM, значительно повышает способность системы предсказывать внешние температурные изменения и оперативно реагировать на них, что способствует оптимизации потребления энергии и повышению эксергетического КПД, особенно в периоды начала и окончания отопительного сезона. Приведен сравнительный анализ эксергетической эффективности традиционной системы теплоснабжения и системы с прогнозной моделью. Эксергетический анализ выполнен на основе моделирования работы системы с различным числом потребителей. Результаты показывают, что увеличение числа потребителей приводит к росту эксергетического КПД благодаря улучшенному управлению распределением энергии. Рассмотрены возможности значительной экономии тепловой энергии и снижения эксплуатационных затрат при использовании прогнозных методов. Исследование подтверждает, что применение нейросетевых алгоритмов в прогнозных моделях СТ может существенно повысить их эффективность и надежность, что способствует более рациональному использованию энергетических ресурсов, снижению затрат и минимизации негативного воздействия на окружающую среду. Полученные результаты поддерживают внедрение этих методов в крупномасштабные системы теплоснабжения для их оптимизации и повышения эффективности энергопотребления.

Приведён анализ эксплуатируемых в настоящее время турбинных масел. Представлены классификации для нефтяных базовых масел согласно системам, разработанным в ОАО «ВНИИНП» и в American Petroleum Institute. Обоснован переход от эксплуатации турбинных масел первой группы к более современным маслам, полученным на основе базовых масел второй группы и выше. Обозначены проблемы, которые могут возникнуть при замене масел первой группы на современные масла в связи с процессами смешивания энергетических масел различных рецептур. Процесс смешивания осложняется факторами совместимости как самих товарных продуктов, так и используемых композиций присадок, а также возможным загрязнением масляным шламом смазочных материалов, находящихся в работе, и возможным загрязнением водой и механическими примесями нового энергетического масла на этапе поставки. Объяснена необходимость анализа возможности смешивания как по совместимости самих испытуемых энергетических масел, так и по совместимости пакета присадок, используемого в них. Представлен перечень показателей, по которым можно судить о возможной совместимости рассматриваемых энергетических масел. Приведены результаты анализа на совместимость. В современных внешнеполитических условиях для Российской Федерации существует необходимость активизации российских разработок и обеспечения современными смазочными материалами энергетических объектов нового поколения. Приведено возможное решение данного вопроса, разработанное специалистами НИУ «МЭИ». Представлена система выработки масляного дистиллята с последующим получением базового (III группы) и товарного масла для высокозольных исходных углей буроугольной и ранней каменноугольной стадии углефикации закрытых к разработке угольных бассейнов.

В различных сферах современной промышленности, в том числе энергетике, актуальной является проблема низкой эффективности эксплуатации теплообменных аппаратов, в которых происходит конденсация парогазовых сред. Известно, что одним из эффективных способов решения данной проблемы является интенсификация теплообменных процессов путем перевода из традиционного пленочного в капельный режим конденсации. Перспективным и технически простым способом достижения капельного режима конденсации является способ, основанный на обработке теплообменных поверхностей с использованием поверхностно-активного вещества – октадециламина (ОДА). Анализ работ, в которых приведены результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения, показал, что применение указанного способа в условиях конденсации водяного пара способствует становлению устойчивого капельного режима конденсации, вследствие чего происходит увеличение коэффициента теплоотдачи по паровой стороне более чем в 2 раза.

Не менее важным и интересным является вопрос, связанный с определением влияния эффективности теплообменных аппаратов на показатели экономичности сложных систем, в технологических схемах которых они эксплуатируются. Проведен анализ влияния эффективности работы сетевых и регенеративных подогревателей на энергоэффективность и экономичность работы энергоблока на базе паротурбинной установки Т-110-12,8-3, эксплуатируемой в теплофикационном режиме. Для этого произведен расчет тепловой схемы при различных условиях работы указанных теплообменных аппаратов и определены некоторые из основных показателей экономичности, в том числе: коэффициент использования теплоты топлива (КИТТ) и электрический коэффициент полезного действия (КПДэ). Выявлено, что интенсификация теплообменных процессов в 2 раза в сетевых горизонтальных подогревателях (ПСГ) или в подогревателях низкого давления (ПНД) приводит к повышению показателей эффективности энергоблока в целом. При этом как показал анализ результатов расчета наибольший эффект достигается при реализации данного мероприятия в ПСГ.

Рассмотрены различные вариации снижения аэродинамического сопротивления аппаратов со сложной конфигурацией проточной части. Около 50% электростанций в РФ работают на угле, при этом в процессе золоулавливания применяется двухступенчатая очистка. Современные золоуловители грубой очистки позволяют достичь эффективности в 55 – 80% в зависимости от срока их службы. Целесообразно уменьшать количество ступеней очистки, произведя модернизацию современных очистных аппаратов, которые позволяют достигать высокой эффективности очистки запыленного потока и меньше подвергать данный очистной комплекс ремонтным работам. ИВЗ — это инерционно-вакуумный золоуловитель, на котором можно достичь улавливания широкого диапазона исследуемых частиц (1 – 100 мкм) с эффективностью до 99%. Данный аппарат был опробован на ТЭЦ города Омска, но помимо высокой эффективности было установлено повышенное аэродинамическое сопротивление. Целью данной работы является достижение аэродинамического сопротивления в 660 Па (сопротивление циклонного аппарата, чтобы аппарат был использован как первая, а в последствие, и как две ступени очистки) при сохранении эффективности очистки аппарата. Анализируются результаты изменения конфигурации проточной части ИВЗ, рассматривается модель после преобразований и поданная на патентование. Выполнен  анализ численного эксперимента в ANSYS CFX с применением k-ε математической модели (массовое содержание золы 70 г/кг; One-way Coupling). И предложены рекомендации для дальнейших перспектив исследования ИВЗ.