Главная страница ->  Переработка мусора 

 

Инерционные накопители энергии в системах тягового электроснабжения. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов. Строительство

Ю.Н. Елдышев

 

Независимо от того, какие еще поправки будут внесены в измененный вариант Киотского протокола, принятый на конференциях по глобальному изменению климата в Бонне (июнь–июль 2001 г.) и Марракеше (ноябрь–декабрь 2001 г.), главный вопрос остается открытым: станет ли этот компромисс хотя бы небольшим шагом вперед или его последствия будут противоположны ожидаемым.

 

Правительства европейских стран, большинство экологических объединений (Германии. — Прим. ред.) и экспертов позитивно откликнулись на изменения в Протоколе, сочтя компромисс едва ли не панацеей. Несмотря на множество взаимных обвинений, прозвучавших на конференциях, общее настроение можно выразить словами «альтернативы нет».

 

Подобная реакция вполне понятна после напряженных переговоров, и со временем следовало бы ожидать более сдержанных оценок, хотя признание того, что годами длящиеся усилия, направленные на принятие соглашения по климату на планете, могут оказаться напрасными, стало бы обвинением участников конференций против себя самих. В декабре 2000 г. на конференции в Гааге Комиссия Европейского Союза сделала заявление о том, что «границы допустимых изменений в тексте Протокола уже достигнуты и, таким образом, продолжение конференции не имеет смысла». Однако согласованные в Бонне изменения выходят далеко за пределы Гаагских рефлексий.

 

Все, кто когда-то аплодировал заявлению ЕЭС об отмене дальнейших конференций как логичному шагу, сейчас выступают за следование достигнутым компромиссам и даже яростно реагируют на любую критику. Впрочем, это противоречие психологически вполне объяснимо.

 

Боннский компромисс перешел неочевидную для участников переговоров границу, за которой средства начинают компрометировать цель. С одной стороны, это снова и снова «ампутируемая» величина декларируемого снижения уровня выбросов углекислого газа (с учетом его поглощения высаживаемыми растениями): снижение выбросов СО2 не более чем на 2% для стран-участниц относится к так называемым подвижным инструментам Протокола. С другой стороны, мы наблюдаем неограниченную возможность подмены своих обязательств по проведению экологических мероприятий в собственной стране покупкой «прав на эмиссию» и эмиссионных бонусов. Все это влечет за собой ряд серьезных последствий. 1. Цель глобального снижения уровня выброса парниковых газов к 2012 г., что и без того относится только к развитым странам, превратилась из цели-минимум (наряду с различными природоохранными мероприятиями) в единственную и главную цель, заменившую собой все остальные.

 

Государства, где эмиссия мала, получают благодаря «подвижным инструментам» даже экономический стимул. Они могут продавать свою квоту государствам, где эмиссия велика.

 

При этом совершенно непонятно, как достичь глобального сокращения выбросов, тем более что на развивающиеся страны вообще не распространяются ограничения на выбросы СО2. Право на дополнительную эмиссию дает и строительство в развивающихся странах электростанций, в том числе и станций, использующих традиционные источники энергии. Несмотря на пока еще большую экономическую эффективность использования ископаемых энергоносителей, это приводит к увеличению выброса парниковых газов.

 

2. Подвижные инструменты Протокола создают все условия для того, чтобы энергетика развивающихся стран переняла главную особенность использования ископаемых энергоносителей. При этом развитыми странами экспортируются и технологии получения энергии на больших установках — словом, поощряется как раз то, что ведет развивающиеся страны в ложном направлении.

 

Так тиражируется серьезная ошибка, заключающаяся в том, что во время переговоров всегда речь шла только о затратах и их распределении и никогда — о самой структуре энергоснабжения. Эта ошибка и привела нас к существующим климатическим проблемам.

 

3. Некоторые организации (например, Федеральный союз германских промышленников), ссылаясь на Киотский протокол, требуют отмены природоохранного налога, закона об использовании возобновляемых (альтернативных) источников энергии и постановления об экономии энергии. В пользу подобного мнения приводят следующий аргумент: глобальная торговля квотами на эмиссию делает эти законы излишними, ибо в других регионах мира охрана атмосферы может быть реализована и реализуется увеличением инвестиций, а не уменьшением выбросов.

 

Таким образом, логика торговли квотами на эмиссию оказывается предпочтительнее любой экологической реформы энергетики, как на национальном, так и на региональном уровнях. Промышленность, как говорят во всеуслышанье, из-за национальных законов не получит возможности принимать участие в торговле квотами на эмиссию и, следовательно, подтвердить свою конкурентоспособность.

 

Протокол обещает стать пирровой победой идеи глобальной и национальной защиты окружающей среды. Экологические организации, которые в свое время из лучших побуждений призывали к компромиссу, после его достижения оказались связанными по рукам и ногам. Он урезает их свободу потребовать реформ энергетики на национальном уровне, ибо этому противопоставляются сомнительные международные обязательства, уступки и мероприятия по взаиморасчетам.

 

Возможно, министерство энергетики, ссылаясь на практику «подвижных инструментов» Киотского протокола, еще попытается оспорить недавно принятый бундестагом закон об экологически «чистом» производстве энергии. Так как Киотский протокол был принят исходя из соответствующих интересов «ископаемой» энергетики, хотя и под экологическими лозунгами, он будет использован в качестве аргумента против всех перспективных проектов внедрения альтернативных источников энергии. И даже если «третий мир» снова вложит миллиарды в проекты внедрения «экологичной» энергетики, эти суммы будут несравнимо меньше 400 млрд долл. годовых инвестиций в получение энергии из ископаемых источников.

 

Итак, Киотский протокол обязывает лишь к незначительному сокращению эмиссии к 2012 г., требуя взамен отсутствие альтернативы подобного рода политике в области окружающей среды. Это не что иное, как капитуляция перед существующей сегодня угрозой окружающей среде.

 

Я не беру на себя смелость утверждать, что участники соглашения «выжали» из него максимум выгоды. Величайшей ошибкой было и остается то, что в условиях столь различающихся интересов слишком много было поставлено на единый Договор об охране окружающей среды. И вот результат: переговоры на конференциях по глобальному изменению климата привели к заключению торговых сделок.

 

Несправедливо было бы сравнивать Киотский протокол с другими проектами, которые в отличие от него никогда не претендовали на применение в столь широких масштабах.

 

Но есть и другие возможности. Например, немецкий закон об использовании альтернативных источников энергии обеспечивает самые большие в мировом масштабе темпы прироста электроэнергии из возобновляемых источников и создает новые отрасли промышленности.

 

Принятие подобных законов другими странами и стремление руководствоваться ими при развитии новых мощностей энергетики, возможно, оказалось бы эффективнее Киотского протокола. Но к подобным решениям готовы только те, кто не ослеплен достоинствами достигнутых компромиссов и не собирается действовать в дальнейшем, опираясь только на них.

 

Итак, ныне решающее значение приобретает увеличение числа сторонников альтернативных источников энергии. Первые шаги к этому уже предприняты Европейской ассоциацией ВИЭ «ЕВРОСОЛАР». Это — создание Международного агентства ВИЭ (IRENA), разработка международного Договора о расширении использования альтернативных источников энергии, образование Всемирного совета по использованию альтернативных источников энергии и Всемирного объединения по использованию энергии ветра и т. д. Но мы отчетливо сознаем, что для заметного изменения ситуации в мире предстоит сделать неизмеримо больше. Впрочем, любой самый далекий путь начинается с первого шага.

 

 

Затраты на электроэнергию, потребляемую на тягу поездов, составляют ощутимую долю в общих эксплуатационных расходах железных дорог. Одним из путей их снижения является возврат электроэнергии в сеть при рекуперативном торможении. Расчеты показывают, что при таком торможении пригородный электропоезд может отдавать в сеть до 40 % потребленной им энергии. Одновременно существенно снижается механический износ тормозных устройств.

 

В традиционных системах тягового электроснабжения с подстанциями, оборудованными нерегулируемыми выпрямителями, возможность использования энергии рекуперации определяется, а иногда и ограничивается следующими факторами:
конструктивными особенностями подвижного состава— его массой, вспомогательным оборудованием, устройствами обеспечения комфорта, КПД привода, наличием рекуперативного тормоза, максимальным напряжением на тяговом двигателе при рекуперации;
наличием в зоне рекуперирующего поезда другого электроподвижного состава;
максимальной скоростью поезда и параметрами пути, по которому он следует, а именно радиусами кривых, уклонами, наличием тоннелей;
расстоянием между остановочными пунктами;
параметрами контактной сети, в частности, протяженностью фидерных зон, удельным (на 1 км) сопротивлением подвески, наличием пунктов параллельного соединения;
разностью напряжений рекуперации и на шинах подстанции.

 

Исследования недельного графика расхода энергии показали, что в системах пригородного сообщения в среднем до 70 % энергии рекуперации используется другими поездами, а остальные 30 % теряются бесполезно.

 

Для того чтобы рекуперируемую энергию можно было использовать полностью, разработаны тяговые подстанции, оборудованные специальными статическими преобразователями. Последние способны возвращать избыток рекуперируемой энергии в трехфазную сеть первичного электроснабжения, которая всегда готова к ее потреблению.

 

Однако следует помнить, что оснащение подстанций этими преобразователями требует значительных дополнительных затрат, а экономический эффект от их использования в значительной степени зависит от тарифной политики поставщиков электроэнергии.

 

Лучшего использования энергии рекуперации и более высокого экономического эффекта можно добиться в системах пригородного сообщения, применив накопители энергии.

 

Преимущества накопителей энергии

 

Правильно выбранные накопители способны полностью поглощать поступающую энергию рекуперации и затем снова отдавать ее в тяговую сеть. Их можно устанавливать как на тяговой подстанции, подключая параллельно питающему выпрямителю, так и в любом месте на линии.

 

С помощью одного накопителя в зависимости от места его расположения, а также от способа заряда и разряда можно обеспечить:
снижение расходов на электроэнергию, потребляемую из внешней сети;
уменьшение затрат на техническое содержание подвижного состава вследствие снижения механического износа при торможении;
сокращение капитальных вложений в результате снижения установленных мощностей тяговых подстанций, увеличения расстояний между ними или даже уменьшения их числа;
оптимизацию системы тягового электроснабжения постоянного тока без значительного переоборудования ее устройств;
постоянный уровень напряжения в контактной сети, особенно на участках с консольной схемой питания;
аварийное питание, например, для вывода поездов с участка в случае выхода из строя всей системы тягового электроснабжения;
уменьшение нагрева тоннелей.

 

Сокращение потребления первичной энергии, приводящее к снижению выбросов в атмосферу углекислого газа,является также важным экологическим фактором.

 

Потенциал экономии

 

На примере двухпутной городской железной дороги с режимом эксплуатации средней интенсивности рассмотрена возможность экономии, определяемой более полным использованием энергии рекуперации в результате применения накопителей энергии.

 

На рассматриваемой линии наибольшая нагрузка при интервале следования поездов 90 с бывает в течение 8ч, в течение 12ч при интервале следования поездов в среднем 240 с нагрузка низкая, в оставшиеся 4ч на линии перерыв в движении поездов.

 

В момент трогания поезд городской железной дороги потребляет ток около 4500 А при номинальном напряжении в контактной сети 780 В. Несложный расчет показывает, что при среднем токе продолжительного режима 625А и напряжении 750В общее потребление энергии за год (8760ч) составляет 4ГВт·ч.

 

В традиционных системах тягового электроснабжения в зависимости от параметров трассы, графика движения и парка подвижного состава дополнительно может накапливаться и снова использоваться от 4 до 15 % энергии, затрачиваемой на тягу. Иными словами, применение накопителей обеспечивает именно такой размер экономии энергии. Результаты расчета были подтверждены измерениями. Таким образом, в рассмотренном примере промежуточное накопление энергии позволяет экономить от 150 до 600МВт·ч в год. При ее средней стоимости от 0,08 до 0,15 нем. марок/кВт·ч это составляет экономию от 12тыс. до 90 тыс. марок

 

Определение параметров

 

Требуемые значения энергоемкости и мощности накопителя могут быть определены на конкретном примере для линии с напряжением в контактной сети 780В постоянного тока. Поезда массой 50т идут с минимальным интервалом 90с и затрачивают одинаковое время (от 10 до 30с) на разгон до максимальной скорости 50- 80 км/ч и торможение.

 

Для этих условий энергоемкость накопителя должна быть рассчитана на величину энергии, выделяемой в течение двух рекуперативных торможений со скорости 80 км/ч, т.е. 7кВт·ч.

 

Так как накопитель должен быть способен отдавать энергию в любой момент времени, его минимальная энергоемкость должна быть не ниже 4кВт·ч, а максимальная- около 10 кВт·ч. При этом максимальная мощность приблизительно равна 0,6МВт. Однако теоретически одновременно может происходить торможение или разгон двух поездов, поэтому мощность накопителя следует увеличить до 1МВт.

 

К накопителю энергии в системах пригородного сообщения предъявляют следующие принципиальные требования: высокие значения КПД, удельной энергии и мощности, максимальная надежность, хорошая регулируемость, низкие капитальные и эксплуатационные затраты.

 

Безусловно, существенным параметром для выбора накопителя является число возможных зарядов и разрядов: например, в системе тягового электроснабжения пригородной сети может быть не менее 200 таких циклов в сутки. Если принять срок эксплуатации накопителя равным 20 годам, он должен выдерживать 107 циклов без снижения мощности.

 

Разновидности накопителей

 

Известны следующие разновидности накопителей: аккумуляторные, сверхпроводящие и инерционные.

 

Аккумуляторный накопитель

 

В качестве накопителей можно использовать батареи свинцовых и никель-кадмиевых аккумуляторов. Другие типы аккумуляторов не могут быть использованы из-за неудовлетворительных экономических показателей.

 

Высокую кратковременную мощность можно получить только при очень большой емкости батареи аккумуляторов, что обусловливает большие размеры и массу накопителя. К другим недостаткам аккумуляторных батарей относятся невысокая циклическая стабильность и, следовательно, ограниченный срок службы, а также наличие в них кислоты, свинца, кадмия и других экологически опасных материалов.

 

По этим причинам аккумуляторные батареи, вероятно, не найдут применения в качестве накопителей энергии для систем тягового электроснабжения.

 

Сверхпроводящий накопитель

 

Речь идет о современном принципе накопления энергии с помощью сверхпроводящих электромагнитов. Такие накопители используют в настоящее время только в сложной медицинской аппаратуре и в системах, где необходимо бесперебойное электроснабжение. Пригодность накопителей на сверхпроводящих катушках для работы в условиях городских и пригородных железных дорог представляется проблематичной.

 

Инерционный накопитель

 

Первые публикации о применении инерционных накопителей, или гироаккумуляторов, появились еще в 1992 г. С тех пор значительно возросла прочность материалов, из которых их изготавливают, что позволяет при большой частоте вращения накапливать значительное количество энергии в небольшой массе. На периферии маховика возникают слишком большие для традиционных материалов центробежные силы, поэтому его изготавливают из композитов с армирующим углеродным волокном.

 

Новые силовые полупроводниковые приборы, обладающие высоким быстродействием и низкими потерями, позволили создать статические преобразователи для привода скоростных электрических машин, работающих в чередующемся двигательно-генераторном режиме и являющихся звеном преобразования накапливаемой энергии.

 

Прогресс в области магнитных, а также сверхпроводящих материалов для электромагнитов позволил создать магнитные подшипники без трения для быстро вращающихся масс (в данном случае ротора и маховика), не требующие технического обслуживания в течение долгого времени.

 

Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что инерционные аккумуляторы энергии в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к накопителям системой тягового электроснабжения пригородных линий.

 

Конструкция и регулирование инерционных накопителей

 

В настоящее время уже существуют такие накопители приемлемых размеров. В них применено вращающееся в вакууме маховое колесо из материала, армированного углеродным волокном. На вал маховика насажен ротор электрической машины.

 

У накопителя предусмотрены выводы для подключения статического преобразователя, системы водяного охлаждения и вакуумного насоса.

 

Электрическая синхронная машина имеет внутренний статор, размещенный в вакууме и рассчитанный на напряжение от 300 до 940 В, и наружный с возбуждением на постоянных магнитах. Маховик и ротор размещены в общем защитном корпусе.

 

Статический преобразователь обеспечивает прием и отдачу энергии при полном использовании полезного диапазона частоты вращения, соответствующего интервалу между наибольшим и наименьшим значениями энергоемкости. Напряжение промежуточного звена преобразователя согласовано с уровнем напряжения в контактной сети. КПД всей системы для полного цикла энергообмена превышает 86%.

 

Накопители этого типа уже в течение нескольких лет используются на грузовых автомобилях. При мощности около 200 кВт и энергоемкости 2 кВт·ч они имеют приблизительно в 5 раз меньшие габариты, чем накопители для системы тягового электроснабжения.

 

Алгоритм регулирования процессов разряда и заряда должен выбираться с учетом цели использования накопителя энергии. Он может применяться для стабилизации уровня напряжения в контактной сети, экономии энергии, а также для покрытия пиков нагрузки. Необходимо, чтобы система регулирования динамично реагировала на ситуацию в движении поездов, например на изменение межпоездных интервалов и т. д. Оптимум достигается в том случае, когда система учитывает максимальное число параметров и гарантирует наибольшую экономию.

 

F. Moninger. Elektrische Bahnen , 1998, N 8, S. 257- 260.

 

Вывоз строительного мусора величины чертой. Вывоз строительного мусора ленинградская область.

 

Электроэнергетика.
Цена опроса.
Геотермальные источники энергети.
Слет в губерово.
На магнитогорском металлургическ.

 

Главная страница ->  Переработка мусора 

Реклама