Общая характеристика природно-климатических условий на территории Пензенской области Общая площадь - 43,3 тыс. кв. км., из них: 10 тыс.кв.км - площадь. - презентация

1

2 Общая характеристика природно-климатических условий на территории Пензенской области Общая площадь - 43,3 тыс. кв. км., из них: 10 тыс.кв.км - площадь лесов; 6 тыс. кв. км. заняты оврагами, балками, крутыми склонами и пойменными террасами рек; остальная площадь - 27,3 тыс. кв. км. используется для земледелия. Территория Пензенской области расположена в лесостепной правобережной части Среднего Поволжья, на западной склоне Приволжской возвышенности, Междуречном Волго-Донском пространстве, в бассейнах Верхнего течения рек Суры, Хопра, Мокши, Вороны и Выше с их многочисленными притоками. ( Всего рек 297, общей длинной 8145 км.) Выделяются гряды с перепадом высот над руслами рек от 115 до 310 м. Рельеф многообразный: неравномерно покатые склоны, овраги и балки, крутые, обрывистые холмообразные поднятия образуют горные гряды и плоскогорья с иногда выраженными вершинами. В целом территория области имеет сложный и многообразный рельеф и ландшафт, значительную геоморфологическую расчлененность, сравнительно развитую речную сеть, большое разнообразие почво-грунтов, что создает благоприятные условия для развития высокопродуктивного земледелия, для создания зон отдыха, охотничьих и рыболовных угодий, широкой сети туризма и горных видов лыжного спорта при условии высокоразвитой инфраструктуры, высокопродуктивном сельском хозяйстве, развитой сети альтернативной и малой энергетики на базе новейших инновационных технологий.

3 Гидроресурсы рек Пензенской области: Общий объем стока в год: составляет 5.5 куб.км/год при весеннем стоке до 2.2 куб.км/год; Перепад высот над руслами рек от 100 до 300 м; Скорость стока при 5.5 куб.км/год составит 125 куб.м/с; Плотины необходимы для удержания весеннего стока 2.2 куб.км/год; При установке плотин только на границе выхода рек Суры, Хопра, Мокши, Вороны и выше с территории Пензенской области можно получить мощность потенциальной энергии до 200 МВт, а каскадных ГЭС до 500 МВт. Имеются перспективные технологии бесплотинных ГЭС и ГЭС на энергии «гидравлического удара». Биоресурсы Биомассы лесов: можно получить общую удельную теплоту сгорания в 2,1 Гкал/м 3 древостоя, а общую энергию биомассы лесов Пензенской области., достаточную для работы малых ТЭЦ мощностью до 100 МВт электрической энергии и до 240 Гкал/час тепловой; легко решаются вопросы переработки биомассы полей (например, брикеты соломы), животноводческих ферм, отходов переработки с/х предприятии и ТБО; Традиционный способ сжигания биомассы в котлах дает КПД %, а газофикация (включая пиролиз) дает КПД при сжигании метана на ТЭЦ - 85%. Перевод газовых котельных в мини ТЭЦ: Обеспечивается повышение коэффициента использования топлива и практически при том же расходе газа можно обеспечить выработку электрической энергии общей мощностью 250 МВт на всех котельных Пензенской области при сохранении объема поставки тепловой энергии; Окупаемость проектов перевода котельных в мини ТЭЦ составляет 2-3 года, так как работа начинается не с «нуля», оборудование ГТУ или газопоршневых установок до 25 МВт выполнено в виде модулей в комплекте с автоматикой. Технические параметры оборудования для гидроэнергетики: Гидроагрегаты для микро – ГЭС мощностью от 5 до 100кВт; Гидроагрегаты для мини – ГЭС мощностью от 100 кВт до 5 МВт; Стоимость микро – ГЭС – 50 (50кВт) составляет 1 млн. рублей, а у гидроагрегата мощностью кВт стоимость 1 кВт 25 тыс. рублей; Наличие плотин позволяет обеспечить водой системы мелиорации, бороться с наводнением, пожарами, снабжать водой и энергией деревни, села, фермы, зоны отдыха, туризма и т.д. Мини – БИО – ТЭЦ Наиболее перспективной технологией переработки древесины является технология её газофикации с получением горючего газа (СО и водорода) или метана (СН 4 ). Технология газофикации биомассы наиболее удобна и наименее затратна. Возможности использования газа метана в газотранспортной сети Пензенской области в качестве резервного источника. При переводе газовых котельных в мини –ТЭЦ мощностью до 25 МВт наиболее перспективны газопоршневые агрегаты, так как они обладают: Более высоким КПД; Широкой нагрузочной характеристикой; Стабильностью работы при изменении температуры от - 40 до +50 о С; Наработкой на отказ: до 200 тыс. час.

4 ЭНЕРГЕТИКА. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ – ВЫСТАВКА 2010 г. ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Автоматизированные электроэнергетические системы» («АЭЭС») «ИТОГИ ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СОЗДАНИЮ ЭФФЕКТИВНЫХ, ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ, ПАТЕНТО-ЗАЩИЩЁННЫХ ВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ВОДОРОДНЫХ ЭНЕРГОХИМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ» 1.Выполнен анализ основных направлений развития водородной энергетики и обоснован выбор метано-водородной энергетики на ближайшие 50–80 лет как самой перспективной, наименее затратной из всех существующих (солнечно-водородной и атомно-водородной). 2.Выполнен анализ способов производства водорода и обоснован выбор самого эффективного, широко применяемого в промышленности способа паровой каталитической конверсии (ПКК) природного газа в водород, при этом из 1 моля метана (CH 4 ) получается самое большое количество водорода: 4 моля H 2, из которых 50% (2 моля H 2 ) из воды самым дешёвым способом, а 50% (2 моля H 2 ) из метана (CH 4 ). 3. Выполнен анализ проблем развития водородной энергетики, из которых следует отметить: Проблема «лучистой энергии». Водород при своём сгорании практически не светится, поэтому лучистая энергия его пламени минимальна, а значит водород нельзя применять в энергетике. Однако лучистой энергией обладают сложные молекулы, например CO 2 и H 2 O (продукты сгорания углеводородов) в диапазоне длин волн от 0,8 до 80 мкм (инфракрасное «тепловое» излучение). Исследована проблема «истощения» запасов нефти и газа и обоснована возобновляемость их образования на базе новых научных концепций. Исследована проблема взрывоопасности и пожаробезопасности, вопросы техники безопасности. Отмечена необходимость «водородного всеобуча» и гораздо меньшая опасность возникновения критических ситуаций. 4. Обоснована затратность способа ПКК природного газа в водород в промышленности и его энергоэффективность для энергетики.

5 Свойства водорода: 1. Водород самый лёгкий элемент на Земле. Он легче воздуха в 14,4 раза, содержание его в воздухе составляет % (об.). 2. В природе водород находится в связанном состоянии со многими элементами, поэтому стоит проблема его производства. 3. По числу элементов водород составляет 16% от общего числа атомов Земли. Только в мировом океане водорода содержится 1, тонн, а дейтерия тонн 4. Водород является экологически самым чистым и принципиально возобновляемым универсальным энергоносителем, так как при своём сгорании водород превращается в воду и полностью возвращается в круговорот природы. 5. Пары водорода безвредны для человека. 5. Выполнен анализ термодинамических, термохимических (без катализатора), каталитических и энергетических процессов проведения ПКК природного газа в водород на базе теории химической связи, катализа, активированного комплекса, адсорбции и десорбции, термоэлектронной эмиссии электронов при температуре 700–1200°C на поверхности катализатора с учётом разрыва и образования химических связей, законов термодинамики, закона сохранения энергии. Обоснована энергоэффективность ПКК природного газа в водород для энергетики. Сравнительный анализ теплоты сгорания природного газа, синтез-газа (CO 3 + H 2 O) и водорода (4H 2 ) подтвердил увеличение теплоты сгорания синтез-газа и водорода более чем в 2 раза по отношению к метану (CH 4 ). 6. Предложены технические способы повышения энергоэффективности ПКК природного газа в водород, в том числе патентозащищённые. 7. По результатам прикладных исследований опубликовано порядка 30 статей, докладов, тезисов докладов, в том числе получено 4 патента России. 8. В настоящее время определён состав оборудования для ПКК природного газа в водород, установлены связи с представительствами компаний «Foster Wheeler», «Siemens», ООО «Фаст Инжиниринг». 9. Внедрение водородной энергетики является чрезвычайно актуальным для решения экологических проблем.

6 ХарактеристикаУгольНефтьГаз Водоро д Общее потребление горючего 2,3 · 10 6 тонн 1,74 · 10 6 м³ 196 · 10 6 м³- Выбросы загрязнителей воздуха: CO тыс. тонн 6088 тыс. тонн 401 тыс. тонн - SO 2 118,77 тыс. тонн 52,37 тыс. тонн 0,02 тыс. тонн - NO 2 18,75 тыс. тонн 21,88 тыс. тонн 21,56 тыс. тонн - CO1040 тонн630 тонн510 тонн- HC310 тонн420 тонн30 тонн- Альдегиды4 тонны210 тонн-- Твердые частицы 4170 тонн880 тонн310 тонн- Выбросы изотопов, Кюри: Ra тыс. тонн 1500 тонн-- Ra тыс. тонн 3500 тонн Ежегодные выбросы загрязняющих воздух веществ с электростанций мощностью 1000 МВт, работающих на ископаемом горючем при 75 %-ном коэффициенте нагрузки Энергетическая схема связей теплоты образования, сгорания, диссоциации и энергии связи Реактор ПКК

7 Этапы создания демонстрационных образцов I этап Демонстрационный образец I на базе сертифицированных в России импортных и отечественных реакторов ПКК природного газа в водород, немецких водородных горелок, системы автоматики и безопасности фирмы «Siemens». Цель: снятие синдрома опасности проведения комплекса испытаний по проверке параметров, контроля показателей эффективности, режимов работы. II этап Демонстрационный образец II на базе энергоэффективных технических решений с целью проверки экономии природного газа до 15–40% при проведении ПКК. III этап Демонстрационный образец III по созданию водородного энергохимического комплекса с режимом сжигания водорода в кислороде и получением чистого пара, применением технологии водородного пароперегрева, утилизации тепловой энергии чистого пара от сжигания водорода в кислороде, утилизации парникового газа (CO 2 ) путём паровой конверсии в электролизёре с получением газа метана (CH 4 ) и двойного объёма кислорода. Достигается: электрический КПД до 65–75%, экономия природного газа до 40%, возможность производства удобрний и заправку водородных станций

8 Электрооптический метод измерения электрических величин 1 – линия электропередачи или другой объект, на котором будут производиться измерения электрических величин 2 – первичный преобразователь, им может выступать шунт или участок линии, с которого будет «сниматься» падение напряжения 3 – АЦП 4 – источник оптического излучения 5 – гибкие или жесткие световоды 6 – оптический приемник 7 – ЦАП 8 – вторичное измерительное устройство ДОСТОИНСТВА ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО МЕТОДА: небольшие габаритные размеры, значительно меньшая стоимость и более высокая надежность по сравнению с применяемыми измерительными системами, высокое быстродействие, отличная защищенность от электромагнитных помех, вследствие удаленности измерительной части от высоковольтных участков, и также высокая естественная электрическая изоляция вторичной измерительной цепи из-за полной гальванической развязки ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Автоматизированные электроэнергетические системы» («АЭЭС)

9 Разработка теории дискретно-непрерывного управления высоковольтными электро- энергетическими системами с целью повышения надежности электроснабжения Ожидаемые результаты: 1. Математические зависимости характеристик и параметров режима работы энергосистем при воздействии со стороны системы управления. 2. Способы повышения схемной и режимной надежности энергосистем. 3. Теория дискретно-непрерывного управления режимом работы энергосистем с целью создания и поддержания оптимального режима работы энергосистем по критерию надежности. Практическая ценность результатов работы заключается в разработке основы для создания автоматизированной системы диспетчерского управления энергосистемой в целом и отдельными ее элементами. ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Автоматизированные электроэнергетические системы» («АЭЭС)