Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

путем управления темпом изменения частоты напряжения статора СД можно обеспечить такое время формирования фронта волны, что наибольшее давление в трубопроводе во время переходного режима не превысит его наибольшего значения в установившемся режиме. Для того, чтобы фронт прямой волны давления не приводил к увеличению давления при достижении предыдущей станции, должно выполняться условие

tgα = i, (2)

где α – угол наклона фронта волны давления; i – гидравлический уклон [9].

С учетом влияния обратной волны для исключения появления опасных волн давления время формирования фронта волны при частотном регулировании должно быть не меньше минимально допустимого значения tФМ, определяемого по выражению:

где Н - дифференциальный напор регулируемого насоса в режиме до начала регулирования; β – угол, характеризующий наибольшую крутизну волны давления с учетом отраженной волны; I –расстояние между НПС; р – потери давления на участке между станциями; с – скорость дви-

жения волны давления.

При оптимизации технологического процесса перекачки нефти по магистральным нефтепроводам с использованием ЧРЭП магистральных насосов необходимо найти как оптимальную структуру технологического участка, так и параметры насосов и ЧРЭП, составляющих эту структуру. Это означает, что для ЧРЭП целесообразно использовать структурнопараметрическую оптимизацию [10]. При этом задача структурной оптимизации, то есть подбор числа ЧРЭП на НПС, может решаться методом простого перебора. Для параметрической оптимизации целесообразно использовать методы поисковой оптимизации, например, градиентные методы, методы на основе технологии покоординатного спуска и др. При этом

вкачестве критерия оптимизации можно использовать минимум суммарного потребления мощности на перекачку. При исследованиях удобнее, чтобы алгоритм параметрической оптимизации режима перекачки при ЧРЭП использовал те же критерии оптимизации, что и в системе оптимального управления отдельно взятым магистральным насосом. При этом

вкачестве критерия можно использовать минимум суммарных потерь мощности во всех электроприводах и насосах технологического участка:

где m – число регулируемых насосов на технологическом участке;

– суммарные потери мощности в электродвигателе и насосе при номинальной частоте вращения; n число нерегулируемых насосов.

191

1При подготовке статьи использованы результаты исследований, выполненных при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

Литература

1.Федотов А.Б., Токмаков Д.А., Левшин В.П., Шабанов В.А. Проект «Разработка и организация серийного производства ВЧРП» - Цель, назначение и основные ожидаемые результаты // Электропривод, электротехнологии электрооборудование предприятий: сборник научных трудов III Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием) / редкол.: В.А. Шабанов и др.– Уфа: ИД «Чурагул», 2011.– С. 3-10.

2.Шабанов В.А., Шарипова С.Ф. Критерии эффективности частотнорегулируемого электропривода магистральных насосов на нефтеперекачивающих станциях // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2013.– №1(9).– С. 38-43.

3.Шабанов В.А., Бондаренко О.В., Павлова З.Х., Хакимьянов М.И., Шарипова С.Ф, Токмаков Д.А., Шурдов М.А. Основные результаты НИР, выполненных в УГНТУ в рамках комплексного проекта по созданию ВЧРП. - Сборник научных трудов I международной (IV Всероссийской) НТК «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий».– Уфа, «Нефтегазовое дело», 2013.– С. 99-108.

4.Шабанов В.А., Кабаргина О.В. О законах частотного регулирования синхронных двигателей на нефтеперекачивающих станциях.// Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело", 2010.– №2. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_2.pdf.– 6 с.

5.Шабанов В.А., Шарипова С.Ф. Алгоритм определения частоты вращения магистральных насосов// Нефтегазовое дело: электрон. научный журнал, 2013.– №4.– С. 20-29.

URL: http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_17.pdf

6.Шабанов В.А., Хакимов Э.Ф., Шарипова С.Ф. Анализ коэффициента полезного действия магистральных насосов эксплуатируемых нефтепроводов при использовании частотно регулируемого электропривода в функции регуляторов давления // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело", 2013.– №1.– С. 324-333. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_16.pdf

7.Шабанов В.А., Ахметгареев А.А. К вопросу о выборе оптимального режима работы магистрального насоса с частотно-регулируемым приводом // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, 2012.– №3(89).– С 119 – 127.

8.Шабанов В.А., Хакимов Э.Ф., Шарипова С.Ф. Алгоритм оценки эффективности частотно-регулируемого электропривода маги-

192

стральных насосов эксплуатируемых нефтепроводов по критерию снижения расхода электроэнергии // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2013.– №2(9).– С. 34-42.

9.Шабанов В.А., Кабаргина О.В., Шарипова С.Ф. Снижение волн давления в нефтепроводах при включении и отключении частот- но-регулируемых магистральных насосов // Научно-технический журнал: Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, 2011.– №3 (85).– С.119-124.

10.Шабанов В.А., Шарипова С.Ф. Задачи и проблемы оптимизации ЧРЭП МН. - Сборник научных трудов I международной (IV Всероссийской) НТК «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий».– Уфа, «Нефтегазовое дело», 2013.– С. 92-98.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕЛАССЫ КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЭТАНОЛА

Шарипова Л.Д., Салимзянова А.А., Ор-Рашид Х.М.

г.Уфа, ФГБОУ ВПО Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет Эл.почта: nikaxa@inbox.ru

Истощение запасов нефти и газа, а также негативные экологические последствия их переработки и сжигания – глобальные проблемы современной мировой энергетики.

Биоэтанол – как альтернативный вид топлива

Проанализирована возможность использования биоэтанола в автомобильной промышленности взамен существующему бензину.

Способы получения биоэтанола

Главным преимуществом этанола перед бензином является несоизмеримо большая сырьевая база, что обуславливается возможностью производства этанола практически из любого органического сырья, в том числе и отходов. Этиловый спирт можно получать сбраживанием пищевого углеводсодержащего сырья, главным образом зерна (рожь, ячмень, кукуруза, овѐс, просо), картофеля, кукурузы, ятрофы [1]. Однако данные методы не получили широкого распространения в связи с необходимостью засевания больших площадей данным видом растительности.

Другой метод, также основанный на переработке растительного сырья, заключается в переработке отходов, например, древесины, сахарного производства (гидролизный спирт). Главный критерий выбора сырья это его доступность и наличие для переработки 365 дней в году. Таким отходом является отход сахарного производства – меласса.

На сегодняшний день имеется около трехсот свеклосахарных заводов общей мощностью по переработке свѐклы 697 тыс. т. в сутки, 14 самостоя-

193

тельных сахарорафинадных заводов и 12 рафинадных отделений при свеклосахарных заводах общей мощностью 9.3 тыс. тонн выработки рафинада в сутки [2]. Ежегодно на сахарных заводах мелассы образуется около 9 тыс. тонн. В настоящее время производство этанола из мелассы является актуальным как с позиции рационального природопользования, так и с точки зрения экономической эффективности. При обработке мелассы образуется большое количество отходов в виде барды, лютера, которые впоследствии можно переработать.

Разработка схемы получения биоэтанола из мелассы

В работе предложена принципиальная схема производства спирта из отходов сахарного производства. Производство этилового спирта из мелассы ведется по периодическому способу брожения (рисунок 1). Особенностью сбраживания мелассы является приготовление и переработка мелассного сусла одной концентрации.

Технология получения этилового спирта из мелассы основана на ферментативном сбраживании сахаров дрожжевыми микроорганизмами и включает следующие основные процессы (рисунок 2):

-приготовление мелассного сусла;

-сбраживание сусла;

-перегонка бражки.

Рис. 1. Схема получения этилового спирта из свелкосахарной мелассы

Основная задача процесса нейтрализации — снижение активной

194

кислотности мелассы с повышением рН от 1,3 до 3,5…5, что достигается нейтрализацией серной и частично органических кислот мелассы с помощью нейтрализующих агентов. В качестве нейтрализующих агентов применяются известковое и меловое молоко, а также аммиачная вода.

Нейтрализат, освобожденный от взвешенных частиц, перед брожением охлаждается в холодильнике с 85°С до 30°С. Нейтрализованный, очищенный и охлажденный раствор мелассы, содержащий необходимые питательные соли, носит название мелассного сусла.

Рис. 2.Схема получения спирта из мелассы

Сбраживание мелассного сусла с использованием дрожжей, производят в бродильных аппаратах (чанах) в непрерывном потоке бражки, для чего бродильные чаны соединены между собой в непрерывнодействующую бродильную батарею.

К раствору сахара добавляют дрожжи и повышают температуру до 25…30 °С. Фермент дрожжей инвертаза превращает сахарозу в глюкозу и фруктозу. Происходит реакция:

- инвертаза

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12О6

глюкоза фруктоза Далее глюкоза и фруктоза под действием зимазы (совокупность

дрожжевых ферментов спиртового брожения) превращается в этиловый спирт и углекислый газ.

195

- зимаза

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

глюкоза/фруктоза В бродильном чане происходит сбраживание мелассного сусла с по-

мощью непрерывно поступающих дрожжей в течение 16-18 часов. По окончании брожения и отделения дрожжей спиртовая бражка содержит от 1,2 до 1,6% этилового спирта и около 1% пентозных сахаров.

Следующим этапом является выделение спирта из ректификационной колонны. Процесс ректификации является завершающим этапом получения спирта из мелассы.

Этанол содержит в своем составе разные соединения, такие как метанол, сивушные масла, эфиры и альдегиды. Эти соединения улучшают качество этанола, поэтому их отделять не надо. Без этих соединений, качество этанола ухудшается. В связи с этим, в производстве этанола достаточны только две ректификационные колонны, вместо 3…5 колонн.

Заключение

Постоянное ужесточение норм токсичности, предъявляемых к автотранспорту, стимулировало исследования, направленные на совершенствование систем нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов. Постепенное повышение эффективности таких систем неизбежно ведѐт к усложнению и удорожанию энергетической установки. Тем не менее, для удовлетворения перспективных норм токсичности, уже не достаточно той эффективности, которую могут обеспечить современные системы нейтрализации.

При переработке мелассы решаются одновременно две проблемы: проблема утилизация отходов, использование возобновляемых источников энергии.

Анализ показал, что альтернативный вид топлива – спирт позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды, увеличить мощность двигателя, а также использовать возобновляемые источники энергии, не нанося ущерб природной среде.

Литература

1.Производство биоэтанола [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.bioethanol.ru/bioethanol/ свободный.

2.Биомасса — источник энергии/ Н.А. Рустамов, С.И. Зайцев, Н.И. Чернова // «Энергия», 2005, № 6. С. 20-28.

3.Экология атмосферы. А.П.Морозов // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2006. - 2. - с.127-137.

4.Экология, окружающая среда и человек/под ред. Ю.В.Новикова. Издательско-торговый дом «Гранд», Москва, 1998

196

3.ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ТЭК

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ: НЕОБХОДИМОСТЬ И ПРОБЛЕМЫ

Андронова И.В., Слепухина Т.А.

г. Москва, ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»

e-mail: Irina.V.Andronova@lukoil.com; Tatiana.Slepukhina@lukoil.com

В последнее время вопрос использования альтернативных источников энергии встает все чаще. Сегодня около половины мирового энергобаланса приходится на долю нефти, около трети – на долю газа и атома, около одной пятой – на долю угля и лишь несколько процентов – на все остальные источники энергии (рис.1) [1]. Понятно, что без тепловой и атомной энергетики не обойтись, но там, где есть возможность, следует внедрять альтернативные источники энергии, чтобы смягчить неизбежный переход от традиционной энергетики к альтернативной.

Прочие виды энергии Атомная энергия 5,50% Газ

Нефть

21,20%

Рис. 1. Структура потребления энергии в России в 2012 году

Технический прогресс в сфере возобновляемых источников энергии (ВИЭ) позволил достичь достаточно высоких темпов прироста производства «зеленой» энергии (17 - 19% в год). Тем не менее, использование ветровой, солнечной, геотермальной и других видов возобновляемой энергии из-за высокой начальной капиталоемкости обеспечивает пока менее 2% коммерческого энергоснабжения и сосредоточено сравнительно в небольшом круге стран. Половина мировых мощностей ВИЭ расположена в че-

197

тырех государствах – США, Германии, Китае и Испании. Расширение применения ВИЭ – объективная реальность современного мира, которая является следствием перехода ведущих стран мира на такой технологический уклад, где доминирующими энергоносителями являются атомная и гелиоэнергетика [2].

По нашему мнению, развивая сферу ВИЭ, наращивая «чистую» генерацию и внедряя инновации на стыке отраслей, передовые промышленно развитые страны решают целый комплекс инновационных задач, начиная от снижения спроса на углеводороды и повышения энергоэффективности, до развития экспорта технологий и дальнейшего продвижения экономик по пути научно-технического прогресса.

Основной фактор при оценке целесообразности использования нетрадиционных ВИЭ – стоимость производимой энергии в сравнении со стоимостью энергии, получаемой при использовании традиционных источников, которая обусловлена высокой капиталоемкостью и материалоемкостью. Также под некоторые станции для ВИЭ требуется значительное отчуждение земли или морской акватории. Кроме того, развитие использования альтернативных источников энергии сдерживается нехваткой специалистов. Решение указанных проблем требует комплексного подхода на национальном и международном уровне, что позволит ускорить их реализацию.

Поскольку установки, использующие возобновляемые источники энергии относительно маломощны, привязаны к определенным типам местности и довольно дороги, то пока реально возможно только комбинированное использование альтернативных и традиционных источников энергии, это позволит снизить потребности в нефти, угле и газе и отсрочит энергетический кризис.

В нашей стране проблема нехватки энергоносителей и электроэнергии пока остро не стоит. Но поскольку цены на нефть растут, а запасы ее отнюдь не бесконечны, то эта проблема может остро проявиться в относительно недалеком будущем. Одной из главных проблем современной энергетики, кроме того, является не только истощение минеральных ресурсов, но и угрожающая экологическая обстановка.

По прогнозам экспертов в ближайшие годы будет наблюдаться снижение темпов прироста объемов добычи нефти в 2-3 раза, что связано в первую очередь с ухудшением минерально-сырьевой базы, структуры запасов, возрастанием доли трудноизвлекаемых запасов. В этих условиях нефтегазодобывающим компаниям необходимо акцентировать внимание на инновационных технологиях и исследования, которые позволили бы в условиях дефицита природной нефти в будущем так же эффективно функционировать и развиваться. Вложение нефтяными компаниями инвестиций сегодня в инновационные проекты по освоению альтернативных источников жидкого топлива (например, «искусственной нефти») могут стать за-

198

Предпосылкой активизации действий по поиску производства альтернативных источников жидкого топлива во многом является политика государства в сфере развития инновационных технологий и, в частности, содействие разработке и рациональному использованию нетрадиционных источников и видов энергетического сырья для производства (добычи) альтернативных видов топлива. Таким образом, без радикальных перемен все возрастающее мировое потребление нефти будет лишь усугублять проблемы. Если нынешняя тенденция сохранится, то в течение ближайших двух десятилетий потребуется столько нефти, сколько было добыто за все прошедшее столетие. Один из реальных способов удовлетворить такие запросы – освоить производство нефти из нетрадиционных источников.

Литература

1.BP Statistical Review of World Energy, June 2013. URL: http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/statisticalreview/statistical_review_of_ world_energy_2013.pdf (дата обращения 07.11.2013).

2.Иванов А.С., Матвеев И.Е. Современное состояние мировой энергетики: аритмия производства базовых энергоносителей и смещение их товарпотоков [Электронный ресурс] // Мировое и национальное хозяйство. 2012. №4(23). URL: http://www.mirec.ru/index.php?option=com_content&task=view &id=36

(дата обращения 05.11.2013).

199

ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ

Андронов Ю.В.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

E-mail: 91frost@mail.ru

Современная разработка месторождений – это широкое применение компьютерных технологий в области исследования и моделирования геологического строения пласта, а также гидродинамических процессов, протекающих в нѐм. Моделирование является одним из основных инструментов для обоснования тех или иных решений в процессе разработки [1]. Но, несмотря на высокий уровень технологий, на практике прогнозирование показателей работы скважин с помощью геолого-гидродинамической модели (ГГДМ) пласта после проведения различных видов геологотехнических мероприятий (ГТМ) – это сложная задача, в процессе решения которой приходится сталкиваться со следующими основными проблемами:

1)недостаток и «зашумленность» исходных данных о работе скважин и по свойствам пласта, нередко полное отсутствие информации по отдельным его участкам;

2)«идеализированные» зависимости прогнозируемых показателей от параметров пласта и технологии проведения мероприятия, которые не учитывают все влияющие факторы.

Недостаток и/или неточность исходной для ГГДМ информации может привести к недостоверной адаптации модели к истории разработки, точнее видимо адаптация может быть почти идеальной, однако прогнозируемые показатели будут ощутимо отличаться друг от друга при различных комбинациях исходных параметров (рис.1).

Рис. 1. Графический пример различных вариантов прогноза при идеальной адаптации модели несколькими способами

200