Тэс принцип работы: Принцип работы ТЭЦ, устройство ТЭС

Содержание

Принцип работы ТЭЦ, устройство ТЭС


Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем. В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.


Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.


И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.


Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.

Принцип работы


Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.


Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.


Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.


Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение


Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе


По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Новые технологии сжигания угля


КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.


Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.


Чистое сжигание угля (Clean Coal)


Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО2 закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»


Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»


Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO2 – оксид серы. Далее происходит удаление СО2 с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира


Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.

Сургутская ГРЭС-2

Принцип работы ТЭЦ

Чтобы газ лучше горел, в котлах установлены тягодутьевые механизмы. В котел подается воздух, который служит окислителем в процессе сгорания газа. Для снижения уровня шума механизмы снабжены шумоглушителями. Образовавшиеся при горении топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу и рассеиваются в атмосфере.

Раскаленный газ устремляется по газоходу и нагревает воду, проходящую по специальным трубкам котла. При нагревании вода превращается в перегретый пар, который поступает в паровую турбину. Пар поступает внутрь турбины и начинает вращать лопатки турбины, которые связаны с ротором генератора. Энергия пара превращается в механическую энергию. В генераторе механическая энергия переходит в электрическую, ротор продолжает вращаться, создавая в обмотках статора переменный электрический ток.

Через повышающий трансформатор и понижающую трансформаторную подстанцию электроэнергия по линиям электропередач поступает потребителям. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор, где превращается в воду и возвращается в котел. На ТЭЦ вода движется по кругу. Градирни предназначены для охлаждения воды. На ТЭЦ используются вентиляторные и башенные градирни. Вода в градирнях охлаждается атмосферным воздухом. В результате выделяется пар, который мы и видим над градирней в виде облаков. Вода в градирнях под напором поднимается вверх и водопадом падает вниз в аванкамеру, откуда поступает обратно на ТЭЦ. Для снижения капельного уноса градирни оснащены водоуловителями.

Водоснабжение осуществляется от Москвы-реки. В здании химводоочистки вода очищается от механических примесей и поступает на группы фильтров. На одних она подготавливается до уровня очищенной воды для подпитки теплосети, на других — до уровня обессоленной воды и идет на подпитку энергоблоков.

Цикл, используемый для горячего водоснабжения и теплофикации, также замкнутый. Часть пара из паровой турбины направляется в водонагреватели. Далее горячая вода направляется в тепловые пункты, где происходит теплообмен с водой, поступающей из домов.

Высококлассные специалисты «Мосэнерго» круглосуточно поддерживают процесс производства, обеспечивая огромный мегаполис электроэнергией и теплом.

Как работает парогазовый энергоблок

Принцип работы и типы ТЭЦ, устройство ТЭС

Что такое АЭС?

Атомная электростанция (АЭС) – это объект, на котором для производства энергии используется реакция распада ядерного топлива.

Попытки использования управляемой (то есть контролируемой, прогнозируемой) ядерной реакции для выработки электроэнергии были предприняты советскими и американскими учеными одновременно – в 40-х годах прошлого века. В 50-х годах «мирный атом» стал реальностью, и во многих странах мира стали строить АЭС.

Центральным узлом любой АЭС является ядерная установка, в которой происходит реакция. При распаде радиоактивных веществ происходит выделение огромного количества тепла. Выделяемая тепловая энергия используется для нагрева теплоносителя (как правило, воды), который, в свою очередь, нагревает воду второго контура до перехода ее в пар. Горячий пар вращает турбины, благодаря чему происходит образование электроэнергии.

В мире не утихают споры о целесообразности использования атомной энергии для выработки электричества. Сторонники АЭС говорят об их высокой продуктивности, безопасности реакторов последнего поколения, а также о том, что такие электростанции не загрязняют окружающую среду. Противники утверждают, что АЭС потенциально чрезвычайно опасны, а их эксплуатация и, особенно, утилизация отработанного топлива сопряжены с огромными расходами.

Что такое ТЭС?

Наиболее традиционным и распространенным в мире видом электростанциЙ являются ТЭС. Тепловые электростанции (так расшифровывается данная аббревиатура) вырабатывают электроэнергию за счет сжигания углеводородного топлива – газа, угля, мазута.

Схема работы ТЭС выглядит следующим образом: при сгорании топлива образуется большое количество тепловой энергии, с помощью которой нагревается вода. Вода превращается в перегретый пар, который подается в турбогенератор. Вращаясь, турбины приводят в движение детали электрогенератора, образуется электрическая энергия.

На некоторых ТЭЦ фаза передачи тепла теплоносителю (воде) отсутствует. В них используются газотурбинные установки, в которых турбину вращают газы, полученные непосредственно при сжигании топлива.

Существенным преимуществом ТЭС считается доступность и относительная дешевизна топлива. Однако есть у тепловых станций и недостатки. Это, прежде всего, экологическая угроза окружающей среде. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ. Чтобы сделать ТЭС более безопасными, применяется ряд методов, в том числе: обогащение топлива, установка специальных фильтров, задерживающих вредные соединения, использование рециркуляции дымовых газов и т.п.

Что такое ТЭЦ?

Само название данного объекта напоминает предыдущее, и на самом деле, ТЭЦ, как и тепловые электростанции преобразуют тепловую энергию сжигаемого топлива. Но помимо электроэнергии теплоэлектроцентрали (так расшифровывается ТЭЦ) поставляют потребителям тепло. ТЭЦ особенно актуальны в холодных климатических зонах, где нужно обеспечить жилые дома и производственные здания теплом. Именно поэтому ТЭЦ так много в России, где традиционно используется центральное отопление и водоснабжение городов.

По принципу работы ТЭЦ относятся к конденсационным электростанциям, но в отличие от них, на теплоэлектроцентралях часть выработанной тепловой энергии идет на производство электричества, а другая часть – на нагрев теплоносителя, который и поступает к потребителю.

ТЭЦ более эффективна по сравнению с обычными ТЭС, поскольку позволяет использовать полученную энергию по максимуму. Ведь после вращения электрогенератора пар остается горячим, и эту энергию можно использовать для отопления.

Помимо тепловых, существуют атомные ТЭЦ, которые в перспективе должны сыграть ведущую роль в электро- и теплоснабжении северных городов.

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.

Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение

Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Типы ТЭЦ

По типу соединения котлов и турбин теплоэлектроцентрали могут быть блочные и неблочные (с поперечными связями). На блочных ТЭЦ котлы и турбины соединены попарно (иногда применяется дубль-блочная схема: два котла на одну турбину). Такие блоки имеют, как правило, большую электрическую мощность: 100—300 МВт.

ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 в Северодвинске

ТЭЦ-5 в Новосибирске

Схема с поперечными связями позволяет перебросить пар от любого котла на любую турбину, что повышает гибкость управления станцией. Однако для этого необходимо установить крупные паропроводы вдоль главного корпуса станции. Кроме того, все котлы и все турбины, объединённые в схему, должны иметь одинаковые номинальные параметры пара (давление, температуру). Если в разные годы на ТЭЦ устанавливалось основное оборудование разных параметров, должно быть несколько схем с поперечными связями. Для принудительного изменения параметров пара может быть использовано редукционно-охладительное устройство (РОУ).

По типу паропроизводящих установок могут быть ТЭЦ с паровыми котлами, с парогазовыми установками, с ядерными реакторами (атомная ТЭЦ). Могут быть ТЭЦ без паропроизводящих установок — с газотурбинными установками. Поскольку ТЭЦ часто строятся, расширяются и реконструируются в течение десятков лет (что связано с постепенным ростом тепловых нагрузок), то на многих станциях имеются установки разных типов. Паровые котлы ТЭЦ различаются также по типу топлива: уголь, мазут, газ.

По типу выдачи тепловой мощности различают турбины с регулируемыми теплофикационными отборами пара (в обозначении турбин, выпускаемых в России, присутствует буква «Т», например, Т-110/120-130), с регулируемыми производственными отборами пара («П»), с противодавлением («Р»). Обычно имеется 1—2 регулируемых отбора каждого вида; при этом количество нерегулируемых отборов, используемых для регенерации тепла внутри тепловой схемы турбины, может быть любым (как правило, не более 9, как для турбины Т-250/300-240). Давление в производственных отборах (номинальное значение примерно 1—2 МПа) обычно выше, чем в теплофикационных (примерно 0,05—0,3 МПа). Термин «Противодавление» означает, что турбина не имеет конденсатора, а весь отработанный пар уходит на производственные нужды обслуживаемых предприятий. Такая турбина не может работать, если нет потребителя пара противодавления. В похожем режиме могут работать теплофикационные турбины (типа «Т») при полной тепловой нагрузке: в таком случае весь пар уходит в отопительный отбор, однако давление в конденсаторе поддерживается немногим более номинального (обычно не более 12—17 кПа). Для некоторых турбин возможна работа на «ухудшенном вакууме» — до 20 кПа и более.

Кроме того, выпускаются паровые турбины со смешанным типом отборов: с регулируемыми теплофикационными и производственными отборами («ПТ»), с регулируемыми отборами и противодавлением («ПР») и др. На ТЭЦ могут одновременно работать турбины различных типов в зависимости от требуемого сочетания тепловых нагрузок.

ТЭС и ТЭЦ: различия

Часто люди путают эти два понятия. ТЭЦ, по сути, как мы выяснили, является одной из разновидностей ТЭС. Отличается такая станция от других типов ТЭС прежде всего тем, что часть вырабатываемой ею тепловой энергии идет на бойлеры, установленные в помещениях для их обогрева или же для получения горячей воды.

Также люди часто путают названия ГЭС и ГРЭС. Связано это прежде всего со сходством аббревиатур. Однако ГЭС принципиально отличается от ГРЭС. Оба этих вида станций возводятся на реках. Однако на ГЭС, в отличие от ГРЭС, в качестве источника энергии используется не пар, а непосредственно сам водяной поток.

Какие предъявляются требования к ТЭС

ТЭС — это тепловая электрическая станция, на которой выработка электроэнергии и ее потребление производятся одномоментно. Поэтому такой комплекс должен полностью соответствовать ряду экономических и технологических требований. Это обеспечит бесперебойное и надежное обеспечение потребителей электроэнергией. Так:

  • помещения ТЭС должны иметь хорошее освещение, вентиляцию и аэрацию;
  • должна быть обеспечена защита воздуха внутри станции и вокруг нее от загрязнения твердыми частицами, азотом, оксидом серы и т. д.;
  • источники водоснабжения следует тщательно защищать от попадания в них сточных вод;
  • системы водоподготовки на станциях следует обустраивать безотходные.

Преимущества ТЭС

ТЭС — это, таким образом, станция, основным типом оборудования на которой являются турбины и генераторы. К плюсам таких комплексов относят в первую очередь:

  • дешевизну возведения в сравнении с большинством других видов электростанций;
  • дешевизну используемого топлива;
  • невысокую стоимость выработки электроэнергии.

Также большим плюсом таких станций считается то, что построены они могут быть в любом нужном месте, вне зависимости от наличия топлива. Уголь, мазут и т. д. могут транспортироваться на станцию автомобильным или железнодорожным транспортом.

Еще одним преимуществом ТЭС является то, что они занимают очень малую площадь в сравнении с другими типами станций.

Главное – электричество

Обозначение «ГРЭС»  – пережиток советского индустриального мегапроекта, на начальном этапе которого, в рамках плана ГОЭЛРО, решалась задача ликвидации дефицита, прежде всего, электрической энергии. Расшифровывается оно просто – «государственная районная электрическая станция». Районами в СССР называли территориальные объединения (промышленности с населением), в которых можно было организовать единое энергоснабжение. И в узловых географических точках, обычно вблизи крупных месторождений сырья, которое можно было использовать в качестве топлива, и ставили ГРЭС. Впрочем, газ на такие станции можно подавать и по трубопроводам, а уголь, мазут и другие виды топлива завозить по железной дороге. А на Березовскую ГРЭС компании «Юнипро» в красноярском Шарыпово уголь вообще приходит по 14-километровому конвейеру.

В современном понимании ГРЭС – это конденсационная электростанция (КЭС), по сравнению с ТЭЦ, очень мощная. Ведь главная задача такой станции – выработка электроэнергии, причем в базовом режиме (то есть равномерно в течение дня, месяца или года).
Поэтому ГРЭС, как правило, расположены вдали от крупных городов – благодаря линиям электропередач такие объекты генерации работают на всю энергосистему. И даже на экспорт – как, например, Гусиноозерская ГРЭС в Бурятии, с момента своего запуска в 1976 году обеспечивающая львиную долю поставок в Монголию. И выполняющая для этой страны роль «горячего резерва».

Интересно, что далеко не все станции, имеющие в своем названии аббревиатуру «ГРЭС», являются конденсационными; некоторые из них давно работают как теплоэлектроцентрали. Например, Кемеровская ГРЭС «Сибирской генерирующей компании» (СГК). «Изначально, в 1930-е годы, она вырабатывала только электроэнергию. Тем более что энергодефицит тогда был большой. Но когда вокруг станции вырос город Кемерово, на первый план вышел другой вопрос – как отапливать жилые кварталы? Тогда станцию перепрофилировали в классическую теплоэлектроцентраль, оставив лишь историческое название – ГРЭС. Для того, чтобы работник с гордостью мог сказать: «Я работаю на ГРЭС!». Потребление угля на электричество и тепло на станции идет сегодня в пропорции 50 на 50», — объясняет «Кислород.ЛАЙФ» начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала СГК Алексей Кутырев.

В то же время на других ГРЭС, входящих в СГК – например, на Томь-Усинской (1345,4 МВт) и Беловской (1260 МВт) в Кузбассе, а также на Назаровской (1308 МВт) в Красноярском крае – 97% сжигаемого угля идет на генерацию электричества. И всего 3% – на выработку тепла. И такая же картина, за редким исключением – практически на любой другой ГРЭС.

Алексей Кутырев    начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС – продукт побочный, такие станции в СССР и в России работают, прежде всего, для подогрева теплоносителя – и вырабатывают тепло, которое потом идет в жилые дома или на промышленные предприятия в виде пара. А сколько получается в итоге электроэнергия – не так уж и важно. Важно – выдать нужные гигакалории, чтобы потребителям, в основном – населению, было комфортно»

Крупнейшей в России ГРЭС и третьей в мире тепловой станцией является Сургутская ГРЭС-2(входит в «Юнипро») – ее мощность 5657,1 МВт (мощнее в нашей стране – только две ГЭС, Саяно-Шушенская и Красноярская). При довольно приличном КИУМ более 64,5% эта станция выработала в 2017 году почти 32 млрд кВт*часов электрической энергии. Эта ГРЭС работает на попутном нефтяном и природном газе. Крупнейшей же по мощности ГРЭС в стране, работающей на твердом топливе (угле), является Рефтинская — она расположена в 100 км от Екатеринбурга. 3,8 ГВт электрической мощности позволяют вырабатывать объемы, покрывающие 40% потребности всей Свердловской области. В качестве основного топлива на станции используется экибастузский каменный уголь.

Кемеровская ГРЭС давно перепрофилирована в классическую теплоэлектроцентраль, ей оставлено лишь историческое название – ГРЭС.

В приоритете – тепло

Теплоэнергоцентрали (ТЭЦ) – это еще один тип ТЭС, но это не конденсационная, а теплофикационная станция.  ТЭЦ, главным образом, производят тепло – в виде технологического пара и горячей воды (в том числе для горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). Поэтому ТЭЦ являются ключевым элементом в централизованных системах теплоснабжения в городах, по уровню проникновения которых Россия является одним из мировых лидеров. Средние и малые ТЭЦ являются также незаменимыми спутниками крупных промышленных предприятий. Ключевая черта ТЭЦ – когенерация: одновременное производство тепла и электричества . Это и эффективнее, и выгоднее выработки, например, только электроэнергии (как на ГРЭС) или только тепла (как на котельных). Поэтому в СССР в свое время и сделали ставку на повсеместное развитие теплофицикации.

Принципиальное отличие ТЭЦ от ГРЭС, при том что все это котлотурбинные и паротурбинные электростанции — разные типы турбин. На теплоэлектроцентралях ставят теплофикационные турбины марки «Т», отличие которых от конденсационных турбин типа «К» (которые работают на ГРЭС) – наличие регулируемых отборов пара. В дальнейшем он направляется, например, к подогревателям сетевой воды, откуда она идет в батареи квартир или в краны с горячей водой. Наибольшее распространение в нашей стране исторически получили турбины Т-100, так называемые «сотки». Но работают на ТЭЦ и противодавленческие турбины типа «Р», которые производят технологический пар (у них нет конденсатора и пар, после того, как выработал электроэнергию в проточной части, идет напрямую промышленному потребителю). Бывают и турбины типа «ПТ», которые могут работать и на промышленность, и на теплофикацию.

В турбинах типа «К» процесс расширения пара в проточной части заканчивается его кондесацией (что позволяет получать на одной установке большую мощность – до 1,6 ГВт и более).

Алексей Кутырев    начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС – продукт побочный, такие станции в СССР и в России работают, прежде всего, для подогрева теплоносителя – и вырабатывают тепло, которое потом идет в жилые дома или на промышленные предприятия в виде пара. А сколько получается в итоге электроэнергия – не так уж и важно. Важно – выдать нужные гигакалории, чтобы потребителям, в основном – населению, было комфортно»

В отопительный сезон ТЭЦ работают по так называемому «тепловому графику» – поддерживают температуру сетевой воды в магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха. В этом режиме ТЭЦ могут нести и базовую нагрузку по электроэнергии, демонстрируя, кстати, очень высокие коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ). По электрическому графику ТЭЦ обычно работают в теплые месяцы года, когда отборы на теплофикацию с турбин отключаются. ГРЭС же работают исключительно по электрическому графику.

Нетрудно догадаться, что ТЭЦ в России гораздо больше ГРЭС – и все они, как правило, сильно различаются по мощности. Вариантов их работы также великое множество. Некоторые ТЭЦ, например, работают как ГРЭС — такова, к примеру, ТЭЦ-10 компании «Иркутскэнерго». Другие функционируют в тесной спайке с промышленными предприятиями – и потому не снижают свою мощность даже в летний период. Например, Казанская ТЭЦ-3 ТГК-16 снабжает паром гигант химиндустрии – «Казаньоргсинтез» (обе компании входят в Группу ТАИФ). А Ново-Кемеровская ТЭЦ СГК генерирует пар для нужд КАО «Азот». Некоторые станции обеспечивают теплом и горячей водой преимущественно население – например, все четыре ТЭЦ в Новосибирске с 1990-х практически прекратили производство технологического пара.

Случается, что теплоэлектроцентрали вообще не производят электрической энергии – хотя таких сейчас и меньшинство. Связано это с тем, что в отличие от гигакалорий, стоимость которых жестко регулируются государством, киловатты в России являются рыночным товаром. В этих условиях даже те ТЭЦ, что ранее не работали на оптовый рынок электроэнергии и мощности, постарались на него выйти. В структуре СГК, например, такой путь прошла Красноярская ТЭЦ-3, до марта 2012 года вырабатывавшая только тепловую энергию. Но с 1 марта того года на ней ввели в строй первый угольный энергоблок в России на 208 МВт, построенный в рамках ДПМ. С тех пор эта станция вообще стала образцово-показательной в СГК по энергоэффективности и экологичности.

Красноярская ТЭЦ-3 до марта 2012 года вырабатывала только тепловую энергию. А сейчас является образцово-показательной в СГК по энергоэффективности и экологичности.

Крупнейшие ТЭЦ в России работают на газе и находятся под крылом «Мосэнерго». Самой мощной, вероятно, можно считать ТЭЦ-26, расположенную в московском районе Бирюлево Западное – по крайней мере, по показателю электрической мощности 1841 МВт она опережает все другие ТЭЦ страны. Эта электростанция обеспечивает централизованное теплоснабжение промышленных предприятий, общественных и жилых зданий с населением более 2 млн человек в районах Чертаново, Ясенево, Бирюлево и Марьино. Тепловая мощность у этой ТЭЦ хоть и высока (4214 Гкал/час), но не является рекордной. У ТЭЦ-21 того же «Мосэнерго» мощность по теплу выше – 4918 Гкал/час, хотя по электроэнергии она немногим уступает «коллеге» (1,76 ГВт).

Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС

Как известно, технологический процесс на ТС заключается в поэтапном преобразовании различных видов энергии. Технологический процесс имеет особенность — конечный продукт — электроэнергия — не подлежит складированию. Косвенным показателем соответствия между паропроизводительностью котла мощностью турбины служит давление перегретого пара.

Современные ТЭС делятся на два типа:

  1. С поперечными связями. Основной агрегат по пару и воде связаны между собой
  2. С блочной компоновкой. При таком типе основное оборудование описывается отдельным технологическим процессом в пределах каждого энергоблока.

Для описания технологических процессов и формирования критериев управления составляются математические модели. Их изображают в форме уравнений.

В качестве объекта управления, характеризующего технологический процесс на ТЭС в целом, обычно выбирают типичный энергоблок. Технологический процесс, протекающий в таком блоке, можно представить в виде двух последовательных процессов: в паровом котле и турбогенераторе.

Экологические аспекты использования

Энергетика является одним из тех секторов мировой экономики, изменения в которых необходимы, чтобы избежать неприемлемых последствий глобального потепления. Оценки энергоинфраструктуры на основе глобального 2эмиссионного бюджета CO показывают, что после 2017 года в мире не должны вводиться в строй новые электростанции, работающие на ископаемом топливе.

Тепловые электростанции зачастую становятся «мишенями» для радикально настроенных климатических активистов.

Источники

  • http://www.vseznaika.org/proizvodstvo/chto-takoe-aes-tec-i-tes/
  • https://www.techcult.ru/technology/5057-princip-raboty-i-ustrojstvo-tec-tes
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C
  • https://www.syl.ru/article/315522/tes—eto-chto-takoe-tes-i-tets-razlichiya
  • https://sibgenco.online/news/element/what-distinguishes-tpp-from-tpp/
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F

[свернуть]

Тепловые электростанции: виды и принцип работы

Превращение природных энергетических ресурсов в электричество осуществляется с помощью специальных установок, функционирующих на различных принципах. Среди них наиболее широкое распространение получили тепловые электростанции, применяющие для работы жидкое, твердое и газообразное органическое топливо. Они вырабатывают более 70% всей мировой электроэнергии и располагаются поблизости от месторождений природных ресурсов. Многие ТЭС производят не только электричество, но и тепловую энергию.

Виды тепловых электростанций

Стандартная тепловая электростанция представляет собой целый комплекс, включающий в себя различные устройства и оборудование, преобразующие топливную энергию в электричество и тепло.

Подобные установки отличаются параметрами и техническими характеристиками, по которым и выполняется их классификация:

  • В соответствии с видами и назначением поставляемой электроэнергии, тепловые станции могут быть районными и промышленными. Районные установки известны как ГРЭС или КЭС и предназначены для обслуживания всех потребителей региона. Электростанции, вырабатывающие тепло, называются ТЭЦ. Мощность районных станций превышает 1 млн. кВт. Промышленные электростанции предназначены для электро- и теплоснабжения конкретных предприятий и производственных комплексов. Их мощность значительно меньше, чем у ГРЭС и устанавливается в соответствии с потребностями того или иного объекта.
  • Все типы тепловых электростанций работают на различных источниках энергии. Прежде всего, это обычные органические ресурсы, используемые большинством ТЭС и продукты нефтепереработки. Наибольшее распространение получили уголь, природный газ, мазут. Наиболее прогрессивные установки работают на ядерном топливе и называются атомными электростанциями – АЭС.
  • Силовые установки, преобразующие энергию тепла в электричество, бывают паротурбинными, газотурбинными и смешанной парогазовой конструкции.
  • Технологическая схема паропроводов ТЭС может быть разной. В блочных конструкциях тепловые электрические станции используют одинаковые энергетические установки или энергоблоки. В них пар от котла подается лишь к собственной турбине и после конденсации он вновь возвращается в свой котел. По данной схеме построено большинство ГРЭС (КЭС) и ТЭЦ. Другой вариант предполагает использование поперечных связей, когда пар от котлов подается к общему коллектору – паропроводу, обеспечивающему работу всей паровых турбин станции.
  • По параметрам начального давления ТЭС могут быть с критическим и сверхкритическим давлением. В первом случае российские стандарты для ТЭС-ТЭЦ составляют 8,8-12,8 Мпа или 90-130 атмосфер. Второй вариант имеет более высокие параметры, составляющие 23,5 Мпа или 240 атмосфер. В таких конструкциях используется промежуточный перегрев и блочная схема.

Принцип работы тепловой электростанции

Основной принцип работы тепловой электростанции заключается в производстве тепловой энергии из органического топлива, которая в дальнейшем используется для выработки электрического тока.

Понятия ТЭС и ТЭЦ существенно различаются между собой. Первые установки относятся к так называемым чистым электростанциям, вырабатывающим только электрический ток. Каждая из них известна еще и как конденсационная электростанция – КЭС. ТЭЦ расшифровывается как теплоэлектроцентраль и является разновидностью ТЭС. Данные установки не только генерируют электричество, но и являются тепловыми, то есть дают тепло в системы отопления и горячего водоснабжения. Такое комбинированное использование требует специальных паровых турбин с противодавлением или системой промежуточного отбора пара.

Несмотря на разнообразие конструкций, работа всех ТЭС осуществляется по общей схеме. В котел постоянно подается топливо в виде угля, газа, торфа, мазута или горючих сланцев. На многих электростанциях используется заранее приготовленная угольная пыль. Вместе с топливом поступает воздух в подогретом виде, выполняющий функцию окислителя.

В процессе горения топлива создается тепло, нагревающее воду в паровом котле. Происходит образование насыщенного пара, подаваемого в паровую турбину через паропровод. Далее тепловая энергия становится механической.

Вал и остальные движущиеся части турбины связаны между собой и представляют единое целое. Струя пара под высоким давлением и при высокой температуре выходит из сопел и воздействует на лопатки турбины. Закрепленные на диске, они начинают вращаться и приводят в движение вал, соединенный с генератором. В результате вращения происходит преобразование механической энергии в электрический ток.

Пройдя через паровую турбину, пар снижает свою температуру и давление. Далее он попадает в конденсатор и прокачивается по трубкам, охлаждаемым водой. Здесь пар окончательно превращается в воду и поступает в деаэратор для очистки от растворенных газов. Очищенная вода с помощью насоса подается в котельную установку через подогреватель.

ТЭС на угле

Уголь уже давно стал одним из основных источников энергии в повседневной жизни и производственной деятельности людей. Широкое распространение данного вида топлива стало возможным благодаря его доступности. Во многих месторождениях он расположен в нескольких метрах от поверхности земли и может добываться более дешевым открытым способом. Кроме того, уголь не требует каких-то особых условий хранения и складируется в обычные кучи неподалеку от объекта.

Промышленное использование угля началось в конце 18-го века. В дальнейшем, когда появился железнодорожный транспорт, уголь стал источником движущей силы для паровозов. Позднее он стал применяться на первых тепловых электростанциях, построенных в конце 19-го века. Многие ТЭС и в настоящее время работают на угле.

На самых первых электростанциях сжигание угля осуществлялось путем его укладки на колосниковые решетки. Загрузка топлива и удаление шлака выполнялось вручную. Постепенно эти процессы были механизированы и уголь попадал на решетки из верхнего бункера. Решетка приводилась в движение и отработанный шлак ссыпался в специальный приемник.

Современные тепловые электростанции уже давно не пользуются кусковым углем. Вместо него в котлы загружается угольная пыль, получаемая в дробилках или мельницах. Подача топлива к горелкам производится сжатым воздухом. Попадая в топку, угольная пыль вперемешку с воздухом начинает гореть, выделяя большое количество тепла.

Газовые ТЭС

Вторым после угля по своей значимости является природный газ, используемый многими ТЭС. Данный вид топлива обладает несомненными преимуществами. Вредные выбросы, отравляющие атмосферу, значительно ниже, чем при сжигании угля. После сжигания не остается побочных продуктов в виде шлака или золы.

Эксплуатация ТЭС на газе становится значительно проще, поскольку в этом случае не требуется приготовление угольной пыли. Газу не требуется какая-либо специальная подготовка, и он сразу готов к использованию. Газовые тепловые электростанции считаются более маневренными, что немаловажно в ситуациях с изменяющимися нагрузками.

Эффективность и коэффициент полезного действия газовых ТЭС значительно увеличились при переходе в рабочий режим с циклом парогазовых установок. Сжигание топлива производится не в котле, а в газовой турбине. Такие установки предназначены только для газа и не могут работать на угольной пыли.

Другие виды топлива для ТЭС

Помимо традиционных видов топлива тепловые электростанции применяют в своей работе и другие источники энергии. Одним из таких энергоресурсов является мазут, который использовался на многих электростанциях во второй половине 20-го века.

В современных условиях цена продуктов нефтепереработки существенно увеличилась, поэтому мазут перестал быть основным топливом. Его частично используют угольные электростанции для растопки. Эксплуатационные качества мазута аналогичны с природным газом, однако при его сжигании в большом количестве выделяется оксид серы, загрязняющий окружающую среду.

В 20-м веке некоторые ТЭС работали на торфе. В настоящее время этот ресурс практически не используется из-за низкой эффективности по сравнению с газом и углем. Установки на дизельном топливе применяются на небольших объектах, где не требуются значительные объемы электроэнергии. В основном, они предназначены для удаленных районов, расположенных на значительном расстоянии от сетей централизованного электроснабжения.

КПД тепловой электростанции

Основным показателем любой тепловой электростанции является ее коэффициент полезного действия. Например, для угольных ТЭС существует термический КПД, определяемый количеством угля, необходимого для выработки 1 кВт*ч электроэнергии. Если в начале 20-х годов прошлого века этот показатель составлял 15,4 кг, то в 60-е годы он снизился до 3,95 кг. В дальнейшем расход угля вновь незначительно поднялся до 4,6 кг.

Причиной такого подъема стали газоочистители, уловители пыли и золы, из-за которых угольная электростанция снизила выходную мощность на 10%. Многие станции пользуются более чистым в экологическом плане углем, что также привело к увеличению потребления топлива.

Процентное выражение термического КПД тепловой электростанции составляет не более 36%, что связано с высокими тепловыми потерями, вызываемыми отходящими газами при горении. У атомных электростанций, отличающимися низкими температурами и давлением термический КПД еще ниже – 32%. Самый высокий показатель у газотурбинных установок, оборудованных котлами-утилизаторами и дополнительными паровыми турбинами. КПД электростанций с таким оборудованием превышает 40%. Этот показатель полностью зависит от величины рабочих температур и давления пара.

Современные паротурбинные электростанции используют промежуточный перегрев пара. После того как он частично отработает в турбине, происходит его отбор в промежуточной точке для последующего повторного нагрева до первоначальной температуры. Система промежуточного перегрева может состоять из двух ступеней и более, что способствует значительному увеличению термического КПД.

Самые мощные ТЭС

В настоящее время лидером тепловой энергетики по праву считается тепловая электростанция Туокетуо, находящаяся в Китае в провинции Внутренняя Монголия. До недавних пор она являлась лишь третьей в мире, уступая по мощности ТЭС, расположенным в Тайчжуне и Сургуте. В результате проведенной реконструкции в 2017 году добавились два энергоблока по 660 Мвт каждый, после чего общая мощность станции достигла 6720 мегаватт. После этого Сургутская ГРЭС стала занимать 3-е место в мире и 1-е – в России.

В российской Энергосистеме доля тепловых электростанций составляет около 70%, а общее количество в натуральных цифрах – 358 единиц. Самые крупные ТЭС расположены возле крупных месторождений полезных ископаемых, используемых в качестве топлива. Установки, применяющие мазут, привязаны к крупным нефтеперерабатывающим предприятиям.

Крупнейшей российской ТЭС является Сургутская, производительность которой составляет 5600 МВт. На карте географическое положение объекта определяется на примерно одинаковом расстоянии от Нефтеюганска и Ханты-Мансийска.

Строительство объекта началось в 1979 году, а в 1985 году был введен в эксплуатацию 1-й энергоблок. Далее за 3 года в строй вступили все оставшиеся энергоблоки, производительностью 800 МВт. Работа станции осуществляется на попутном газе, образованном в местах разрабатываемых газовых месторождений. Такой газ должен утилизироваться, однако он превратился в энергетический ресурс. К настоящему времени построены еще 2 энергоблока по 400 МВт, что позволило вывести станцию на проектную мощность.

Следует отметить еще одну крупную российскую ГРЭС – Рефтинскую. Она работает на каменном угле, а производительность составляет 3800 мегаватт. Объект расположен примерно в 100 км от Екатеринбурга. Строительство велось с 1963 по 1980 годы, в течение всего периода энергоблоки вводились в строй поэтапно.

Чем отличается ТЭЦ от ГРЭС?


Первая вырабатывает и тепловую, и электрическую энергию, а вторая – только электроэнергию. В обоих случаях речь идет о тепловых электростанциях, различия между которыми существенны, но не принципиальны – в ЕЭС России есть ТЭЦ, работающие в конденсационном режиме, и ГРЭС, «разжалованные» в теплоцентрали.


Любая электростанция представляет собой комплекс из оборудования, с помощью которого организуется преобразование энергии определенного источника (как правило, природного) в электрическую и тепловую энергию. В гидроэнергетике таким источником выступает вода, в атомной – уран, а на тепловых электростанциях (ТЭС) применимо большое разнообразие элементов (от газа, угля и нефтепродуктов до биотоплива, торфа и геотермальных скважин). В России порядка 70% электрогенерации обеспечивают именно ТЭС. 


В качестве расхожих обозначений ТЭС используется две аббревиатуры – ГРЭС и ТЭЦ.  Для обывателей они зачастую малопонятны, причем первую еще и путают с ГЭС, при том что это вообще разные виды генерации. Гидроэлектростанция работает за счет водяного потока, а ее плотины для этого перегораживают реки (но есть исключения), а ГРЭС – за счет пара, хотя и такая станция может располагать собственным водохранилищем. Однако ТЭС, которым также, как и ГЭС, жизненно необходима вода, способны эффективно функционировать и вдали от рек и водоемов – в таком случае на них обычно строят градирни, один из самых монументальных и заметных (после дымовых труб) технических элементов в тепловой энергетике. Особенно в зимнее время.

Градирни — один из самых монументальных и заметных) технических элементов в тепловой энергетике.
Скачать

Главное – электричество


Обозначение «ГРЭС»  – пережиток советского индустриального мегапроекта, на начальном этапе которого, в рамках плана ГОЭЛРО, решалась задача ликвидации дефицита, прежде всего, электрической энергии. Расшифровывается оно просто – «государственная районная электрическая станция». Районами в СССР называли территориальные объединения (промышленности с населением), в которых можно было организовать единое энергоснабжение. И в узловых географических точках, обычно вблизи крупных месторождений сырья, которое можно было использовать в качестве топлива, и ставили ГРЭС. Впрочем, газ на такие станции можно подавать и по трубопроводам, а уголь, мазут и другие виды топлива завозить по железной дороге. А на Березовскую ГРЭС компании «Юнипро» в красноярском Шарыпово уголь вообще приходит по 14-километровому конвейеру.


В современном понимании ГРЭС – это конденсационная электростанция (КЭС), по сравнению с ТЭЦ, очень мощная. Ведь главная задача такой станции – выработка электроэнергии, причем в базовом режиме (то есть равномерно в течение дня, месяца или года).

Поэтому ГРЭС, как правило, расположены вдали от крупных городов – благодаря линиям электропередач такие объекты генерации работают на всю энергосистему. И даже на экспорт – как, например, Гусиноозерская ГРЭС в Бурятии, с момента своего запуска в 1976 году обеспечивающая львиную долю поставок в Монголию. И выполняющая для этой страны роль «горячего резерва». 


Интересно, что далеко не все станции, имеющие в своем названии аббревиатуру «ГРЭС», являются конденсационными; некоторые из них давно работают как теплоэлектроцентрали. Например, Кемеровская ГРЭС «Сибирской генерирующей компании» (СГК). «Изначально, в 1930-е годы, она вырабатывала только электроэнергию. Тем более что энергодефицит тогда был большой. Но когда вокруг станции вырос город Кемерово, на первый план вышел другой вопрос – как отапливать жилые кварталы? Тогда станцию перепрофилировали в классическую теплоэлектроцентраль, оставив лишь историческое название – ГРЭС. Для того, чтобы работник с гордостью мог сказать: «Я работаю на ГРЭС!». Потребление угля на электричество и тепло на станции идет сегодня в пропорции 50 на 50», — объясняет «Кислород.ЛАЙФ» начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала СГК Алексей Кутырев. 


В то же время на других ГРЭС, входящих в СГК – например, на Томь-Усинской (1345,4 МВт) и Беловской (1260 МВт) в Кузбассе, а также на Назаровской (1308 МВт) в Красноярском крае – 97% сжигаемого угля идет на генерацию электричества. И всего 3% – на выработку тепла. И такая же картина, за редким исключением – практически на любой другой ГРЭС.

Алексей Кутырев   

начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС – продукт побочный, такие станции в СССР и в России работают, прежде всего, для подогрева теплоносителя – и вырабатывают тепло, которое потом идет в жилые дома или на промышленные предприятия в виде пара. А сколько получается в итоге электроэнергия – не так уж и важно. Важно – выдать нужные гигакалории, чтобы потребителям, в основном – населению, было комфортно»      


Крупнейшей в России ГРЭС и третьей в мире тепловой станцией является Сургутская ГРЭС-2(входит в «Юнипро») – ее мощность 5657,1 МВт (мощнее в нашей стране – только две ГЭС, Саяно-Шушенская и Красноярская). При довольно приличном КИУМ более 64,5% эта станция выработала в 2017 году почти 32 млрд кВт*часов электрической энергии. Эта ГРЭС работает на попутном нефтяном и природном газе. Крупнейшей же по мощности ГРЭС в стране, работающей на твердом топливе (угле), является Рефтинская — она расположена в 100 км от Екатеринбурга. 3,8 ГВт электрической мощности позволяют вырабатывать объемы, покрывающие 40% потребности всей Свердловской области. В качестве основного топлива на станции используется экибастузский каменный уголь. 

Кемеровская ГРЭС давно перепрофилирована в классическую теплоэлектроцентраль, ей оставлено лишь историческое название – ГРЭС.
Скачать

В приоритете – тепло

Теплоэнергоцентрали (ТЭЦ) – это еще один тип ТЭС, но это не конденсационная, а теплофикационная станция.  ТЭЦ, главным образом, производят тепло – в виде технологического пара и горячей воды (в том числе для горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). Поэтому ТЭЦ являются ключевым элементом в централизованных системах теплоснабжения в городах, по уровню проникновения которых Россия является одним из мировых лидеров. Средние и малые ТЭЦ являются также незаменимыми спутниками крупных промышленных предприятий. Ключевая черта ТЭЦ – когенерация: одновременное производство тепла и электричества . Это и эффективнее, и выгоднее выработки, например, только электроэнергии (как на ГРЭС) или только тепла (как на котельных). Поэтому в СССР в свое время и сделали ставку на повсеместное развитие теплофикации. 


Принципиальное отличие ТЭЦ от ГРЭС, при том что все это котлотурбинные и паротурбинные электростанции — разные типы турбин. На теплоэлектроцентралях ставят теплофикационные турбины марки «Т», отличие которых от конденсационных турбин типа «К» (которые работают на ГРЭС) – наличие регулируемых отборов пара. В дальнейшем он направляется, например, к подогревателям сетевой воды, откуда она идет в батареи квартир или в краны с горячей водой. Наибольшее распространение в нашей стране исторически получили турбины Т-100, так называемые «сотки». Но работают на ТЭЦ и противодавленческие турбины типа «Р», которые производят технологический пар (у них нет конденсатора и пар, после того, как выработал электроэнергию в проточной части, идет напрямую промышленному потребителю). Бывают и турбины типа «ПТ», которые могут работать и на промышленность, и на теплофикацию. 


В турбинах типа «К» процесс расширения пара в проточной части заканчивается его конденсацией (что позволяет получать на одной установке большую мощность – до 1,6 ГВт и более). 

Алексей Кутырев   

начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС – продукт побочный, такие станции в СССР и в России работают, прежде всего, для подогрева теплоносителя – и вырабатывают тепло, которое потом идет в жилые дома или на промышленные предприятия в виде пара. А сколько получается в итоге электроэнергия – не так уж и важно. Важно – выдать нужные гигакалории, чтобы потребителям, в основном – населению, было комфортно»      


В отопительный сезон ТЭЦ работают по так называемому «тепловому графику» – поддерживают температуру сетевой воды в магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха. В этом режиме ТЭЦ могут нести и базовую нагрузку по электроэнергии, демонстрируя, кстати, очень высокие коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ). По электрическому графику ТЭЦ обычно работают в теплые месяцы года, когда отборы на теплофикацию с турбин отключаются. ГРЭС же работают исключительно по электрическому графику. 


Нетрудно догадаться, что ТЭЦ в России гораздо больше ГРЭС – и все они, как правило, сильно различаются по мощности. Вариантов их работы также великое множество. Некоторые ТЭЦ, например, работают как ГРЭС — такова, к примеру, ТЭЦ-10 компании «Иркутскэнерго». Другие функционируют в тесной спайке с промышленными предприятиями – и потому не снижают свою мощность даже в летний период. Например, Казанская ТЭЦ-3 ТГК-16 снабжает паром гигант химиндустрии – «Казаньоргсинтез» (обе компании входят в Группу ТАИФ). А Ново-Кемеровская ТЭЦ СГК генерирует пар для нужд КАО «Азот». Некоторые станции обеспечивают теплом и горячей водой преимущественно население – например, все четыре ТЭЦ в Новосибирске с 1990-х практически прекратили производство технологического пара. 


Случается, что теплоэлектроцентрали вообще не производят электрической энергии – хотя таких сейчас и меньшинство. Связано это с тем, что в отличие от гигакалорий, стоимость которых жестко регулируются государством, киловатты в России являются рыночным товаром. В этих условиях даже те ТЭЦ, что ранее не работали на оптовый рынок электроэнергии и мощности, постарались на него выйти. В структуре СГК, например, такой путь прошла Красноярская ТЭЦ-3, до марта 2012 года вырабатывавшая только тепловую энергию. Но с 1 марта того года на ней ввели в строй первый угольный энергоблок в России на 208 МВт, построенный в рамках ДПМ. С тех пор эта станция вообще стала образцово-показательной в СГК по энергоэффективности и экологичности.
Красноярская ТЭЦ-3 до марта 2012 года вырабатывала только тепловую энергию. А сейчас является образцово-показательной в СГК по энергоэффективности и экологичности.
Скачать


Крупнейшие ТЭЦ в России работают на газе и находятся под крылом «Мосэнерго». Самой мощной, вероятно, можно считать ТЭЦ-26, расположенную в московском районе Бирюлево Западное – по крайней мере, по показателю электрической мощности 1841 МВт она опережает все другие ТЭЦ страны. Эта электростанция обеспечивает централизованное теплоснабжение промышленных предприятий, общественных и жилых зданий с населением более 2 млн человек в районах Чертаново, Ясенево, Бирюлево и Марьино. Тепловая мощность у этой ТЭЦ хоть и высока (4214 Гкал/час), но не является рекордной. У ТЭЦ-21 того же «Мосэнерго» мощность по теплу выше – 4918 Гкал/час, хотя по электроэнергии она немногим уступает «коллеге» (1,76 ГВт).

Подготовлено порталом «Кислород.ЛАЙФ»

Устройство и принцип работы теплоэлектростанции: как выглядит изнутри Приднепровская ТЭС — Новости Украины

Есть некая добрая ирония в том, что энергетики отмечают свой профессиональный праздник именно 22 декабря, в день зимнего солнцестояния. Ведь именно тогда четко видно, за что их стоит благодарить: темноту в самую длинную ночь в году может разогнать только электричество. Много электричества. А где его может быть много? Правильно, на электростанции. Корреспондент «Сегодня» побывал на Приднепровской ТЭС, узнал, что нужно сделать с углем и водой, чтобы получить из них электроэнергию и как в процессе помогает «крест», но мешает «козел». Этот текст открывает совместный проект «Сегодня» и энергогиганта ДТЭК «Как это работает», в котором мы познакомим вас с тем, как устроены элементы современной энергетики, от шахт до электростанций. 

Если бы человек смог хоть на мгновение открыть глаза и «увидеть» электроэнергию, его взору предстало бы нечто похожее на то, что видел Нео в Городе машин — бесконечное свечение. Лишь присмотревшись можно разглядеть отдельные элементы — вот оплетенный проводами каркас жилого дома, вот линии электропередач, часть из них тускловаты, зато высоковольтные — как лазерные лучи, прорезающие небо.

Распределительные устройства представлялись бы гигантскими полями, окруженными ореолами миллиона солнц.

А иногда рядом с ними видны гигантские энергопады, источники всего электричества, носящегося в кровеносной сети современного мира. Электростанции. Именно они питают всю нашу жизнь. Хранят продукты холодными, помогают готовить еду, поддерживают движение транспорта. Освещают улицы и переносят смайлики с устройства на устройство, обеспечивая как работу смартфонов и компьютеров, так и самих сотовых станций.

Принцип работы большинства электростанций примерно одинаков: точкой максимального приложения усилий является генератор, который превращает кинетическую энергию, то есть, энергию движения, в электрический ток благодаря сильному магнитному полю.

Вопрос лишь в том, как именно крутить ротор генератора. Ветростанции для этого используют, собственно, силу ветра. Гидростанции — силу воды. Атомные станции с помощью энергии расщепления урана кипятят воду и создают пар, который вращает турбину. Это относительно дешево и безопасно. Но у АЭС есть небольшая проблема: она работает «в базе», то есть могут выдать вот столько мегаватт и ни каплей меньше. А что делать, когда в перерыве футбольного матча все одновременно включили электрочайники и потребность в электроэнергии стремительно возросла? Или утром, когда все дружно начинают собираться на работу, включая свет, микроволновки, фены и кофеварки, расходуя при этом гораздо больше электроэнергии, чем ночью? Но есть еще один тип электростанций, который решает эту проблему, и мы сегодня поговорим именно о нем: это тепловые электростанции, которые, говоря языком фэнтези, используют магию огня и воды, чтобы создать энергию, которая приходит к нам в виде света в окнах и тепла в батареях.

Безопасность

Любая теплоэлектростанция начинается не с топлива, и не с воды. Первым делом, чтобы хоть глазком увидеть, что происходит за пределами заборов, в тех прямоугольниках зданий, над которыми возвышаются трубы, вы должны пройти инструктаж по охране труда. Конечно, обычным посетителям тут чуть полегче, а вот с сотрудников или подрядчиков спрос круче, чем при защите дипломной работы. 

Инженеры по охране труда крайне подробно объясняют, как вести себя на станции. Вплоть до мелочей — цвета капель на предупредительных знаках, благодаря этому можно узнать, какое агрессивное вещество используется, кислота (оранжевый) или щелочь (фиолетовый). Это не считая «стандартов»: передвигаться только по установленным маршрутам, внимательно выполнять указания старшего смены (или проводника) и обязательно применять средства индивидуальной защиты.

После инструктажа следует опрос, чтобы закрепить «пройденный материал». И лишь после этого можно выйти из окружающего станцию комплекса зданий, напоминающего крепостные стены, и попасть внутрь.

Пожарные лафеты. Могут подать струю воды на 60 метров

Топливо

По сути, теплоэлектростанция — это чайник со свистком, на котором установлен вентилятор. Конечно, все куда сложнее, но для начала аналогия сойдет. Обычно вы ставите чайник на газ. Теплоэлектростанции могут работать на газе, но это очень дорого. Могут на мазуте, но это не слишком хорошо для экологии (мазут используют для растопки). Оптимальный вариант — это уголь. В случае Украины — уголь газовой марки: у нас его добывают достаточно много, в отличие от антрацита, который приходится везти из-за рубежа. 

На Приднепровской ТЭС, как и на многих других, раньше использовался антрацит, но теперь он весь заблокирован на неподконтрольных Украине территориях, поэтому компания ДТЭК приняла решение перевести свои тепловые станции на газовый уголь. В случае Приднепровки это вообще сплошной выигрыш, так как почти весь газовый уголь страны добывается рядом
— в «Павлоградугле» и «Добропольеугле».

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

В отличие от стабильного антрацита, для горения которого нужна очень высокая температура, газовые угли полны летучих углеводородов, которые выходят наружу и начинают окисляться, вступать в реакцию с кислородом, выделяя при этом тепло. Если проще, газовые угли могут самовоспламеняться.

К тому, что уголь дымится, энергетики привыкли: на случай чего стены хранилища щетинятся красными лафетными стволами (бьют на 60 метров при ширине склада в 80), а внизу дежурят пожарные на… бульдозерах. Если что-то горит из-за контакта с кислородом, значит нужно этот контакт уменьшить, для чего топливо хорошенечко утрамбовывают. Куда хуже другое: раздавая летучие углеводороды в окружающее пространство, уголь теряет калорийность, скрытую в нем энергию, позволяющую производить электричество и тепло. Поэтому за складами ведется постоянное наблюдение.

Следующий этап — топливоподача. Нельзя просто поджечь уголь и получить электричество, его нужно подготовить. Вдоль всего угольного склада тянется тракт топливоподачи, это первый этап путешествия энергоресурса к топке котла. Он тоже оборудован специальными противопожарными системами: при повышении температуры автоматически включаются насосы, открываются задвижки и уголь заливают водой.

По специальным лентам уголь «едет» сначала наверх, а потом на конвейере «распределяется» между котлами. И попадает в дробилку — шаробарабанную мельницу, которая при помощи специальных металлических шаров размалывает куски топлива в пыль. Именно так это называют энергетики, поэтому, когда речь идет о «пылепроводах», имеются в виду топливопроводы.

Здесь можно увидеть, как уголь по конвейерам добирается до места назначения — топки одного из котлов энергоблока

Размолотый в пыль уголь смешивается с дымовыми газами с низким содержанием кислорода, чтобы высушить влагу и исключить самовозгорание угольной пыли. И, наконец, попадает в котел, где сгорает при температуре за тысячу градусов.

В системе пылеподачи постоянно контролируется содержание кислорода.

«Перевод энергоблоков с антрацита на газовую группу углей можно сравнить с переводом бензинового двигателя на газ, — объясняет замначальника котлотурбинного цеха Приднепровской ТЭС Александр Горобец. — Содержание кислорода в аэросмеси не должно превышать 16%. Лишний кислород из этой смеси мы вытесняем дымовыми газами. Соответственно, в период реконструкции, вся схема пылеприготовления была изменена, смонтированы трубопроводы инертных газов. Выполнен огромный комплекс мероприятий по защитам, пожарной безопасности, на бункер пыли подведен азот, углекислота, пар, чтобы можно было выбрать оптимальную систему тушения».

Самое, пожалуй, магическое действо, где человек может вступить в физическое состязание с живой магмой, происходит внизу, на нулевой отметке гигантского, возвышающегося на десятки метров, котла. Именно там расположена летка котла (круглое отверстие, прикрытое массивной дверцей), в которой видно, как сверху, плавясь и искривляясь, как жидкий Терминатор, стекает шлак. Рядом стоит массивная и длинная железная палка — пика. Специальные люди — зольщики — берут эту пику и сквозь летку сбивают шлак, который падает в ванну гидрозолоудаления. Со стороны — как рыцарь, протыкающий брюхо дракону.

«Есть такой вид накопления, называется козел. Это когда расплавленные шлаки растекаются и будто упираются рогами. Есть еще коза — когда растекается юбкой. И козел в юбке, когда и то и другое, — рассказывают нам работники. — Серьезная проблема, иногда всей сменой надо чистить».

Летка котла. Будто рыцарь, протыкающий пикой брюхо дракона

Фильтр для воды

Стоп, спросите вы, а где же электричество? Помните аналогию с чайником? Только что мы рассмотрели, как устроена плита, на которой он кипит. Теперь поговорим о воде, которую в него заливают. 

Если в обычный чайник заливать воду из-под крана, рано или поздно на нем появится накипь. Накипь — это соли различных металлов (в основном, магния, калия и натрия), которые содержатся в воде, а при нагревании начинают выпадать в осадок. Когда стенки покрываются толстым слоем, нагревающие элементы начинают греть не только металл чайника, но и отложенные соли, температура, соответственно, растет, что приводит к трещинам, поломкам самих нагревателей и прочим неприятностям.

ТЭС — необычный чайник. Здесь и давление повыше, и стенок побольше, и требования к воде пожестче. Поэтому простым фильтром не обойдешься.

«Изначально сырая вода из реки Днепр подогревается в котлотурбинном цехе, потом, с температурой 39-40 градусов, попадает в осветлители, — рассказывает начальник химического цеха Светлана Круц. — Их здесь четыре: три производительностью 120 тонн воды в час, один — 250 тонн воды в час. Кроме сырой воды туда поступают реагенты, сернокислое железо, флокулянт («свертыватель»), известковое молочко».

Осветлитель — название профессиональное. Сырая вода мутная. После этой очистки выходит очищенная, прозрачная, светлая — отсюда и осветлители.

«Есть такой показатель, «прозрачность по кресту». Мы должны взять специальный цилиндр, набрать туда воду и увидеть дно, на которое нанесен крестик. Если не видим, значит норма не выдержана», — объясняет Светлана.

На выходе из осветлителя у воды уменьшается жесткость, улучшается прозрачность, падает щелочность, улучшается водородный показатель (pH). И уже в таком виде она отправляется на механическую очистку, где, проходя через уголь-антрацит, избавляется от грубодисперсных частиц. Но и это еще не все. После механической очистки нужно пройти обессоливание. Анионовый и катионовый фильтры убирают отрицательно и положительно заряженные ионы солей, фильтр смешанного действия «подбирает хвосты» — и только после этого вода, почти лабораторный дистиллят, может идти на подпитку энергоблоков.

«Если мы не будем выдерживать нормы в обессоленной воде, катионы жесткости прикипят к поверхности нагрева котлов, экранных труб и приведут к перегреву и разрыву», — подчеркивает химик.

И дает совет: дома с водой можно так не заморачиваться, достаточно фильтра, убирающего катионы.

Осветлитель. Первый этап сложнейшей водоочистки станции

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Наконец, электричество

Теперь, когда мы разобрались, как правильно подготовить топливо и воду, осталось лишь понять, откуда берется само электричество. Итак, в котел подается аэросмесь угля, исходящих газов и топлива, которые пылают, как само солнце. Параллельно, по специальной системе труб, внутрь котла попадает вода, настолько очищенная, что «кристально чистая» по сравнению с ней покажется содержимым сточной канавы. 

Сгорающее топливо кипятит воду, превращая ее в пар, который под давлением перегревается до 550 градусов и по трубопроводам подается в паровую турбину. Там давление пониже, поэтому сжатый и разогретый пар практически мгновенно расширяется, раскручивая ротор турбины. Помните вентилятор на свистке нашего чайника? Возможно, это было не лучшее сравнение, потому что паровая турбина значительно больше, мощнее и, чего уж там,
— круче обычного вентилятора.

Турбогенератор. Именно в этом месте «рождается» электричество

И именно она приводит в движение электрогенератор, который состоит из неподвижного статора — проводной катушки, в которой генерируется ток, и ротора, вращающегося электромагнита. На выходе, благодаря этому вращению, мы и получаем электричество.
Несмотря на кажущуюся простоту, размеры ТЭС попросту колоссальны. Чтобы они работали и выдали свои сотни мегаватт (примерно 200 мегаватт хватит, чтобы обеспечить электричеством все население, скажем, города Днепр), нужны люди. Десятки сотен человек, которые трудятся на предприятии, некоторые — целыми поколениями.

«Вся моя семья — энергетики, — говорит старший машинист энергоблока Вадим Бобырь. — Так вышло, отец работал сварщиком, хотел, чтобы я его переплюнул. Я пошел в эксплуатацию и вырос до старшего машиниста. Знаете, я горжусь, что причастен к энергетике, что мы даем тепло, горячую воду, помогаем людям. Люди многого не понимают. Мы совершенствуемся. У нас работают электрофильтры, которые уменьшают выбросы. И строятся новые».

Каждый рабочий день для них — это новые интересные вызовы.

«В энергетике никогда нет постоянства. Все время идет процесс усовершенствования, переоснащения», — говорит Александр Горобец.

Его подчиненные с ним согласны.

«Я занимаюсь спортом, кандидат в мастера спорта по легкой атлетике. Тренер говорит: если нет мандража, ты проиграл. Так и здесь, — улыбается Вадим Бобырь. — Нельзя теряться, в этом важность и ответственность профессии».

И пусть усовершенствование облегчило работу этих людей, позволило управлять сердцем теплоэлектростанции с помощью компьютера, подход не изменился: они все так же приходят на смену и зорко следят за происходящим, контролируя все до мелочей.

На щите управления. Технологии помогают контролировать процесс

Градирня ТЭЦ — что это и для чего нужна

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЭЦ

В XIX веке электричество плотно вошло в мировую цивилизацию, и жизнь человека кардинально изменилась как в промышленной деятельности, так и на бытовом уровне.

Глобальная эпоха электричества в России началась после становления советской власти, которой надо отдать должное в развитии энергетики по стране в целом. Электрификация молодой Страны Советов являлась самой приоритетной задачей правительства рабочего пролетариата и крестьян. Страна нуждалась в подъёме промышленности и сельскохозяйственного комплекса, развить которые было невозможно без новых технологий, применяемых в капиталистических странах с использованием электричества и пара.

ОТВЕТЬТЕ ПРАВИЛЬНО НА 5 ВОПРОСОВ ПО СТАТЬЕ И ПОЛУЧИТЕ ГАРАНТИРОВАННЫЙ ПОДАРОК

Если вы работаете на промышленном предприятии и правильно ответили на все вопросы теста — мы свяжемся свами и с радостью отправим вам наш фирменный набор: брелок с рулеткой и фонариком, ручку, блокнот

В связи с этим вначале 1920 года была создана Госкомиссия, план которой назывался ГОЭЛРО — Государственный план электрификации России, ставший первым перспективным документом развития экономики Социалистических Республик.

Электрические сети развивались такими темпами, что уже через шесть лет достигнута половина программы, а ещё через пятилетку производство электроэнергии поднялось в разы. Энергетическая промышленность Советского Союза шагнула на уровень мировых лидеров и была в первой тройке с Соединенными Штатами Америки и Германским государством. Вывести из экономического кризиса страну без развития энергетики за полтора десятка лет до уровня самых развитых держав планеты не смог бы никакой экономический стратег.

Для реализация программы ГОЭЛРО необходимо было строительство дополнительных специальных станций, которые должны были производить электрическую энергию и пар. Впоследствии такие станции получили название теплоэлектроцентраль или сокращённо – ТЭЦ.

На сегодняшний день почти в каждом российском городе имеется по несколько ТЭЦ, которые обеспечивают теплом и светом наши дома и промышленные предприятия.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА ТЭЦ И КАК РАБОТАЕТ?

Работа ТЭЦ заключается в выработке пара и преобразовании его энергии в электрическую. Происходит это следующим образом:

Газ (уголь или мазут), сгорающий в специальных камерах огромных котлов, выделяет большое количество тепла, которое передаётся специально очищенной воде, а та, в свою очередь, преобразуется в пар с высокими температурой и давлением. Обладающий огромным потенциалом водяной пар направляется к множеству сопел, на выходе из которых он приобретает кинетическую энергию. Такое превращение происходит при переходе газа с высоким давлением в среду с меньшим давлением. Затем пар воздействует на криволинейные лопатки ротора турбины, который вращается, совершая механическую работу.

Подобрать вентиляторную градирню

Ответьте на 5 вопросов и получите ТКП вентиляторной градирни для вашего производства и гарантированную скидку

Но это ещё не всё, на что способен нагретый в котлах пар. Поскольку на выходе из турбины он всё ещё обладает достаточно высокой энергией, то основная часть его используется для нагрева сетей, которые и создают благоприятные условия для проживания в наших квартирах.

Такая работа пара является основным принципиальным циклом для выработки электричества и тепла. Чтобы такой цикл повторить снова и снова, пару необходимо постоянно обладать достаточной энергией. Поэтому его обращают в жидкость, которую направляют в нагревательные котлы.

ДЛЯ ЧЕГО ГРАДИРНИ НА ТЭЦ?

Обращение из парообразного состояния в жидкое происходит в конденсаторных установках путём понижения давления и уменьшения температуры. Существует два основных типа таких устройств:

  • смешивающие
  • поверхностные

В настоящее время практически на всех ТЭЦ используются поверхностные конденсаторы, т.к. они обладают рядом существенных преимуществ перед смешивающими. Оборотная вода, поступающая на градирни, идет как раз для охлаждения этих аппаратов.

Поверхностный конденсатор с водяным охлаждением имеет следующую общую схему:

Через горловину 4 пар после турбинной установки попадает в аппарат, где после контакта с трубками 2 конденсируется и превращается в жидкость. Конденсат скапливается внизу и из патрубка 5 откачивается для подачи в водогрейные котлы. В трубках же используется вода, которая как раз и охлаждается на градирнях. На рисунке вода подается через патрубок 1 и, пройдя по трубкам и сменив направление, возвращается в водооборотный цикл через патрубок 3.

Кроме этого на конденсаторе устанавливается патрубок для удаления попавшего в  аппарат воздух. Специальным насосом он отсасывается вместе с небольшим количеством не успевшего сконденсироваться пара.

Таким образом, градирни на ТЭЦ служат для охлаждения конденсаторов, которые выполняют 2 главных функции:

  1. поддерживают необходимый уровень разрежения (вакуума) у выпускного патрубка турбины
  2. превращают поступающий из турбины пар в жидкость, которая возвращается обратно в паровые котлы

Что же происходит, если градирни не справляются со своей задачей и не дают необходимого охлаждения?

В этом случае снижается вакуум в конденсаторах, что ведет к снижению конденсации пара. Учитывая, что вода для паровых котлов должна быть подготовлена определенным образом, обессолена, не содержать других примесей, то её восполнение обходится довольно дорого. Это постоянные затраты.

Кроме того, возрастают разовые затраты на ремонт турбин, требуется замена большего количества лопаток, происходит ускорение коррозии.

Вот почему даже большие разовые затраты на модернизацию градирен выгоднее, чем компенсация потерь от их неэффективной работы.

Ну а на градирне происходит следующий цикл. Забрав определённое количество тепла от конденсатора, нагретая вода по водной магистрали направляется обратно в охладительную башню, но уже в водораспределительную систему. Здесь, через специальные водоразбрызгивающие сопла, обеспечивается равномерное разбрызгивание по всей поперечной площади и обильным ливнем орошается слой, состоящий из блоков оросителя. Ороситель обеспечивает основное охлаждение жидкости до оптимальной температуры путём замедления стекания, образования тонкой водяной плёнки и мелких капель, которые, в свою очередь, обдуваются потоком воздуха. Воздушный поток образуется за счёт конусной формы охладительного сооружения, разности температур и давлений внутри и снаружи. Иными словами – эффект вытяжной трубы. При таком процессе вода остывает и частично, в виде тёплой паровоздушной смеси, уносится в атмосферу. Основная масса её падает в водосборный бассейн и уже охлаждённая, насосами по трубопроводам, вновь подаётся в конденсаторы.

При обычной нагрузке ТЭЦ, одна установка охлаждает свыше 10 000 кубических метров жидкости в час. Можно себе представить, какое её количество уносится в атмосферу. К сожалению, этот процесс неизбежен. Но прогресс не стоит на месте, и найдено эффективное решение для уменьшения потерь при охлаждении – это водоуловитель. Благодаря специально разработанной конструкции, водоуловитель создаёт небольшое препятствие, в котором пар обращается в крупные капли, а те, в свою очередь, под воздействием силы тяжести, падают в водосборный бассейн. Таким образом, применение водоуловителя в открытых охлаждающих установках позволяет сократить капельный унос до 0,01-0,02 % от общего объёма.

ООО «НПО «Агростройсервис» обладает технологиями производства современных, высокотехнологичных и эффективных элементов градирен, которые позволяют не только повысить производственные показатели, но и значительно уменьшить воздействия неблагоприятных факторов на окружающую среду.

Строительство новых вентиляторных или реконструкция существующей градирни ТЭЦ позволяют рационально использовать водные ресурсы без ущерба окружающей среде и при этом значительно снизить потребление топлива для производства тепловой и электрической энергии.

Эффективное и экономное использование природных ресурсов неизбежно влечёт за собой снижение вредных выбросов в окружающую среду.

Мы знаем, как сохранить природу! Мы чистим Планету!

Автор: ООО «НПО «Агростройсервис»
Дата публикации: 27.05.2020

Другие статьи

Датчик положения дроссельной заслонки — принцип работы и его применение

Система дроссельной заслонки, установленная в автомобилях, контролирует и контролирует поток жидкости в двигателе. Мощность двигателя транспортного средства можно регулировать, изменяя соотношение воздух-топливо в двигателе, которое осуществляется сужением дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка известна как педаль акселератора в автомобилях, рычаг тяги в самолетах и ​​как регулятор в паровых двигателях. Современные автомобили работают по электродистанционной системе.В этой системе датчики заменили многие механические системы в автомобилях. Компьютеризированный блок, называемый блоком управления двигателем, отслеживает данные, полученные от различных датчиков, и управляет автомобилем. Одним из таких автомобильных датчиков является датчик положения дроссельной заслонки.

Что такое датчик положения дроссельной заслонки?

В автомобилях скорость двигателя можно регулировать, изменяя количество топлива и воздуха, подаваемых в двигатель. Для этого используется дроссельная заслонка. Раньше к педали дроссельной заслонки крепилась механическая навеска, с помощью которой управлялась дроссельная заслонка дроссельной системы.Когда водитель ударяет по тросу акселератора, клапан широко открывается, что вызывает большой поток топлива или воздуха, тем самым увеличивая скорость транспортного средства.

Датчик положения дроссельной заслонки

В современных автомобилях для этого используется датчик положения дроссельной заслонки. Этот датчик используется для контроля положения дроссельной заслонки в транспортных средствах. Его также можно рассматривать как потенциометр, который обеспечивает переменное сопротивление в зависимости от положения дроссельной заслонки.

Принцип работы

Этот датчик обычно устанавливается на корпусе дроссельной заслонки.Он определяет положение дроссельной заслонки или дроссельной заслонки и передает информацию в блок управления двигателем. Этот датчик отслеживает, насколько сильно нажата педаль акселерометра, и выдает выходной ток, определяющий положение педали. Положение педали контролирует воздушный поток двигателя. Если клапан широко открыт, в двигатель подается большое количество воздуха и наоборот. Выходной сигнал этого датчика вместе с другими датчиками передается в блок управления двигателем, который соответственно определяет количество топлива, которое необходимо впрыснуть в двигатель.

Этот датчик представляет собой трехпроводной потенциометр. По первому проводу на резистивный слой датчика подается напряжение 5В. Второй провод используется в качестве заземления, а третий провод подключается к стеклоочистителю потенциометра и обеспечивает вход в систему управления двигателем.

По своей конструкции существует три типа датчиков положения дроссельной заслонки. Это датчики положения дроссельной заслонки со встроенными концевыми выключателями, также известные как датчик положения закрытой дроссельной заслонки, тип потенциометра и комбинация обоих этих типов.

Приложения

Этот датчик сообщает блоку управления двигателем информацию о положении дроссельной заслонки. Он используется для определения положения холостого хода, состояния широко открытой дроссельной заслонки клапана. Когда клапан находится в состоянии ожидания, выходное напряжение датчика ниже 0,7 В. При обнаружении состояния полной нагрузки выходное напряжение датчика составляет около 4,5 В.

Повреждение датчика положения дроссельной заслонки приводит к миганию сигнала проверки двигателя. Когда этот датчик неисправен, компьютер не может правильно определить положение клапана, что приводит к помпажу или остановке автомобиля.Какие три состояния значения дроссельной заслонки может определять датчик?

Технический пост: Технический обмен Touch screen (TP)

Перепечатано по: Easytouch Technology

Принцип работы емкостного ТП

PS: Принцип емкостного действия TP осуществляется за счет индукции тока человеческого тела. Когда человеческий палец касается TP, он образует конденсатор связи (эффект емкости) с цепью ito на Panle, поэтому палец отводится от точки касания. Для вычисления положения точки касания можно использовать крошечный ток, возвращая текущее значение через линию ITO для расчета соответствующей ИС.

Толкование физической емкости

1. Определение конденсатора: любые два проводника, которые изолированы друг от друга и расположены очень близко друг к другу, образуют конденсатор. Обозначение конденсатора:, простейший конденсатор с параллельными пластинами конденсатора: слой диэлектрика (изолятор) зажат между двумя противоположными параллельными пластинами электродов

2. Емкость: физическая величина, описывающая способность конденсатора удерживать заряды. Кому

3. Формула емкости: C = Q / U = εs / 4πkd (ε: диэлектрическая проницаемость изолирующей среды, s: площадь облицовки, k: постоянная электростатической силы k = 9.0 × 109 Н · м2 / C2, π: отношение окружностей, d: расстояние между пластинами, Q: количество заряда на пластинах, U: напряжение на пластинах)

4. Значение формулы емкости: емкость C конденсатора с параллельными пластинами пропорциональна диэлектрической проницаемости ε, пропорциональна площади s и обратно пропорциональна расстоянию d между пластинами.

5. При прикосновении к TP палец и TP образуют конденсатор с параллельными пластинами:

Принцип работы емкостного ТП

1.При касании TP палец и TP образуют конденсатор с параллельными пластинами:

Верхняя пластина: пальцы

Изолятор средний: LENS

Нижняя пластина: ITO

2. Емкость этого конденсатора C = εS / 4kπd, поскольку все ε, k, π, d являются фиксированными значениями, поэтому фактически эту емкость можно упростить до C = AS, (здесь A = ε / 4kπd, что равно фиксированное значение)

3. C = AS: означает, что емкость пропорциональна площади контакта S. Когда рука касается TP, возникает емкость между рукой и ITO.

4. Посмотрите еще раз на формулу C = Q / U. U задается IC. Когда прикосновение TP создает емкость, напряжение U остается неизменным, а C увеличивается, поэтому Q увеличивается. Следовательно, у ITO увеличивается заряд, и происходит изменение заряда. Ток I (I = △ Q / △ t)

5. Схема ITO, которой коснулись, возвращает это текущее значение в вычисление согласующей ИС. ИС вычисляет текущее значение линии ITO и может вычислить местоположение точки касания.

Алгоритм центральной координаты положения сенсорного экрана

Например: контакты покрывают линии 4, 5, 6 ITO и значение емкости: P4 = 10 кОм, P5 = 15 кОм, P6 = 6 кОм

Тогда вычисленные координаты контакта X = (10K * 4 + 15K * 5 + 6K * 6) / (10K + 15K + 6K) = 4.87

Структура G + F

Используется для одной точки + жест / виртуальных двух точек / многоточечных

Соответствующий чип: одна точка + жест: MSG2133A FT6206

Две точки в дивизионе: FT6306, FT6336 MSG2138A, MSG2238

Однослойный с несколькими точками: GT9147 / GT9157

Датчик структуры G + F

Структура G + F + F

Используется для двухслойной микросхемы многоточечного согласования: GT9157 FT5336 и т. Д.

Датчик структуры G + F + F

Введение в процесс CG

ДАТЧИК: введение в основной процесс

ДАТЧИК переднего процесса введение

Введение в внутренний процесс SENSOR

ДАТЧИК Введение в процесс желтого света

Введение в процесс FPC

Основные материалы FPC

Введение в структуру FPC

OZ = T = 0.0034287 см = 34,287 мкм 1 МИЛ = 25,4 мкм

Введение в конструкцию

Введение в дизайн CG

CG фаска внешняя R — наименьшая R0,3, внутренняя R — наименьшая R0,6 MID проем — наименьшая R0,6

Минимальное расстояние экрана 0,15 мм

Дизайн крышки и отверстий максимально позитивный, и если есть средние отверстия, постарайтесь быть на одной стороне

Выбор стекла: Corning: 0.55 / 0,70 / 1,00 мм

Стекло Asahi: 0,55 / 0,70 / 0,95 / 1,10 мм

Введение в конструкцию толщины

Внимание к дизайну корпуса:

1. Убедитесь, что риск падения TP на 0,15–0,2 мм от верхней поверхности невелик.

2. Расстояние между однослойным TP и ЖК-дисплеем более 0,3 мм.

Введение в электрические / оптические характеристики

Элементы электрических характеристик

спецификация

Примечания

G + F

G + F + F

Время реакции

<35 мс

<25 мс

Необходимо подтвердить платформу клиента

Частота обновления

70-120 Гц

80-100 Гц

разныхICОтличие

Напряжение и ток

См. Конкретную модель IC

См. Конкретную модель IC

Операционная функция

Single Point + жест / Подробнее

Подробнее (5 баллов)

Определение угла штифта

По чертежам проекта

По чертежам проекта

Подтверждение квантиля

При условии заполнения последней формы квантильного подтверждения

При условии заполнения последней формы квантильного подтверждения

принцип действия

См. Конкретную модель IC

См. Конкретную модель IC

Проект оптических характеристик

стандартный тест

Кол. Акций

Примечания

Прозрачный

1.Центральная точка> 85%

2.IR: 550 нм: 10 ± 5%; 850 нм> 70%;

3Клавиатура: 550 нм: 40 ± 5%.

4. В соответствии с требованиями конкретного проекта.

3 шт.

550 Для видимого света

850 Инфракрасный свет

Скорость распыления

<3%

3 шт.

Введение основных тестовых заданий

Тестовые задания

стандартный тест

Факторы влияния

Примечания

Испытание падающим мячом

1.50 г, 70 см или 130 г, 30 см

Центральная точка упала три раза без повреждений

ДОЛ CS

Линейность

Все точки отчетности должны соответствовать следующим требованиям:

Двухслойная структура ITO: +/- 2,0 мм;

Однослойная структура ITO +/- 2,5 мм

Характеристики ИС

Размер квадратного сопротивления ITO и однородность импеданса

Статические помехи.

Нарисуйте горизонтальные, вертикальные и поперечные линии на медном стержне диаметром 8 мм

Точность

Все точки отчетности должны соответствовать следующим спецификациям:

Двухслойная структура CTP ITO:

Центральная точка: +/- 1,5 мм;

Острие края: +/- 2,0 мм

Однослойная структура CTP ITO:

Центральная точка: +/- 2.0мм;

Острие края: +/- 2,5 мм

Характеристики ИС

Шаг ITO

ITO GAP

Статические помехи

Направление обработки исключений TP

A. Никаких действий не может быть обнаружено со стороны следующих аспектов:

A. Исправно ли соединение разъема и есть ли проблема с коротким замыканием. (вся поверхность)

Б.Есть ли обрыв / обрыв в зоне проводки FPC. (вся поверхность)

C. Слой ITO царапается при сборке. (площадь)

D. FPC находится под чрезмерным натяжением, что приводит к деформации зоны прессования TP. (Вся поверхность или площадь)

E. ИС или другие компоненты сдавливаются, что приводит к расшатыванию или падению исходных компонентов. (вся поверхность)

F. Установлено ли разрешение TP на OK (область)

B. Линейность / чувствительность:

А.В основном зависит от значений ITO PITCH и ITO GAP:

B. Уменьшите значения ITO PITCH и ITO GAP, увеличьте количество каналов и улучшите соответствующую производительность.

C. Конструктивная защита от помех может обеспечить присущую линейность и чувствительность.

C. Во избежание несанкционированного отключения питания после тестовой функции данные флэш-памяти ИС могут быть повреждены;

Рекомендуется отключить питание тестового прибора перед отключением TP после завершения теста;

Меры предосторожности для защиты от электростатического разряда TP

  • Расстояние между краем FPC и отверстием или зазором корпуса должно быть больше 3 мм, насколько это возможно, чтобы избежать прямого разряда ESD на FPC;

  • Для корпуса клиента попробуйте использовать корпус с металлическим заземлением для лучшей защиты от электростатического разряда;

  • Во время сборки обратите внимание на электростатическое заземление рабочей поверхности / испытательного оборудования / оператора.

  • Увеличьте защитную пленку (ITO-FILM) от помех (но структура не идеальная).

  • Микросхема с изоляционной лентой.

Как разработать защиту от помех?

Площадь металлической рамки под кнопкой не должна быть слишком большой, чтобы избежать слишком большой паразитной емкости кнопки здесь, которая может вызвать интерференцию сигнала кнопки!

Расстояние между верхней поверхностью ЖК-дисплея и нижней поверхностью ТР должно быть равно 0.30 мм ~ 0,50 мм, чтобы уменьшить влияние ЖК-дисплея на TP;

LCD FPC и TP FPC не могут перекрываться;

4. Помехи мощности: Помехи мощности фактически являются синфазными помехами;

Решение: A. Используйте синфазную фильтрацию для выходной мощности;

B. Отрегулируйте частоту сканирования TP и настройте чувствительность TP;

5. Электромагнитные помехи: это электронный шум, который мешает сигналу кабеля и снижает целостность сигнала.EMI пройден.

Это часто вызывается источниками электромагнитного излучения, такими как двигатели и машины.

Решение: Добавьте электромагнитную пленку в некомпонентную область FPC для экранирования внешнего

Электромагнитные помехи;

Введение в структуру TP-G + G

Структура Дито

Реакция более гибкая, и антишумовой эффект хороший, ЯБЛОКО эта структура.

Конструкция Sito (мост, заземление)

Использовать мостовой процесс

Структура НГС

Разъяснение терминов, относящихся к материалам сенсорной панели

ACF: анизотропная проводящая пленка (анизотропная проводящая пленка)

ПММА: полиметилметакрилат (широко известный как поли-метил-мех-акрил)

FPC: Гибкая печатная схема (Flexible Printed Circuit)

PSA: чувствительный к давлению клей

OCA: оптически прозрачные клеи

AF: пленка против отпечатков пальцев (покрытие AF)

AR: антибликовая пленка (Anti-Reflection)

ITO: оксид индия-олова

Sito: односторонний ITO (Single-ito)

Dito: двусторонний ITO (Double-ito)

FIP / SENSOR: Площадка для индукции поля (Field Induce Pad)

ATT (OGS): Advanced Touch Technology

Компоненты системы впрыска топлива

Компоненты системы впрыска топлива

Ханну Яэскеляйнен, Магди К.Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Систему впрыска топлива можно разделить на стороны низкого и высокого давления. Компоненты низкого давления включают топливный бак, топливный насос и топливный фильтр. Компоненты стороны высокого давления включают насос высокого давления, аккумулятор, топливную форсунку и форсунку топливной форсунки.Для использования с различными типами систем впрыска топлива было разработано несколько конструкций форсунок и различные методы приведения в действие.

Компоненты стороны низкого давления

Обзор

Чтобы система впрыска топлива выполняла свое предназначение, топливо должно подаваться в нее из топливного бака. Это роль компонентов топливной системы низкого давления. Сторона низкого давления топливной системы состоит из ряда компонентов, включая топливный бак, один или несколько насосов подачи топлива и один или несколько топливных фильтров.Кроме того, многие топливные системы содержат охладители и / или нагреватели для лучшего контроля температуры топлива. На рисунке 1 показаны два примера схем топливных систем низкого давления: один для грузовика с дизельным двигателем большой грузоподъемности и один для легкового легкового автомобиля с дизельным двигателем [1590] [1814] .

Рисунок 1 . Примеры топливных систем низкого давления для тяжелых и легких дизельных автомобилей

Топливный бак и топливный насос

Топливный бак — это резервуар, в котором хранится запас топлива и который помогает поддерживать его температуру на уровне ниже точки воспламенения.Топливный бак также служит важным средством отвода тепла от топлива, возвращаемого двигателем [528] . Топливный бак должен быть устойчивым к коррозии и герметичным при давлении не менее 30 кПа. Он также должен использовать некоторые средства для предотвращения чрезмерного накопления давления, такие как выпускной или предохранительный клапан.

Насос подачи топлива, часто называемый подъемным насосом, отвечает за всасывание топлива из бака и его подачу в насос высокого давления. Современные топливные насосы могут иметь электрический или механический привод от двигателя.Использование топливного насоса с электрическим приводом позволяет размещать насос в любом месте топливной системы, в том числе внутри топливного бака. Насосы с приводом от двигателя прикреплены к двигателю. Некоторые топливные насосы могут быть включены в блоки, выполняющие другие функции. Например, так называемые тандемные насосы представляют собой агрегаты, в состав которых входят топливный насос и вакуумный насос для усилителя тормозов. Некоторые топливные системы, например системы, основанные на насосе распределительного типа, включают в себя подающий насос с механическим приводом и насос высокого давления в одном блоке.

Топливные насосы обычно рассчитаны на подачу большего количества топлива, чем потребляется двигателем в любой конкретной операционной системе. Этот дополнительный поток топлива может выполнять ряд важных функций, включая подачу дополнительного топлива для охлаждения форсунок, насосов и других компонентов двигателя и поддержание более постоянной температуры топлива во всей топливной системе. Кроме того, избыточное топливо, которое нагревается при контакте с горячими компонентами двигателя, может быть возвращено в бак или топливный фильтр для улучшения работоспособности автомобиля при низких температурах.

Топливный фильтр

Безотказная работа дизельной системы впрыска возможна только на фильтрованном топливе. Топливные фильтры помогают уменьшить повреждение и преждевременный износ от загрязнений, задерживая очень мелкие частицы и воду, чтобы предотвратить их попадание в систему впрыска топлива. Как показано на рисунке 1, топливные системы могут содержать одну или несколько ступеней фильтрации. Во многих случаях экран курса также расположен на входе топлива, расположенном в топливном баке.

В двухступенчатой ​​системе фильтрации обычно используется первичный фильтр на впускной стороне топливоперекачивающего насоса и вторичный фильтр на выпускной стороне.Первичный фильтр необходим для удаления более крупных частиц. Вторичный фильтр необходим, чтобы выдерживать более высокое давление и удалять более мелкие частицы, которые могут повредить компоненты двигателя. Одноступенчатые системы удаляют более крупные и мелкие частицы в одном фильтре.

Фильтры могут быть коробчатого типа или сменного элемента, как показано на рисунке 2. Фильтр коробчатого типа может быть полностью заменен по мере необходимости и не требует очистки. Фильтры со сменным элементом должны быть тщательно очищены при замене элементов, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать любых остатков грязи, которые могут мигрировать к сложным частям системы впрыска топлива.Фильтры могут быть изготовлены из металла или пластика.

Рисунок 2 . Два типа топливных фильтров

(а) Коробчатого типа; (b) Тип элемента

Обычными материалами для современных топливных фильтрующих элементов являются синтетические волокна и / или целлюлоза. Также можно использовать микроволокна, но из-за риска миграции мелких кусочков стекловолокна, отломанных от основного элемента, в критические компоненты топливной системы, их использование в некоторых приложениях избегается [2046] . В прошлом также использовались гофрированная бумага, упакованная хлопковая нить, древесная щепа, смесь упакованной хлопковой нити и древесных волокон и намотанный хлопок [529] .

Требуемая степень фильтрации зависит от конкретного применения. Обычно, когда два фильтра используются последовательно, первичный фильтр задерживает частицы размером примерно 10–30 мкм, в то время как вторичный фильтр способен задерживать частицы размером более 2–10 мкм. По мере развития топливных систем зазоры и нагрузки на компоненты высокого давления увеличиваются, и потребность в чистом топливе становится все более острой. Как способность топливных фильтров удовлетворять потребности в более чистом топливе [2047] , так и методы количественной оценки приемлемых уровней загрязнения топлива потребовались для развития [2048] .

Помимо предотвращения попадания твердых частиц в оборудование для подачи топлива и впрыска, необходимо также предотвратить попадание воды в топливе в важные компоненты системы впрыска топлива. Свободная вода может повредить смазываемые топливом компоненты системы впрыска топлива. Вода также может замерзнуть в условиях низких температур, а лед может заблокировать небольшие проходы системы впрыска топлива, тем самым перекрыв подачу топлива к остальной части системы впрыска топлива.

Удалить воду из топлива можно двумя способами.Поступающее топливо может подвергаться центробежным силам, которые отделяют более плотную воду от топлива. Гораздо более высокая эффективность удаления может быть достигнута с помощью фильтрующего материала, который отделяет воду. На рис. 3 показан фильтр, использующий комбинацию средового и центробежного подходов.

Рисунок 3 . Топливный фильтр с водоотделителем

Различные водоразделительные среды работают по разным принципам. Гидрофобная барьерная среда , такая как обработанная силиконом целлюлоза, отталкивает воду и заставляет ее скатываться вверх по поверхности.По мере того, как бусинки становятся больше, они под действием силы тяжести стекают по лицевой стороне элемента в чашу. Гидрофильная коалесцирующая среда , такая как стеклянное микроволокно, имеет высокое сродство к воде. Вода в топливе связывается со стеклянными волокнами, и со временем, когда все больше воды поступает со стороны входа, образуются массивные капли. Вода проходит через фильтр с топливом и на выходе из потока топлива выпадает в сборный стакан.

Более широкое использование поверхностно-активных присадок к топливу и компонентов топлива, таких как биодизельное топливо, сделало обычные разделяющие среды менее эффективными, и производителям фильтров потребовалось разработать новые подходы, такие как композитные среды и коалесцирующие среды со сверхвысокой площадью поверхности [2049] [2050] [2051] .Также были затронуты методы количественной оценки эффективности отделения топлива от воды [2052] .

Топливные фильтры также могут содержать дополнительные элементы, такие как подогреватели топлива, тепловые переключающие клапаны, деаэраторы, датчики воды в топливе, индикаторы замены фильтров.

Подогреватель топлива помогает минимизировать накопление кристаллов парафина, которые могут образовываться в топливе при его охлаждении до низких температур. В обычных методах отопления используются электрические нагреватели, охлаждающая жидкость двигателя или рециркулируемое топливо. На рисунке 1 показаны два подхода, в которых для нагрева поступающего топлива используется теплое возвращаемое топливо.

Перелив топлива и утечка топлива, возвращающегося в бак, также переносят воздух и пары топлива. Присутствие газообразных веществ в топливе может вызвать затруднения при запуске, а также нормальной работе двигателя в условиях высоких температур. Таким образом, выпускные клапаны и деаэраторы используются для удаления паров и воздуха из системы подачи топлива и обеспечения бесперебойной работы двигателя.

###

ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКИ (TPS)

Общее описание

Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) используется для контроля положения дроссельной заслонки в двигателях внутреннего сгорания.TPS обычно располагается на шпинделе дроссельной заслонки, так что он может непосредственно контролировать его положение.
Датчик TPS представляет собой потенциометр, обеспечивающий переменное сопротивление в зависимости от положения дроссельной заслонки (и, следовательно, датчика положения дроссельной заслонки).
Сигнал датчика используется блоком управления двигателем (ЭБУ) в качестве входного сигнала для своей системы управления. Время зажигания и время впрыска топлива (и, возможно, другие параметры) изменяются в зависимости от положения дроссельной заслонки, а также в зависимости от скорости изменения этого положения.
Некоторые модификации дроссельной заслонки имеют встроенные концевые выключатели. Они представляют собой датчик положения закрытой дроссельной заслонки (CTPS) и часто включают датчик положения полностью открытой дроссельной заслонки (WOT), который устанавливается на педаль акселератора.
Сигнал положения дроссельной заслонки может подаваться от простого контакта (TS) или потенциометра (TPS), а также комбинированного датчика TS / TPS. В некоторых системах оба типа используются как отдельные элементы.

Внешний вид
На рис. 1 показан типичный TPS.

Фиг.1

Типы датчиков TPS
По конструкции:

  • с концевыми выключателями
  • потенциометр типа
  • комбинация обоих выше

Принцип работы TPS
Датчик потенциометра дроссельной заслонки (TPS)
TPS предоставляет бортовому контроллеру информацию о холостом ходу, замедлении, скорости ускорения и состоянии полностью открытой дроссельной заслонки (WOT). TPS — трехпроводный потенциометр.На первый провод подается напряжение + 5В на резистивный слой датчика, а второй провод замыкает цепь датчика на массу. Третий провод подключается к дворнику потенциометра, тем самым изменяя сопротивление и, следовательно, напряжение сигнала, возвращаемого на бортовой компьютер.
На основе полученного напряжения бортовой компьютер может рассчитать холостой ход (ниже 0,7 В), полную нагрузку (около 4,5 В) и скорость открытия дроссельной заслонки. В режиме полной нагрузки бортовой компьютер обеспечивает дальнейшее обогащение топливной смеси.В режиме замедления (закрытая дроссельная заслонка и частота вращения двигателя выше определенного числа оборотов в минуту) бортовой компьютер отключает впрыск топлива. Подача топлива возобновляется после того, как частота вращения двигателя достигает значения холостого хода или когда дроссельная заслонка открыта. Некоторые автомобили позволяют регулировать эти значения.

ДАТЧИК ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКИ (TS)

TS сообщает бортовому компьютеру о состоянии холостого хода. Обычно он имеет второй контакт для полностью открытого состояния дроссельной заслонки (WOT). В большинстве случаев бортовой компьютер обеспечивает дополнительное обогащение топливной смеси на холостом ходу и при полностью открытой дроссельной заслонке.Каждый контакт TS имеет два положения — разомкнутое и замкнутое — по которым бортовой компьютер определяет три различных состояния двигателя:

  • Дроссельная заслонка закрыта (контакт холостого хода замкнут)
  • Дроссельная заслонка открыта (контакт холостого хода и WOT открыты)
  • Дроссельная заслонка полностью открыта (контакт холостого хода разомкнут, а контакт WOT замкнут)

Некоторые автомобили допускают регулировку ТС.

Процедура проверки работоспособности TPS
ДАТЧИК ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКИ (TS)

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие операции применяются в типичном трехпозиционном переключателе дроссельной заслонки.В некоторых случаях выключатель холостого хода и выключатель полной нагрузки могут быть подключены отдельно. Также есть отдельные выключатели холостого хода и полной нагрузки. В некоторых моделях Rover переключатель дроссельной заслонки расположен на педали акселератора. Независимо от расположения переключателя процедура проверки выполняется одинаково для всех типов датчиков.
— Проверить напряжение ТС

  • Три провода, входящие в муфту дроссельного переключателя, — это заземление, сигнал режима холостого хода и сигнал полной нагрузки.
  • Подключите отрицательную клемму вольтметра к массе двигателя.
  • Определите клеммы заземления, холостого хода и полной нагрузки датчика.
  • Включите зажигание, но не запускайте двигатель.
  • Подключите положительную клемму вольтметра к проводу, подключенному к контакту сигнала холостого хода переключателя дроссельной заслонки.
  • Вольтметр должен показывать напряжение 0 В. Если он показывает напряжение 5,0 В, ослабьте винты и отрегулируйте переключатель так, чтобы вольтметр показывал нулевое напряжение.

ПРИМЕЧАНИЕ: В некоторых автомобилях переключатель дроссельной заслонки нельзя было отрегулировать.
— Проверить сопротивление TS

  • Отсоединен разъем дроссельной заслонки.
  • Подключить омметр между массой и клеммами режима холостого хода.
  • Когда переключатель дроссельной заслонки включен, омметр должен показывать сопротивление около 0 Ом.
  • Медленно откройте дроссельную заслонку, и при размыкании переключателя сопротивление должно быть равным бесконечности и оставаться неизменным, даже если дроссельная заслонка полностью открыта.
  • Подключите омметр между заземлением и клеммами режима полной нагрузки.
  • Когда переключатель дроссельной заслонки замкнут, омметр должен показывать разрыв цепи (бесконечное сопротивление).
  • Медленно откройте дроссельную заслонку. Когда переключатель размыкается, он должен щелкнуть, и сопротивление должно оставаться равным бесконечности. Когда угол открытия дроссельной заслонки становится больше 72 градусов, сопротивление будет равно 0 Ом.
  • Если переключатель не работает описанным образом, а включение и выключение нельзя регулировать путем отгибания рычагов управления дроссельной заслонкой, скорее всего, дроссельный переключатель неисправен.

— Возможные повреждения в TS:
1) Отсутствует напряжение 0 В (дроссельная заслонка закрыта)

  • Проверьте состояние дроссельной заслонки.
  • Проверьте соединение переключателя с массой.
  • Измерьте сопротивление переключателя.
  • Если напряжение в норме при закрытой дроссельной заслонке, резко откройте дроссельную заслонку, переключатель должен щелкнуть, и напряжение должно подняться до 5,0 В.

2) Напряжение низкое или отсутствует (дроссельная заслонка открыта)

  • Проверить, не заземлена ли клемма переключателя режима холостого хода.
  • Отсоедините разъем переключателя и проверьте наличие напряжения 5,0 В на контакте режима холостого хода. Если напряжение отсутствует, выполните следующие проверки:
    • проверить целостность сигнального провода режима холостого хода между переключателем и бортовым контроллером;
    • Если провода переключателя в порядке, проверьте все соединения питания и заземления бортового контроллера. Если они верны, неисправность может быть во встроенном контроллере.

3) Напряжение в норме (дроссельная заслонка открыта)

  • Подключите положительную клемму вольтметра к проводу, подключенному к контакту переключателя режима полной нагрузки.
  • Когда дроссельная заслонка находится в состоянии покоя или слегка приоткрыта, вольтметр должен показывать напряжение 5,0 В.

4) Напряжение низкое или отсутствует (дроссельная заслонка закрыта или слегка приоткрыта)

  • Проверьте заземление.
  • Проверить, не заземлен ли контакт переключателя дроссельной заслонки режима полной нагрузки.
  • Отсоедините разъем переключателя. Проверить наличие напряжения 5,0В на контакте разъема в режиме полной нагрузки.Если напряжение отсутствует, выполните следующие проверки:
    • проверить целостность сигнального провода режима холостого хода между переключателем и бортовым контроллером;
    • Если провода переключателя в порядке, проверьте все соединения питания и заземления бортового контроллера. Если они верны, неисправность может быть во встроенном контроллере.

5) Напряжение в норме (дроссельная заслонка закрыта или приоткрыта)

  • Полностью откройте дроссельную заслонку.Когда угол открытия становится больше 72 градусов, напряжение должно упасть до нуля. Если напряжение не падает, скорее всего, неисправен дроссельный переключатель.

— Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) —

— Проверить напряжение TPS

  1. Подключите отрицательную клемму вольтметра к массе двигателя.
  2. Определите клеммы заземления, холостого хода и полной нагрузки.

ПРИМЕЧАНИЕ. Большинство потенциометров дроссельной заслонки имеют три клеммы, но некоторые могут иметь и дополнительные контакты, которые функционируют как переключатели дроссельной заслонки.Если такой контакт есть, его необходимо проверить, как описано выше для переключателя дроссельной заслонки.

  1. Подключите положительную клемму вольтметра к проводу, подключенному к контактному сигналу потенциометра дроссельной заслонки.
  2. Включите зажигание, но не запускайте двигатель. В большинстве систем показание напряжения должно быть менее 0,7 В.
  3. Откройте и закройте дроссельную заслонку несколько раз, проверив плавность нарастания напряжения.

— Проверить сопротивление TPS

  1. Подключите омметр между очистителем потенциометра и клеммой опорного напряжения или между очистителем потенциометра и массой.
  2. Несколько раз откройте и закройте дроссельную заслонку и проверьте плавность изменения сопротивления. Если сопротивление потенциометра бесконечно или равно нулю, это указывает на неисправность.
  3. Точные значения сопротивления потенциометра дроссельной заслонки не показаны. Одна из причин — многие производители не публикуют контрольные данные. Тот факт, что сопротивление потенциометра поддерживается в определенных пределах, менее важен, чем правильная работа потенциометра, т.е.е. сопротивление плавному изменению при перемещении дроссельной заслонки.
  4. Подключите омметр между заземлением и клеммами опорного напряжения. Сопротивление должно быть постоянным.
  5. Если сопротивление бесконечно или низкое, потенциометр необходимо заменить.

— Возможные неисправности в ТСП
Хаотичный выходной сигнал

  • Хаотичный выходной сигнал наблюдается, когда сигнал напряжения быстро изменяется, падает до нуля и исчезает.
  • Когда выходной сигнал потенциометра дроссельной заслонки хаотичен, причиной этого обычно является неисправный потенциометр.В этом случае потенциометр необходимо заменить.

Отсутствует сигнал напряжения

  • Проверьте наличие опорного напряжения (5,0 В) на клемме питания потенциометра дроссельной заслонки.
  • Проверить состояние заземляющего контакта потенциометра.
  • Проверьте сигнальный провод, соединяющий потенциометр дроссельной заслонки с бортовым контроллером.
  • Если источник питания и заземление плохие, проверьте целостность проводов между потенциометром и бортовым контроллером.
  • Если провода потенциометра в порядке, проверьте все соединения питания и заземления бортового контроллера. Если они верны, скорее всего, причина в самом встроенном контроллере.

Выходной сигнал или опорное напряжение равно напряжению аккумулятора

  • Проверьте на короткое замыкание провод, подключенный к положительной клемме автомобильного аккумулятора или провод источника питания.

Проверить потенциометр дроссельной заслонки с помощью осциллографа

  • Лучший способ получить изменения сигнала потенциометра — использовать осциллограф.
  • Подключите активный щуп осциллографа к сигнальной клемме потенциометра, а щуп GND — к массе двигателя.
  • Запустите двигатель.
  • Плавно нажмите на педаль акселератора, а затем резко отпустите педаль. Вы должны увидеть сигнал как на рис. 2.

Рис. 2

Это правильно работающий сигнал потенциометра дроссельной заслонки — плавный рост напряжения и быстрое падение.
На рисунках 3, 4 и 5 показаны формы сигналов неисправных потенциометров.

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Вы можете отчетливо видеть обрывы сигнала, что означает, что в резистивном слое потенциометра дроссельной заслонки есть обрывы, и его необходимо заменить.

Руководство ОЭСР по трансфертному ценообразованию для транснациональных корпораций и налоговых администраций, 2017 г. | ru

Настоящее издание Руководства ОЭСР по трансфертному ценообразованию 2017 года включает существенные
изменения, внесенные в 2016 г., чтобы отразить уточнения и изменения, согласованные в 2015 г.
Отчеты BEPS о действиях 8-10 Согласование результатов трансфертного ценообразования с созданием ценности
и по действию 13 «Документация по трансфертному ценообразованию и страновая отчетность».Он также включает пересмотренное руководство по безопасным гаваням, утвержденное в 2013 году, в котором признается
что правильно спроектированные безопасные гавани могут помочь облегчить бремя соблюдения требований и
обеспечивают налогоплательщикам большую уверенность. Наконец, это издание также содержит последовательность
изменения, внесенные в остальные положения Руководства ОЭСР по трансфертному ценообразованию. ОЭСР
Руководящие принципы трансфертного ценообразования были одобрены Советом ОЭСР в их первоначальной версии.
в 1995 г.

Опубликовано 10 июля 2017 г. Также доступно на французском языке

просмотреть предыдущие выпуски

Предисловие
Предисловие
Аббревиатуры и акронимы
Глоссарий
Принцип длины руки
Методы трансфертного ценообразования
Анализ сопоставимости
Административные подходы к предотвращению и разрешению споров о трансфертном ценообразовании
Документация
Особенности нематериальных активов
Особенности внутригрупповых услуг
Соглашения о взносе в затраты
Аспекты трансфертного ценообразования при реструктуризации бизнеса

Приложения14 разделов доступно

Приложение к Руководству ОЭСР по трансфертному ценообразованию
Приложение I к Главе II.Чувствительность показателей валовой и чистой прибыли
Приложение II к главе II. Пример, иллюстрирующий применение остаточной прибыли
Метод разделения
Приложение III к Главе II.Иллюстрация различных показателей прибыли при применении
Метод разделения транзакционной прибыли
Приложение к главе III. Пример корректировки оборотного капитала
Приложение I к главе IV.Образцы меморандумов о взаимопонимании для компетентных органов
для создания двусторонних безопасных гаваней
Приложение II к главе IV. Руководящие принципы проведения предварительных договоренностей о ценообразовании в рамках
Процедура взаимного соглашения (MAP APAs)
Приложение I к Главе V.Документация по трансфертному ценообразованию — мастер-файл
Приложение II к главе V. Документация по трансфертному ценообразованию — локальный файл
Приложение III к Главе V.Документация по трансфертному ценообразованию — Страновой отчет
Приложение IV к главе V. Пакет внедрения страновой отчетности
Приложение к главе VI.Примеры для иллюстрации руководства по нематериальным активам
Приложение к главе VIII. Примеры для иллюстрации руководства по договоренностям о возмещении затрат
Приложение.Рекомендации Совета по определению трансфертного ценообразования между
Ассоциированные предприятия [C (95) 126 / Final, с поправками

Следующее издание

Следующее издание Руководящих принципов ОЭСР по трансфертному ценообразованию будет доступно в начале 2022 года.

НОВОСТИ

Дополнительная информация

Прогнозирование пожаров на основе алгоритма CatBoost

В последние годы все более серьезные лесные пожары представляют значительную угрозу для безопасной и стабильной работы линий электропередачи. Оценка рисков лесных пожаров и раннее предупреждение стали важной темой исследования при оценке рисков для электросетей. В этом исследовании предлагается модель прогнозирования возгорания на основе алгоритма CatBoost для эффективного прогнозирования точки возгорания.Пять факторов риска лесных пожаров, включая факторы растительности, метеорологические факторы, человеческий фактор, факторы местности и температуру поверхности земли, были объединены с использованием метода выбора характеристик на основе модели дерева решений с повышением градиента и анализа основных компонентов для достижения уменьшения размерности избыточных данные и создать модель прогнозирования пожаров. Продукт MODIS fire point используется в качестве данных оценки модели. Результат проверки использует значение AUC в качестве фактора оценки.Точность модели составляет 0,82, а значение AUC — 0,83. Полученные результаты оценки точки возгорания хорошо согласуются с фактическими точками возгорания. Результаты показывают, что эта модель может эффективно прогнозировать риск лесных пожаров.

1. Введение

Горный пожар — важный фактор, разрушающий лесную экосистему и влияющий на безопасную и стабильную работу энергосистемы [1, 2]. Горные пожары составили 60% всех чрезвычайных ситуаций, изменивших стабильную работу энергосистемы в последние годы [2].Согласно статистическому анализу на протяжении многих лет, большинство повторных отключений линий электропередачи, вызванных стихийными бедствиями, не будут иметь успеха, что серьезно скажется на качестве жизни в этом районе и приведет к значительным экономическим потерям для соответствующих ведомств.

Большинство регионов на юге Китая расположены в лесных районах с густыми лесами, сложным рельефом и засушливым климатом, что обеспечивает хорошую материальную основу для возникновения горных пожаров, приводящих к частым горным пожарам и представляющих значительную угрозу для окружающей среды. безопасная и стабильная работа электросети [3, 4].Катастрофы, связанные с горными пожарами, стали важным фактором, влияющим на безопасную и стабильную работу системы электроснабжения. Следовательно, эффективное прогнозирование риска возникновения пожаров в лесах, пастбищах и возделываемых землях, которые могут возникнуть в будущем, и создание соответствующих предупреждений имеют большое значение для поддержания стабильной работы энергосистемы [5].

Ученые в стране и за рубежом в основном делятся на два направления в исследовании риска лесных пожаров: исключительно использование метеорологических данных для оценки риска лесных пожаров и сочетание механизма отключения линий электропередачи, факторов растительности и человеческого фактора для классификации уровней риска лесных пожаров.В настоящее время метеорологические службы и управления лесного хозяйства в основном оценивают риск лесных пожаров с точки зрения метеорологии [6]. В 1995 году Ван и др. [7] и другие предложили новую технологию для оценки риска лесных пожаров на основе метеорологических элементов, таких как температура, влажность, осадки и скорость ветра, но она подходит только для прогнозирования риска лесных пожаров на больших площадях. В литературе [8] построена модель прогнозирования риска возгорания воздушной линии электропередачи на основе графической модели, основанная на метеорологических факторах в сочетании с факторами возгорания на поверхности и историческими факторами пожаров.Этот метод эффективно применен к определенной южной энергосистеме. В литературе [9] используются метеорологические степени опасности лесных пожаров для оценки вероятности лесных пожаров и устанавливается модель оценки риска для линий электропередачи с характеристиками временного и пространственного распределения. В литературе [10] установлена ​​модель оценки риска с двух аспектов: риска стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами, и уязвимости линий электропередачи. Литература [11] объединила взаимосвязь между нормализованным дифференциальным индексом растительности (NDVI), точкой возгорания спутникового дистанционного зондирования, осадками и другими факторами с возникновением лесных пожаров на линиях электропередачи и предложила модель оценки риска лесных пожаров для линий электропередачи, но только ежемесячный риск. оценка.На самом деле пожары очень тесно связаны с деятельностью человека. В литературе [11] предлагается модель прогнозирования пожаров, которая объединяет метеорологические данные и деятельность человека. Модель применяется в районах с сильными пожарами и имеет хорошую точность прогнозов. В литературе [12], основанной на исторических метеорологических данных, растительности, данных и данных о местности, использовался метод частичных наименьших квадратов PLS для выбора основных факторов прогнозирования лесных пожаров и создана оптимизированная модель раннего предупреждения риска лесных пожаров в энергосистеме.В литературе [13] разработана модель раннего предупреждения о лесных пожарах, основанная на мобильных периферийных вычислениях (MEC) путем получения параметров поверхности земли, которые можно использовать для эффективного прогнозирования лесных пожаров.

Чтобы более полно объединить метеорологические данные и человеческий фактор, это исследование основано на данных MODIS по очагам возгорания южной провинции с 2015 по 2019 год в сочетании с метеорологическими данными, данными о местности, температурой поверхности земли (LST), человеческим фактором, и факторы растительности для анализа факторов, влияющих на горные пожары, и создания модели CatBoost для прогнозирования очагов возгорания.Эффективное прогнозирование и раннее предупреждение очагов возгорания очень важны для уменьшения потерь от стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами.

2. Анализ и сбор данных факторов, влияющих на стихийные бедствия, связанные с горными пожарами

На возникновение стихийных бедствий, связанных с горными пожарами, всесторонне влияет множество факторов. Согласно анализу соответствующей литературы и исследованиям принципов горных пожаров [14], возникновение стихийных бедствий горных пожаров не случайно, и в связи с этой ситуацией были приняты определенные законы.В этой статье факторы, влияющие на возникновение лесных пожаров, делятся на пять аспектов: факторы растительности, человеческий фактор, температура поверхности, факторы местности и метеорологические факторы. Это исследование направлено на реализацию крупномасштабной оценки лесных пожаров с помощью данных дистанционного зондирования из нескольких источников и комбинированных метеорологических данных. Среди пяти факторов, которые влияют на возникновение стихийных бедствий, есть следующие конкретные взаимосвязанные факторы.

2.1. Данные дистанционного зондирования
2.1.1. Факторы растительности

Растительность является материальной основой возникновения стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами. В этом исследовании факторы, влияющие на растения на стихийные бедствия, вызванные лесными пожарами, уточнены в нормализованный разностный инфракрасный индекс 7 (NDII7) и нормализованный дифференциальный вегетационный индекс (NDVI). NDII7 является критическим фактором оценки риска лесных пожаров. Цинь [15] доказал, что NDII7 может характеризовать содержание влаги в растительном топливе, а затем оценивать риск горных пожаров. NDVI используется в качестве критерия для оценки поверхностной растительности и оценки состояния роста и плотности растений.Возникновение бедствий горных пожаров тесно связано со статусом роста и густотой растительности. Wang et al. [14] оценили случай стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами, и оценили площадь зоны пожара в соответствии с изменением NDVI растений в соседние моменты времени.

Получение NDVI происходит из информационного продукта о растительности MOD13A1 MODIS, предоставленного веб-сайтом НАСА (https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/), с пространственным разрешением 1000 м. Глобальная информация NDVI обновляется каждые 16 дней.NDII7 является производным от продукта MOD09A1, представленного на веб-сайте, как упоминалось ранее. Временное разрешение этого продукта составляет 8 дней. После получения продукта NDII7 рассчитывается в соответствии с расчетной формулой, полученной Qin [15] и другими:

2.1.2. Человеческий фактор

Возникновение стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами, сильно коррелирует со временем частой активности людей. Статистика показывает, что количество стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами, демонстрирует значительную тенденцию к росту каждую пятницу и каждый день с 13:00 до 16:00 с января по апрель [2].Неопределенность человеческого фактора относительно велика. В этом исследовании выделяются факторы, влияющие на стихийные бедствия, связанные с лесными пожарами, такие как тип земли, расстояние от дорог и расстояние от возделываемых земель. Эти данные прямо указывают на неизбежность человеческой деятельности и могут быть использованы в качестве факторов воздействия стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами. Это понятие косвенно предполагает воздействие человека на огонь. Типы земель подразделяются на обрабатываемые земли, лесные угодья, пастбища, акваторию, жилые земли и неиспользуемые земли в соответствии с данными классификации 30-метровой поверхности мира.

2.1.3. LST

Температура поверхности влияет на возникновение лесных пожаров, поскольку косвенно влияет на влажность горючих веществ растительности. В районах с относительно густой растительностью испарение с поверхности относительно невелико, поскольку температура поверхности низкая, что приводит к высокому содержанию влаги в горючих материалах. Бедствия, связанные с горными пожарами, менее вероятны [16]. Напротив, если температура поверхности высока, то легко могут возникнуть горные пожары.

Данные LST поступают из продукта MOD11A1 с пространственным разрешением 1000 м и временным разрешением 1 день.

2.1.4. Факторы местности

Высота, уклон и аспект являются фиксированными статическими переменными, и многие исследователи классифицируют их как фундаментальные факторы, приводящие к стихийным бедствиям, связанным с лесными пожарами. Подъемы и спады местности вызовут различный растительный покров и метеорологические условия, включая количество осадков, содержание воды, густую растительность, типы растительности и условия роста; таким образом, вероятность стихийных бедствий, естественно, будет варьироваться.Пространственное разрешение данных о местности — 30 м. В настоящее время веб-сайт НАСА (https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/) обеспечивает загрузку цифровых данных о высоте SRTM с разрешением 30 м.

2.2. Метеорологические данные

Вероятность горного пожара сильно коррелирует с метеорологическими факторами. Метеорологические факторы, такие как осадки, средняя относительная влажность, максимальная температура, средняя температура, минимальная температура, максимальная скорость ветра и максимальное направление ветра [15], оказывают значительное влияние на возникновение стихийных бедствий, связанных с лесными пожарами.Метеорологические данные поступают из Китайской сети метеорологических данных (http://data.cma.cn/), которая представляет собой набор данных совокупных годовых значений (2015–2019 гг.) Китая.

3.1. Извлечение информации о очагах возгорания

Данные о очагах возгорания получены из продукта MODIS C6 (2015–2019), предоставленного https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/, и его пространственное разрешение составляет 500 м. В этом исследовании извлекаются данные о точках возгорания в соответствии со временем сбора данных о точках возгорания и уровнем достоверности, обеспечиваемым продуктом.Подробная информация о продукте MODIS C6 показана в таблице 1. Это исследование будет извлекать данные о пожаре с высокой степенью достоверности с достоверностью более 90% в качестве входных данных информации о пожаре для улучшения качества извлеченной информации о пожаре.

FRP4

/ 2

/

9018 9018 9018 9018 1,21

Яркость Сканирование Трек ACQ_Date Спутник Доверие Bright_T31
1,1 1,1 2015/1/1 Terra 72 290,3 11,6
305,3 1,3 1,1 9019 2015/1 9019 Terra 289,2 9,1
304,3 1,3 1,1 2015/1/1 Terra 59 292,3 6,9 9019 9018 9018 9018 9019 11 2015/1/1 Terra 84 289,8 34,1
307,8 1,3 1,1 2015/1 Terra 66
312 3,3 1,7 2015/1/1 Аква 72 285,9 67,5
305 4,3 305 4,3 Аква 57 290.3 42,7
304,5 1 1 2015/1/2 Аква 48 292,2 4,9
9019 1 Аква 83 291,6 22,5
309,7 1 1 2015/1/2 Аква 35
35
2 1 1 2015/1/2 Aqua 94 294 55,8
305,6 1 1
9019 9018 9018 9018 9018 9019 9018 287,8 6,7
315,4 1 1 2015/1/2 Aqua 73 293,2 12.9
/ 1/2 Аква 44 289.6 3,9
300,3 1 1 1 Terra 30 286,9 4,3
304,7 1,1 1 2019/12/30 Terra 60 292,1 5,61 1 1 2019/12/31 Aqua 61 295,5 5
302.9 1 1
290,4 3
300,1 1 1 2019/12/31 Aqua 13 285,9 3,8
31.12.2019 Aqua 49 290 5

3.2. Извлечение информации о негорючих точках

В этом исследовании сначала определяется расстояние в 35 пикселей (17 500 м) от радиуса буфера очага возгорания с помощью функции вариограммы [17] на основе данных точки возгорания для устранения влияния времени, а затем извлекает его из кольцевого буфера (17 500–18 000 м).После этого получаются все данные по негорючим точкам за месяц. Наконец, ежедневные данные о точках возгорания, соответствующие данным о точках возгорания, извлекаются из соответствующих ежемесячных данных о точках возгорания в соответствии с данными о суточных точках возгорания.

4. Предварительная обработка входных данных
4.1. Пространственная интерполяция метеорологических данных

Метеорологические данные, загруженные из Китайской сети метеорологических данных, отслеживаются различными метеорологическими станциями и являются пространственно дискретными.Метеорологические данные необходимо пространственно интерполировать, чтобы обеспечить непрерывность метеорологических данных в исследуемой области. В этом исследовании используется программное обеспечение Anusplin для интерполяции метеорологических данных, что дает хороший эффект. Qian et al. [18] сравнили точность интерполяции программного обеспечения Anusplin с точностью обычного кригинга и обратных весов расстояний и обнаружили, что ошибка интерполяции первого является наименьшей. Принцип интерполяции заключается в использовании обычных и локальных сплайновых функций тонкого диска.Преимущество этого метода состоит, прежде всего, в том, что он позволяет вводить несколько факторов влияния в качестве ковариант. В этом исследовании представлены данные о высоте, чтобы значительно снизить влияние высоты на изменение данных о температуре.

4.2. Недостаточная выборка данных

В этом исследовании будет использоваться алгоритм ансамблевой повторной выборки [15] для недостаточной выборки данных, чтобы гарантировать согласованность обучающих выборок модели, то есть пропорция выборок с очагами возгорания и образцов без очагов возгорания одинакова.Этот алгоритм может правильно решить проблему потери данных при недостаточной выборке. Такой алгоритм использует ансамбль для выборки различных моделей. Каждая модель имеет недостаточную выборку. Результаты недостаточной выборки нескольких моделей интегрированы, и распределение данных не изменится. Эффект дискретизации лучше, чем современные многочисленные методы передискретизации и недостаточной выборки.

4.3. Нормализация данных с действительным коэффициентом

Среди факторов, влияющих на стихийные бедствия, связанные с горными пожарами, некоторые переменные относятся к типу вещественных чисел.Перед обучением модели CatBoost такие входные данные должны быть нормализованы, чтобы обеспечить безразмерность данных, например следующие: расстояние от дороги (), расстояние от обрабатываемой земли (), температура поверхности земли (), NDVI (), NDII7 (), DEM (), осадки (), максимальная температура (), средняя относительная влажность (), средняя температура (), самая низкая температура и максимальная скорость ветра (). Эти входные переменные будут нормализованы до нулевого среднего. Преимущество этого метода в том, что если возникают аномальные точки, то небольшое количество странных точек не окажет значительного влияния на среднее значение; таким образом, разброс дисперсии невелик.Нормализация Z-показателя также называется стандартизацией. Этот метод сопоставляет данные с распределением со средним значением, равным нулю, и стандартным отклонением, равным единице. С учетом вышеизложенного, формула (2) используется для стандартизации данных, а полученные новые переменные данные используются в качестве входных данных модели: где — исходный коэффициент воздействия стихийного пожара, среднее значение; σ — среднее значение и стандартное отклонение, соответствующие каждому элементу; и является стандартизированным фактором воздействия стихийных бедствий лесных пожаров.

4.4. Дискретное факторное однократное кодирование

Прерывистые значения, такие как тип земельного участка, уклон и аспект, не имеют значения. В этом исследовании будет выполнено быстрое кодирование, чтобы устранить влияние между числовыми значениями. Существенным преимуществом этого метода является то, что легко работать с прерывными значениями, а входные данные модели также в определенной степени расширяются.

4.5. Метод выбора характеристик, основанный на дереве принятия решений с градиентным усилением (GBDT) Модель

Элементы должны быть выбраны из-за большого количества переменных в этом исследовании, а некоторые переменные мало влияют на возникновение лесных пожаров.Выбор характеристик — это процесс выбора факторов, которые сильно коррелируют с возникновением пожаров. Метод выбора признаков, основанный на модели GBDT, является широко используемым методом выбора признаков, основанным на древовидной модели. Принцип состоит в том, чтобы использовать журналы узлов в каждом дереве решений для расчета важности функций. Конечная важность функции — это среднее значение важности характеристик всех деревьев решений. В этом исследовании метод перекрестной проверки используется для выбора факторов, важность характеристик которых более значима, чем 0.3. Затем выполняется уменьшение размерности в соответствии с анализом главных компонент (PCA). Рейтинг индекса важности факторов воздействия лесных пожаров представлен в таблице 2.

скорость ветра

Индекс

)

Температура поверхности земли 37,61
Расстояние от дороги 7,31
6,51
Наклон 5,15
Аспект (СВ) 0.63
Аспект (SW) 0,58
Аспект (N) 0,54
Осадки 0,37
Направление ветра (SW) E ) 0,16
Направление ветра (SE) 0,07
Направление ветра (NNE) 0,00
Направление ветра (ENE) 0,00
Нормальный инфракрасный

9.83
Максимальная температура 6,76
Нормализованный вегетационный индекс 6,24
Направление ветра (ЮЗ) 0,67
Аспект (С)

9018 9018 9019 9019 9019 ) 0,55
Трава 0,44
Аспект (Вт) 0,35
Направление ветра (SSE) 0,28
Направление ветра16
Направление ветра (E) 0,06
Направление ветра (NNW) 0,00
Направление ветра (N) 0,00
9018 от обрабатываемой земли 6,63
Средняя относительная влажность 5,84
Направление ветра (ю) 0,65
Аспект (ЮВ) 0.62
Лесистая местность 0,55
Пашня 0,42
Направление ветра (ЗСЗ) 0,32
Направление ветра (ЮСВ 9019

0,12
Направление ветра (СЗ) 0,04
Направление ветра (СВ) 0,00
Аспект (флаг) 0.00

4.6. PCA: анализ основных компонентов

Среди факторов, влияющих на горные пожары, существует определенная корреляция между высотой, уклоном, аспектом, максимальной температурой, средней температурой, минимальной температурой и температурой поверхности. В этом исследовании используется широко используемый в настоящее время алгоритм уменьшения линейной размерности (PCA) для уменьшения размерности всех факторов, влияющих на стихийные бедствия, связанные с лесными пожарами, и устранения избыточных данных.Преимущество этого алгоритма заключается в его способности сохранять исходное качество данных выборки. В этом механизме данные обучения модели максимально сжимаются, и определяются факторы с высокими главными компонентами для обучения модели.

Математическая модель алгоритма PCA в этом исследовании выглядит следующим образом.

— фактор воздействия стихийного бедствия, вызванного лесным пожаром, где размер X составляет м. — это количество факторов воздействия. Проекция на гиперплоскость в новом гиперпространстве равна.Принцип состоит в том, чтобы увеличить дисперсию между всеми точками выборки, чтобы обеспечить максимальное разделение проекций между всеми данными выборки. может быть получено по следующей формуле:

После того, как матрица характеристик выборки разложена, собственные значения каждого фактора получаются, и соответствующие собственные векторы первых I выборок представляют собой требуемые горные пожары основных компонентов фактора воздействия бедствия. . Этот документ сохраняет 99% основной информации исходной функции.Широта главного компонента м равна 18. По сравнению с выбором признаков на основе модели GBDT, размер признаков уменьшен на 13.

5. Модель прогнозирования точки возгорания на основе алгоритма CatBoost
5.1. CatBoost Model

CatBoost — это алгоритм, сочетающий в себе GBDT и категориальные характеристики. Этот подход является улучшенной реализацией в рамках алгоритма GBDT. CatBoost основан на незаметных деревьях с небольшим количеством параметров и поддерживает категориальные переменные и высокоточную структуру сексуального GBDT.Основная проблема заключается в том, чтобы эффективно и рационально разбираться с категориальными признаками. CatBoost состоит из категориальных переменных и повышения. Этот механизм также имеет дело с проблемами градиентного смещения и предсказания сдвига, тем самым улучшая обобщающую способность и надежность алгоритма [19, 20]. Это исследование рассматривает многие категориальные характеристики, такие как количество осадков, направление ветра, направление уклона и тип земли. CatBoost можно использовать для быстрой обработки нечисловых функций. Когда алгоритм CatBoost обрабатывает категориальные признаки, он помещает все образцы данных в алгоритм для обучения.Затем CatBoost случайным образом упорядочивает все эти образцы наборов данных и отфильтровывает образцы с той же категорией из всех функций. При численном преобразовании характеристик каждой выборки целевое значение выборки сначала вычисляется перед выборкой, и добавляются соответствующие вес и приоритет [21, 22]. Конкретная формула показана ниже: где p представляет добавленное предыдущее значение и весовой коэффициент больше нуля. Априорное значение добавляется для значительного уменьшения точек шума, вызванных низкочастотными характеристиками, чтобы эффективно минимизировать переоснащение модели и улучшить способность к обобщению.

5.2. Обучение и оптимизация модели точки возгорания
5.2.1. Model Training

В качестве выборки выбраны данные пятилетнего мониторинга точек возгорания MODIS в южной провинции с 2015 по 2019 год и данные о негорючих точках, извлеченные с помощью метода, описанного в этом исследовании. Данные о очагах возгорания с уровнем достоверности менее 90% исключаются для повышения качества образцов очагов возгорания. Образцы данных после передискретизации данных, нормализации, однократного кодирования, выбора функций и уменьшения размерности PCA заменяются в модель CatBoost для обучения.Примерно 70% данных выбираются случайным образом для обучения модели и 30% — для тестирования модели. Временное разрешение NDII7, NDVI и температуры поверхности земли во входных переменных объектах модели составляет 8 дней, 16 дней и 1 день, соответственно. Входные данные NDII7, NDVI и температуры поверхности земли выбирают данные предыдущей временной фазы до пожара, чтобы предотвратить влияние пожара на входные данные о растительности и температуру поверхности земли и невозможность достижения эффекта прогнозирования пожара.Данные человеческого фактора и факторов местности не изменяются, в то время как временная фаза ввода метеорологических данных согласуется с данными о пожарах. На рисунке 1 представлена ​​диаграмма зависимости фазы и времени входных переменных характеристик модели CatBoost, а на рисунке 2 представлена ​​базовая блок-схема обучения модели.


5.2.2. Оптимизация модели

В этом исследовании используется поиск по сетке в сочетании с десятикратной перекрестной проверкой для оптимизации основных гиперпараметров модели CatBoost, включая итерации, Learning_rate, max_depth, критерий и важность функции, для повышения точности прогнозирования возгорания модели.Десятикратная перекрестная проверка делит выборочные данные на десять взаимоисключающих обучающих подмножеств. Каждый раз девять подмножеств выбираются в качестве обучающих данных, а оставшееся подмножество используется как тестовые данные. Несколько раундов обучения повторяются, чтобы убедиться, что каждое подмножество является тестовым набором, получены десять результатов тестирования, а среднее из десяти результатов тестирования является точностью модели. Гиперпараметры, полученные с помощью поиска по сетке, могут эффективно улучшить прогнозный эффект модели [23].

После оптимизации модели лучшие гиперпараметры модели прогнозирования точки возгорания показаны в таблице 3.

Критерий


Итерации Learning_rate Max_depth
Важность


1000 0,05 9 Джини 0,3

5.2.3. Оценка модели

В этом исследовании используются точность, прецизионность, отзыв, F1-оценка и значение AUC для всесторонней оценки точности прогноза модели и решения проблемы классификации несбалансированных данных для прогнозирования точки возгорания. Матрица неточностей для наборов данных по очкам возгорания и негорючим точкам в этой статье показана в таблице 4.

12


Прогнозируемая точка возгорания Прогнозируемая негорючая точка
Реальная точка воспламенения TN (истинно отрицательная) FP (ложноположительная)
Реальная негорючая точка FN (ложноотрицательная) TP (истинно положительная)

TN: фактическое значение является точкой возгорания, и оно также прогнозируется как точка возгорания.FN: фактическое значение — негорючая точка, но прогнозируется, что это пожарная точка. FP: фактическое значение — точка возгорания, но прогнозируется, что она не возгорается. TP: фактическое значение — это негорючая точка, и она также прогнозируется как негорючая точка.

Индекс оценки модели прогнозирования точки возгорания может быть получен в соответствии с матрицей неточности.

Значение AUC: значение AUC — это значение площади под кривой ROC, которое может количественно отражать характеристики модели, измеренные на основе кривой ROC.Абсцисса кривой ROC — частота ложных срабатываний, FPR = FP / (FP + TN), а ордината — частота истинных положительных результатов, TPR = TP / (TP + FN).

В этом исследовании используются лучшие гиперпараметры, полученные в результате оптимизации модели в разделе 4.2, для прогнозирования точки возгорания выборки данных. Итоговые пять показателей оценки модели показаны в таблице 5.


Precision Отзыв F1-оценка Поддержка AUC
Невоспламеняющаяся точка
0.83 0,87 0,78 889
Точка воспламенения 0,81 0,82 0,83 273
9018
В целом 0,82 0,84 0,80 1162 0,83

Модель CatBoost после оптимизации демонстрирует, что результаты, показанные в модели CatBoost, показывают, что Точность без воспламенения 0.83, отзыв 0,87, оценка F1 0,78 и точность воспламенения 0,81, отзыв 0,82 и оценка F1 0,83. Конечная точность 0,79, общая точность 0,82, отзыв 0,84, оценка F1 0,80 и значение AUC 0,83. Результаты прогнозирования пожара показали, что прогноз пожара с помощью модели начинается с хорошего прогнозирующего эффекта, и риск лесных пожаров можно эффективно прогнозировать.

Чтобы более интуитивно отразить влияние модели на прогнозирование риска лесных пожаров, в этой статье проводится сравнение карт прогнозирования риска лесных пожаров и реальных очагов пожаров в провинции Юньнань 15 марта 2020 г., 15 апреля 2020 г. и 15 мая 2020.Разрешение карты прогнозирования риска лесных пожаров составляет 500 метров, как показано на рисунках 3–5. Видно, что более 80% реальных очагов возгорания попадают в зону повышенного риска карты прогноза, что дополнительно подтверждает эффективность модели.



6. Выводы и перспективы

В этом исследовании используются данные о пожарах MODIS в сочетании с факторами растительности, человеческим фактором, метеорологическими факторами, температурой поверхности и факторами ландшафта на основе выбора характеристик и сокращения размеров PCA для поиска из влияющих факторов, которые сильно коррелируют с возникновением лесных пожаров.В исследовании предлагается метод, основанный на алгоритмической модели прогнозирования пожаров CatBoost. Эта модель может эффективно прогнозировать очаги возгорания, полезна в предотвращении рисков лесных пожаров и играет определенную руководящую роль для отдела электроэнергетики, чтобы избежать рисков пожара и заблаговременно принять соответствующие меры раннего предупреждения.

Несмотря на то, что эта статья дала положительные результаты исследований, в ней все же есть некоторые недостатки и области, заслуживающие углубленного изучения. Исследование, проведенное в этом исследовании, основано только на классификации типов земель первого уровня для прогнозирования пожаров и не дает точных прогнозов пожаров для одного типа грунта.Согласно вторичной классификации типов земель, создание различных моделей прогнозирования пожаров основано на каждой конкретной особенности для достижения более точного и точного прогнозирования пожаров в направлении дальнейших углубленных исследований.

Доступность данных

Эта статья содержит данные, подтверждающие результаты этого исследования. Некоторые данные не могут быть предоставлены, потому что они включают данные о координатах полюсов электросети.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Бистабильная схема — обзор

2.5 Логика DE

В предыдущем примере мы смоделировали работу цифрового кольцевого генератора [3, 7], используя только DEA с устройствами DES. Он был интегрирован с роботом и снабжен автономным ритмическим отсчетом для его пяти ног. Существуют и другие устройства на основе логики, которые мы можем производить, используя вместе DEA и DES, которые могут предоставить дополнительную функциональность роботам с разными степенями свободы.

В то время как обычные логические устройства используют стандартную электронику, такую ​​как транзисторы и диоды, установленные на жесткой печатной плате для формирования их механизмов стробирования, DES обеспечивает мягкий и растягиваемый затвор пьезорезистивного заряда, который напрямую преобразует механическую деформацию в изменение логического состояния [6].Связанные DES и DEA составляют логические схемы, состоящие только из мягких материалов. Логические схемы мягкого DE могут уменьшить потребность в громоздких внешних схемах в мягких роботах.

Базовыми операторами комбинаторных логических схем являются логические логические элементы. Помимо инвертора, описанного ранее, к другим очень распространенным операторам относятся вентили И-НЕ, И, ИЛИ, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и исключающее ИЛИ [5, 9]. Исполнительные механизмы и переключатели DE могут собирать все эти элементы [6, 8], а затем эти строительные блоки могут быть объединены для формирования функций более высокого порядка.Пример конфигурации логического элемента И-НЕ показан на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Ворота NAND; (А) таблица истинности; (B) изображения состояний работы логического элемента И-НЕ во время каждой из возможных комбинаций ввода; (C) схема установки; и (D) график зависимости напряжения. V 1 и V 2 — входные напряжения, HV — 3 кВ, а R обозначает подтягивающий резистор 50 МОм.

Выход логического элемента И-НЕ равен 1, когда оба входа равны 1, а в противном случае выход равен 0 (рис.2.9А). Как и в случае с инвертором, вход высокого уровня или логической 1 вызывает расширение исполнительного механизма и сжатие связанного переключателя, что приводит к низкому сопротивлению на этом переключателе. Здесь мы показываем логический элемент И-НЕ с двумя входами, но большее количество входов может быть достигнуто путем экстраполяции конструкции. Также обратите внимание, что альтернативные конфигурации доступны для каждого из операторов. Например, универсальные ворота NAND и NOR могут сами по себе образовывать любые другие ворота.

Были также продемонстрированы последовательные логические схемы [8].Основные компоненты — это защелки и триггеры, бистабильные схемы, которые могут хранить информацию. В качестве примеров показаны защелка установки-сброса ( SR ) (рис. 2.10) и D-триггер (рис. 2.11).

Рис. 2.10. Защелка SR. (A) Таблица истинности, (B) принципиальная схема, содержащая 2 логических элемента ИЛИ-НЕ с входами S и R и выходом Q , и (C) график зависимости напряжения.

Рис. 2.11. D-шлепки. (A) Таблица истинности, (B) принципиальная схема, содержащая 4 логических элемента NAND с входными сигналами D и CLK и выходным сигналом Q , и (C) график зависимости напряжения.

Защелка SR стабильна, когда оба входа S и R равны 0. Когда S изменяется на 1, выход защелки Q устанавливается на 1. Когда R изменяется на 1, Q сбрасывается в 0. Оба входа в 1 являются недопустимым состоянием, и защелка потеряет функциональность. Таким образом, схема запоминает свое состояние и управляется событиями при изменении сигнала S или R .

D-триггер включает в себя тактовый входной сигнал. Здесь мы показываем D-триггер, состоящий из четырех вентилей И-НЕ (как показано на рис.2.11А). Поведение описано в таблице истинности (рис. 2.11B): вход сдвигается на выход при следующем тактовом сигнале ( Q t + 1 = D t ).

Комбинации этих логических вентилей и элементов памяти позволяют создать любую логическую схему. Как описано ранее, например, нечетное количество инверторов может составлять генератор. Аналогично возможны другие полезные схемы, такие как счетчики, регистры, полусумматоры и т. Д.

Рабочие характеристики зависят от геометрии и электрических свойств подкомпонентов DE. Однако цифровые логические сигналы назначаются пользователем. В показанных здесь примерах мы выбрали напряжения ниже 1 кВ в качестве низкого или нулевого сигнала, а напряжения выше 2,5 кВ в качестве высокого или 1 сигнала.

Рабочее напряжение ограничено рабочим диапазоном электрического поля для DEA. Для материала VHB, использованного в этих примерах, это ~ 65–92 МВ / м. Слишком низкое электрическое поле недостаточно для активации DEA, а слишком сильное поле может привести к катастрофическому пробою из-за электромеханической нестабильности в мембране [10].

Скорость зарядки DEA определяет временные задержки в цепях DE. Более сложные схемы, вероятно, будут иметь более значительный период задержки. Например, временной шаг для D-триггера составляет τ 1 = 2,3 с и τ 2 = 3,7 с для времени реакции выходного сигнала при изменении состояния с низкого на высокий и с высокого на низкий, соответственно. (Рис. 2.12). Временная задержка в значительной степени зависит от вязкоупругого поведения мембран DEA и скорости их заряда / разряда, которые влияют на скорость переключения.Во время зарядки мембраны вязкие потери препятствуют срабатыванию, задерживая соответствующий отклик переключателя. Напротив, разгрузка исполнительного механизма происходит быстро, с незначительной задержкой по времени, поскольку упругая восстанавливающая сила возвращает исполнительный механизм и, следовательно, связанный переключатель, обратно в положение покоя.

Рис. 2.12. Переходная характеристика D-триггера. Τ 1 = 2,3 с и τ 2 = 3,7 с.

Скорость сетей улучшится по мере появления новых материалов, т.е.г., силиконовые мембраны и процессы изготовления. Для создания схем более высокого порядка необходимы повышенная надежность, срок службы и скорость отклика.

Таким образом, многофункциональная коммутация DE может выполнять все основные вычислительные функции.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *