Загрузил
v_a_t52
Rivista di Ingegneria Energetica Industriale - Ricerca e Progetti
Åæåìåñÿ÷íûé ïðîèçâîäñòâåííî-òåõíè÷åñêèé æóðíàë 6 Èþíü Èçäàåòñÿ ñ àâãóñòà 1944 ãîäà 2025 Ìîñêâà, ÍÒÔ Ýíåðãîïðîãðåññ 95 ËÅÒ ÍÈÓ «ÌÝÈ» ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ ÏÐÎÅÊÒÛ È ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß Äþäÿêîâ À. À., ßí÷åíêî Ñ. À. Ðàçðàáîòêà àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ ãèáðèäíîãî ôèëüòðà âûñøèõ ãàðìîíèê . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ãðèøèí Ñ. Ý., Àíó÷èí À. Ñ., Äåìèäîâà Ã. Ë., Ãîðáóíîâ Í. Ì., Êóëèê Å. Ñ., Õàî ×åí. Îïðåäåëåíèå òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ôîòîýëåêòðè÷åñêîãî ìîäóëÿ äëÿ ìóëüòèêàíàëüíîãî ñòðèíã-èíâåðòîðà ñ ïîìîùüþ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Àðáàòñêèé À. À., Ìå÷íèê Ä. À., Ãîðåëîâ Ì. Â., Àíêóäèíîâ À. Ñ. Èññëåäîâàíèå çàâèñèìîñòè ÊÏÄ ðîòîðíîãî òåïëîâîãî óòèëèçàòîðà âûòÿæíîãî âîçäóõà ñèñòåì âåíòèëÿöèè îò ñêîðîñòè åãî âðàùåíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 ×åòâåðèêîâ À. Å., Ñîëäàòîâ È. Ì., Õâîñòîâà Ì. Ñ., Ñîëäàòîâ À. È. Àíàëèç õàðàêòåðèñòèê è èííîâàöèîííûõ ðåøåíèé àêòèâíûõ çîí ÿäåðíûõ ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè . . . . . . . . . 46 11 Ïîïîâ Ñ. Ê., Âàëèíååâà À. À., Ñâèñòóíîâ È. Í. Ìîäåëèðîâàíèå òåïëîîáìåíà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì . . . . . . . . . . . . . . 20 Ãëàçîâ Â. Ñ. Íàïðàâëåíèÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ óñòàíîâîê. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ÝÊÑÏËÓÀÒÀÖÈß, ÌÎÍÒÀÆ È ÍÀËÀÄÊÀ © ÍÒÔ “Ýíåðãîïðîãðåññ”, “Ïðîìûøëåííàÿ ýíåðãåòèêà”, 2025 ã. Êîæå÷åíêî À. Ñ., Ùåðáàêîâ À. Â. Î ðàçðàáîòêå ñèñòåì óïðàâëåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèìè óñòàíîâêàìè äëÿ îõëàæäåíèÿ æèäêèõ òåïëîíîñèòåëåé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 3 4 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 ÏÐÎÅÊÒÛ È ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß DOI: 10.71759/70kb-r863 Ñïåöèàëüíîñòü 2.4.2. Ýíåðãåòèêà è ýëåêòðîòåõíèêà Ðàçðàáîòêà àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ ãèáðèäíîãî ôèëüòðà âûñøèõ ãàðìîíèê Äþäÿêîâ À. À., àñïèðàíò, ßí÷åíêî Ñ. À., äîêòîð òåõí. íàóê ÔÃÁÎÓ ÂÎ ÍÈÓ «ÌÝÈ», Ìîñêâà Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû òåîðåòè÷åñêîé è ýêñïåðèìåíòàëüíîé àïðîáàöèè àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ ãèáðèäíîãî ôèëüòðà âûñøèõ ãàðìîíèê ïî ìåòîäó ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà. Íåñìîòðÿ íà áîëåå âûñîêóþ âû÷èñëèòåëüíóþ íàãðóçêó, ïðåäëîæåííûé ìåòîä óïðàâëåíèÿ äåìîíñòðèðóåò õîðîøóþ ýôôåêòèâíîñòü êîìïåíñàöèè ãàðìîíè÷åñêîé ýìèññèè òîêà íåëèíåéíîé íàãðóçêè â óñëîâèÿõ íèçêîãî óðîâíÿ êà÷åñòâà ýëåêòðîýíåðãèè, ÷òî âûãîäíî îòëè÷àåò åãî â ñðàâíåíèè ñ ïðèìåíÿåìûìè â íàñòîÿùåå âðåìÿ òèïîâûìè ìåòîäàìè óïðàâëåíèÿ, âêëþ÷àÿ ìåòîäû pq- è dq-ðåãóëèðîâàíèÿ. Êëþ÷åâûå ñëîâà: ãèáðèäíûé ôèëüòð, âûñøèå ãàðìîíèêè, íåëèíåéíàÿ íàãðóçêà, êà÷åñòâî ýëåêòðîýíåðãèè. Ãèáðèäíûå ôèëüòðû (ÃÔ) âûñøèõ ãàðìîíèê (ÂÃ) ÿâëÿþòñÿ ýôôåêòèâíûì ñðåäñòâîì ïîäàâëåíèÿ ãàðìîíè÷åñêîé ýìèññèè ìîùíûõ íåëèíåéíûõ íàãðóçîê, îáåñïå÷èâàÿ êîìïëåêñíóþ êîìïåíñàöèþ èçìåíÿþùèõñÿ óðîâíåé íåñèíóñîèäàëüíîñòè òîêà ïðè ñðàâíèòåëüíî íèçêèõ ôèíàíñîâûõ çàòðàòàõ. Êîìáèíàöèÿ ìîùíûõ ïàññèâíûõ èíäóêòèâíî-åìêîñòíûõ ôèëüòðîâ, íàñòðîåííûõ íà îñíîâíûå ãàðìîíèêè èñòî÷íèêà èñêàæåíèé, ñ ìàëîìîùíûì àêòèâíûì ïðåîáðàçîâàòåëåì, îñóùåñòâëÿþùèì ðåãóëèðîâàíèå äîáðîòíîñòè è êîìïåíñàöèþ àíîðìàëüíûõ èëè íåêàíîíè÷åñêèõ Âà [1], ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âûãîäíóþ àëüòåðíàòèâó äîðîãîñòîÿùèì óñòðîéñòâàì àêòèâíîé ôèëüòðàöèè. Òåì íå ìåíåå, íàëè÷èå â ñîñòàâå ÃÔ àêòèâíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ïîäâåðæåííîãî âëèÿíèþ âíåøíèõ ïàðàìåòðîâ ïèòàþùåé ñåòè, îáóñëîâëèâàåò çàâèñèìîñòü ýôôåêòèâíîñòè ÃÔ îò êà÷åñòâà ýëåêòðîýíåðãèè (ÊÝ) ïèòàþùåé ñåòè, ïî àíàëîãèè ñ òèïîâûìè àêòèâíûìè ôèëüòðàìè (ÀÔ) [2].  óñëîâèÿõ ðàáîòû â ñåòÿõ ñ âûñîêîé êîíöåíòðàöèåé íåëèíåéíûõ íàãðóçîê âõîäíûå ñèãíàëû ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ àêòèâíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÀÔ èëè ÃÔ ìîãóò ñîäåðæàòü íåäîïóñòèìûå óðîâíè ïîìåõ, êðèòè÷åñêè ñíèæàþùèå ýôôåêòèâíîñòü êîìïåíñàöèè èñêàæåíèé. Òèïîâûå àëãîðèòìû óïðàâëåíèÿ, ïðèìåíÿåìûå â íàñòîÿùåå âðåìÿ â ÀÔ, ïî ñïîñîáó îïðåäåëåíèÿ ñïåêòðà êîìïåíñèðóåìîé íåëèíåéíîé íàãðóçêè ìîæíî ïîäðàçäåëèòü íà àëãîðèòìû âðåìåííîìé è ÷àñòîòíîé îáëàñòåé [2]. Ñóòü àëãîðèòìà êîìïåíñàöèè âî âðåìåííîé îáëàñòè çàêëþ÷àåòñÿ â îáðàáîòêå ñèãíàëà êîìïåíñèðóåìîãî òîêà íàãðóçêè ñ öåëüþ âûäåëåíèÿ â íåì ñóììàðíîãî òîêà âñåõ ÂÃ: äëÿ ýòîãî èçìåðÿåìûå òîêè èç ñòàíäàðòíîé òðåõôàçíîé íåïîäâèæíîé abc ñèñòåìû êîîðäèíàò (ÑÊ) ïðåîáðàçóþòñÿ â îðòîãîíàëüíûå íåïîäâèæíóþ ab èëè âðàùàþùóþñÿ dq ÑÊ.  ýòèõ ÑÊ èñêîìûé ñóììàðíûé òîê Âà ïðîÿâëÿåòñÿ â âèäå ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé àíàëèçèðóåìîãî ñèãíàëà è ìîæåò áûòü ëåãêî âûäåëåí ñ ïîìîùüþ ñòàíäàðòíûõ âûñîêî÷àñòîòíûõ ôèëüòðîâ. Äàííûé ïîäõîä ïðèìåíÿåòñÿ â íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ àëãîðèòìàõ óïðàâëåíèÿ ÀÔ è ÃÔ ïî ìåòîäàì pq-, dq-ðåãóëèðîâàíèÿ [3], à òàêæå â áîëåå ñëîæíûõ àëãîðèòìàõ pqr- [4] è êðîññ-âåêòîðíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ [5]. Àëãîðèòìû êîìïåíñàöèè â ÷àñòîòíîé îáëàñòè ïðåäïîëàãàþò îïðåäåëåíèå ïîëíîãî ãàðìîíè÷åñêîãî ñïåêòðà èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ ñòàíäàðòíûõ ìåòîäîâ ðàçëîæåíèÿ ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ íà ñïåêòðàëüíûå ñîñòàâëÿþùèå òèïà ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå [1] èëè Âåéâëåò-ïðåîáðàçîâàíèÿ [6]. Ïðè ýòîì ìîæåò áûòü îáåñïå÷åíà ñåëåêòèâíàÿ êîìïåíñàöèÿ îòäåëüíûõ Âà òîêà, ÷òî ïîçâîëÿåò áîëåå ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü îãðàíè÷åííóþ ìîùíîñòü ÀÔ. Çíà÷èòåëüíàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ íàãðóçêà àëãîðèòìîâ óïðàâëåíèÿ â ÷àñòîòíîé îáëàñòè îãðàíè÷èâàåò èõ ðàñïðîñòðàíåíèå â óñòðîéñòâàõ ÀÔ è ÃÔ, êîòîðûå â íàñòîÿùåå âðåìÿ â îñíîâíîì ñòðîÿòñÿ íà îñíîâå ìåòîäîâ îïðåäåëåíèÿ òîêà Âà âî âðåìåííîé îáëàñòè, â ÷àñòíîñòè íà îñíîâå pq- è dq-ðåãóëèðîâàíèÿ [2]. Òåì íå ìåíåå, íåñìîòðÿ íà ïðîñòîòó è òåîðåòè÷åñêè âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü â óñëîâèÿõ «èäåàëüíîé» ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè, äàííûå ìåòîäû óïðàâëåíèÿ ÃÔ ñóùåñòâåííî ñíèæàþò êà÷åñòâî ôèëüòðàöèè Âà òîêà íåëèíåéíîé íàãðóçêè â óñëîâèÿõ ðåàëüíûõ ñåòåé ñ íèçêèì óðîâíåì ÊÝ [2]. Ýòî îáóñëîâëèâàåò ïîèñê è ðàçðàáîòêó àëüòåðíàòèâíûõ ñïîñîáîâ óïðàâëåíèÿ ÃÔ. Äàííàÿ ñòàòüÿ ñîäåðæèò êðàòêîå òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå, à òàêæå ðåçóëüòàòû êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è ýêñïåðèìåíòàëüíîé àïðîáàöèè ïåðñïåêòèâíîãî àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ ÃÔ ïî ìåòîäó ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà, îáåñïå÷èâàþùåãî âûñîêîå êà÷åñòâî ïîäàâëåíèÿ ãàðìîíè÷åñêîé ýìèññèè íåëèíåéíûõ íàãðóçîê â óñëîâèÿõ ðåàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè, ÷òî âûãîäíî îòëè÷àåò ïðåäëàãàåìûé ìåòîä óïðàâëåíèÿ ÃÔ îò ïðèìåíÿþùèõñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ. Òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ ãèáðèäíîãî ôèëüòðà ïî ìåòîäó ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà Èñïîëüçîâàíèå ôèëüòðà Êàëìàíà ïîçâîëÿåò ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ è ñêîðîñòüþ îöåíèòü ãàðìîíè÷åñêèé ñîñòàâ èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà Z(t), îïðåäåëèâ èòåðàöèîííûì ìåòîäîì âåêòîð ñîñòîÿíèÿ x(t), ñîäåðæàùèé àìïëèòóäû è ôàçîâûå óãëû ñîîòâåòñòâóþùèõ ÂÃ: T x(t) = [Im1, Im2, …, Im,i, w, j1, j2,… ji] . (1)  ìîìåíò âðåìåíè t âåêòîð ãàðìîíèê x(t) îïðåäåëÿåòñÿ íà îñíîâå äàííûõ ðàñ÷åòà íà ïðåäûäóùåì øàãå t-1 â ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ ñèñòåìû óðàâíåíèé: x(t) = x(t – 1) + G(t)·[z(t) – h(x(t – 1))]; (2) G(t) = P(t)·H(t)T·(H(t)·P(t)·H(t)T + R)–1; (3) ¹ 6, 2025 5 P(t) = P(t – 1) – G(t)·H(t)·P(t – 1) + Q, (4) ãäå G(t) — ìàòðèöà êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ çíà÷åíèé îøèáêè; P(t) — êîâàðèàöèîííàÿ ìàòðèöà îøèáêè; R, Q — ìàòðèöû, õàðàêòåðèçóþùèå óðîâåíü øóìà èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà z(t); h(x(t)) = SIm,i sin(iwt + ji) — ïðåäñòàâëåíèå âî âðåìåííîé îáëàñòè ñèãíàëà, îïðåäåëÿåìîå íà îñíîâå ðàññ÷èòûâàåìîé îöåíêè ñïåêòðà x(t); H(t) — ìàòðèöà ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ, âû÷èñëÿåìàÿ ïî ôîðìóëå H(t) = ¶h(x(t – 1))/¶x(t – 1) = = [sin(wt + j1), sin(2wt + j2), …, sin(iwt + ji), 1, Im1cos(wt + j1), Im2cos(2wt + j2), …, Im,isin(iwt + ji)]T. (5) Ðåøåíèå ñèñòåìû (2) – (4) íà êàæäîì âðåìåííîì øàãå â òå÷åíèå ïåðèîäà àíàëèçèðóåìîãî ñèãíàëà z(t) ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü òî÷íóþ îöåíêó ñîîòâåòñòâóþùåãî ãàðìîíè÷åñêîãî ñïåêòðà, íàéäÿ âåêòîð ñîñòîÿíèÿ x(t), è äàëåå ñôîðìèðîâàòü îáùóþ ñòðóêòóðó ñõåìû óïðàâëåíèÿ ÃÔ ïî ìåòîäó ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà (ðèñ. 1, à ).  ñîîòâåòñòâèè ñ ðàçðàáîòàííûì àëãîðèòìîì ôàçíûé òîê êîìïåíñàöèè íà âûõîäå ÃÔ IÃÔ îïðåäåëÿåòñÿ êàê ñóììà ñîñòàâëÿþùåé òîêà çàðÿäà êîíäåíñàòîðîâ çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà (ÇÏÒ) èíâåðòîðà IÇ ñ ñîñòàâëÿþùåé ñóììàðíîãî òîêà Âà íåëèíåéíîé íàãðóçêè IÍà (ðèñ. 1, à ): IÃÔ = IÇ + IÍà = Ipisin(wt + p/2 + jÑ) + + (IÍÍ – IÍ1)sin(wt + jÍ1), (6) ãäå Ipi — ñèãíàë îøèáêè ÏÈ-ðåãóëÿòîðà, êîíòðîëèðóþùåãî óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ ÇÏÒ UÇÏÒ â ñîîòâåòñòâèè ñ óñòàâêîé UÇÏÒ*; Um1Ñ è jÑ — àìïëèòóäà è ôàçîâûé óãîë 1-é ãàðìîíèêè ñåòåâîãî ôàçíîãî íàïðÿæåíèÿ, îïðåäåëÿåìûå ñ ïîìîùüþ ôèëüòðà Êàëìàíà íà îñíîâå èçìåðÿåìîé êðèâîé íàïðÿæåíèÿ uÑ(t); IÍ1 è jÍ1 — àìïëèòóäà è ôàçîâûé óãîë 1-é ãàðìîíèêè ôàçíîãî òîêà íåëèíåéíîé íàãðóçêè, îïðåäåëÿåìûå ñ ïîìîùüþ ôèëüòðà Êàëìàíà è ïîçâîëÿþùèå íàéòè ñóììàðíûé òîê Âà IÍÃ. Ýôôåêòèâíîñòü ðàçðàáîòàííîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ íà îñíîâå ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà îöåíèâàëàñü â ðàìêàõ òåîðåòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ðàáîòû ñòàíäàðòíîé êîíôèãóðàöèè ÃÔ ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì ïîäêëþ÷åíèåì ïàññèâíîé è àêòèâíîé ÷àñòåé [7] íà òèïîâóþ íåëèíåéíóþ íàãðóçêó â âèäå ìîñòîâîãî 6 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 1. Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ ÃÔ íà áàçå ìåòîäà ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà (à) è ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ðàáîòû ÃÔ (á) Òàáëèöà 1 Ïàðàìåòðû ðàçðàáîòàííîé ìîäåëè ÃÔ è íåëèíåéíîé íàãðóçêè Ïèòàíèå ÷åðåç ñåòåâîé òðàíñôîðìàòîð k2U, % S, ê·À u k, % 4 160 4,5 Çâåíî ïîñòîÿííîãî òîêà èíâåðòîðà ÃÔ Ïàññèâíàÿ ÷àñòü ÃÔ Íåëèíåéíàÿ íàãðóçêà 10 êÂò UÇÏÒ*,  CÇÏÒ, ìÔ ÑÏÔ, ìêÔ LÏÔ, ìÃí RÏÔ, Îì ÑDC, ìÔ LDC, ìÃí RDC, Îì 200 6,8 110 6-ïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ïàðàìåòðû ñîîòâåòñòâóþùåé Simulink-ìîäåëè ïðèâåäåíû â òàáë. 1.  ðàìêàõ àíàëèçà ñðàâíèâàëèñü óðîâíè ãàðìîíè÷åñêèõ èñêàæåíèé ðåçóëüòèðóþùåãî ñåòåâîãî òîêà IÑ ïðè êîìïåíñàöèè Âà íàãðóçêè ñ ïîìîùüþ ÃÔ â óñëîâèÿõ íèçêîãî óðîâíÿ ÊÝ (óðîâåíü íåñèììåòðèè íàïðÿæåíèÿ ïî îáðàòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè 4 %) ïðè èñïîëüçîâàíèè ñòàíäàðòíîãî àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ íà îñíîâå pq-ðåãóëèðîâàíèÿ è ðàçðàáîòàííîãî àëãîðèòìà íà îñíîâå ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà (ðèñ. 1, á ). Èç ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 1 ìîäåëèðóåìûõ îñöèëëîãðàìì ñåòåâîãî òîêà IÑ ñëåäóåò, ÷òî ñòàíäàðòíûé àëãîðèòì pq-ðåãóëèðîâàíèÿ â óñëîâèÿõ íèçêîãî ÊÝ ðåçêî ñíèæàåò ýôôåêòèâíîñòü êîìïåíñàöèè â ðåçóëüòàòå èñêàæåíèÿ ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ [7], ÷òî ÿâëÿåòñÿ îáùåé îñîáåííîñòüþ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ÀÔ è ÃÔ âî âðåìåííóé îáëàñòè.  îòëè÷èå îò äàííûõ ìåòîäîâ, ðàçðàáîòàííûé àëãîðèòì íà îñíîâå ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà 2 0,1 2 0,36 26 Êàëìàíà íå ñíèæàåò ýôôåêòèâíîñòü êîìïåíñàöèè Âà â óñëîâèÿõ íåñèììåòðèè íàïðÿæåíèÿ (ñì. ðèñ. 1, á ), îáåñïå÷èâàÿ ñèíóñîèäàëüíóþ ôîðìó ñåòåâîãî òîêà Iñ áëàãîäàðÿ êîððåêòíîìó îïðåäåëåíèþ ñïåêòðà òîêà Âà íåëèíåéíîé íàãðóçêè. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ ÃÔ íà îñíîâå ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ àïðîáàöèÿ àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ ÃÔ â óñëîâèÿõ ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè ïðîâîäèëàñü ñ ïîìîùüþ ðàçðàáîòàííîãî ïðîòîòèïà (ðèñ. 2), ñîñòîÿùåãî èç: ïàññèâíîé ÷àñòè â âèäå óçêîïîëîñíîãî èíäóêòèâíî-åìêîñòíîãî ôèëüòðà, íàñòðîåííîãî íà ÷àñòîòó 300 Ãö; àêòèâíîé ÷àñòè â âèäå òðåõôàçíîãî ìîñòîâîãî IGBT-èíâåðòîðà íàïðÿæåíèÿ, ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ êîòîðîãî ïðîãðàììèðóåòñÿ ñ ïîìî- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 7 Ðèñ. 2. Îáùèé âèä ðàçðàáîòàííîãî ïðîòîòèïà ÃÔ Ðèñ. 3. Ðàñïðåäåëåíèå ôóíêöèé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ïðîòîòèïà ÃÔ íà áàçå ÖÑÏ TMS320F28379D ùüþ äâóõ öèôðîâûõ ñèãíàëüíûõ ïðîöåññîðîâ (ÖÑÏ) Texas Instruments TMS320F28379D. Ââèäó çíà÷èòåëüíîé âû÷èñëèòåëüíîé íàãðóçêè, îáóñëîâëåííîé ïðèìåíåíèåì â àëãîðèòìå íåñêîëüêèõ ôèëüòðîâ Êàëìàíà, îáùàÿ ñòðóêòóðà ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëÿåòñÿ ìåæäó äâóìÿ ÖÑÏ, êîòîðûå îáìåíèâàþòñÿ äàííûìè ìåæäó ñîáîé ïî SPI-èíòåðôåéñó (ðèñ. 3). Òàê, âåäóùèé ÖÑÏ ¹ 1 îòâå÷àåò çà îïðåäåëåíèå ôàçíûõ òîêîâ Âà íåëèíåéíîé íàãðóçêè ñ ïîìîùüþ ôèëüòðîâ Êàëìàíà. Ïðè ýòîì ðàñ÷åò òðåõôàçíûõ òîêîâ âåäåòñÿ â äâóõôàçíîé ab ÑÊ ñ ïîìîùüþ äâóõ ôèëüòðîâ Êàëìàíà, ÷òî ïîçâîëÿåò ñýêîíîìèòü âû÷èñëèòåëüíûå ðåñóðñû. Âåäîìûé ÖÑÏ ¹ 2 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñèãíàëà óïðàâëåíèÿ ãèñòåðåçèñíî- 8 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Òàáëèöà 2 Ïàðàìåòðû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ñòåíäà ðåãóëèðîâàíèÿ ÊÝ Àêòèâíî-èíäóê- Äîïîëíèòåëüíàÿ òèâíîå ñîïðîòèâíåëèíåéíàÿ ëåíèå ñåòè íàãðóçêà 3 êÂò Àêòèâíàÿ ÷àñòü ÃÔ Ïàññèâíàÿ ÷àñòü ÃÔ Êîìïåíñèðîâàííàÿ íåëèíåéíàÿ íàãðóçêà 2 êÂò LC, ìÃí RC, Îì ÑDC0, ìêÔ RDC0, Îì UÇÏÒ*,  CÇÏÒ, ìêÔ ÑÏÔ, ìêÔ LÏÔ, ìÃí RÏÔ, Îì ÑDC, ìêÔ LAC, ìÃí RDC, Îì 160 4,5 235 90 250 810 50 5 0,1 235 1,5 162 Ðèñ. 4. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå îñöèëëîãðàììû ÃÔ íà áàçå äâóõ àëãîðèòìîâ óïðàâëåíèÿ ïðè ñèíóñîèäàëüíîì ñèììåòðè÷íîì (à), íåñèíóñîèäàëüíîì (á) è íåñèììåòðè÷íîì (â) íàïðÿæåíèè ñåòè ãî ðåãóëÿòîðà èíâåðòîðà íàïðÿæåíèÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ôîðìóëîé (1): äëÿ ýòîãî ôàçíûå ñîñòàâëÿþùèå òîêà çàðÿäà îïðåäåëÿþòñÿ ñ ïîìîùüþ ÏÈ-ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÇÏÒ è ôèëüòðà Êàëìàíà ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ è çà- òåì ñêëàäûâàþòñÿ ñ ñîñòàâëÿþùèìè ôàçíûõ òîêîâ Âà íåëèíåéíîé íàãðóçêè, ïåðåäàííûìè îò ÖÑÏ ¹ 1. ÖÑÏ ¹ 2 òàêæå ñîäåðæèò âñïîìîãàòåëüíûå ñèñòåìû, îáåñïå÷èâàþùèå ôóíêöèîíèðîâàíèå ÃÔ, âêëþ÷àÿ çàïóñê/îñòàíîâêó ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ èíâåðòîðà, çàùèòó îò ñâåðõòîêîâ è ïåðåíàïðÿæåíèé, ïåðåäà÷ó äàííûõ íà ÏÊ. Äëÿ àíàëèçà ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ðàçðàáîòàííîãî ïðîòîòèïà ÃÔ ñ àëãîðèòìîì óïðàâëåíèÿ ïî ìåòîäó ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà áûë ñîáðàí ýêñïåðèìåíòàëüíûé ñòåíä, ïîçâîëÿþùèé âîñïðîèçâîäèòü ðåãóëèðóåìûå óðîâíè íåñèíóñîèäàëüíîñòè è íåñèììåòðèè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ çà ñ÷åò ñîçäàíèÿ íåñèíóñîèäàëüíûõ èëè íåñèììåòðè÷íûõ ïàäåíèé íàïðÿæåíèÿ íà ñåòåâîì ñîïðîòèâëåíèè â ðåçóëüòàòå ïîäêëþ÷åíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ íåëèíåéíîé òðåõôàçíîé èëè ëèíåéíîé îäíîôàçíîé íàãðóçîê, à òàêæå èçìåíåíèÿ àêòèâíî-èíäóêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñåòè (òàáë. 2). Áûëè ðàññìîòðåíû òðè ñëó÷àÿ ðàáîòû ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè: íîðìàëüíûé óðîâåíü ÊÝ; ïîâûøåííûé óðîâåíü íåñèíóñîèäàëüíîñòè íàïðÿæåíèÿ THDUC = 11 % (ïèòàíèå ÷åðåç àêòèâíî-èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ñ ïîäêëþ÷åííîé äîïîëíèòåëüíîé íåëèíåéíîé íàãðóçêîé); ïîâûøåííûé óðîâåíü íåñèììåòðèè íàïðÿæåíèÿ k2U = 4 % (ïèòàíèå ÷åðåç àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ñ ïîäêëþ÷åííîé äîïîëíèòåëüíîé ëèíåéíîé îäíîôàçíîé íàãðóçêîé). Ïî àíàëîãèè ñ îïèñàííûì âûøå îïûòîì òåîðåòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè ðàçðàáîòàííîãî àëãîðèòìà ïðîâîäèëàñü â ñðàâíåíèè ñ ðåçóëüòàòàìè, îáåñïå÷èâàåìûìè òèïîâûì ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ÃÔ íà îñíîâå pq-ðåãóëèðîâàíèÿ. Äëÿ ýòîãî îöåíèâàëñÿ óðîâåíü èñêàæåíèé ñåòåâîãî òîêà â óñëîâèÿõ íîðìàëüíîãî è íèçêîãî óðîâíÿ ÊÝ ïðè êîìïåíñàöèè ãàðìîíè÷åñêîé ýìèññèè íåëèíåéíîé íàãðóçêè ïðè ðàáîòå ïðîòîòèïà ÃÔ, â ÖÑÏ êîòîðîãî çàãðóæàëîñü ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äâóõ ðàññìàòðèâàåìûõ àëãîðèòìîâ. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå îñöèëëîãðàììû äëÿ ñëó÷àåâ ïèòàíèÿ ñèíóñîèäàëüíûì ñèììåòðè÷íûì (ðèñ. 4, à), íåñèíóñîèäàëüíûì (ðèñ. 4, á) è íåñèììåòðè÷íûì íàïðÿæåíèåì (ðèñ. 4, â) ïîäòâåðæäàþò ïîëó÷åííûå ðàíåå òåîðåòè÷åñêèå ðåçóëüòàòû è ñâèäåòåëüñòâóþò î çíà÷èòåëüíîì ñíèæåíèè ýôôåêòèâíîñòè àëãîðèòìà pq-ðåãóëèðîâàíèÿ, â òî âðåìÿ êàê ðàçðàáîòàííûé àëãîðèòì ïî ìåòîäó ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà îáåñïå÷èâàåò íåèçìåííî âûñîêèé óðîâåíü êîìïåíñàöèè Âà íåçàâèñèìî îò èñêàæåíèé íàïðÿæåíèÿ. ¹ 6, 2025 9 Âûâîäû 1. Ïðîâåäåííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîäòâåðäèëè âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû ÃÔ ñ ïåðñïåêòèâíûì àëãîðèòìîì óïðàâëåíèÿ ïî ìåòîäó ðàñøèðåííîãî ôèëüòðà Êàëìàíà â óñëîâèÿõ íèçêîãî óðîâíÿ ÊÝ. 2. Ïîìèìî îòìå÷åííûõ äîñòîèíñòâ óêàçàííûé àëãîðèòì ïîçâîëÿåò äîïîëíèòåëüíî ðàñøèðèòü ôóíêöèîíàë ÃÔ çà ñ÷åò áîëåå ïîëíîãî èñïîëüçîâàíèÿ êîíäåíñàòîðîâ ÇÏÒ àêòèâíîé ÷àñòè â öåëÿõ äèíàìè÷åñêîé êîìïåíñàöèè ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè íåëèíåéíîé íàãðóçêè. Ïðàêòè÷åñêîìó âíåäðåíèþ äàííîé ôóíêöèè â ñèñòåìó óïðàâëåíèÿ ÃÔ áóäóò ïîñâÿùåíû äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 1. Áîÿðñêàÿ, Í. Ï. Ñèíòåç ôèëüòðîêîìïåíñèðóþùèõ óñòðîéñòâ äëÿ ñèñòåì ýëåêòðîñíàáæåíèÿ: êîëëåêòèâíàÿ ìîíîãðàôèÿ / Í. Ï. Áîÿðñêàÿ, Â. Ï. Äîâãóí, Ä. Ý. Åãîðîâ, Ñ. À. Òåìåðáàåâ, Å. Ñ. Øåâ÷åíêî. — Êðàñíîÿðñê: Ñèá. ôåäåð. óí-ò, 2014. — 192 ñ. 2. Asiminoael, L. Detection is key - Harmonic detection methods for active power filter applications / L. Asiminoael, F. Blaabjerg and S. Hansen, // in IEEE Industry Applications Magazine, — Vol. 13, No. 4. — Pp. 22 – 33, July-Aug. 2007, DOI: 10.1109/MIA.2007.4283506. 3. Akagi, H. Control strategy and site selection of a shunt active filter for damping of harmonic propagation in power distribution systems / H. Akagi // IEEE trans. on power delivery. 1997. — Vol. 12. No. 1. — Ðð. 354 – 362. 4. Kim, H. The instantaneous power theory on the rotating p-q-r reference frames / H. Kim, H. Akagi // Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems. PEDS’99 (Cat. No. 99TH8475), Hong Kong, China, 1999. — Pp. 422 – 427. — Vol. 1, DOI: 10.1109/PEDS.1999.794600. 5. Peng, F. Generalized instantaneous reactive power theory for three-phase power systems / F. Peng, J. Lai // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 45(1): 293 – 297. 6. MuniaSelvan, L. Harmonic Analysis Using Wavelet Transform for Active Power Filter Applications / L. MuniaSelvan and P. Rathika, 2019 IEEE International Conference on Intelligent Techniques in Control, Optimization and Signal Processing (INCOS), Tamilnadu, India. — 2019. — Pp. 1 – 5, DOI: 10.1109/INCOS45849.2019.8951337. 7. Äþäÿêîâ, À. À. Àëãîðèòì óïðàâëåíèÿ ãèáðèäíûì ôèëüòðîì, óñòîé÷èâûé ê èñêàæåíèÿì íàïðÿæåíèÿ ñåòè / À. À. Äþäÿêîâ, Ñ. À. ßí÷åíêî // Ìàòåðèàëû Âñåðîññèéñêîé íàó÷íî-ïðàêòè÷åñêîé êîíôåðåíöèè ñ ìåæäóíàðîäíûì ó÷àñòèåì (ñ ýëåìåíòàìè íàó÷íîé øêîëû äëÿ ìîëîäåæè). — Ìîñêâà, 2023. — Ñ. 217 – 227. 10 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ References 1. Boyarskaya N. P., Dovgun V. P., Egorov D. E., Temerbaev S. A, Shevchenko E. S. Sintez fil’trokompensiruyushchikh ustroistv dlya sistem elektrosnabzheniya: kollektivnaya monografiya (Synthesis of filter compensating devices for power supply systems: collective monograph), Krasnoyarsk, Siberian Federal University, 2014, 192 p. 2. Asiminoael L., Blaabjerg F., Hansen S. Detection is key – Harmonic detection methods for active power filter applications, in IEEE Industry Applications Magazine, Vol. 13, No. 4, pp. 22 – 33, 2007, DOI: 10.1109/MIA.2007.4283506. 3. Akagi H. Control strategy and site selection of a shunt active filter for damping of harmonic propagation in power distribution systems, IEEE trans. on power delivery, 1997, Vol. 12, No. 1, pp. 354 – 362. 4. Kim H., Akagi H. The instantaneous power theory on the rotating p-q-r reference frames, Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems, PEDS’99 (Cat. No. 99TH8475), Hong Kong, China, 1999, pp. 422 – 427, Vol. 1, DOI: 10.1109/PEDS.1999. 794600. ¹ 6, 2025 5. Peng F., Lai J. Generalized instantaneous reactive power theory for three-phase power systems, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 45(1), pp. 293 – 297. 6. MuniaSelvan L., Rathika P. Harmonic Analysis Using Wavelet Transform for Active Power Filter Applications, 2019 IEEE International Conference on Intelligent Techniques in Control, Optimization and Signal Processing (INCOS), Tamilnadu, India, 2019, pp. 1 – 5, DOI: 10.1109/INCOS45849.2019. 8951337. 7. Dyudyakov A. A., Yanchenko S. A. Materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem (s elementami nauchnoi shkoly dlya molodezhi) (Proceedings of the All-Russian scientific and practical conference with international participation (with elements of a scientific school for youth)), 2023, pp. 217 – 227. yanchenkosa@mpei.ru Äàòà ïîñòóïëåíèÿ 8.04.2025 Äàòà ïðèíÿòèÿ ê ïóáëèêàöèè 25.04.2025 A new control technique for hybrid harmonic filters Diudiakov A. A., Yanchenko S. A. This paper presents results of theoretical and practical evaluation of the new control technique based on Extended Kalman filters proposed for hybrid harmonic filters. Despite of computational intensity this algorithm guarantees high filtering performance in low power quality conditions, being a valuable alternative to commonly used pq-theory or dq-frame control techniques. Keywords: hybrid harmonic filter, harmonics, nonlinear load, power quality. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 11 DOI: 10.71759/q468-bd37 Ñïåöèàëüíîñòü 2.4.2. Ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå êîìïëåêñû è ñèñòåìû Îïðåäåëåíèå òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ôîòîýëåêòðè÷åñêîãî ìîäóëÿ äëÿ ìóëüòèêàíàëüíîãî ñòðèíã-èíâåðòîðà ñ ïîìîùüþ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Ãðèøèí Ñ. Ý., àñïèðàíò Àíó÷èí À. Ñ., äîêòîð òåõí. íàóê, Äåìèäîâà Ã. Ë., êàíä. òåõí. íàóê Ãîðáóíîâ Í. Ì., ìàãèñòð, Êóëèê Å. Ñ., êàíä. òåõí. íàóê ÔÃÁÎÓ ÂÎ «ÍÈÓ «ÌÝÈ», Ìîñêâà Õàî ×åí, êàíä. òåõí. íàóê Êèòàéñêèé óíèâåðñèòåò ãîðíîãî äåëà è òåõíîëîãèé, Ñþé÷æîó, Êèòàé  ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ñèñòåìàõ øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå ìåòîäû îïðåäåëåíèÿ òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé, ïðè ýòîì ñàìûì ðàñïðîñòðàíåííûì ÿâëÿåòñÿ ìåòîä âîñõîæäåíèÿ. Õîòÿ îí äåìîíñòðèðóåò äîñòàòî÷íóþ ýôôåêòèâíîñòü â íåáîëüøèõ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ óñòàíîâêàõ, èõ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü óõóäøàåòñÿ â óñëîâèÿõ ÷àñòè÷íîãî çàòåíåíèÿ èç-çà íåâîçìîæíîñòè òî÷íî îïðåäåëèòü òî÷êó ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè. Ïðåäëàãàåòñÿ óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñòðàòåãèÿ îïðåäåëåíèÿ ÒÌÌ, ðàçðàáîòàííàÿ äëÿ ñòðèíã-èíâåðòîðîâ, ïîäêëþ÷åííûõ ê ïàíåëÿì ÷åðåç íåñêîëüêî ïîâûøàþùèõ DC–DC-ïðåîáðàçîâàòåëåé. Îñíîâíîå íîâîââåäåíèå çàêëþ÷àåòñÿ â ðåàëèçàöèè êîíòðîëèðóåìîãî êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ÷åðåç DC–DC-ïðåîáðàçîâàòåëü äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íåêîíòðîëèðóåìîé çàðÿäêè âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà, èñïîëüçóåìîãî äëÿ èäåíòèôèêàöèè ÒÌÌ. Ýòîò àëãîðèòì îáëåã÷àåò ïîëó÷åíèå âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê ìàññèâà ÔÝÌ â ðåàëüíîì âðåìåíè, òåì ñàìûì îáåñïå÷èâàÿ òî÷íîå âû÷èñëåíèå ÒÌÌ äàæå â óñëîâèÿõ íåðàâíîìåðíîé îñâåùåííîñòè, âûçâàííîé ÷àñòè÷íûì çàòåíåíèåì. Àíàëèç ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà çàðÿäêè êîíäåíñàòîðà îáåñïå÷èâàåò áûñòðóþ ñõîäèìîñòü ê îïòèìàëüíîé ðàáî÷åé òî÷êå, äîñòèãàÿ èäåíòèôèêàöèè ÒÌÌ â òå÷åíèå ìåíåå 20 ìñ, íå âûçûâàÿ ïðè ýòîì çíà÷èòåëüíûõ êîëåáàíèé âûõîäíîé ìîùíîñòè èíâåðòîðà âî âðåìÿ èçìåðåíèÿ. Ýòà ìåòîäîëîãèÿ ýôôåêòèâíî ðåøàåò ïðîáëåìó ìíîãîïèêîâîé êðèâîé ìîùíîñòè, ïðèñóùóþ ÷àñòè÷íî çàòåíåííûì ôîòîýëåêòðè÷åñêèì ñèñòåìàì, äåìîíñòðèðóÿ ïðåâîñõîäíóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè ïîäõîäàìè ÒÌÌ â ñëîæíûõ ñöåíàðèÿõ îñâåùåíèÿ. Êëþ÷åâûå ñëîâà: òî÷êà ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè, ôîòîýëåêòðè÷åñêèå ñèñòåìû, óñëîâèÿ ÷àñòè÷íîãî çàòåíåíèÿ, ïîâûøàþùèé DC–DC-ïðåîáðàçîâàòåëü, âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè. Ðàñòóùèé ñïðîñ íà âîçîáíîâëÿåìûå èñòî÷íèêè ýíåðãèè óñêîðèë ðàçâèòèå ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ñèñòåì êàê óñòîé÷èâîãî è ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòîãî ðåøåíèÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîýíåðãèè. Îäíàêî íà ýôôåêòèâíîñòü ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ñèñòåì ñóùåñòâåííî âëèÿþò èçìåíåíèÿ ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ, òåìïåðàòóðû è óñëîâèé îêðóæàþùåé ñðåäû. ×òîáû ìàêñèìèçèðîâàòü èçâëå÷åíèå ýíåðãèè èç ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé, èñïîëüçóþòñÿ ìåòîäû îòñëåæèâàíèÿ òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè äëÿ íåïðåðûâíîé ðåãóëèðîâêè ðàáî÷åé òî÷êè è îáåñïå÷åíèÿ îïòèìàëüíîé âûõîäíîé ìîùíîñòè [1]. Ìåòîä îòñëåæèâàíèÿ òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè (ÒÌÌ) íà îñíîâå òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðèâëåê âíèìàíèå ñâîåé ïðîñòîòîé, òî÷íîñòüþ è áûñòðûì îòêëèêîì â äèíàìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ îêðóæàþùåé ñðåäû. Ïîñêîëüêó ôîòîýëåêòðè÷åñêèå ïàíåëè çàùèùåíû îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ [2], òî ïðè ïðèìåíåíèè äàííîãî ìåòîäà èñïîëüçóåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó òîêîì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ [3] è òîêîì òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè, ÷òî ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî è àäàïòèâíî îòñëåæèâàòü ìîùíîñòü. Äëÿ ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè îòñëåæèâàíèÿ è óìåíüøåíèÿ âðåìåíè îòêëèêà, âêëþ÷àÿ äðîáíûé òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ [4], áûëî ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî âàðèàíòîâ: ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ÒÌÌ íà îñíîâå èìïóëüñà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ [5] è ãèáðèäíûå ïîäõîäû, âêëþ÷àþùèå ìåòîä âîñõîæäåíèÿ [6]. 12 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïðîäåìîíñòðèðîâàëè ýôôåêòèâíîñòü ìåòîäîâ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ äëÿ óëó÷øåíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè îòñëåæèâàíèÿ ÒÌÌ ïðè ìèíèìèçàöèè ïîòåðü ýíåðãèè. Ïåðåäîâûå ìåòîäû, òàêèå êàê îòñëåæèâàíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ðåàëüíîì âðåìåíè, àäàïòèâíûå èìïóëüñû êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è èíòåãðàöèÿ ñ êîíòðîëëåðàìè íà îñíîâå èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà, åùå áîëüøå ïîâûøàþò ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè ôîòîýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè. Ýòè äîñòèæåíèÿ äåëàþò ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ÒÌÌ íà îñíîâå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ îñîáåííî ïîäõîäÿùèì äëÿ íåäîðîãèõ ðåàëèçàöèé ñ ìèêðîêîíòðîëëåðíûìè ñèñòåìàìè óïðàâëåíèÿ è ïðèëîæåíèé â ìèêðîãðèäàõ, ðàñïðåäåëåííîé ãåíåðàöèè è èíòåãðèðîâàííûõ â çäàíèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ýíåðãîñèñòåìàõ [7, 8]. Çà ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå ñòðèíã-èíâåðòîðû ñòàëè òðàäèöèîííûì ðåøåíèåì äëÿ äèàïàçîíà ìîùíîñòè íèæå ìåãàâàòòà. Îíè ñîäåðæàò íåñêîëüêî (äî 12 èëè äàæå áîëüøå) âõîäîâ äëÿ öåïî÷åê ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé. Êàæäûé âõîä îñíàùåí ïîâûøàþùèì ïðåîáðàçîâàòåëåì ïîñòîÿííîãî òîêà. Òàêàÿ êîíôèãóðàöèÿ îáîðóäîâàíèÿ äîïóñêàåò áîëåå ýôôåêòèâíîå èçâëå÷åíèå ñîëíå÷íîé ýíåðãèè ïðè èñïîëüçîâàíèè ðàçëè÷íûõ òèïîâ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé èëè â ñëó÷àå ÷àñòè÷íîãî çàòåíåíèÿ ïàíåëåé èç-çà ïîãîäíûõ óñëîâèé. Íàëè÷èå íåñêîëüêèõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, ïàðàëëåëüíî ïèòàþùèõ ñåòåâîé èíâåðòîð, ïîçâî- ¹ 6, 2025 ëÿåò ðåàëèçîâàòü ìåòîä êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, êîãäà äëÿ êàæäîé èç öåïî÷åê ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé (ÔÝÌ) ÒÌÌ îïðåäåëÿåòñÿ íåçàâèñèìî â ðàçëè÷íûå ìîìåíòû âðåìåíè. Ýòî ãàðàíòèðóåò áåñïðåðûâíîå ïèòàíèå ïðè ïðîâåäåíèè ïðîöåäóðû îïðåäåëåíèÿ ÒÌÌ.  äàííîé ñòàòüå îïèñàí àëãîðèòì ñíÿòèÿ âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè öåïè ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé ïóòåì çàìûêàíèÿ íàêîðîòêî âõîäíîãî ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ äàëüíåéøèì îòñëåæèâàíèåì íåêîíòðîëèðóåìîãî ïðîöåññà çàðÿäà âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà. Ïîëó÷åííàÿ ïðè ýòîì êðèâàÿ íàïðÿæåíèÿ ïîçâîëÿåò òî÷íî îïðåäåëèòü òî÷êó ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè. Ñòðèíã-èíâåðòîð è ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ Èíâåðòîð ñîñòîèò èç âõîäíûõ ïîâûøàþùèõ DC–DC-ïðåîáðàçîâàòåëåé è ñåòåâîãî èíâåðòîðà (ðèñ. 1). Ñåòåâîé èíâåðòîð îáû÷íî âûïîëíÿåòñÿ ïî òðåõóðîâíåâîé òîïîëîãèè, ÷òî ïîìîãàåò ñíèçèòü ïîòåðè ïðè êîììóòàöèè (èç-çà âäâîå ìåíüøåãî êîììóòèðóåìîãî íàïðÿæåíèÿ) è óìåíüøèòü ðàçìåð ôèëüòðà íà ñòîðîíå ñåòè. Óïðàâëåíèå ñåòåâûìè èíâåðòîðàìè è ìåòîäû ìîäóëÿöèè áûëè èññëåäîâàíû â [9] è [10]. Âõîäíûå ïîâûøàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè ìîãóò áûòü ðåàëèçîâàíû ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõóðîâíåâîé èëè òðåõóðîâíåâîé òîïîëîãèè. Äëÿ ïðîñòîòû â äàííîé ñòàòüå ðàññìàòðèâàåò- Ðèñ. 1. Ñòðèíã-èíâåðòîð ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ñÿ äâóõóðîâíåâàÿ òîïîëîãèÿ. Íàëè÷èå íåñêîëüêèõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ïîçâîëÿåò íåçàâèñèìî ïîäêëþ÷àòü íåñêîëüêî öåïåé ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé ê îäíîìó ñåòåâîìó èíâåðòîðó. Ýòè ïàíåëè ìîãóò îòëè÷àòüñÿ, èìåòü ðàçíûå íîìèíàëüíûå ìîùíîñòè è íàïðÿæåíèÿ, à âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ìîæåò áûòü ìàêñèìèçèðîâàíà äëÿ êàæäîé ïàíåëè â ñëó÷àå ÷àñòè÷íîãî çàòåíåíèÿ. Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ äëÿ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñèñòåìó ïîä÷èíåííîãî ðåãóëèðîâàíèÿ [11] ñ âíóòðåííèì êîíòóðîì òîêà è âíåøíèì êîíòóðîì íàïðÿæåíèÿ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî â íîìèíàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû ôîòîýëåêòðè÷åñêèå ïàíåëè ãåíåðèðóþò ìåíüøå ìîùíîñòè, ÷åì ñåòåâîé èíâåðòîð ìîæåò ïîñòàâëÿòü â ýëåêòðîñåòü. Òàêèì îáðàçîì, â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ðàáîòàåò ñ òîêîì äðîññåëÿ, äèêòóåìûì ÒÌÌ. Ñðåäíåå íàïðÿæåíèå íà âõîäå íåñèììåòðè÷íîãî ïîëóìîñòà ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå U L = (1 - g B )UDC , (1) ãäå g B — êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ íèæíåãî êëþ÷à; UDC — íàïðÿæåíèå çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà ñåòåâîãî èíâåðòîðà. Òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç èíäóêòèâíîñòü, ìîæíî çàïèñàòü êàê èíòåãðàë ðàçíîñòè ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ: diL UÔÝÌ - U L , = dt L (2) ãäå iL — òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç èíäóêòèâíîñòü; UÔÝÌ — íàïðÿæåíèå ÔÝÌ; L — âõîäíàÿ èíäóêòèâíîñòü ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîêàçàíà â ïðàâîé ÷àñòè ðèñ. 2. Îíà ñîñòîèò èç èíåðöèîííîãî çâåíà ïåðâîãî ïîðÿäêà ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè, ðàâíîé îäíîìó ïåðèîäó ØÈÌ, è êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ, ðàâíîãî íàïðÿæåíèþ çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà ñåòåâîãî èíâåðòîðà ñîãëàñíî (1). Âõîäíîé ñèãíàë èíåðöèîííîãî çâåíà ïåðâîãî ïîðÿäêà — ýòî ñêâàæíîñòü âåðõíåãî êëþ÷à gÒ, êîòîðûé ôàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò â ñèñòåìå, íî åãî ìîæíî âûðàçèòü èç ñêâàæíîñòè íèæíåãî êëþ÷à: gT =1 - gB . (3) Ýòî áîëåå óäîáíî äëÿ ïîñòðîåíèÿ ðåãóëÿòîðà òîêà, òàê êàê òåïåðü óâåëè÷åíèå çàäàíèÿ ðå- ¹ 6, 2025 13 ãóëÿòîðà òîêà ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ òîêà äðîññåëÿ. Äàëåå äðîññåëü ïðåäñòàâëåí èíòåãðàòîðîì. Òîê äðîññåëÿ ðàçðÿæàåò âõîäíîé êîíäåíñàòîð DC–DC-ïðåîáðàçîâàòåëÿ CPV è çàðÿæàåò âûõîäíîé êîíäåíñàòîð èíâåðòîðà Cinv. Ïðîèçâîäíàÿ íàïðÿæåíèÿ êîíäåíñàòîðà îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì óðàâíåíèåì: dUDC iL (1 - g B ) - iDC = , dt C DC (4) ãäå iDC — òîê, ïîòðåáëÿåìûé îò çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà èíâåðòîðà. Êîíòóð òîêà ñîäåðæèò ïðîïîðöèîíàëüíîèíòåãðàëüíûé ðåãóëÿòîð, âûõîäîì êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ çàäàíèå íàïðÿæåíèÿ äëÿ DC–DC-ïðåîáðàçîâàòåëÿ. ×òîáû äàëåå ïîëó÷èòü çàäàíèå êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ gT, íåîáõîäèìî ïîäåëèòü çàäàíèå íàïðÿæåíèÿ äëÿ DC–DC-ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà. Ðàâíîâåñèå ñèñòåìû íàñòóïàåò, êîãäà ñðåäíåå íàïðÿæåíèå íà âõîäå íåñèììåòðè÷íîãî ïîëóìîñòà U L ðàâíî íàïðÿæåíèþ ôîòîýëåêòðè÷åñêîãî ìîäóëÿ. Òàêèì îáðàçîì, öåëåñîîáðàçíî ïåðåíîñèòü ñèãíàë íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ UÔÝÌ íà ñòîðîíó óïðàâëåíèÿ ÷åðåç èíåðöèîííîå çâåíî è äîáàâëÿòü åãî ÷åðåç ñóììàòîð ê âûõîäó ðåãóëÿòîðà òîêà.  ýòîì ñëó÷àå íóëåâîé âûõîä ðåãóëÿòîðà òîêà ïðèâåäåò ê íóëåâîé ïðîèçâîäíîé òîêà äðîññåëÿ. Êîíòóð íàïðÿæåíèÿ îðãàíèçîâàí ñ ïîìîùüþ äâóõ ðåãóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèÿ. Îäèí ðåãóëÿòîð îòâå÷àåò çà îïðåäåëåíèå ÒÌÌ (ïðîïîðöèîíàëüíî-èíòåãðàëüíûé ðåãóëÿòîð). Äðóãîé ðåãóëÿòîð ïðîïîðöèîíàëüíîãî òèïà ðåãóëèðóåò íàïðÿæåíèå ÇÏÒ èíâåðòîðà. Ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå èõ âûõîäîâ ïðèìåíÿåòñÿ â êà÷åñòâå çàäàíèÿ òîêà äðîññåëÿ. Òàêàÿ ñòðàòåãèÿ óïðàâëåíèÿ ïîñòðîåíà èç ñëåäóþùèõ ñîîáðàæåíèé. Îáû÷íî íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü ñåòåâîãî èíâåðòîðà áîëüøå ìîùíîñòè, ïåðåäàâàåìîé îò ÔÝÌ, ïîýòîìó îí ñïîñîáåí ãåíåðèðîâàòü âñþ äîñòóïíóþ ìîùíîñòü â ñåòü. Åñëè âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ñåòåâîãî èíâåðòîðà áîëüøå ìîùíîñòè, äîñòóïíîé îò ÔÝÌ, òî ðåãóëÿòîð ìîùíîñòè ñåòåâîãî èíâåðòîðà ñòàáèëèçèðóåò íàïðÿæåíèå çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà íà ìèíèìàëüíîì óðîâíå, êîòîðûé ìåíüøå çàäàíèÿ íàïðÿæåíèÿ (ðèñ. 2).  ýòîì ñëó÷àå âûõîä ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÇÏÒ èíâåðòîðà áóäåò ìàêñèìàëüíûì èç äâóõ ðåãóëÿòîðîâ, è ñèñòåìà äîëæíà áóäåò ðàáîòàòü â òî÷êå ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè, èñïîëüçóÿ çàäàíèå íàïðÿæåíèÿ îò 14 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ è åãî ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ: ÏÈ ÐÒ — ïðîïîðöèîíàëüíî-èíòåãðàëüíûé ðåãóëÿòîð òîêà; Èíâ. ÐÍ — ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ ÇÏÒ èíâåðòîðà; ÔÝÌ ÐÍ — ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ. Ýòî çàäàíèå íàïðÿæåíèÿ îáåñïå÷èò ðàáîòó öåïî÷êè ÔÝÌ â òî÷êå ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè. Äðóãîé ñëó÷àé — êîãäà ìîùíîñòü ÔÝÌ ÷ðåçìåðíî âûñîêà. Íàïðèìåð, ýòî ìîæåò ïðîèçîéòè, êîãäà ñåòåâîé èíâåðòîð ðàáîòàåò â îñòðîâíîì ðåæèìå, à íàãðóçêà ìàëà. Òîãäà íàïðÿæåíèå ÇÏÒ èíâåðòîðà áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ, äîñòèãàÿ óðîâíÿ çàäàíèÿ. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà íåâîçìîæíî, òàê êàê îíî îãðàíè÷åíî ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûì óðîâíåì.  ýòîì ñëó÷àå ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà íà÷íåò óìåíüøàòü ñâîé âûõîä. Êîãäà îí ñòàíåò ìåíüøå âûõîäà ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ, çàäàíèå íà òîê äðîññåëÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ôóíêöèåé «min» ïåðåêëþ÷èòñÿ íà âûõîäíîå çíà÷åíèå ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà. Öåïî÷êà ÔÝÌ áîëüøå íå íàõîäèòñÿ â ÒÌÌ, è åå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óâåëè÷èòñÿ. Îöåíêà âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè Òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé î÷åíü áëèçîê ê åãî íîìèíàëüíîìó çíà÷åíèþ (ðèñ. 3). Ýòî ïîçâîëÿåò áåçîïàñíî âûïîëíÿòü êîðîòêîå çàìûêàíèå ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé ñ ïîìîùüþ òîãî æå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, èñïîëüçóåìîãî äëÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû. Êîðîòêîå çàìûêàíèå öåïè è ïîñëåäóþùèé ñáðîñ íà õîëîñòîé õîä äàåò âîçìîæíîñòü çàôèêñèðîâàòü âñþ âîëüò-àìïåðíóþ õàðàêòåðèñòèêó öåïè ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé, íàõîäÿ ÒÌÌ äàæå äëÿ ÷àñòè÷íî çàòåíåííûõ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé. Îæèäàåòñÿ, ÷òî ñèñòåìà èçíà÷àëüíî áóäåò ðàáîòàòü âáëèçè ÒÌÌ. Îäíàêî ïàðàìåòðû èíñîëÿöèè è ÷àñòè÷íîãî çàòåíåíèÿ ìåíÿþòñÿ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè. Ïîýòîìó íåîáõîäèìî ïåðèîäè÷åñêè ñíèìàòü âîëüò-àìïåðíóþ õàðàêòå- ðèñòèêó öåïè ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé. Ýòî âûïîëíÿåòñÿ â ñëåäóþùåé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè: 1) íîðìàëüíàÿ ðàáîòà ñ çàäàíèåì íàïðÿæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèì íàïðÿæåíèþ ÒÌÌ; 2) óâåëè÷åíèå òîêà äðîññåëÿ âûøå òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ èõ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå íå äîñòèãíåò íóëÿ; 3) âûêëþ÷åíèå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ è îòñëåæèâàíèå ïðîèçâîäíîé íàïðÿæåíèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé è íàïðÿæåíèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé âî âðåìåíè ïðè ïîèñêå ãëîáàëüíîé ÒÌÌ; 4) îáíîâëåíèå íàïðÿæåíèÿ ÒÌÌ è âêëþ÷åíèå ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ñ íîâûì çàäàíèåì íàïðÿæåíèÿ íà ðåãóëÿòîðå íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ. Ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ èìååò âíåøíèé êîíòóð íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûé ñòàáèëèçèðóåò íàïðÿæåíèå ñîîòâåòñòâåííî òî÷êå ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè öåïè ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé. Ýòîò ðåæèì ðàáîòû àíàëîãè÷åí ïåðâîìó ýòàïó ïðåäëîæåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Åñëè íàïðÿæåíèå çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà èíâåðòîðà ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü, òî îòäåëüíûé ðåãóëÿòîð íà- Ðèñ. 3. Âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÔÝÌ ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà ïðîïîðöèîíàëüíîãî òèïà ìîæåò «ïåðåõâàòèòü» óïðàâëåíèå òîêîì äðîññåëÿ ó ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ, ÷òîáû îãðàíè÷èòü òîê ïèòàíèÿ èíâåðòîðà.  ýòîì ñëó÷àå íåò íåîáõîäèìîñòè íàõîäèòü ãëîáàëüíóþ ÒÌÌ, òàê êàê ìîùíîñòè äîñòàòî÷íî äëÿ ïîääåðæêè ñåòè. Êîðîòêîå çàìûêàíèå ÔÝÌ äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ âûõîäà ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ (êîòîðîå ÿâëÿåòñÿ çàäàíèåì òîêà äðîññåëÿ) âûøå óðîâíÿ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêîé ïàíåëè. Ýòîò ðåæèì ðàáîòû ñîîòâåòñòâóåò âòîðîìó ýòàïó ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Ïîñëå äîñòèæåíèÿ íóëåâîãî íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ÔÝÌ ñèñòåìà îòêëþ÷àåò óïðàâëåíèå ïîâûøàþùèì ïðåîáðàçîâàòåëåì äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå êîíäåíñàòîðà CÔÝÌ íå äîñòèãíåò óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ. Ýòî òðåòèé ýòàï ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ îòñëåæèâàåò íàïðÿæåíèå êîíäåíñàòîðà CÔÝÌ â ïðîöåññå çàðÿäà. Òîê ÔÝÌ ðàññ÷èòûâàþò ïî ôîðìóëå iÔÝÌ = C ÔÝÌ dUÔÝÌ . dt Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî òî÷íîñòü îöåíêè òîêà çàâèñèò îò òîãî, íàñêîëüêî òî÷íî èçâåñòíà åìêîñòü CÔÝÌ. Ìîùíîñòü ôîòîýëåêòðè÷åñêîé öåïè íàõîäÿò èç âûðàæåíèÿ dUÔÝÌ PÔÝÌ = UÔÝÌ iÔÝÌ = C ÔÝÌUÔÝÌ . dt Òî÷íîñòü ñíÿòèÿ êðèâîé ìîùíîñòè ÔÝÌ îòíîñèòåëüíî íàïðÿæåíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíà òî÷íîñòè çíà÷åíèÿ ¸ìêîñòè êîíäåíñàòîðà CÔÝÌ, êîòîðîå ìîæåò èìåòü ñåðü¸çíóþ ïîãðåøíîñòü. Ýòà åìêîñòü âëèÿåò íà òî÷íóþ îöåíêó óðîâíÿ ìîùíîñòè, íî íå âëèÿåò íà åå ýêñòðåìóì îòíîñèòåëüíî íàïðÿæåíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîæíî îïðåäåëèòü ÒÌÌ ïðè ëþáîì íàïðÿæåíèè, íåçàâèñèìî îò îøèáêè â çíà÷åíèè åìêîñòè CÔÝÌ. Ïîýòîìó öåëåñîîáðàçíî îïðåäåëÿòü ÒÌÌ, îðèåíòèðóÿñü íà íàïðÿæåíèå ôîòîýëåêòðè÷åñêîãî ìîäóëÿ, à íå íà òîê. Ïîñëå äîñòèæåíèÿ óñòàíîâèâøåãîñÿ íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ÔÝÌ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ äîëæíà îáíîâèòü çàäàíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåãóëÿòîðå íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ. Ýòî ÿâëÿåòñÿ ÷åòâåðòûì øàãîì â îïèñàííîé ðàíåå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè äåéñòâèé. Ïîñëå ýòîãî öèêë ïîâòîðÿåòñÿ. ¹ 6, 2025 15 Ðåçóëüòàòû ñèìóëÿöèè Èìèòàöèîííàÿ ìîäåëü áûëà ïîñòðîåíà â MATLAB Simulink ñ èñïîëüçîâàíèåì áèáëèîòåêè SimPowerSystem. Ïàðàìåòðû èìèòàöèîííîé ìîäåëè: ïàðàìåòðû ÔÝÌ: ìîäåëü ÔÝÌ . . . . . . . Dongfang Electric (Yixing) MAGI MGSM-315-72 êîíôèãóðàöèÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ìîäóëåé. . . . . . . . . . . . . . . . 40 ïàðàëëåëüíî 10 ïîñëåäîâàòåëüíî ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü ìîäóëÿ . . . . . . . 315 Âò íàïðÿæåíèå õîëîñòîãî õîäà . . . . . . . . . 45,67  òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ . . . . . . . . . . . 8,75 À ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü: åìêîñòü êîíäåíñàòîðà íà ñòîðîíå ÔÝÌ . 2000 ìêÔ îáùàÿ åìêîñòü çâåíà ïîñòîÿííîãî òîêà . . 10 000 ìêÔ èíäóêòèâíîñòü äðîññåëÿ . . . . . . . . . . 20 ìêÃí ÷àñòîòà ØÈÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 êÃö ïðîïîðöèîíàëüíûé êîýôôèöèåíò ðåãóëÿòîðà òîêà . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Â/À èíòåãðàëüíûé êîýôôèöèåíò ðåãóëÿòîðà òîêà . . . . . . . . . . . . . . 0,2 Â/(A·ñ) ïðîïîðöèîíàëüíûé êîýôôèöèåíò ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ . . . . . . . . 10 A/ èíòåãðàëüíûé êîýôôèöèåíò ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ . . . . 10 000 A/(·ñ) ïðîïîðöèîíàëüíûé êîýôôèöèåíò ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà. . . . . . 10 A/ îãðàíè÷åíèå çàäàíèÿ òîêà . . . . . . . . . . . . 400 Íîðìàëüíàÿ ðàáîòà ïðè ÒÌÌ ñ îãðàíè÷åíèåì íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà Äëÿ ïåðâîãî ýêñïåðèìåíòà èíñîëÿöèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé áûëà óñòàíîâëåíà íà óðîâíå 900 Âò/ì2. Èìèòàöèÿ íàãðóçêè èíâåðòîðà ðåàëèçîâàíà ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðà 10 Îì, ÷òî ýêâèâàëåíòíî 56 êÂò íàãðóçêè ïðè 750  íàïðÿæåíèÿ ÇÏÒ èíâåðòîðà. Çàäàíèå ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà óñòàíîâëåíî 750 Â, à ÒÌÌ — íà óðîâíå 382,5 Â. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 4. Ïåðåä íà÷àëîì ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà çàäàíèå òîêà äðîññåëÿ 400 À. Ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ è ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà íàõîäèëèñü â ðåæèìå íàñûùåíèÿ, îáåñïå÷èâàÿ ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå òîêà äðîññåëÿ. Òîê äðîññåëÿ äîñòèã óðîâíÿ çàäàíèÿ ñ íåáîëüøèì ïåðåðåãóëèðîâàíèåì. Íàïðÿæåíèå ÔÝÌ íà÷àëî óìåíüøàòüñÿ îò íàïðÿæåíèÿ õîëîñòîãî õîäà è äîñòèãëî ÒÌÌ ïðèìåðíî çà 1 ìñ.  òî æå âðåìÿ ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ âûøåë èç íàñûùåíèÿ è ïðîäîëæèë ïîääåðæèâàòü çàäàíèå òîêà äðîññåëÿ â ÒÌÌ. Ïîñëå äîñòèæåíèÿ ÒÌÌ òîê äðîññåëÿ ñòàáèëèçèðîâàëñÿ, êàê è òîê ÔÝÌ, âîñïðîèçâîäÿùèé òîê äðîññåëÿ 16 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 4. Çàïóñê â ÌÏÏ ñ äàëüíåéøåé ñòàáèëèçàöèåé íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà ñ íåêîòîðîé çàäåðæêîé, âûçâàííîé íàëè÷èåì âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà ñî ñòîðîíû ÔÝÌ.  ýòî âðåìÿ ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü çàðÿæàë ÇÏÒ èíâåðòîðà, è åãî âûõîäíàÿ ìîùíîñòü áûëà áîëüøå ãåíåðèðóåìîé â íàãðóçêó. Ïî ìåðå ðîñòà íàïðÿæåíèÿ ÇÏÒ èíâåðòîðà îøèáêà ìåæäó çíà÷åíèåì çàäàíèÿ è ôàêòè÷åñêèì çíà÷åíèåì íàïðÿæåíèÿ ñòàíîâèëàñü ìåíüøå.  ìîìåíò âðåìåíè 10 ìñ âûõîä ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà íà÷àë óìåíüøàòüñÿ.  ìîìåíò 11 ìñ âûõîä ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà ñòàë ìåíüøå âûõîäà ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ, è ñ ýòîãî ìîìåíòà îí èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ çíà÷åíèÿ çàäàíèÿ òîêà äðîññåëÿ. Ìåíüøåå çàäàíèå òîêà äðîññåëÿ ïîìîãëî ñòàáèëèçèðîâàòü íàïðÿæåíèå ÇÏÒ ñåòåâîãî èíâåðòîðà íà äîïóñòèìîì óðîâíå. Ïîèñê ÒÌÌ ïðè õîðîøèõ ïîãîäíûõ óñëîâèÿõ Ñëåäóþùèé ýêñïåðèìåíò áûë ïðîâåäåí äëÿ àëãîðèòìà ïîèñêà ÒÌÌ. Ýêâèâàëåíòíàÿ íàãðóçêà ñåòåâîãî èíâåðòîðà áûëà óâåëè÷åíà â 2 ðàçà, ÷òîáû íå äîñòè÷ü îãðàíè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 5. Ïåðâàÿ ÷àñòü îñöèëëîãðàììû ïîêàçûâàåò íîðìàëüíóþ ðàáîòó ñ íåêîòîðûì çàäàíèåì íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ.  ìîìåíò âðåìåíè 5 ìñ íà÷àëàñü ïðîöåäóðà ñíÿòèÿ âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè. Ðåãóëÿòîð òîêà ïîëó÷èë ìàêñèìàëüíûé òîê äðîññåëÿ â êà÷åñòâå çàäàíèÿ äëÿ âûïîëíåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ÔÝÌ. Íàïðÿæåíèå ÔÝÌ íà÷àëî óìåíüøàòüñÿ è äîñòèãëî íóëÿ â 13,9 ìñ. Ïîñëå ýòîãî ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü îòêëþ÷èëñÿ, è ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ îòñëåæèâàëà óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ ïî ìåðå çàðÿäêè âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà.  ýòî âðåìÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ âû÷èñëÿëà òî÷êó ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè, èñïîëüçóÿ (6). Íåò íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàòü â ðàñ÷åòàõ åìêîñòü âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà, òàê êàê òðåáóåòñÿ íàéòè òîëüêî ìàêñèìóì ôóíêöèè íåçàâèñèìî îò åå ìàñøòàáà, ïîýòîìó åìêîñòü áûëà èñêëþ÷åíà èç (6). dUÔÝÌ (ïîêàçàíà ôèîëåòîâûì Êðèâàÿ UÔÝÌ dt öâåòîì íà ðèñ. 5) ñ 13,9 äî 18,1 ìñ. Ìàêñèìóì ôóíêöèè áûë ïðîéäåí íà 16,45 ìñ, à íàïðÿæåíèå ÒÌÌ ñîñòàâèëî 382,5 Â. Ïîñëå äîñòèæåíèÿ óñòîé÷èâîãî ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ íàïðÿæåíèåì ÔÝÌ ñíîâà çàïóñòèëàñü ñ îáíîâëåííûì çàäàíèåì íàïðÿæåíèÿ ÒÌÌ íà 18,1 ìñ. Ïîèñê ÒÌÌ ïðè ÷àñòè÷íîì çàòåíåíèè Òðåòèé ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèëñÿ ñ ÷àñòè÷íî çàòåíåííûìè ÔÝ-ïàíåëÿìè. Äëÿ ïîëîâèíû ïàíåëåé èíñîëÿöèÿ ñîñòàâëÿëà 900 Âò/ì2, äëÿ ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 17 Ðèñ. 5. Ïîèñê ÒÌÌ ïðè õîðîøèõ ïîãîäíûõ óñëîâèÿõ Ðèñ. 6. Ïîèñê ÒÌÌ ïðè ÷àñòè÷íîì çàòåíåíèè äðóãîé ïîëîâèíû ïàíåëåé — òîëüêî 700 Âò/ì2. Íàïðÿæåíèå ÒÌÌ â ýòîì ñëó÷àå 395 Â. Çàïóñê ñèñòåìû ïðîâîäèòñÿ òàê æå, êàê è â ïðåäûäóùåì ýêñïåðèìåíòå. Ðàçíèöà âèäíà ïðè âîññòàíîâëåíèè íàïðÿæåíèÿ ÔÝÌ ïîñëå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Ïîñëå âûêëþ÷åíèÿ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà 12,1 ìñ ïðîöåññ çàðÿäêè âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ÒÌÌ. Ìãíîâåííàÿ âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà òåïåðü èìååò îäèí ëîêàëüíûé ýêñòðåìóì 18 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ è îäèí ãëîáàëüíûé ìàêñèìóì, ïîêàçàííûå ôèîëåòîâîé êðèâîé íà ðèñ. 6 îò 12,1 äî 17,0 ìñ. Ïî îêîí÷àíèè ïðîöåññà ñíÿòèÿ âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè íà÷àëàñü íîðìàëüíàÿ ðàáîòà ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ â ÌÏÏ. Âûâîäû 1. Ñòðèíã-èíâåðòîðû èìåþò íåñêîëüêî âõîäíûõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, êîòîðûå äàþò âîçìîæíîñòü ïðîâîäèòü èíäèâèäóàëüíûå èçìåðåíèÿ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê, ïîäêëþ÷åííûõ ÔÝÌ ñ ïîìîùüþ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ áåç ïðåðûâàíèÿ ïîòîêà ìîùíîñòè â ñåòü. Ïðåäëîæåíà ñèñòåìà ïîä÷èíåííîãî óïðàâëåíèÿ ñ êîíòóðàìè òîêà è íàïðÿæåíèÿ, à òàêæå àëãîðèòì ñíÿòèÿ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê. Òàêàÿ ðåàëèçàöèÿ ëåãêî ïîëó÷àåò òî÷íóþ òî÷êó ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ôîòîýëåêòðè÷åñêîé öåïî÷êè äàæå â ñëó÷àå ÷àñòè÷íîãî çàòåíåíèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé. 2. Èçìåíåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè ñ òå÷åíèåì âðåìåíè óêàçûâàåò íà òî, ÷òî óñëîâèÿ çàòåíåíèÿ òàêæå ìåíÿþòñÿ, ÷òî ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ çàïóñêà ïðîöåäóðû ñíÿòèÿ âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 1. Dadkhah, J. Optimization Methods of ÒÌÌT Parameters for PV Systems: Review, Classification, and Comparison / J. Dadkhah and M. Niroomand // Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. — March 2021. — Vol. 9, No. 2. — Pp. 225 – 236, March 2021, DOI: 10.35833/MPCE. 2019.000379. 2. Vagapov, Y. Low-cost photovoltaic emulator for instructional laboratories / Y. Vagapov and A. Anuchin // 2016 51st International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Coimbra, Portugal. — 2016. — Pp. 1 – 4, DOI: 10.1109/UPEC. 2016.8114129. 3. Noguchi, T. Short-current pulse-based maximum-power-point tracking method for multiple photovoltaic-and-converter module system / T. Noguchi, S. Togashi and R. Nakamoto // IEEE Transactions on Industrial Electronics. — Feb. 2002. — Vol. 49, No. 1. — Pp. 217 – 223, Feb. 2002, DOI: 10.1109/41.982265. 4. Nzoundja Fapi, C. B. Real-Time Experimental Assessment of a New ÒÌÌT Algorithm Based on the Direct Detection of the Short-Circuit Current for a PV System / C. B. Nzoundja Fapi, P. Wira, M. Kamta // RE&PQJ, — Vol. 19 No. 5 (2021). — Pp. 598 – 603, DOI: 10.24084/repqj19.358. 5. Noguchi, T. Short-current pulse based adaptive maximum-power-point tracking for photovoltaic power generation system / T. Noguchi, ¹ 6, 2025 S. Togashi and R. Nakamoto, ISIE’2000. Proceedings of the 2000 IEEE International Symposium on Industrial Electronics (Cat. No.00TH8543), Cholula, Puebla, Mexico. — 2000. — Vol. 1. — Pp. 157 – 162, DOI: 10.1109/ISIE.2000.930504. 6. Sher, H. A. A New Sensorless Hybrid ÒÌÌT Algorithm Based on Fractional Short-Circuit Current Measurement and P&O ÒÌÌT / H. A. Sher, A. F. Murtaza, A. Noman, K. E. Addoweesh, K. Al-Haddad and M. Chiaberge // IEEE Transactions on Sustainable Energy. — Oct. 2015. — Vol. 6, No. 4. — Pp. 1426 – 1434, DOI: 10.1109/ TSTE.2015.2438781. 7. Zhao, T. Active Power Backflow Suppression Strategy of Cascaded PV Solid-State Transformer Under Interphase Short-Circuit Fault Condition / T. Zhao, Z. Feng, M. Wang, M. Wu and X. Zhang // in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. — April 2023. — Vol. 11, No. 2. — Pp. 2350 – 2363, DOI: 10.1109/ JESTPE.2023.3234304. 8. Yadav, N. Short-Circuit Fault Detection and Isolation Using Filter Capacitor Current Signature in Low-Voltage DC Microgrid Applications / N. Yadav and N. R. Tummuru, in IEEE Transactions on Industrial Electronics. — Aug. 2022. — Vol. 69, No. 8. — Pp. 8491 – 8500, DOI: 10.1109/ TIE.2021.3109523. 9. Kim, Y. Design and control of a grid-connected three-phase 3-level NPC inverter for Building Integrated Photovoltaic systems / Y. Kim, H. Cha, B. -M. Song and K. Y. Lee // 2012 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies (ISGT), Washington, DC, USA. — 2012. — Pp. 1 – 7, DOI: 10.1109/ ISGT.2012.6175663. 10. Anuchin, A. A PWM Strategy for the Minimisation of Losses in a 3-level T-type Voltage Source Inverter / A. Anuchin, D. Shpak, M. Gulyaeva, D. Aliamkin, A. Zharkov and Y. Vagapov // 2018 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), Amalfi, Italy. — 2018. — Pp. 703 – 708, DOI: 10.1109/SPEEDAM.2018.8445367. 11. Anuchin, A. Nested Loop Control of a Buck Converter under Variable Input Voltage and Load Conditions / A. Anuchin, D. Shpak, M. R. Ahmed, E. Stolyarov, D. Surnin and J. P. Acedo // 2020 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Turin, Italy. — 2020. — Pp. 1 – 5, DOI: 10.1109/UPEC49904.2020. 9209865. References 1. Dadkhah J., Niroomand M. Optimization Methods of TMMT Parameters for PV Systems: Review, Classification, and Comparison, Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, March 2021, Vol. 9, No. 2, pp. 225 – 236, March 2021, DOI: 10.35833/MPCE.2019.000379. 2. Vagapov Y. and Anuchin A. Low-cost photovoltaic emulator for instructional laboratories, 2016 51st International Universities Power Engineering Con- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ference (UPEC), Coimbra, Portugal, 2016, pp. 1 – 4, DOI: 10.1109/UPEC.2016.8114129. 3. Noguchi T., Togashi S., Nakamoto R. T. Shortcurrent pulse-based maximum-power-point tracking method for multiple photovoltaic-and-converter module system, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Feb. 2002, Vol. 49, No. 1, pp. 217 – 223, Feb. 2002, DOI: 10.1109/41.982265. 4. Nzoundja Fapi C. B., Wira P., Kamta M. Real-Time Experimental Assessment of a New TMMT Algorithm Based on the Direct Detection of the ShortCircuit Current for a PV System, RE&PQJ, Vol. 19, No. 5, 2021, pp. 598 – 603, DOI: 10.24084/repqj19. 358. 5. Noguchi T., Togashi S. Nakamoto R. Short-current pulse based adaptive maximum-power-point tracking for photovoltaic power generation system, ISIE’2000, Proceedings of the 2000 IEEE International Symposium on Industrial Electronics (Cat. No.00TH8543), Cholula, Puebla, Mexico, 2000, Vol. 1, pp. 157 – 162, DOI: 10.1109/ISIE.2000. 930504. 6. Sher H. A., Murtaza A. F., Noman A., Addoweesh K. E, Al-Haddad K., Chiaberge M. A New Sensorless Hybrid TMMT Algorithm Based on Fractional Short-Circuit Current Measurement and P&O TMMT, IEEE Transactions on Sustainable Energy, Oct. 2015, Vol. 6, No. 4, pp. 1426 – 1434, DOI: 10.1109/TSTE.2015.2438781. 7. Zhao T., Feng Z., Wang M., Wu M., Zhang X. Active Power Backflow Suppression Strategy of Cascaded PV Solid-State Transformer Under Interphase Short-Circuit Fault Condition, in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, ¹ 6, 2025 19 April 2023, Vol. 11, No. 2, pp. 2350 – 2363, DOI: 10.1109/JESTPE.2023.3234304. 8. Yadav N., Tummuru N. R. Short-Circuit Fault Detection and Isolation Using Filter Capacitor Current Signature in Low-Voltage DC Microgrid Applications, in IEEE Transactions on Industrial Electronics, Aug. 2022, Vol. 69, No. 8, pp. 8491 – 8500, DOI: 10.1109/TIE.2021.3109523. 9. Kim Y., Cha H., Song B. -M., Lee K. Y. Design and control of a grid-connected three-phase 3-level NPC inverter for Building Integrated Photovoltaic systems, 2012 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies (ISGT), Washington, DC, USA, 2012, pp. 1 – 7, DOI: 10.1109/ISGT.2012.6175663. 10. Anuchin A., Shpak D., Gulyaeva M., Aliamkin D., Zharkov A., Vagapov Y. A PWM Strategy for the Minimisation of Losses in a 3-level T-type Voltage Source Inverter, 2018 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), Amalfi, Italy, 2018, pp. 703 – 708, DOI: 10.1109/SPEEDAM.2018. 8445367. 11. Anuchin A., Shpak D., Ahmed M. R., Stolyarov E., Surnin D., Acedo J. P. Nested Loop Control of a Buck Converter under Variable Input Voltage and Load Conditions, 2020 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Turin, Italy, 2020, pp. 1 – 5, DOI: 10.1109/UPEC49904.2020.9209865. GrishinSE@mpei.ru Äàòà ïîëó÷åíèÿ 05.03.2025 Äàòà ïðèíÿòèÿ ê ïóáëèêàöèè 25.04.2025 Determination of maximum power point of photovoltaic module for multi-channel string inverter using short circuit Grishin S. E., Anuchin A. S., Demidova G. L., Gorbunov N. M., Kulik E. S., Hao Chen The maximum power point tracking methodologies are widely used in photovoltaic (PV) systems, with perturb and observe algorithms representing the conventional approach. While perturb and observe techniques demonstrate sufficient efficacy in small-scale PV installations, their performance degrades under partial shading conditions due to an inability to accurately identify the global maximum power point (MPP). This paper proposes an advanced MPP strategy designed for string PV inverters incorporating multiple input-side boost DC–DC converters. The core innovation involves implementing a controlled short-circuiting operation through the DC–DC converter, followed by deactivation of the converter to enable uncontrolled charging of the input capacitor used for MPP identification. This sequence facilitates real-time acquisition of the PV array’s instantaneous current-voltage characteristics, thereby enabling precise computation of the global MPP even under non-uniform irradiance conditions caused by partial shading. The transient analysis of capacitor charging dynamics permits rapid convergence to the optimal operating point, achieving MPP identification within a sub-20 millisecond timeframe while maintaining minimal disruption to power output during the measurement phase. This methodology effectively addresses the multi-peak power curve challenge inherent in partially shaded PV systems, demonstrating superior performance compared to conventional MPP approaches in complex illumination scenarios. Keywords: maximum power point (MPP), photovoltaic systems, partial shading conditions, boost DC–DC converter, current-voltage characteristics. 20 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 DOI: 10.71759/sjj1-qj24 Ñïåöèàëüíîñòü 2.4.6. Òåîðåòè÷åñêàÿ è ïðèêëàäíàÿ òåïëîòåõíèêà Ìîäåëèðîâàíèå òåïëîîáìåíà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì Ïîïîâ Ñ. Ê., äîêòîð òåõí. íàóê, Âàëèíååâà À. À., êàíä. òåõí. íàóê ÔÃÁÎÓ ÂÎ «ÍÈÓ «ÌÝÈ», Ìîñêâà Ñâèñòóíîâ È. Í., êàíä. òåõí. íàóê ÔÁÓ «Ðîñòåñò – Ìîñêâà», Ìîñêâà Òåïëîïåðåíîñ ÿâëÿåòñÿ âàæíûì ôàêòîðîì, ëèìèòèðóþùèì ïðîèçâîäèòåëüíîñòü âðàùàþùèõñÿ áàðàáàííûõ ðåàêòîðîâ ñ ïðÿìûì è êîñâåííûì îáîãðåâîì ïåðåñûïàþùåãîñÿ ñëîÿ ìàòåðèàëà. Íà îñíîâå àíàëèçà êîíöåïòóàëüíûõ ìîäåëåé òåïëîïåðåíîñà ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ îáðàáîòêè ìàòåðèàëà âûáðàíà ìîäåëü, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïðîöåññó òîððåôèêàöèè áèîìàññû â ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì. Äëÿ âûáðàííîé ìîäåëè ïðåäñòàâëåíû óðàâíåíèÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è îò ãðåþùåãî òåïëîíîñèòåëÿ ê ìàòåðèàëó. Ïðåäëîæåí ñïîñîá ó÷åòà ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ìåæäó ñòåíêîé áàðàáàíà è äâèæóùèìñÿ ñëîåì ìàòåðèàëà, ïîäâåðãàþùåãîñÿ òîððåôèêàöèè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð òîððåôèêàöèè (äî 700 K) ó÷åò ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è îò ñòåíêè áàðàáàíà ê ìàòåðèàëó íå áîëåå, ÷åì íà 1 %. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà äî 1300 K ó÷åò ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðèðîñòîì êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è íå áîëåå, ÷åì íà 3,3 – 4,5 %. Ïðåäëîæåííàÿ èíæåíåðíàÿ ìåòîäèêà îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïåðåäà÷è ðåêîìåíäóåòñÿ äëÿ êîíñòðóêòèâíûõ ðàñ÷åòîâ ðåàêòîðîâ òîððåôèêàöèè. Êëþ÷åâûå ñëîâà: áàðàáàííûé ðåàêòîð, êîñâåííûé îáîãðåâ, òîððåôèêàöèÿ, ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå, òåïëîìàññîïåðåíîñ, ðàäèàöèîííûé òåïëîîáìåí. Âðàùàþùèåñÿ áàðàáàííûå ïå÷è (ðåàêòîðû) ñ ïåðåñûïàþùèìñÿ ñëîåì ìàòåðèàëà øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â öåìåíòíîé ïðîìûøëåííîñòè [1], â öâåòíîé [2] è ÷åðíîé ìåòàëëóðãèè, â ïðîèçâîäñòâå ìèíåðàëüíûõ óäîáðåíèé â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð ïðîöåññà îò 300 °Ñ äî 2000 °Ñ [3]. Ïðè ìîäåëèðîâàíèè è ðàçðàáîòêå áàðàáàííûõ ðåàêòîðîâ ìîæíî âûäåëèòü ÷åòûðå îïðåäåëÿþùèõ ôàêòîðà [4]: òåïëîïåðåíîñ; äâèæåíèå ìàòåðèàëà â ðåàêòîðå; ìàññîîáìåí ìåæäó ìàòåðèàëîì è ãàçîâûì ïîòîêîì; êèíåòèêà õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé. Òåïëîïåðåíîñ ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå âàæíûì èç ýòèõ ôàêòîðîâ, òàê êàê âî ìíîãèõ ïðàêòè÷åñêèõ ñëó÷àÿõ èìåííî îí ëèìèòèðóåò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü áàðàáàííîãî ðåàêòîðà. Êîìïëåêñ çàäà÷ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ áàðàáàííûõ ïå÷åé ðàññìîòðåí â [3, 5 – 8].  ðàáîòå [3] ïðåäñòàâëåíû ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè òåïëîâîé ðàáîòû ïå÷åé, ðàññìîòðåíû âîïðîñû ñîïðÿæåííîãî òåïëîîáìåíà îòêðûòûõ ïîâåðõíîñòåé ñëîÿ øèõòû è ôóòåðîâêè ñ ïå÷íûì ïðîñòðàíñòâîì, òåïëîïåðåäà÷è îò ñòåíêè ê ïëîòíîìó ñëîþ çåðíèñòîé øèõòû. Äëÿ áàðàáàííûõ ïå÷åé äåòàëüíî ðàçðàáî- òàíû âîïðîñû âíåøíåãî ðàäèàöèîííî-êîíâåêòèâíîãî òåïëîîáìåíà [5 – 7], ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîöåññà ãîðåíèÿ [8], íåñòàöèîíàðíîãî òåïëîïåðåíîñà â îãðàæäåíèè ïå÷è [9].  èíæåíåðíîé ïðàêòèêå äëÿ òåïëîâîãî ðàñ÷åòà áàðàáàííûõ ïå÷åé áîëåå 50 ëåò øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ìåòîäèêà Å. È. Õîäîðîâà [1]. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ïîñëåäíèõ ëåò äàþò îñíîâó äëÿ èõ îáîáùåíèÿ ñ öåëüþ ôîðìèðîâàíèÿ èíæåíåðíîé ìîäåëè òåïëîîáìåíà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì, ÷òî àêòóàëüíî äëÿ òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â îáëàñòè óìåðåííûõ òåìïåðàòóð. Ê ÷èñëó òàêèõ ïðîöåññîâ îòíîñèòñÿ òîððåôèêàöèÿ. Òîððåôèêàöèÿ — ýòî ïðîöåññ íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ïèðîëèçà ïðè òåìïåðàòóðå 200 – 300 °Ñ, èñïîëüçóåìûé äëÿ îáðàáîòêè áèîìàññû ñ öåëüþ óëó÷øåíèÿ åå òåïëîòåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Îñíîâíûå ïðîäóêòû òîððåôèêàöèè íàõîäÿòñÿ â òâåðäîé ôàçå (òîððåôèêàò, 80 %) è â ãàçîîáðàçíîé ôàçå (òîðãàç, 20 %) [10]. Òîððåôèêàò îáëàäàåò ïîâûøåííîé òåïëîòîé ñãîðàíèÿ è íàñûïíîé ïëîòíîñòüþ, ãèäðîôîáíîñòüþ, õîðîøåé èçìåëü÷àåìîñòüþ ïî ñðàâíåíèþ ñ èñõîäíîé áèîìàññîé. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 21 Òîððåôèêàöèÿ — îòíîñèòåëüíî íîâàÿ òåõíîëîãèÿ è òîëüêî íà÷èíàåò âûõîäèòü íà ïðîìûøëåííûé ìàñøòàá.  òåïëîâîì ðàñ÷åòå ðåàêòîðîâ òîððåôèêàöèè áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò àäåêâàòíîå îïðåäåëåíèå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è îò ãðåþùåãî òåïëîíîñèòåëÿ ê ìàòåðèàëó, ÷òî è îïðåäåëÿåò öåëü ðàáîòû. Ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ Âûïîëíåíû àíàëèç òåïëîïåðåíîñà è äâèæåíèÿ ìàòåðèàëà â áàðàáàííîé ïå÷è äëÿ óñëîâèé ïðîöåññà òîððåôèêàöèè, à òàêæå ðàçðàáîòêà êîíöåïòóàëüíîé ìîäåëè ïðîöåññà. Ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ñëîåâûìè ðåàêòîðàìè, òàêèìè êàê ðåàêòîðû ñ ïëîòíûì ñëîåì èëè ñ êèïÿùèì ñëîåì, â áàðàáàííîé ïå÷è (ðåàêòîðå ñ ïåðåñûïàþùèìñÿ ñëîåì) ìîæíî îòìåòèòü ñïåöèôè÷åñêèå îñîáåííîñòè òåïëîïåðåíîñà [4]: 1) êîýôôèöèåíòû òåïëîîòäà÷è ìåæäó ãàçîì è äâèæóùåéñÿ ñòåíêîé áàðàáàíà, à òàêæå ìåæäó ãàçîì è ïîâåðõíîñòüþ ïåðåñûïàþùåãîñÿ ñëîÿ ìàòåðèàëà çàâèñÿò îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ áàðàáàíà w, ñ–1; 2) âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü ñòåíêè (îãðàæäåíèÿ) ïåðèîäè÷åñêè êîíòàêòèðóåò ñ ãàçîì, çàòåì — ñî ñëîåì ìàòåðèàëà, òàê ÷òî òåïëîòà îò ãàçà, ïîãëîùàåìàÿ ñòåíêîé, êîñâåííî äîñòàâëÿåòñÿ ìàòåðèàëó. Ýòîò ïðîöåññ òåïëîïåðåíîñà, ñóùåñòâåííûé äëÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ãàçîâ è îïèñûâàåìûé êàê «ìåõàíèçì ïîãëîùåíèÿ – âûäåëåíèÿ», çàâèñèò îò ìåõàíèçìà òåïëîïåðåíîñà ìåæäó âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòüþ ñòåíêè è ñëîåì ìàòåðèàëà. Òàêèì îáðàçîì, âàæíî îïðåäåëèòü êîýôôèöèåíò òåïëîîòäà÷è íà ãðàíèöå «âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü ñòåíêè – ìàòåðèàë»; 3) ðàäèàöèîííûé òåïëîîáìåí íå ìîæåò áûòü ïðîèãíîðèðîâàí ïðè îòíîñèòåëüíî âûñîêîé òåìïåðàòóðå ãàçà ëèáî ñòåíêè áàðàáàíà. Ýòè ñïåöèôè÷åñêèå îñîáåííîñòè íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ìîäåëèðîâàíèè òåïëîïåðåíîñà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå òîððåôèêàöèè. Ðàçëè÷àþòñÿ áàðàáàííûå ðåàêòîðû ñ ïðÿìûì (âíóòðåííèì) è ñ êîñâåííûì (âíåøíèì) îáîãðåâîì. Êîíöåïòóàëüíûå ìîäåëè òåïëîïåðåíîñà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóð ïðîöåññà ïðèìåíÿåòñÿ ïðÿìîé íàãðåâ: òåïëîâûäåëåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ â îáúåìå áàðàáàíà Ðèñ. 1. Êîíöåïòóàëüíàÿ ìîäåëü òåïëîïåðåíîñà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ ïðÿìûì îáîãðåâîì ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ ïðîöåññà ïîñðåäñòâîì ñæèãàíèÿ òîïëèâà (ðèñ. 1). Ïðè ýòîì âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü áàðàáàíà çàùèùåíà îãíåóïîðíûì îãðàæäåíèåì. Íà ðèñ. 1 òàêæå ïîêàçàí ïðîôèëü ñêîðîñòåé â ïåðåñûïàþùåìñÿ ñëîå ìàòåðèàëà. Òåïëîïåðåíîñ â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ ïðÿìûì îáîãðåâîì ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ ïðîöåññà ìîäåëèðóåòñÿ ïîñðåäñòâîì øåñòè òåïëîâûõ ïîòîêîâ (ðèñ. 1) [4, 11]: 1) Q cw- cb — òåïëîâîé ïîòîê ìåæäó ñòåíêîé, ïîêðûòîé ìàòåðèàëîì (covered wall), è ìàòåðèàëîì, ïîêðûâàþùèì ñòåíêó (covered lower bed). Ýòî èíòåãðàëüíûé òåïëîâîé ïîòîê, âêëþ÷àþùèé êîíâåêòèâíûé òåïëîîáìåí, íåñòàöèîíàðíóþ òåïëîïðîâîäíîñòü, êîíòàêòíûé òåïëîîáìåí ìåæäó òâåðäûìè ÷àñòèöàìè è ñòåíêîé, ïîêðûòîé ìàòåðèàëîì, à òàêæå ðàäèàöèîííûé òåïëîîáìåí ìåæäó ýòèìè òåëàìè; 2) Q g - ew — òåïëîâîé ïîòîê ìåæäó ãàçîâûì îáúåìîì è ñòåíêîé, ñâîáîäíîé îò ìàòåðèàëà (exposed wall), âêëþ÷àþùèé êàê êîíâåêòèâíóþ conv ñîñòàâëÿþùóþ Q g - ew , òàê è ðàäèàöèîííóþ ñîconv rad ñòàâëÿþùóþ Q rad g - ew : Q g - ew = Q g - ew + Q g - ew ; 3) Q g - eb — òåïëîâîé ïîòîê ìåæäó ãàçîâûì îáúåìîì è âåðõíåé ïîâåðõíîñòüþ ñëîÿ (exposed bed), âêëþ÷àþùèé êàê êîíâåêòèâíóþ conv ñîñòàâëÿþùóþ Q g - eb , òàê è ðàäèàöèîííóþ ñîñòàâëÿþùóþ Q rad ; : Q g - eb = Q conv + Q rad g - eb g - eb g - eb 4) Q ew- eb — ðàäèàöèîííûé òåïëîâîé ïîòîê ìåæäó ìåæäó ñòåíêîé, ñâîáîäíîé îò ìàòåðèàëà, è âåðõíåé ïîâåðõíîñòüþ ñëîÿ; 5) Q amb — òåïëîâîé ïîòîê, òåðÿåìûé ÷åðåç ñòåíêó â îêðóæàþùóþ ñðåäó; 6) Q accum — òåïëîâîé ïîòîê, àêêóìóëèðóåìûé îãðàæäåíèåì è îáåñïå÷èâàþùèé óïîìÿ- 22 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 àêñèàëüíî ðàçìåùåííûìè ìåòàëëè÷åñêèì áàðàáàíîì è êîæóõîì ñî ñëîåì òåïëîèçîëÿöèè íà íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè. Èñòî÷íèêîì òåïëîòû, ñîçäàþùèì òåïëîâîé ïîòîê Q heat , ÿâëÿþòñÿ ïðîäóêòû ãîðåíèÿ òîïëèâà, ñæèãàåìîãî â îòîïèòåëüíîé êàìåðå.  ïðîöåññàõ òîððåôèêàöèè òîïëèâîì ìîæåò áûòü òîðãàç. Ìîäåëü òåïëîïåðåíîñà äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé êîíñòðóêòèâíîé ñõåìû ðåàêòîðà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3 [10, 12, 13]. Ñõåìû äâèæåíèÿ ìàòåðèàëà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå Ðèñ. 2. Êîíöåïòóàëüíàÿ ìîäåëü òåïëîïåðåíîñà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ ïðîöåññà Ðèñ. 3. Êîíöåïòóàëüíàÿ ìîäåëü òåïëîïåðåíîñà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì ïðè òåìïåðàòóðå òîððåôèêàöèè íóòûé âûøå «ìåõàíèçì ïîãëîùåíèÿ – âûäåëåíèÿ».  ñëó÷àå êîñâåííîãî íàãðåâà ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ ïðîöåññà ìîäåëü òåïëîïåðåíîñà ìåíÿåòñÿ [11] (ðèñ. 2). Òåïëîïîòðåáëåíèå îáåñïå÷èâàåòñÿ òåïëîâûì ïîòîêîì Q heat , ïîäâîäèìûì èçâíå è ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåííûì ïî íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè áàðàáàíà. Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí ýëåêòðîïîäîãðåâ [11]. Ïðîöåññ òîððåôèêàöèè, ïðîòåêàþùèé ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 300 °Ñ, öåëåñîîáðàçíî ðåàëèçîâàòü â ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì (ðèñ. 3). Îòîïèòåëüíàÿ êàìåðà îáðàçîâàíà êî- Ðàçðàáîòêà ìîäåëè òåïëîïåðåíîñà äîëæíà âåñòèñü ñ ó÷åòîì õàðàêòåðà äâèæåíèÿ ìàòåðèàëà â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè áàðàáàííîãî ðåàêòîðà. Õàðàêòåð äâèæåíèÿ ìàòåðèàëà (ðèñ. 4) çàâèñèò îò ÷èñëà Ôðóäà Fr = w2 R / g, ãäå w — ÷àñòîòà âðàùåíèÿ áàðàáàíà, ñ–1 ; R — âíóòðåííèé ðàäèóñ áàðàáàíà, ì; g — óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ, ì/ñ2 [14]. Çàäà÷à ìîäåëèðîâàíèÿ ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà â áàðàáàííîé ïå÷è ÿâëÿåòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî ñëîæíîé.  ðÿäå ðàáîò ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå îöåíêè ñëåäóþùèé ïîäõîä: ðàäèàöèîííûé òåïëîîáìåí ïðåíåáðåæèìî ìàë ïðè òåìïåðàòóðàõ 300 – 400 °Ñ, ñîïîñòàâèì ñ êîíâåêòèâíûì òåïëîîîáìåíîì ïðè 700 – 900 °Ñ è ÿâëÿåòñÿ ïðåîáëàäàþùèì ïðè òåìïåðàòóðàõ ñâûøå 1000 °Ñ [15, 16, 4].  ðàáîòå [17] ïðèíèìàåòñÿ, ÷òî òåïëîïåðåíîñ èçëó÷åíèåì ïðåíåáðåæèìî ìàë ïðè òåìïåðàòóðå ìåíåå 527 °Ñ. Ðàäèàöèîííûé òåïëîîáìåí â ðàáî÷åì ïðîñòðàíñòâå áàðàáàííîãî ðåàêòîðà ìåæäó ìàòåðèàëîì, îãðàæäåíèåì è ãàçîâûì îáúåìîì ìîæåò áûòü èññëåäîâàí ÷èñëåííûìè ìåòîäàìè [5 – 7].  ðàçðàáàòûâàåìîé ìîäåëè òåïëîîáìåíà öåëåñîîáðàçíî ââåñòè ó÷åò ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà, à â ïðîöåññå èññëåäîâàíèÿ ìîäåëè îöåíèòü åãî çíà÷èìîñòü. Êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì Âûáåðåì äëÿ ðàçðàáîòêè ìàòåìàòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ êîíöåïòóàëüíóþ ìîäåëü òåïëîîáìåíà, ïðåäñòàâëåííóþ íà ðèñ. 3, è ââåäåì ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû ðåàêòîðà, ïîêàçàííûå íà ðèñ. 5. Ïðèíèìàåòñÿ, ÷òî â êðóãîâîì ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè áàðàáàíà ñ ðàäèóñîì R kiln ìàòåðèàë çàíèìàåò åãî ÷àñòü â âèäå ñåãìåíòà (ðèñ. 5). Íà ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ Ïðîöåññ ¹ 6, 2025 23 Ðåæèì Ñêîëüæåíèå Ñêîëüçÿùèé 0 < Fr < 10 -4 Êîëåáàòåëüíûé 0 < Fr < 10 -4 Ïàäàþùèé 10 -5 < Fr < 10 -3 Ïåðåñûïàþùèéñÿ 10 -4 < Fr < 10 -2 Ïåðåìåøèâàíèå Èçìåëü÷åíèå Êàñêàäíûé 10 -3 < Fr < 10 -1 Ôîíòàíèðóþùèé 0,1 < Fr < 1 Öåíòðèôóãèðîâàíèå Öåíòðèôóãèðóþùèé Fr ³ 1 Ðèñ. 4. Õàðàêòåðèñòèêè äâèæåíèÿ ìàòåðèàëà â áàðàáàííîì ðåàêòîðå Ðèñ. 5. Ïîïåðå÷íûé ðàçðåç ðåàêòîðà òîððåôèêàöèè ýòîò ñåãìåíò îïèðàåòñÿ öåíòðàëüíûé óãîë 2j, ñåãìåíò èìååò âûñîòó H. Íåñëîæíî ïîêàçàòü, ÷òî j = arccos(( R kiln - H ) / R kiln ).  àíàëèçèðóåìîé êîíöåïòóàëüíîé ìîäåëè ïåðåäà÷à òåïëîòû îò ñòåíêè áàðàáàíà ê ìàòåðèàëó îñóùåñòâëÿåòñÿ äâóìÿ ïîòîêàìè: Q cw- cb è Q ew- eb . Òåïëîâîé ïîòîê Q cw- cb õàðàêòåðèçóåòñÿ, ñîãëàñíî [12], ýôôåêòèâíûì êîýôôèöèåíòîì òåïëîïåðåäà÷è ìåæäó âðàùàþùåéñÿ ñòåíêîé ef . Ýòîò êîýôôèöèåíò è ñëîåì ìàòåðèàëà kcw - cb ìîæåò áûòü âû÷èñëåí íà îñíîâå ñóììû òåðìè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òîíêîãî ãàçîâîãî ïîäñëîÿ R1 è òåðìè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñëîÿ 24 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ìàòåðèàëà R2 ñ ó÷åòîì ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà. Çàâèñèìîñòü äëÿ R1 âïåðâûå ïðåäñòàâëåíà â ðàáîòå [18].  ðàáîòå [19] ïîêàçàíî, ÷òî ïðè ïîñòîÿííîé ñòåïåíè çàïîëíåíèÿ áàðàáàíà ìàòåðèàëîì êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è îò áàðàáàíà ê ñëîþ ìàòåðèàëà ïðîïîðöèîíàëåí êâàäðàòíîìó êîðíþ èç ÷àñòîòû âðàùåíèÿ áàðàáàíà. Íà îñíîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ è òåîðåòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ïîëó÷åíî óðàâíåíèå 0,5 R2 = 2l b r b c b w / j , (1) ãäå l b = (1 - e )l s + el gas — êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè ñëîÿ ìàòåðèàëà, Âò/(ì·K); l s — êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè òâåðäîé ìàññû ñëîÿ, Âò/(ì·K); e — ïîðîçíîñòü ñëîÿ ìàòåðèàëà; c b = (1 - e ) c s + ec gas — óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ñëîÿ ìàòåðèàëà, Äæ/(êã·K); c s è c gas — óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü òâåðäîé ìàññû ñëîÿ è òîðãàçà, Äæ/(êã·K); r b = (1 - e )r s — ïëîòíîñòü ñëîÿ ìàòåðèàëà, êã/ì3; r s — ïëîòíîñòü òâåðäîé ìàññû ñëîÿ ìàòåðèàëà, êã/ì3. Ïî ñðàâíåíèþ ñ [12] â óðàâíåíèÿõ (2) ó÷òåí ðàäèàöèîííûé òåïëîîáìåí íà îñíîâå äàííûõ ðàáîòû [4]: R1 = 1 kcw- cb ; kcw- cb = krad = 4 l gas c ×d p + krad ; s0 Tw3 , 1 / e w +1 / e b -1 (2) ãäå d p — ýôôåêòèâíûé äèàìåòð ÷àñòèöû ìàòåðèàëà, ì; l gas — êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè ãàçà â ðàáî÷åì ïðîñòðàíñòâå ðåàêòîðà, Âò/(ì·K); kwb — êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è ÷åðåç ãàçîâûé ïîäñëîé, Âò/(ì2·K); krad — êîýôôèöèåíò ðàäèàöèîííîé òåïëîîòäà÷è îò ñòåíêè áàðàáàíà ê ìàòåðèàëó, Âò/(ì2·K) [4]; e w è e b — êîýôôèöèåíòû òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ ñòåíêè è ìàòåðèàëà; Tw — òåìïåðàòóðà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè ñòåíêè áàðàáàíà, K; s 0 = = 5,67·10–8 Âò/(ì2·K4) — ïîñòîÿííàÿ Ñòåôàíà – Áîëüöìàíà; c — îòíîñèòåëüíàÿ òîëùèíà ãàçîâîãî ïîäñëîÿ ìåæäó ñòåíêîé è ñëîåì äèñïåðñíîãî òâåðäîãî ìàòåðèàëà (â äîëÿõ îò äèàìåòðà ÷àñòèöû), ïðèíèìàåòñÿ c = 0,085 … 0,1. Êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è ðàññ÷èòûâàþò ïî ôîðìóëå ef kcw = - cb 1 ef R cw - cb = 1 . R1 + R 2 (3) ¹ 6, 2025 ef — ýôôåêòèâíîå òåðìè÷åñêîå Çäåñü R cw - cb ñîïðîòèâëåíèå äëÿ òåïëîâîãî ïîòîêà Q cw- cb . Òåïëîâîé ïîòîê Q ew- eb õàðàêòåðèçóåò ïåðåíîñ òåïëîòû îò ñòåíêè ê ãàçîâîìó ïîòîêó âíóòðè áàðàáàíà è çàòåì îò ãàçîâîãî ïîòîêà — ê ñëîþ ìàòåðèàëà ïîñðåäñòâîì êîíâåêöèè [4]. Ñîîòâåòñòâóþùèé êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäàef îò ñòåíêè ê ãàçó è îò ãàçà ê ñëîþ ìàòå÷è kew - eb ðèàëà ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî óðàâíåíèÿì (4) – (6) [12]. Óðàâíåíèÿ (4) è (5) äëÿ òåðìè÷åñêèõ ñîïðîòèâëåíèé R3 è R4 ïîëó÷åíû â [20] íà îñíîâàíèè îáðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ: R3 = R4 = 1 kew- g 1 k g - eb = = d e / l gas ,575 1,54Re 0gas Re -w0,292 ; d e / l gas ,535 0,104 -0,341 0,46Re 0gas Re w h ef kew = - eb 1 ef R ew - eb = 1 , R3 + R4 (4) ; (5) (6) ãäå d e = R kiln (2p - 2j + sin 2j ) / (p - j + sin j ) — ãèäðîäèíàìè÷åñêèé äèàìåòð îáëàñòè, çàíÿòîé ãàçîâîé ôàçîé; Re gas = u gas d e / n — ÷èñëî Ðåéíîëüäñà äëÿ ãàçà â îñåâîì íàïðàâëåíèè; Re w = wd e2 / n — ÷èñëî Ðåéíîëüäñà äëÿ ãàçà â íàïðàâëåíèè âðàùåíèÿ áàðàáàíà; n — êèíåìàòè÷åñêàÿ âÿçêîñòü ãàçà, ì2/ñ; h = = (2j - sin 2j ) / 2p — ñòåïåíü çàïîëíåíèÿ ìàòåðèàëîì ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ áàðàáàíà; ef — ýôôåêòèâíîå òåðìè÷åñêîå ñîïðîòèâR ew - eb ëåíèå äëÿ òåïëîâîãî ïîòîêà Q ew- eb . ef Òåðìè÷åñêèå ñîïðîòèâëåíèÿ R cw è - cb ef R ew- eb âêëþ÷åíû ïàðàëëåëüíî. Ñîãëàñíî ýëåêòðîòåïëîâîé àíàëîãèè, îáùåå òåðìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå R wb ìåæäó ñòåíêîé áàðàáàíà (wall) è ñëîåì ìàòåðèàëà (bed) îïðåäåëÿåòñÿ èç ef ef . óðàâíåíèÿ 1 / R wb = 1 / R cw +1 / R ew - cb - eb Ïóñòü a conv — êîýôôèöèåíò êîíâåêòèâíîé òåïëîîòäà÷è îò ïîòîêà ãðåþùåãî ãàçà ê ñòåíêàì îòîïèòåëüíîé êàìåðû — ê íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè áàðàáàíà è ê êîæóõó (ñì. ðèñ. 3). Òåðìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó ãðåþùèì ãàçîì è áàðàáàíîì âûðàæàåòñÿ óðàâíåíèåì R conv =1 / a conv . Ïðîäîëæàÿ àíàëîãèþ ñ ýëåêòðè÷åñêèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè, ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî òåðìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå R conv âêëþ÷åíî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ñîïðîòèâëåíèåì R wb . Òàêèì îáðàçîì, îáùåå òåðìè÷åñêîå ñîïðî- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 25 Ðèñ. 6. Ê àíàëîãèè ìåæäó òåðìè÷åñêèìè è ýëåêòðè÷åñêèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè: t gas , t w è t b — ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà ãðåþùåãî ãàçà, ñòåíêè áàðàáàíà è ìàòåðèàëà òèâëåíèå òåïëîâîìó ïîòîêó îò ãðåþùåãî ãàçà ê ìàòåðèàëó ðàññ÷èòûâàþò ïî âûðàæåíèþ R S = R conv + R wb = R conv + R ef 1 R ef 2 R ef 1 + R ef 2 , ñîîòâåòñòâåííî êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è îò ãðåþùåãî ãàçà ê ìàòåðèàëó, îñðåäíåííûé ïî ïîâåðõíîñòè áàðàáàíà, ìîæíî çàïèñàòü êàê kS =1 / R S Âò/(ì2·K). Èëëþñòðèðóþùàÿ àíàëîãèþ «ýëåêòðè÷åñêàÿ öåïü» ïîêàçàíà íà ðèñ. 6. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ Ìåòîäèêà òåïëîâîãî ðàñ÷åòà ðåàêòîðà òîððåôèêàöèè äðåâåñíûõ ïåëëåò, îòàïëèâàåìîãî òîðãàçîì, äåòàëüíî èçëîæåíà â [10, 13]. Ðàñ÷åò âûïîëíåí ïðè ñëåäóþùèõ óñëîâèÿõ: ðàäèóñ áàðàáàíà — 1,5 ì; äëèíà — 43 ì; óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ — 6 îá/ìèí; ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî èñõîäíîìó ìàòåðèàëó — 19,1 ò/÷ (5,306 êã/ñ); ýôôåêòèâíûé äèàìåòð ÷àñòèöû — 0,5 ìì; ïîðîçíîñòü ñëîÿ ìàòåðèàëà — 0,8; òåìïåðàòóðà òîððåôèêàöèè — 270 °Ñ; âðåìÿ òîððåôèêàöèè — 30 ìèí. ×èñëî Ôðóäà ñîñòàâëÿåò 1,5·10–3. Ñîãëàñíî ðèñ. 4, â ðåàêòîðå îæèäàåòñÿ ïðîöåññ ïåðåìåøèâàíèÿ, ðåæèì äâèæåíèÿ ñëîÿ — ïåðåñûïàþùèéñÿ èëè êàñêàäíûé. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà òåðìè÷åñêèõ ñîïðîòèâëåíèé áåç ó÷åòà ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 6. Óñòàíîâëåíî, ÷òî kS = 15,0 Âò/(ì2·K), êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è ìåæäó âðàùàþùåéñÿ ñòåíêîé è ñëîåì ìà- ef 2 òåðèàëà kcw - cb = 102,5 Âò/(ì ·K), òåìïåðàòóðû: t gas = 662 °Ñ; t w = 241°Ñ; t b = 169 °Ñ. Èññëåäóåì çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ef , ðàññ÷èòàííîãî ïî ôîðìóëàì (1) – (3) kcw - cb ñ ó÷åòîì ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà, îò òåìïåðàòóðû ñòåíêè Tw = t w +273, K.  êà÷åñòâå ìàñøòàáà (áàçîâîé âåëè÷èíû) âûáåðåì çíà÷åíèå ýòîãî êîýôôèöèåíòà áåç ó÷åòà ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà: kbase = 102,5 Âò/(ì2·K). Èñêîìàÿ çàâèñèìîñòü áåçðàçìåðíîãî êîýôôèöèef åíòà K = kcw / kbase = f (Tw ) ïðåäñòàâëåíà íà - cb ðèñ. 7.  äèàïàçîíå òåìïåðàòóð òîððåôèêàöèè äî 700 K ó÷åò ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ïðèâî- Ðèñ. 7. Ê îöåíêå âëèÿíèÿ ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà íà êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è: 1 — w = 0,1 ñ –1 (6 îá/ìèí); 2 — w = 0,2 ñ –1 (12 îá/ìèí) 26 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ äèò ê óâåëè÷åíèþ ðàññìàòðèâàåìîãî êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è íå áîëåå, ÷åì íà 1 %. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà äî 1300 K ó÷åò ðàäèàöèîííîãî òåïëîef îáìåíà ïðîÿâëÿåòñÿ â ðîñòå kcw íà - cb 3,3 – 4,5 % â çàâèñèìîñòè îò ñêîðîñòè âðàùåíèÿ áàðàáàíà. Âûâîäû 1. Íà îñíîâå àíàëèçà êîíöåïòóàëüíûõ ìîäåëåé òåïëîïåðåíîñà â áàðàáàííûõ ðåàêòîðàõ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðíûõ óðîâíÿõ òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà âûáðàíà ìîäåëü, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïðîöåññó òîððåôèêàöèè áèîìàññû â ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì. 2. Äëÿ äàííîé ìîäåëè ïðåäñòàâëåíû óðàâíåíèÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è îò ãðåþùåãî òåïëîíîñèòåëÿ ê ìàòåðèàëó. Ïðåäëîæåí ñïîñîá ó÷åòà ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ìåæäó ñòåíêîé áàðàáàíà è äâèæóùèìñÿ ñëîåì ìàòåðèàëà, ïîäâåðãàþùåãîñÿ òîððåôèêàöèè. 3. Óñòàíîâëåíî, ÷òî â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð òîððåôèêàöèè (äî 700 K) ó÷åò ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è îò ñòåíêè áàðàáàíà ê ìàòåðèàëó íå áîëåå, ÷åì íà 1 %. Ïîëó÷åí ðåçóëüòàò, ñîãëàñóþùèéñÿ ñ [17]: â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì òåïëîïåðåíîñ èçëó÷åíèåì ïðåíåáðåæèìî ìàë ïðè òåìïåðàòóðå ìåíåå 800 K. 4. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà äî 1300 K ó÷åò ðàäèàöèîííîãî òåïëîîáìåíà ñîïðîâîæäàåòñÿ ðîñòîì äàííîãî êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è íå áîëåå, ÷åì íà 3,3 – 4,5 % â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ áàðàáàíà. Ïðè ýòîì óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà òåïëîïåðåäà÷è îò ãðåþùåãî ãàçà ê ìàòåðèàëó åùå ìåíüøå. 5. Èíæåíåðíàÿ ìåòîäèêà îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïåðåäà÷è â áàðàáàííîì ðåàêòîðå ñ êîñâåííûì îáîãðåâîì ðåêîìåíäóåòñÿ äëÿ êîíñòðóêòèâíûõ ðàñ÷åòîâ è ðàçðàáîòêè ðåàêòîðîâ òîððåôèêàöèè. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 1. Õîäîðîâ, Å. È. Ïå÷è öåìåíòíîé ïðîìûøëåííîñòè / Å. È. Õîäîðîâ. — Ë.: Ñòðîéèçäàò, 1968. 2. Äèîìèäîâñêèé, Ä. À. Ïå÷è öâåòíîé ìåòàëëóðãèè / Ä. À. Äèîìèäîâñêèé. — Ì.: Ìåòàëëóðãèçäàò, 1959. 3. Ëèñèåíêî, Â. Ã. Âðàùàþùèåñÿ ïå÷è: òåïëîòåõíèêà, óïðàâëåíèå è ýêîëîãèÿ. Êíèãà 2 / ¹ 6, 2025 Â. Ã. Ëèñèåíêî, ß. Ì. Ùåëîêîâ, Ì. Ã. Ëàäûãè÷åâ. — Ì.: Òåïëîòåõíèê, 2004. 4. Li, S-Q. A mathematical model of heat transfer in a rotary kiln thermo-reactor / Li S-Q, Ma L-B, Wan W, Yao Q. // Chem Eng Technol 2005;28:1480–9. — DOI: 10.1002/ceat.200500241. 5. Áóõìèðîâ, Â. Â. Ñîâåðøåíñòâîâàíèå òåïëîâîé ðàáîòû âðàùàþùèõñÿ ïå÷åé íà îñíîâå ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ãàçîäèíàìèêè è ñëîæíîãî òåïëîîáìåíà. — Àâòîðåôåðàò äèñ. ... êàíä. òåõí. íàóê: 05.14.04 / Áóõìèðîâ Âÿ÷åñëàâ Âèêòîðîâè÷. — Ì., 1983. 6. Áóõìèðîâ, Â. Â. Ìîäåëèðîâàíèå ñîïðÿæåííîãî òåïëîîáìåíà â ðàáî÷åì ïðîñòðàíñòâå îáæèãîâîé âðàùàþùåéñÿ ïå÷è. — Àâòîðåô. äèñ. … äîê. òåõí. íàóê: 05.16.02 / Áóõìèðîâ Âÿ÷åñëàâ Âèêòîðîâè÷. — Ì., 1998. 7. Àðóòþíîâ, Â. À. Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå òåïëîâîé ðàáîòû ïðîìûøëåííûõ ïå÷åé / Â. À. Àðóòþíîâ, Â. Â. Áóõìèðîâ, Ñ. À. Êðóïåííèêîâ. — Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1990. 8. Òðóáàåâ, Ï. À. Ìåòîäû êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ãîðåíèÿ è òåïëîîáìåíà âî âðàùàþùèõñÿ ïå÷àõ / Ï. À. Òðóáàåâ, Â. À. Êóçíåöîâ, Ï. Â. Áåñåäèí. — Áåëãîðîä: Èçä-âî ÁÃÒÓ; ÁÈÝÈ, 2008. 9. Êóçíåöîâ, Â. À. Îñîáåííîñòè ðàñ÷åòà íåñòàöèîíàðíîãî òåïëîîáìåíà â ñòåíàõ âðàùàþùèõñÿ ïå÷åé / Â. À. Êóçíåöîâ // Ýíåðãåòè÷åñêèå ñèñòåìû. — 2022. — ¹ 3, 002. — Ñ. 17– 27. 10. Âàëèíååâà, À. À. Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè óñòàíîâîê òîððåôèêàöèè ãðàíóëèðîâàííîãî áèîòîïëèâà íà îñíîâå èññëåäîâàíèÿ åãî íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ïèðîëèçà. — Àâòîðåôåðàò äèñ.... êàíä. òåõí. íàóê : 2.4.6. / Âàëèíååâà Àííà Àëåêñàíäðîâíà. — Ì., 2024. 11. Yogesh, Sonavane. Influence of the Wall on the Heat Transfer Process in Rotary Kiln / Yogesh Sonavane. — 2010. — https://clck.ru/ 3MbQfQ. 12. Manouchehrinejad, M. (2019). Process Simulation of an Integrated Biomass Torrefaction and Pelletization (iBTP) Plant to Produce Solid Biofuels / M. Manouchehrinejad, S. Mani // Energy Convers. Manag. X 1, 100008. — DOI: 10.1016/j.ecmx.2019.100008. 13. Âàëèíååâà, À. À. Ðàçðàáîòêà ðåàêòîðà òîððåôèêàöèè äðåâåñíûõ ïåëëåò / À. À. Âàëèíååâà, Ñ. Ê. Ïîïîâ // Àêòóàëüíûå âîïðîñû ýíåðãåòèêè. — 2024. — Ò. 6. — ¹ 1. — Ñ. 2 – 9. 14. Baby-Jean Robert Mungyeko, Bisulandu. Rotary kiln process: An overview of physical mechanisms, models and applications / Baby-Jean Robert Mungyeko Bisulandu, Florian Huchet // Applied Thermal Engineering, 2023, 221, pp. 119637. — DOI: 10.1016/j.applthermaleng. 2022.119637.hal-04102335. 15. Gorog, J. P. Radiate Heat Transfer in Rotary Kilns / J. P. Gorog, J. K. Brimacombe, T. N. Adams // Metallurgical Transactions B, vol. 12B, pp. 55 – 64, 1981. — https://link.springer.com/article/10.1007/ BF02674758. 16. Gorog, J. P. Regenerative Heat Transfer in Rotary Kilns / J. P. Gorog, T. N. Adams, J. K. Bri- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ macombe // Metallurgical Transactions B, vol. 13B, pp. 153 – 160, 1982. — https://opendata.uni-halle.de/bitstream/1981185920/10751/1/silagustini.pdf. 17. Nhuchhen, D. R. Investigation into overall heat transfer coefficient in indirectly heated rotary torrefier / D. R. Nhuchhen, P. Basu, B. Acharya // Int J Heat Mass Transf 2016;102:64-76. — DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.06.011. 18. Schlunder, E. U. Particle heat transfer / E. U. Schlunder // International Heat Transfer Conference 7. — Munchen. — 1982. — P. 195 – 211. DOI: 10.1615/IHTC7.4290. 19. Wes, G. W. J. Heat transfer in a horizontal rotary drum reactor / G. W. J Wes, A. A. H. Drinkenburg, S. Stemerding // Powder Tehnology. — 1976. — 13(2). P. 185 – 192. DOI: 10.1016/00325910(76)85003-6. 20. Tscheng, S. H. Convective heat transfer in a rotary kiln / S. H. Tscheng, A. P. Watkinson // The Canadian Journal of Chemical Engineering. — 1979. — 57(4). P. 433 – 443. DOI: 10.1002/cjce. 5450570405. References 1. Khodorov E. I. Pechi tsementnoi promyshlennosti (Cement industry kilns), Leningrad, Stroyizdat, 1968. 2. Diomidovskii D. A. Pechi tsvetnoi metallurgii (Non-ferrous metallurgy furnaces), Moscow, Metallurgizdat, 1959. 3. Lisienko V. G., Shchelokov Ya. M., Ladygichev M. G. Vrashchayushchiesya pechi: teplotekhnika, upravlenie i ekologiya. Kniga 2 (Rotary Kilns: Thermal Engineering, Control and Ecology. Book 2), Moscow, Heating engineer, 2004. 4. Li S-Q, Ma L-B, Wan W., Yao Q. A mathematical model of heat transfer in a rotary kiln thermo-reactor, Chem Eng Technol 2005, No. 28, pp. 1480 – 9, DOI: 10.1002 / ceat.200500241. 5. Bukhmirov V. V. Sovershenstvovanie teplovoi raboty vrashchayushchikhsya pechei na osnove matematicheskogo modelirovaniya gazodinamiki i slozhnogo teploobmena (Improving the thermal performance of rotary kilns based on mathematical modeling of gas dynamics and complex heat exchange), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow 1983. 6. Bukhmirov V. V. Modelirovanie sopryazhennogo teploobmena v rabochem prostranstve obzhigovoi vrashchayushcheisya pechi (Modeling of conjugate heat transfer in the working space of a rotary kiln), Abstract of the thesis for the degree of Doctor of Tech. Scien., Moscow, 1998. 7. Arutyunov V. A., Bukhmirov V. V., Krupennikov S. A. Matematicheskoe modelirovanie teplovoi raboty promyshlennykh pechei (Mathematical modeling of thermal operation of industrial furnaces), Moscow, Metallurgy, 1990. 8. Trubaev P. A., Kuznetsov V. A., Besedin P. V. Metody komp’yuternogo modelirovaniya goreniya i tep- ¹ 6, 2025 27 loobmena vo vrashchayushchikhsya pechakh (Methods of computer modeling of combustion and heat transfer in rotary kilns), Belgorod, Publishing house BSTU, 2008. 9. Kuznetsov V. A. Energeticheskie sistemy (Energy Systems), 2022, No. 3, 002, pp. 17 – 27. 10. Valineeva A. A. Povyshenie effektivnosti ustanovok torrefikatsii granulirovannogo biotopliva na osnove issledovaniya ego nizkotemperaturnogo piroliza (Improving the efficiency of granulated biofuel torrefaction plants based on the study of its low-temperature pyrolysis), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, 2024. 11. Sonavane Y. Influence of the Wall on the Heat Transfer Process in Rotary Kiln, 2010, [Electronic resource]. — URL: https://clck.ru/3MbQfQ. 12. Manouchehrinejad M., Mani S. Process Simulation of an Integrated Biomass Torrefaction and Pelletization (iBTP) Plant to Produce Solid Biofuels, 2019, Energy Convers. Manag. X1, pp. 100008, DOI: 10.1016/j.ecmx.2019.100008. 13. Valineeva A. A., Popov S. K. Aktual’nye voprosy energetiki (Actual Issues Of Energy), 2024, No. 1, Vol. 6, pp. 2 – 9. 14. Bisulandu BJRM, Huchet F. Rotary kiln process: An overview of physical mechanisms, models and applications, Applied Thermal Engineering, 2023, 221, pp. 119637, DOI: 10.1016/j.applthermaleng. 2022.119637.hal-04102335. 15. Gorog J. P., Brimacombe J. K., Adams T. N. Radiate Heat Transfer in Rotary Kilns, Metallurgical Transactions B, 1981, Vol. 12B, pp. 55 – 64, [Electronic resource]. — URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02674758. 16. Gorog J. P., Adams T. N., Brimacombe J. K. Regenerative Heat Transfer in Rotary Kilns, Metallurgical Transactions B, 1982, Vol. 13B, pp. 153 – 160, [Electronic resource]. — URL: https://opendata.uni-halle.de/bitstream/1981185920/ 10751/1/silagustini.pdf. 17. Nhuchhen D. R., Basu P., Acharya B. Investigation into overall heat transfer coefficient in indirectly heated rotary torrefier, Int J Heat Mass Transf 2016, 102, pp. 64 – 76, DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.06.011. 18. Schlunder E. U. Particle heat transfer, International Heat Transfer Conference 7, Munchen, 1982, pp. 195 – 211, DOI: 10.1615/IHTC7.4290. 19. Wes G. W. J., Drinkenburg A. A. H., Stemerding S. Heat transfer in a horizontal rotary drum reactor, Powder Tehnology, 1976, No. 13(2), pp. 185 – 192, DOI: 10.1016/0032-5910(76)85003-6. 20. Tscheng S. H., Watkinson A. P. Convective heat transfer in a rotary kiln, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 1979, No. 57(4), pp. 433 – 443, DOI: 10.1002/cjce.5450570405. PopovSK@mpei.ru Äàòà ïîñòóïëåíèÿ 12.04.2025 Äàòà ïðèíÿòèÿ ê ïóáëèêàöèè 25.05.2025 28 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Simulation of heat-exchange in a drum reactor with indirect heating Popov S. K., Valineeva A. A., Svistunov I. N. Heat transfer is an important factor limiting the productivity of rotating drum reactors with direct and indirect heating of the crumbling layer of material. Based on the analysis heat transfer conceptual models at different temperatures of material processing, a model corresponding to the process of biomass torrefaction in an indirectly heated reactor was selected. For the selected model, the equations for determining the heat transfer coefficient from the heating carrier to the material are presented. A method for accounting for radiative heat transfer between the drum wall and a moving layer of material undergoing torrefaction is proposed. It was found that in the torrefaction temperature range (up to 700 K), consideration of radiative heat transfer leads to an increase in the heat transfer coefficient from the drum wall to the material by no more than 1%. With an increase in the temperature of the technological process to 1300 K, accounting for radiative heat transfer is accompanied by an increase in the heat transfer coefficient by no more than 3.3 – 4.5%. The proposed engineering methodology for determining heat transfer coefficients is recommended for constructive calculations of reactor reactors. Keywords: Drum reactor, indirect heating, torrefaction, mathematical modeling, heat and mass transfer, radiative heat transfer. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 29 DOI: 10.71759/6459-tq92 Ñïåöèàëüíîñòü 2.4.6. Òåîðåòè÷åñêàÿ è ïðèêëàäíàÿ òåïëîòåõíèêà Íàïðàâëåíèÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ óñòàíîâîê Ãëàçîâ Â. Ñ., êàíä. òåõí. íàóê ÔÃÁÎÓ ÂÎ «ÍÈÓ «ÌÝÈ», Ìîñêâà Ïðåäñòàâëåí îáçîð ðàáîò, ïîñâÿùåííûõ ìåòîäàì, èñïîëüçóåìûì â ìåòîäîëîãèè ïîâûøåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè òîïëèâíûõ âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ óñòàíîâîê, ðàáîòàþùèõ íà ïðèðîäíîì ãàçå. Îòìå÷åíà îãðàíè÷åííîñòü ïðèìåíÿåìûõ ìåòîäîâ è óêàçàíû ðåøåíèÿ, ñïîñîáíûå ïðåîäîëåòü âûÿâëåííûå îãðàíè÷åíèÿ. Êëþ÷åâûå ñëîâà: ýôôåêòèâíîñòü, òåðìîõèìè÷åñêàÿ ðåãåíåðàöèÿ, èíòåíñèôèêàòîðû òåïëîîáìåíà, îïòèìèçàöèÿ òåïëîîáìåíà, ôèëüòðóåìàÿ òåïëîâàÿ èçîëÿöèÿ, òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà, òðóáà Ôèëüäà, óòèëèçàöèÿ òåïëîâûõ îòõîäîâ, ñòåêëîâàðåííàÿ óñòàíîâêà, òåïëîâàÿ ñõåìà. Ðîñò ñòîèìîñòè è îáúåìîâ ïîòðåáëåíèÿ èñêîïàåìûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè ïðè êîíå÷íîñòè èõ çàïàñîâ ÿâëÿåòñÿ òîé ïðè÷èíîé, êîòîðàÿ ïîáóæäàåò ñíèæàòü äîëþ íåèñïîëüçóåìîé ÷àñòè ýíåðãèè ïîñðåäñòâîì óòèëèçàöèè òåïëîâûõ îòõîäîâ, ïîâûøàòü ýôôåêòèâíîñòü òåïëîîáìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ, ñîâåðøåíñòâîâàòü òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèå óñòàíîâêè è ñèñòåìû. Ñîâðåìåííûå âûñîêîòåìïåðàòóðíûå òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèå óñòàíîâêè (ÂÒÓ) ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñëîæíûå òåïëîâûå àãðåãàòû, ñîñòîÿùèå èç ñîáñòâåííî ïå÷è è âñïîìîãàòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ.  êà÷åñòâå ïðèìåðà íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíà ñòåêëîâàðåííàÿ óñòàíîâêà, âêëþ÷àþùàÿ âàííóþ ðåêóïåðàòèâíóþ ïå÷ü è êîìïëåêñ òåïëîóòèëèçàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ. Ìåðîïðèÿòèÿ ïî ïîâûøåíèþ ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ýíåðãèè â óñòàíîâêå ìîãóò áûòü ðåàëèçîâàíû êàê â ñàìîé ïå÷è, òàê è â ýëåìåíòàõ óñòàíîâêè.  ÂÒÓ â êà÷åñòâå òîïëèâà øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ïðèðîäíûé ãàç (ÏÃ), íà êîòîðûé ïðèõîäèòñÿ áîëåå ïîëîâèíû â ñòðóêòóðå ýíåðãåòè÷åñêîãî áàëàíñà Ðîññèè. Òîëüêî ÷àñòü ýíåðãèè, âûäåëÿþùåéñÿ ïðè ñæèãàíèè ÏÃ, èäåò íà ïðèäàíèå âûïóñêàåìîìó ïðîäóêòó çàäàííûõ ñâîéñòâ, ò.å. ïîëåçíî èñïîëüçóåòñÿ. Çíà÷èòåëüíóþ äîëþ òåïëîâûõ îòõîäîâ ÂÒÓ ñîñòàâëÿþò òåïëîâûå ïîòîêè ñ äûìîâûìè ãàçàìè (ÄÃ) è ÷åðåç íàðóæíûå îãðàæäåíèÿ (ÍÎ) àãðåãàòîâ. Òàê, â ñòåêëîâàðåííûõ óñòàíîâêàõ òîëüêî ïðèáëèçèòåëüíî 1/4 ÷àñòü ýíåðãèè, ïîëó÷åííîé ïðè ñæèãàíèè òîïëèâà, èñïîëüçóåòñÿ ïîëåçíî, à îñòàëüíàÿ ÷àñòü îòâîäèòñÿ èç ïå÷è ñ Äà è ÷åðåç ÍÎ [1].  ýòîé ñâÿçè öåëåñîîáðàçíî ñíèæåíèå äîëè íåèñïîëüçóåìîé ýíåðãèè (òåïëîâûõ îòõîäîâ) äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ óñòàíîâîê. Ðåøåíèå ýòîé çàäà÷è îñóùåñòâëÿåòñÿ â ðàìêàõ ìåòîäîëîãèè, â îñíîâå êîòîðîé ëåæàò ìåòîäû, îïèðàþùèåñÿ íà ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ìîäåëè ïðîöåññîâ, ïðîòåêàþùèõ â ÂÒÓ è âñïîìîãàòåëüíîì îáîðóäîâàíèè. Ñòåïåíü àäåêâàòíîñòè ýòèõ ìîäåëåé, à òàêæå âîçìîæíîñòü âàðüèðîâàíèÿ èñïîëüçóåìûõ â íèõ ôàêòîðîâ, âëèÿþùèõ íà îðãàíèçàöèþ è èíòåíñèôèêàöèþ òåïëîòåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà, îïðåäåëÿþò ýíåðãåòè÷åñêóþ ýôôåêòèâíîñòü ÂÒÓ. Ìàòåðèàëû è ìåòîäû Îáúåêòîì èññëåäîâàíèÿ ÿâëÿþòñÿ ýëåìåíòû òåïëîèñïîëüçóþùåãî îáîðóäîâàíèÿ — ïîâåðõíîñòè è êàíàëû ñ èíòåíñèôèêàòîðàìè òåïëîîáìåíà â âèäå âûñòóïîâ è óãëóáëåíèé, ýëåìåíòû òåïëîòåõíè÷åñêèõ óñòàíîâîê, ïîäâåðãàåìûå âîçäåéñòâèþ òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ â óñëîâèÿõ ôèëüòðàöèè òåïëîíîñèòåëÿ èëè õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé, à òàêæå ÂÒÓ, â êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ òåðìîõèìè÷åñêàÿ ðåãåíåðàöèÿ (ÒÕÐ) òåïëîòû âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ òîïëèâà. Ïðåäìåò èññëåäîâàíèé — òåïëîìàññîîáìåííûå ïðîöåññû, êîòîðûå ñïîñîáíû îáåñïå÷èòü ýêîíîìèþ Ïà çà ñ÷åò ÒÕÐ è ïîâåðõíîñòíûõ èíòåíñèôèêàòîðîâ òåïëîîáìåíà.  íàñòîÿùåé ñòàòüå ïðåäñòàâëåí îáçîð ýíåðãîñáåðåãàþùèõ ìåðîïðèÿòèé, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè òîïëèâíûõ ÂÒÓ, ðàáîòàþùèõ íà ïðèðîäíîì ãàçå. 30 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 1. Ñòåêëîâàðåííàÿ ïå÷ü è ìåðîïðèÿòèÿ ïî ïîâûøåíèþ åå ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè Àíàëèçó ïîäâåðãíóòû â îñíîâíîì ïóáëèêàöèè, â êîòîðûõ îòðàæåíû ðåçóëüòàòû òð¸õ ìåòîäîâ èññëåäîâàíèÿ: ýêñïåðèìåíò, òåîðèÿ è ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå. Àíàëèç ýíåðãîñáåðåãàþùèõ ìåðîïðèÿòèé Ðàññìîòðèì ýíåðãîñáåðåãàþùèå ìåðîïðèÿòèÿ, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 1. 1. Cíèæåíèå òåïëîâûõ ïîòåðü ÷åðåç íàðóæíîå îãðàæäåíèå ÂÒÓ. Ñîãëàñíî [2], îäíèì èç âàæíåéøèõ êðèòåðèåâ îöåíêè ýôôåêòèâíîñòè ÂÒÓ ÿâëÿåòñÿ îòíîøåíèå íåðåãåíåðèðóåìîãî ïîòîêà òåïëîòû â îêðóæàþùóþ ñðåäó Qîñ ÷åðåç îãðàæäåíèå ðàáî÷åãî ïðîñòðàíñòâà ÂÒÓ ê òåõíîëîãè÷åñêîìó òåïëîïîòðåáëåíèþ ïðîöåññà Qòåõ. Âëèÿíèå Qîñ íà ðàñõîä òîïëèâà ÂÒÓ îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì b / b 0 = (1 + Q îñ / Q òåõ ), ãäå b è b0 — ôàêòè÷åñêèé è òåîðåòè÷åñêè ìèíèìàëüíûé óäåëüíûå ðàñõîäû òîïëèâà. Òðàäèöèîííûé ïóòü ñíèæåíèÿ Qîñ ñâÿçàí ñ óâåëè÷åíèåì òåðìè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îáìóðîâêè ïîñðåäñòâîì èñïîëüçîâàíèÿ ìíîãîñëîéíûõ îãðàæäåíèé è íîâûõ òåïëîèçîëÿöèîííûõ ìàòåðèàëîâ, îáëàäàþùèõ ìàëûì êîýô- ôèöèåíòîì òåïëîïðîâîäíîñòè è äîñòàòî÷íîé îãíåóïîðíîñòüþ. Îäíàêî â ðÿäå ñëó÷àåâ óâåëè÷åíèå òîëùèíû îãðàæäåíèÿ ïå÷è ìîæåò îêàçàòüñÿ íåâûãîäíûì, òàê êàê ïðèðîñò å¸ ñòîèìîñòè ìîæåò çíà÷èòåëüíî ïðåâûñèòü ñòîèìîñòü ñýêîíîìëåííîãî òîïëèâà. Ïîýòîìó â ðàáîòàõ [3 – 5] ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü àëüòåðíàòèâíîå ðåøåíèå ïî ñíèæåíèþ Qîñ, îñíîâàííîå íà ïðèìåíåíèè ïðîíèöàåìûõ ñòåíîê — ôèëüòðóåìîé òåïëîâîé èçîëÿöèè. Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû ïðèìåðû îðãàíèçàöèè ôèëüòðóåìîé èçîëÿöèè (ÔÈ) â ÍÎ ÂÒÓ. Ÿ èñïîëüçîâàíèå â ÍÎ ÂÒÓ ïîâûøàåò òåðìîñòîéêîñòü êîíñòðóêöèè ïóòåì îðãàíèçàöèè íàïðàâëåííîãî âäóâà âîçäóõà ÷åðåç ïðîíèöàåìûå ó÷àñòêè îãðàæäåíèÿ, ÷òî îáåñïå÷èâàåò îõëàæäåíèå òåïëîíàïðÿæåííûõ ó÷àñòêîâ [5, 6]. Îíî òàêæå ñïîñîáñòâóåò ñîêðàùåíèþ óäåëüíîãî ðàñõîäà òîïëèâà [2, 3] ïîñðåäñòâîì ñíèæåíèÿ ïîòåðü òåïëîòû â îêðóæàþùóþ ñðåäó [5, 6] è ÷àñòè÷íîé ðåãåíåðàöèè Qîñ. Âîçäóõ, ïðîõîäÿ ÷åðåç ÔÈ è îñâàèâàÿ ÷àñòü ïîòîêà Qîñ, äàëåå ìîæåò áûòü íàïðàâëåí â ãîðåëêè èëè íà ïîäîãðåâ øèõòîâûõ ìàòåðèàëîâ [2, 3].  ïóáëèêàöèè [2] óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî ïðèìåíåíèå ïîðèñòîé òåïëîèçîëÿöèè ñ ïîäà÷åé îõ- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 31 Ðèñ. 2. Êîíñòðóêöèÿ ôóòåðîâêè ýëåêòðîäóãîâîé ïå÷è ÄÑÏ-3 ñ êîíâåêòèâíûì îõëàæäåíèåì [5] (à); ôóòåðîâêà-îãðàæäåíèå ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïå÷è (á) [3]: 1 — êîæóõ; 2 — ïîëîñòü äëÿ ïîäà÷è îõëàæäàþùåãî âîçäóõà; 3 — êàíàë (ùåëü); 4 — ãàçîíåïðîíèöàåìûé îãíåóïîðíûé ñëîé; 5 — ãàçîïðîíèöàåìûé ó÷àñòîê èç ïîðèñòîé êåðàìèêè; 6 — ïîëîñòü äëÿ ââîäà ïîäîãðåòîãî âîçäóõà, ñîåäèíåííàÿ ñ ãîðåëî÷íûìè óñòðîéñòâàìè; 7 — ãàçîïëîòíûé îãíåóïîðíûé ñëîé ëàäèòåëÿ — õîëîäíîãî âîçäóõà — íàâñòðå÷ó ïîòîêó òåïëîòû â ïëàâèëüíûõ êàìåðàõ óìåíüøàåò òåïëîâîé ïîòîê ÷åðåç îãðàæäåíèå íà äâà ïîðÿäêà (ñ 1977 äî 13 Âò/ì). Îáîñíîâàíèå íåîáõîäèìîñòè çàùèòû ïîâåðõíîñòåé ÂÒÓ îò âîçäåéñòâèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî ãàçîâîãî ïîòîêà è óìåíüøåíèÿ òåïëîâîãî ïîòîêà Qîñ ïðèâåäåíî â ðàáîòàõ [2 – 5]. Òàì æå èçëîæåíû òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ ïî ñíèæåíèþ Qîñ. Àíàëèç ðàáîò, ïîñâÿùåííûõ öåëåñîîáðàçíîñòè ïðèìåíåíèÿ ôèëüòðóåìîé èçîëÿöèè â îãðàæäåíèè ÂÒÓ, âñêðûë ðàçëè÷èå â ìåòîäàõ ðàñ÷åòà è ïðîòèâîðå÷èâîñòü îòäåëüíûõ ðåçóëüòàòîâ. Îêàçàëîñü, ÷òî îñíîâíûì èñòî÷íèêîì ïðîòèâîðå÷èé ÿâëÿþòñÿ äîïóùåíèÿ è óïðîùåíèÿ, êîòîðûå èñïîëüçîâàëè àâòîðû äëÿ ïîëó÷åíèÿ ðåøåíèé, îïèñûâàþùèõ òåïëîîáìåí â ïîðèñòûõ òåëàõ [7, 8]. Òàê, èñïîëüçîâàíèå óñëîâèÿ ðàâåíñòâà òåìïåðàòóð òåïëîíîñèòåëÿ è òâåðäîãî ñêåëåòà ìàòåðèàëà ñòåíêè ïîçâîëÿåò óéòè îò äåòàëüíîãî îïèñàíèÿ å¸ ñòðóêòóðíîãî ðàçíîîáðàçèÿ. Îäíàêî îíî æå ïîðîäèëî íîâóþ ïðîáëåìó. Êà÷åñòâåííûé å¸ àíàëèç ïîêàçûâàåò [7, 8]: ïîäâîä òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ ê ïðîíèöàåìîé ñòåíêå ìîæåò ïðèâåñòè ê òîìó, ÷òî òåìïåðàòóðà íà å¸ ïðîòèâîïîëîæíîé ñòîðîíå ìîæåò ñòàòü âûøå ñðåäíåìàññîâîé òåìïåðàòóðû ôèëüòðóþùåãîñÿ âîçäóõà íà âûõîäå èç ñòåíêè. Ïîýòîìó âîçíèêàþùèé ïðè ýòîì ñêà÷îê òåìïåðàòóðû âîçäóõà äîëæåí áûòü ó÷òåí êîíêðåòíûì ìåõàíèçìîì ïåðåíîñà òåïëîòû; ïîãëîùåíèå èçëó÷åíèÿ ïîðèñòûì ìàòåðèàëîì ïðîèñõîäèò íå íà åãî ãðàíèöå, à â åãî îáúåìå. Ýòî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ôîðìèðî- âàíèè ìîäåëè, îïèñûâàþùåé ïðîöåññû ïåðåíîñà â òàêîì ìàòåðèàëå.  ðàáîòå [9] âûñêàçàíà èäåÿ èçìåíåíèÿ ðåëüåôà ïîâåðõíîñòè ïîðèñòîãî òåïëîèçîëÿöèîííîãî ñëîÿ ïóòåì íàíåñåíèÿ ëóíîê, ñ ïîìîùüþ ÷åãî ìîæíî çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû ôèëüòðóåìîé èçîëÿöèè. Àâòîðàìè [9] âûïîëíåíî ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå, íî íå ïðåäñòàâëåíû ìîäåëü è ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà. Èçëîæåíû âåêòîðíàÿ äèàãðàììà äâèæåíèÿ âîçäóõà âäîëü ïðåäëîæåííîé êîíñòðóêöèè ïîðèñòîãî ñëîÿ è êà÷åñòâåííûé âûâîä î çíà÷èòåëüíîé èíòåíñèôèêàöèè òåïëîîòäà÷è, âûçâàííîé îáðàçîâàíèåì óñòîé÷èâîãî âèõðÿ ó ôðîíòàëüíîé ÷àñòè ëóíêè. Èñïîëüçóåìîå â ðÿäå ðàáîò îïèñàíèå ïåðåíîñà òåïëîòû ÷åðåç ÍÎ ñ ÔÈ â ðàìêàõ ðåøåíèÿ çàäà÷è ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ÂÒÓ íå ó÷èòûâàåò íþàíñû, ñïîñîáíûå ïîâëèÿòü íà çíà÷åíèå ðåãåíåðèðóåìîãî òåïëîâîãî ïîòîêà. Ýòî îòíîñèòñÿ ê îïèñàíèÿì, êîòîðûå îñíîâàíû íà ìîäåëÿõ ñ ñîñðåäîòî÷åííûìè ïàðàìåòðàìè, â ïðèáëèæåíèè íå ñìûêàþùèõñÿ ïîãðàíè÷íûõ ñëîåâ, âûñîêîãî êîýôôèöèåíòà òåïëîîòäà÷è ìåæäó ôèëüòðóåìûì âîçäóõîì è ñòåíêàìè ïîð ïîðèñòîãî òåïëîçàùèòíîãî ìàòåðèàëà, à òàêæå íà ïðåíåáðåæåíèè îáúåìíûì ìåõàíèçìîì ïîãëîùåíèÿ òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ ïîðèñòûìè ìàòåðèàëàìè. Òàêîé ïîäõîä ìîæåò ïðèâåñòè ê çàìåòíîé ïîãðåøíîñòè â îöåíêå òåìïåðàòóðû ïîäîãðåâà âîçäóõà â êàíàëàõ íàðóæíîãî îãðàæäåíèÿ è, êàê ñëåäñòâèå, ê íåàäåêâàòíîé îöåíêå èçìåíåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ÂÒÓ. Öåëåñîîáðàçíî ïðîâåñòè áîëåå äåòàëüíîå ìîäåëèðîâàíèå, ñíè- 32 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ìàþùåå óêàçàííûå ïðîáëåìû. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî âûïîëíèòü: à) êîððåêòèðîâêó îïèñàíèÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé è óðàâíåíèÿ ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè, îáû÷íî ïðåäñòàâëÿåìîãî â âèäå óðàâíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè, â çàäà÷àõ íàãðåâà òâåðäûõ ïîðèñòûõ òåë èçëó÷åíèåì ñ ýôôåêòèâíûìè òåïëîôèçè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè (ÒÔÑ). Ïðè÷èíà â òîì, ÷òî èñòî÷íèê òåïëîòû, ôîðìèðóåìûé ïîä âîçäåéñòâèåì âíåøíåãî èçëó÷åíèÿ, ìîæåò ðàñïîëàãàòüñÿ íå íà ïîâåðõíîñòè íàãðåâàåìîãî òåëà, à â ïðèãðàíè÷íîé îáëàñòè èëè äàæå âî âñåì åãî îáúåìå; á) ñîçäàíèå äëÿ òàêîé ìîäåëè íîâûõ ìåòîäîâ îïðåäåëåíèÿ ÒÔÑ ïîðèñòûõ ïîëóïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ, êîòîðûå äîëæíû áûòü îñíîâàíû íå íà ñâåäéíèè âñåõ ñîñòàâëÿþùèõ ñëîæíîãî òåïëîîáìåíà ê äîìèíèðóþùåìó ìåõàíèçìó, à ó÷èòûâàòü èõ äåéñòâèå ñîâìåñòíî è â ÿâíîì âèäå.  êà÷åñòâå îñíîâû äëÿ òàêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëèòåðàòóðó [10, 11]. Ñ öåëüþ îïðåäåëåíèÿ ÒÔÑ ïîðèñòûõ ïîëóïðîçðà÷íûõ òåë, íàãðåâàåìûõ èçëó÷åíèåì, ïðèìåíÿëàñü ìåòîäèêà, èçëîæåííàÿ â ðàáîòàõ [12, 13]. Ïåðâàÿ ðåàëèçàöèÿ ýòîé ìåòîäèêè áûëà âûïîëíåíà íà ìîäåëè ïîðèñòîãî ïîëóïðîçðà÷íîãî òåëà, ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé ïàêåò èç ñëîåâ òåêñòèëüíîãî ìàòåðèàëà [11 – 13].  2021 ã. àâòîðîì áûëà ïðîâåäåíà ìîäåðíèçàöèÿ ìåòîäèêè.  íå¸ áûë ââåäåí èçìåíÿþùèéñÿ âî âðåìåíè ïîòîê âíåøíåãî èçëó÷åíèÿ, è ïðîöåññ íàãðåâà ðàçáèò íà äâà ýòàïà. Ïåðâûé ýòàï ñîîòâåòñòâóåò íà÷àëüíîìó ýòàïó íàãðåâà, à âòîðîé — ïîñòîÿííîé âåëè÷èíå ïàäàþùåãî ïîòîêà èçëó÷åíèÿ è èçâåñòíîìó ðàñïðåäåëåíèþ òåìïåðàòóðû â îáðàçöå íà ìîìåíò íà÷àëà ýòîãî ýòàïà. Ìîäåðíèçèðîâàííàÿ ìåòîäèêà ðåàëèçîâàíà â ðàáîòå [3] ïîä ðóêîâîäñòâîì è ïðè íåïîñðåäñòâåííîì ó÷àñòèè àâòîðà äàííîé ñòàòüè. Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû ÂÒÓ ìîæíî äîñòè÷ü ïðèìåíåíèåì âèõðåâûõ èíòåíñèôèêàòîðîâ òåïëîîáìåíà â âåíòèëèðóåìûõ êàíàëàõ ÍÎ. Öåëåñîîáðàçíîñòü òàêîãî ðåøåíèÿ îáîñíîâàíà â ëèòåðàòóðå [7 – 9]. 2. Ñíèæåíèå òåïëîâûõ ïîòåðü ñ óõîäÿùèìè ÄÃ. Äàííàÿ ïðîöåäóðà ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàíà â ðàìêàõ ðåãåíåðàòèâíûõ òåïëîâûõ ñõåì ïîñðåäñòâîì êîíâåêòèâíûõ è ðàäèàöèîííûõ òåïëîîáìåííûõ àïïàðàòîâ (ÒÀ). Îäíî èç íàïðàâëåíèé ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè êîíâåêòèâíûõ ÒÀ — ïðèìåíåíèå ïî- ¹ 6, 2025 âåðõíîñòíûõ èíòåíñèôèêàòîðîâ òåïëîîáìåíà. Ñðåäè ïàññèâíûõ ìåòîäîâ èíòåíñèôèêàöèè âûäåëÿþòñÿ ëóíêè, êîòîðûå, ïî ìíåíèþ ðÿäà èññëåäîâàòåëåé [14 – 16], îáåñïå÷èâàþò âèõðåâóþ èíòåíñèôèêàöèþ òåïëîîáìåíà (ÂÈÒ) è èìåþò äîñòîèíñòâà, êîòîðûå ïðîÿâëÿþòñÿ â îïåðåæàþùåì ðîñòå îòíîñèòåëüíîãî êîýôôèöèåíòà òåïëîîòäà÷è ïî ñðàâíåíèþ ñ ðîñòîì îòíîñèòåëüíîãî êîýôôèöèåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ. Áîëåå òîãî, ãåíåðèðóåìûå ëóíêàìè â ïîãðàíè÷íûé ñëîé âèõðè ïðåïÿòñòâóþò îñàæäåíèþ çàãðÿçíåíèé íà ïîâåðõíîñòè òåïëîîáìåííûõ ïëàñòèí, ÷òî ïîâûøàåò ýêñïëóàòàöèîííóþ íàäåæíîñòü àïïàðàòà è ñíèæàåò íåîáõîäèìóþ ìîùíîñòü âûòÿæíûõ âåíòèëÿòîðîâ [14]. Ñ öåëüþ èíòåíñèôèêàöèè êîíâåêòèâíîãî òåïëîîáìåíà èñïîëüçóþò âûñòóïû ðàçíîé ôîðìû.  ôóíäàìåíòàëüíûõ òðóäàõ Ë. È. Ðîéçåíà è È. Í. Äóëüêèíà [17], Ä. Êåðíà è À. Êðàóñà [18], à òàêæå äðóãèõ ó÷åíûõ áîëüøîå âíèìàíèå óäåëåíî ð¸áðàì, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ ïî ôîðìå è íàíîñÿòñÿ íà ïëîñêèå è öèëèíäðè÷åñêèå ïîâåðõíîñòè. Òàì æå ïðåäñòàâëåíû â îäíî- è äâóìåðíîé ïîñòàíîâêàõ çàäà÷è ïî îïòèìèçàöèè ïàðàìåòðîâ ðåáåð, èìåþùèõ ðàçíóþ ôîðìó. Ðåøåíèÿ, ïðåäñòàâëåííûå â ýòèõ ðàáîòàõ, ïîëó÷åíû ïðè èçâåñòíîì ëèáî çàäàííîì êîýôôèöèåíòå òåïëîîòäà÷è, êîãäà öåëåâîé ôóíêöèåé ÿâëÿåòñÿ ìèíèìàëüíàÿ ìàññà ðåáðà èëè ìàêñèìàëüíûé òåïëîâîé ïîòîê ÷åðåç åãî îñíîâàíèå. Îïòèìèçàöèþ ïàðàìåòðîâ îäèíî÷íîãî ðåáðà àâòîðû ïðîâîäÿò â óñëîâèÿõ ñèììåòðè÷íîãî òåïëîîáìåíà íà åãî áîêîâûõ ïîâåðõíîñòÿõ, ïîëàãàÿ, ÷òî ðåáðî ÿâëÿåòñÿ òåðìè÷åñêè òîíêèì òåëîì (÷èñëî Áèî Bi £ 0,61 [17]). Ïðè ýòîì îíè íå ó÷èòûâàþò îãðàíè÷åíèå, íàêëàäûâàåìîå íà äîïóñòèìóþ òîëùèíó ðåáðà, êîòîðàÿ âëèÿåò íà ìàêñèìóì òåïëîâîãî ïîòîêà è ìîæåò âûáèðàòüñÿ ïî ñîîáðàæåíèÿì ïðî÷íîñòè èëè äîïóñòèìîãî âåñà êîíñòðóêöèè ÒÀ. Êðîìå òîãî, ýôôåêòèâíîñòü ðåáðà îïðåäåëÿþò ïðè óñëîâèè ðàâåíñòâà êîýôôèöèåíòîâ òåïëîîòäà÷è äëÿ ðåàëüíîãî è èäåàëüíîãî ðåáðà, ÷òî äîïóñòèìî òîëüêî äëÿ òåïëîíîñèòåëåé, ÒÔÑ êîòîðûõ íå çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû îìûâàåìîé ïîâåðõíîñòè ðåáðà. Íàðÿäó ñ ýòèì, ïðè âûáîðå ìàòåðèàëà ðåáðà ïî çíà÷åíèþ åãî ýôôåêòèâíîñòè ïðîÿâëÿåòñÿ íåîäíîçíà÷íîñòü â ïðèíÿòèè ðåøåíèÿ. Ïðè÷èíà â òîì, ÷òî äëÿ îäíîé è òîé æå ýôôåêòèâíîñòè ñóùåñòâóåò áåñêîíå÷íî áîëüøîå êîëè÷åñòâî ïàð ÷èñåë (êîýôôèöèåíòà òåïëîîòäà÷è a è êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè l), ïðè êîòîðûõ òåïëîâûå ïîòîêè áóäóò îòëè÷àòüñÿ äðóã îò äðóãà ïî ñâîèì ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ âåëè÷èíàì. Áîëüøîìó çíà÷åíèþ á ïîòðåáóåòñÿ áîëüøåå çíà÷åíèå l, ÷òîáû ñîîòâåòñòâîâàòü çàäàííîé ýôôåêòèâíîñòè ðåáðà. Âûñîêèå çíà÷åíèÿ a è l ïðèâîäÿò ê óâåëè÷åíèþ ñòîèìîñòè ÒÀ, ÷òî âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ íå ÿâëÿåòñÿ æåëàåìûì. Ïîýòîìó äëÿ îäíîçíà÷íîãî âûáîðà ìàòåðèàëà ðåáðà, îáåñïå÷èâàþùåãî ìàêñèìàëüíûé òåïëîâîé ïîòîê, â ðàáîòå [19] ðåêîìåíäîâàí àëüòåðíàòèâíûé êðèòåðèé äëÿ îïðåäåëåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè îäèíî÷íîãî ðåáðà. Ïîñêîëüêó â ÒÀ êîýôôèöèåíò òåïëîîòäà÷è çàâèñèò îò ãåîìåòðèè êàíàëà, ôîðìó êîòîðîãî îïðåäåëÿþò ðåáðà êîíå÷íûõ ðàçìåðîâ, òî ïðåäñòàâëåííûå â óêàçàííûõ âûøå ðàáîòàõ ôîðìóëû òðåáóþò êîððåêòèðîâêè ââèäó ñëåäóþùèõ ïðè÷èí: ïîëó÷åíû â ðàìêàõ îäíîìåðíîãî ïðèáëèæåíèÿ; íå îïðåäåëÿþò ýêñòðåìàëüíûå çíà÷åíèÿ òåïëîâîãî ïîòîêà âî âíåøíþþ ñðåäó è ïîýòîìó íå ïîçâîëÿþò óñòàíîâèòü îïòèìàëüíûå ãåîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè êàíàëà âìåñòå ñ ðåæèìíûìè ïàðàìåòðàìè îðãàíèçóåìîãî ïðîöåññà, êîòîðûå ñïîñîáíû îáåñïå÷èòü ýôôåêòèâíóþ òåïëîîòäà÷ó êîíâåêöèåé [17, 19]. Ýòî æå êàñàåòñÿ è ýìïèðè÷åñêèõ ôîðìóë äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòà òåïëîîòäà÷è a, òàê êàê îáëàñòü èõ ïðèìåíåíèÿ îãðàíè÷åíà ñïîñîáîì âûáîðà õàðàêòåðíîãî ëèíåéíîãî ðàçìåðà (ãèäðàâëè÷åñêîãî äèàìåòðà dã èëè äëèíû ïîâåðõíîñòè òåïëîîáìåíà l), êîòîðûé íå äîëæåí ïðîòèâîðå÷èòü óñëîâèþ îäíîìåðíîãî ïðèáëèæåíèÿ, èñïîëüçîâàííîãî â çàäà÷àõ îïòèìèçàöèè ïàðàìåòðîâ îäèíî÷íîãî ðåáðà. 3. Àíàëèç ñïîñîáîâ óòèëèçàöèè òåïëîâûõ îòõîäîâ òîïëèâíûõ ÂÒÓ. Îáçîð ýíåðãîñáåðåãàþùèõ ìåðîïðèÿòèé, ïðèìåíÿåìûõ â ÂÒÓ, ïîêàçàë ðåäêîå èñïîëüçîâàíèå òåðìîõèìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèè (ÒÕÐ) òåïëîòû ãàçîâûõ îòõîäîâ Q ã.î [20]. Òåõíîëîãèÿ ÒÕÐ îñíîâàíà íà ýíäîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå êîíâåðñèè èñõîäíîãî îðãàíè÷åñêîãî òîïëèâà, â õîäå êîòîðîãî ïîãëîùàåòñÿ òåïëîòà âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ äûìîâûõ ãàçîâ.  ðåçóëüòàòå îáðàçóåòñÿ âòîðè÷íîå òîïëèâî — ñèíòåç-ãàç, íàïðàâëÿåìûé íà îòîïëåíèå ÂÒÓ [20]. Îäíà èç ïðè÷èí îãðàíè÷åííîñòè ìàñøòàáîâ ïðîåêòèðîâàíèÿ è âíåäðåíèÿ óñòàíîâîê ñ ÒÕÐ ñâÿçàíà ñ òðóäíîñòüþ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîöåññîâ òåïëî- è ìàññîîáìåíà è ãèäðîäèíàìèêè ñ íåðàâíîâåñíûìè õèìè÷åñêèìè ïðåâðàùåíèÿìè, çíà÷èòåëüíûìè ëó÷èñòûìè ïîòîêàìè, ñóùåñòâåííîé ïåðåìåííîñòüþ òåïëîôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ â àïïàðàòàõ ñî ñëîæíîé ãåîìåòðèåé ïðîòî÷íîé ÷àñòè [1].  ñâÿçè ñ ýòèì âîçíèêàåò ïîòðåáíîñòü â ðàçðàáîòêå ìà- ¹ 6, 2025 33 òåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé, ïðîãðàìì è ýôôåêòèâíûõ ìåòîäèê äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñïîñîáîâ ýêîíîìèè Ïà ïîñðåäñòâîì ÒÕÐ òåïëîâûõ îòõîäîâ, â îöåíêå öåëåñîîáðàçíîñòè èõ ïðèìåíåíèÿ â òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ óñòàíîâêàõ. 4. Ðåãåíåðàòèâíîå èñïîëüçîâàíèå òåïëîòû òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîäóêòà íà ñòàäèè åãî îõëàæäåíèÿ. Äàííîå ýíåðãîñáåðåãàþùåå ìåðîïðèÿòèå ÿâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíûì òåõíè÷åñêèì ðåøåíèåì äëÿ ðÿäà ÂÒÓ. Íàïðèìåð, â ñòåêëîâàðåííîé óñòàíîâêå ìîæíî ðåãåíåðèðîâàòü òåïëîòó ðàñïëàâà ñòåêëîìàññû, ðàññåèâàåìóþ ÷åðåç îãðàæäåíèå ñòóäî÷íîé çîíû Q ñòì . Ñ ýòîé öåëüþ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ÒÀ, ñîñòîÿùèå èç òðóá Ôèëüäà. Îáçîð ëèòåðàòóðû, ïîñâÿùåííîé òåïëîòåõíè÷åñêîìó ðàñ÷åòó òðóá Ôèëüäà, ïîêàçàë, ÷òî ïðèâëåêàåìûå äëÿ ýòîé öåëè ìîäåëè ÿâëÿþòñÿ îäíîìåðíûìè è ñóùåñòâåííî óïðîùåííûìè. Òàê, â ïóáëèêàöèÿõ [21] è [22] ïðåäñòàâëåíû àíàëèòè÷åñêèå ìîäåëè, îïèñûâàþùèå òåïëîîáìåí â òðóáå Ôèëüäà ïðè óñëîâèè èäåàëüíîãî ïåðåìåøèâàíèÿ òåïëîíîñèòåëÿ â å¸ òóïèêîâîé çîíå. Òàêîå äîïóùåíèå ïðèâîäèò ê ðàâåíñòâó òåìïåðàòóð òåïëîíîñèòåëÿ íà âûõîäå öåíòðàëüíîãî è íà âõîäå êîëüöåâîãî êàíàëîâ. Ýòî óïðîùàåò ïðîöåññ ìîäåëèðîâàíèÿ è ïîçâîëÿåò àíàëèòè÷åñêèì ìåòîäîì óñòàíîâèòü ñâÿçü ìåæäó èñêîìûìè è èñõîäíûìè âåëè÷èíàìè. Îòëè÷èå îòìå÷åííûõ ìîäåëåé äðóã îò äðóãà ïðîÿâëÿåòñÿ â çàïèñè îäíîãî èç òðåõ óðàâíåíèé, â êîòîðîì ñõîæèå ñëàãàåìûå èìåþò ðàçíûå çíàêè. Îïûò è êà÷åñòâåííûé àíàëèç âûïîëíåíèÿ óñëîâèÿ èäåàëüíîãî ïåðåìåøèâàíèÿ â òóïèêîâîé çîíå óêàçûâàþò íà òî, ÷òî å¸ ðàçìåð, ðåæèì òå÷åíèÿ òåïëîíîñèòåëÿ è âíåøíèå óñëîâèÿ òåïëîîáìåíà èãðàþò âàæíóþ ðîëü â ïðîöåññå âûðàâíèâàíèÿ óïîìÿíóòûõ òåìïåðàòóð [1, 8]. Ïðàêòèêà ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïîêàçûâàåò, ÷òî ñîâåðøåíñòâîâàíèå ìåòîäîâ ðàñ÷åòà òðóá Ôèëüäà âîçìîæíî ïîñðåäñòâîì ïðîãðàììíûõ èíñòðóìåíòîâ, ïîçâîëÿþùèõ ïðîâåñòè ïàðàìåòðè÷åñêîå 3D-ìîäåëèðîâàíèå ïðîöåññà â òðóáå Ôèëüäà è îïðåäåëèòü îáëàñòè å¸ ýôôåêòèâíîãî èñïîëüçîâàíèÿ, íàïðèìåð, â àïïàðàòàõ ñèñòåìû êîìïëåêñíîé óòèëèçàöèè òåïëîâûõ îòõîäîâ ÂÒÓ [1]. 5. Îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè ýíåðãîñáåðåãàþùèõ ìåðîïðèÿòèé. Ñðåäè ïóáëèêàöèé, ïîñâÿùåííûõ ôîðìèðîâàíèþ è èññëåäîâàíèþ ýíåðãîñáåðåãàþùèõ òåïëîâûõ ñõåì ñòåêëîâàðåííîé óñòàíîâêè, ïðåäñòàâëÿþò èí- 34 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ Ðèñ. 3. Ðàñõîä è ýêîíîìèÿ òîïëèâà â âàðèàíòàõ ñõåì óòèëèçàöèè òåïëîâûõ îòõîäîâ ñòåêëîâàðåííîé óñòàíîâêè ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ 16 ò/ñóò: Â1 — ñõåìà ñ òåðìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèåé Q ã.î ; Â2 — ñõåìà ñ òåðìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèåé Q ã.î è Q ñòì ; B3 — ñõåìà ñ òåðìîõèìè÷åñêîé è òåðìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèåé Q ã.î ; B4 — ñõåìà ñ òåðìîõèìè÷åñêîé è òåðìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèåé Q ã.î è Q ñòì òåðåñ ðàáîòû [1, 7, 8], âûïîëíåííûå ïîä íàó÷íûì ðóêîâîäñòâîì àâòîðà äàííîé ñòàòüè. Ðåçóëüòàòû ñîïîñòàâèòåëüíîãî àíàëèçà ýíåðãîñáåðåãàþùåãî ýôôåêòà îò ïðèìåíåíèÿ ðàññìîòðåííûõ â [1, 3] òåïëîâûõ ñõåì ïðèâåäåíû íà ðèñ. 3. Âèäíî, ÷òî óòèëèçàöèÿ òåïëîâûõ îòõîäîâ ïîñðåäñòâîì òåðìîõèìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèè è èñïîëüçîâàíèåì ñèñòåìû ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîäîãðåâà øèõòû è îêèñëèòåëÿ çà ñ÷åò òåïëîâûõ ïîòîêîâ Q ã.î è Q ñòì (ñõåìà Â4) ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ýíåðãèè íà 21,95 % ïî ñðàâíåíèþ ñ òåðìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèåé Q ã.î ïîñðåäñòâîì ïîäîãðåâà âîçäóõà ãîðåíèÿ (ñõåìà Â1). Èç ðèñ. 5 ñëåäóåò, ÷òî äëÿ óñòàíîâêè 16 ò/ñóò ïåðåõîä îò ñõåìû Â1 ê ñõåìå Â4 ïîçâîëÿåò ñýêîíîìèòü òîïëèâî íà 33,3 % è óìåíüøèòü çàòðàòû ïðèðîäíîãî ãàçà íà 0,284 ìëí ì3 â ãîä. Êîìïëåêñíîå ïðèìåíåíèå âñåõ èññëåäîâàííûõ ýíåðãîñáåðåãàþùèõ ìåðîïðèÿòèé äëÿ ñòåêëîâàðåííûõ ïå÷åé ìîæåò äàòü ýíåðãîñáåðåãàþùèé ýôôåêò äî 50 %. Âûâîäû 1. Äîñòîèíñòâî èëè ïðåèìóùåñòâî òîé èëè èíîé ìåòîäîëîãèè, ñïîñîáñòâóþùåé äîñòèæåíèþ ïîñòàâëåííîé öåëè, îïðåäåëÿåòñÿ ñîâîêóïíîñòüþ è ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ òåõ ìåòîäîâ, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ â å¸ èíñòðóìåíòàðèè. Ïîýòîìó àêòóàëüíà çàäà÷à ðàçðàáîòêè ìåòîäîëîãèè êàê ñîâîêóïíîñòè ìåòîäîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ ïîâûøåíèå ýíåðãåòè÷åñêîé ýô- ¹ 6, 2025 ôåêòèâíîñòè ÂÒÓ, èñïîëüçóþùèõ ïðèðîäíûé ãàç êàê òîïëèâî. 2. Ó÷èòûâàÿ ðåçóëüòàòû ïðîâåäåííîãî àíàëèçà, ïðèõîäèì ê âûâîäó î íåîáõîäèìîñòè ðàçðàáîòêè ìåòîäîëîãèè, ëèøåííîé îòìå÷åííûõ âûøå ïðîáëåì.  íå¸ äîëæíû âîéòè èííîâàöèîííûå ìåòîäû ðàñ÷åòà è íàó÷íî-òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ ïî ñîçäàíèþ ýíåðãîñáåðåãàþùèõ òåõíîëîãèé, ìèíèìèçèðóþùèõ ïîòðåáëåíèå ïðèðîäíîãî ãàçà êàê òîïëèâà íà îñíîâå: èñïîëüçîâàíèÿ òåðìîõèìè÷åñêîé ðåãåíåðàöèè òåïëîòû ïðîäóêòîâ åãî ñãîðàíèÿ; ïðèìåíåíèÿ ýôôåêòèâíîãî òåïëîîáìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ, èñïîëüçóþùåãî âèõðåâûå èíòåíñèôèêàòîðû òåïëîîáìåíà; îáîáùåíèÿ äàííûõ, ïîëó÷åííûõ ìåòîäàìè ôèçè÷åñêîãî è ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 1. Âó Âàí ×üåí. Èñïîëüçîâàíèå òðóá Ôèëüäà â àïïàðàòàõ ñèñòåìû êîìïëåêñíîé óòèëèçàöèè òåïëîâûõ îòõîäîâ âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ óñòàíîâîê: Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Ì.: «ÍÈÓ «ÌÝÈ», 2012. — 20 ñ. 2. Ãîðþíîâà È. Þ. Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè âàííûõ ñòåêëîâàðåííûõ ïå÷åé íà áàçå ïðèìåíåíèÿ ôèëüòðóåìîé èçîëÿöèè ðàáî÷åãî ïðîñòðàíñòâà: Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Ì.: ÌÝÈ, 1988. — 20 ñ. 3. Ôóòåðîâêà-îãðàæäåíèå ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïå÷è: à.ñ. 1354016 ÑÑÑÐ. ¹ 4170832/31-02 / Ãîâîðóõèí Ë. Í., Êîñåíêîâ Â. È., Ñåðãèåâñêèé Ý. Ä.; çàÿâë. 31.12.86; îïóáë. 23.09.88, Áþë. ¹ 35. 2 ñ. 4. Ïåðåëåòîâ È. È., Ìèòðîõèí Þ. Ñ. Ïîâûøåíèå ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè êàìåðíûõ íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé çà ñ÷åò ïðèìåíåíèÿ ôèëüòðóåìîãî îãðàæäåíèÿ ðàáî÷åãî ïðîñòðàíñòâà / È. È. Ïåðåëåòîâ, Þ. Ñ. Ìèòðîõèí // Èçâ. ÂÓÇîâ — Ýíåðãåòèêà. –1989. — ¹ 12. — Ñ. 82–86. 5. Àëèìãàçèí, À. Ø. Êîìïëåêñíîå èññëåäîâàíèå ãàçîäèíàìèêè è òåïëîîáìåíà â îãðàæäåíèè òåïëîòåõíîëîãè÷åñêîé óñòàíîâêè / À. Ø. Àëèìãàçèí, À. X. Àêèøåâ, Þ. À. Ìàðòûíîâ, Ñ. Í. Õàðëàìîâ, Â. Ï. Ìîòóëåâè÷, Ý. Ä. Ñåðãèåâñêèé // Òåïëîýíåðãåòèêà. — 1988. — ¹ 5. — Ñ. 69 – 71. 6. Õîàíã, Õ. Õ. Èññëåäîâàíèå ñëîæíîãî òåïëîîáìåíà â òðóáàõ Ôèëüäà è èõ èñïîëüçîâàíèå â ýíåðãîñáåðåãàþùåé ñõåìå ñòåêëîâàðåííîé óñòàíîâêè: Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Ì.: ÌÝÈ, 2010. — 20 ñ. 7. Âàñèëüåâà, Í. È. Ìîäåëèðîâàíèå òåïëîìàññîîáìåííûõ ïðîöåññîâ â êàíàëàõ òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîìûøëåííûõ óñòàíîâîê ñ ó÷åòîì âëèÿíèÿ âíåøíèõ ôàêòîðîâ: Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Ì.: ÌÝÈ, 2005. — 20 ñ. 8. Âó Ñè Êè. Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè âûñîêîòåìïåðàòóðíîé óñòàíîâêè ïîñðåäñòâîì âèõðåâûõ èíòåíñèôèêàòîðîâ òåïëîîáìåíà ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ â êàíàëàõ íàðóæíîãî îãðàæäåíèÿ: Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê.– Ì.: ÌÝÈ, 2021. — 20 ñ. 9. Ñåðãèåâñêèé, Ý. Ä. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ôèëüòðóåìîé èçîëÿöèè âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ïå÷è ïðè íàïðàâëåííîé ïîäà÷å îõëàäèòåëÿ / Ý. Ä. Ñåðãèåâñêèé, À. Í. Êðûëîâ // Âåñòíèê ÌÝÈ. – 2006. — ¹ 5. — Ñ. 115 – 120. 10. Ãëàçîâ, Â. Ñ. Òåìïåðàòóðíîå ïîëå ïîðèñòîé ïëàñòèíû ïðè ëó÷èñòîì íàãðåâå è ôèëüòðàöèè òåïëîíîñèòåëÿ / Â. Ñ. Ãëàçîâ, Î. Á. Êîëèáàáà, À. Â. Æåãëîâ, Ñ. Å. Ïåòðîâà // Òåçèñû äîêë. Ìåæäóíàðîäíîé íàó÷íî-òåõíè÷. êîíô. «Ñîñòîÿíèå è ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ ýëåêòðîòåõíîëîãèè» XIII Áåíàðäîñîâñêèå ÷òåíèÿ. — Èâàíîâî: ÈÃÝÓ, 2006. — Ñ. 62 – 65. 11. Ãëàçîâ, Â. Ñ. Ñîâåðøåíñòâîâàíèå ìåòîäîâ ðàñ÷åòà, ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è êîíñòðóêöèé òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèõ óñòàíîâîê ïðè íàãðåâå ïîðèñòûõ òåë èçëó÷åíèåì: Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Ìèíñê, 1990. — 18 ñ. 12. Ãëàçîâ, Â. Ñ. Îïðåäåëåíèå òåïëîôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîðèñòûõ ïîëóïðîçðà÷íûõ òåë / Â. Ñ. Ãëàçîâ, Ñ. À. Àáäóëêåðèìîâ, Ì. Ñ. Ïóðäèí, Ê. Á. Àëèåâ // Ñáîðíèê ìàòåðèàëîâ Äåâÿòîé Ìåæäóíàðîäíîé òåïëîôèçè÷åñêîé øêîëû «Òåïëîôèçè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ è èçìåðåíèÿ ïðè êîíòðîëå êà÷åñòâà âåùåñòâ, ìàòåðèàëîâ è èçäåëèé», 6 – 11 îêòÿáðÿ 2014 ã., Òàäæèêèñòàí. — Äóøàíáå: ÎÎÎ «Õîäæè Õàñàí», 2014. — 839 ñ. 13. Ãëàçîâ, Â. Ñ. Îïðåäåëåíèå òåïëîôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîëóïðîçðà÷íîé ïîðèñòîé ïëàñòèíû ïðè íàãðåâå å¸ èçëó÷åíèåì / Â. Ñ. Ãëàçîâ, Ì. Â. Ãîðåëîâ, Ì. Þ. Þðêèíà // Àêòóàëüíûå ïðîáëåìû ñóøêè è òåðìîâëàæíîñòíîé îáðàáîòêè ìàòåðèàëîâ â ðàçëè÷íûõ îòðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè è àãðîïðîìûøëåííîì êîìïëåêñå [Òåêñò]: Ñáîðíèê íàó÷íûõ ñòàòåé Ïåðâûõ Ìåæäóíàðîäíûõ Ëûêîâñêèõ íàó÷íûõ ÷òåíèé (22 – 23 ñåíòÿáðÿ 2015 ãîäà), ÐÃÀÓ-ÌÑÕÀ èìåíè Ê. À. Òèìèðÿçåâà. — Êóðñê: ÇÀÎ «Óíèâåðñèòåòñêàÿ êíèãà», 2015. — C. 466 – 469. 14. Ïîïîâ, È. À. Òåïëîãèäðàâëè÷åñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü ïåðñïåêòèâíûõ ñïîñîáîâ èíòåíñèôèêàöèè òåïëîîòäà÷è â êàíàëàõ òåïëîîáìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ ïðè âûíóæäåííîì è ñâîáîäíî êîíâåêòèâíîì äâèæåíèè òåïëîíîñèòåëÿ : Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Êàçàíü: ÊÃÒÓ, 2008. — 40 ñ. 15. Âëàñåíêî, À. Ñ. Óâåëè÷åíèå ýôôåêòèâíîñòè òåïëîîáìåííèêîâ ïîñðåäñòâîì èíòåíñèôèêàöèè òåïëîîáìåíà íà ïîâåðõíîñòÿõ ñî ñôåðè÷åñêèìè óãëóáëåíèÿìè : Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê . — Ì.: ÌÝÈ, 2011. — 20 ñ. 16. Àðáàòñêèé, À. À. Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè ïëàñòèí÷àòûõ òåïëîóòèëèçàòîðîâ ïîñðåäñòâîì èíòåíñèôèêàöèè òåïëîîáìåíà íà ïîâåðõíîñòÿõ ñ îâàëüíûìè ëóíêàìè : Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Ì.: ÌÝÈ, 2016. — 20 ñ. 17. Ðîéçåí, Ë. È. Òåïëîâîé ðàñ÷åò îðåáðåííûõ ïîâåðõíîñòåé / Ë. È. Ðîéçåí, È. Í. Äóëüêèí: ïîä ðåä. Â. Ã. Ôàñòîâñêîãî. — Ì.: Ýíåðãèÿ, 1977. — 256 ñ. 18. Êåðí, Ä. Ðàçâèòûå ïîâåðõíîñòè òåïëîîáìåíà / Ä. Êåðí, À. Êðàóñ. Ïåð. ñ àíãë. — Ì.: Ýíåðãèÿ, 1977. — 464 ñ. ¹ 6, 2025 35 19. Ãëàçîâ, Â. Ñ. Ýôôåêòèâíîñòü òåïëîîáìåííîé ïîâåðõíîñòè, ïðîôèëèðîâàííîé ïðÿìîóãîëüíûìè ðåáðàìè / Â. Ñ. Ãëàçîâ, À. À. Êîáçåâà // Ïðîìûøëåííàÿ ýíåðãåòèêà. — 2023. — ¹ 4. — Ñ. 21 – 29. DOI: 10.34831/EP.2023.20.96.003. 20. Ïîïîâ, Ñ. Ê. Òåðìîõèìè÷åñêàÿ ðåêóïåðàöèÿ â âûñîêîòåìïåðàòóðíîé òåïëîòåõíîëîãèè: Ìîíîãðàôèÿ: / Ñ. Ê. Ïîïîâ. — Ì.: Èçäàòåëüñòâî ÌÝÈ, 2018. — 103 ñ. 21. Ãåëüïåðèí, Í. È. Îñíîâíûå ïðîöåññû è àïïàðàòû õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè / Í. È. Ãåëüïåðèí. — Ì.: Õèìèÿ, 1981. — 812 ñ. 22. Åãîðîâ, Ê. Ñ. Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè òåïëîîáìåííûõ àïïàðàòîâ ãàçîòóðáèííûõ óñòàíîâîê çàìêíóòîãî öèêëà: Àâòîðåô. äèñ. êàíä. òåõí. íàóê. — Ì.: ÌÃÒÓ èì. Í. Ý. Áàóìàíà, 2007. — 20 ñ. References 1. Vu Van Ch’en Ispol’zovanie trub Fil’da v apparatakh sistemy kompleksnoi utilizatsii teplovykh otkhodov vysokotemperaturnykh ustanovok (Use of Field tubes in devices of the system of complex utilization of thermal waste of high-temperature installations), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, MPEI, 2012, p. 20. 2. Goryunova I. Yu. Povyshenie effektivnosti vannykh steklovarennykh pechei na baze primeneniya fil’truemoi izolyatsii rabochego prostranstva (Improving the efficiency of glass melting bath furnaces using filtered insulation of the working space), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, MPEI, 1988, p. 20. 3. Govorukhin L. N., Kosenkov V. I., Sergievskii E. D. Futerovka-ograzhdenie metallurgicheskoi pechi: a.s. 1354016 SSSR (Lining-fencing of a metallurgical furnace: a.s. 1354016 USSR), No. 4170832/31-02, claimed 31.12.86, publ. 23.09.88, Bul. No. 35, p. 2. 4. Pereletov I. I., Mitrokhin Yu. S. Energetika. Izvestiya VUZov i energeticheskikh ob”edinenii SNG (ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations), 1989, No. 12, pp. 82 – 86. 5. Alimgazin A. Sh., Akishev A. X., Martynov Yu. A., Kharlamov S. N., Motulevich V. P., Sergievskii E. D. Teploenergetika (Teploenergetika), 1988, No. 5, pp. 69 – 71. 6. Khoang Kh. Kh. Issledovanie slozhnogo teploobmena v trubakh Fil’da i ikh ispol’zovanie v energosberegayushchei skheme steklovarennoi ustanovki (Study of complex heat transfer in Field tubes and their use in energy-saving scheme of glass melting), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, MPEI, 2010, p. 20. 7. Vasil’eva N. I. Modelirovanie teplomassoobmennykh protsessov v kanalakh teplotekhnologicheskikh promyshlennykh ustanovok s uchetom vliyaniya vneshnikh faktorov (Modeling of heat and mass transfer processes in channels of industrial heat-engineering installations taking into account the influence of external factors), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, MPEI, 2005, p. 20. 36 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ 8. Vu Si Ki. Povyshenie effektivnosti vysokotemperaturnoi ustanovki posredstvom vikhrevykh intensifikatorov teploobmena v kanalakh naruzhnogo ograzhdeniya (Improving the efficiency of a high-temperature installation by means of vortex heat exchange intensifiers in the outer enclosure channels), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, MPEI, 2021, p. 20. 9. Sergievskii E. D., Krylov A. N. Vestnik MEI (MPEI Vestnik), 2006, No. 5, pp. 115 – 120. 10. Glazov V. S., Kolibaba O. B., Zheglov A. V., Petrova S. E. Tezisy dokl. Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnich. Konf. «Sostoyanie i perspektivy razvitiya elektrotekhnologii» XIII Benardosovskie chteniya (Abstracts of the report of the International scientific and technical conference «State and prospects of development of electrotechnology» XIII Benardos readings), Ivanovo, ISPU, 2006, pp. 62 – 65. 11. Glazov V. S. Sovershenstvovanie metodov rascheta, matematicheskogo modelirovaniya i konstruktsii teplotekhnologicheskikh ustanovok pri nagreve poristykh tel izlucheniem (Improving the methods of calculation, mathematical modeling and design of heat-engineering installations for heating porous bodies by radiation), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Minsk, 1990, p. 18. 12. Glazov V. S., Abdulkerimov S. A., Purdin M. S., Aliev K. B. Sbornik materialov Devyatoi Mezhdunarodnoi teplofizicheskoi shkoly «Teplofizicheskie issledovaniya i izmereniya pri kontrole kachestva veshchestv, materialov i izdelii» (Collection of materials of the Ninth International Thermophysical School «Thermophysical Research and Measurements in Quality Control of Substances, Materials and Products»), Tajikistan, Dushanbe, 2014, p. 839. 13. Glazov V. S., Abdulkerimov S. A., Purdin M. S., Aliev K. B. Sbornik materialov Devyatoi Mezhdunarodnoi teplofizicheskoi shkoly «Teplofizicheskie issledovaniya i izmereniya pri kontrole kachestva veshchestv, materialov i izdelii» (Collection of scientific articles of the First International Lykovo Scientific Readings), Russian State Agrarian University, Moscow Timiryazev Agricultural Academy, 2015, pp. 466 – 469, Kursk, ZAO «University Book». 14. Popov I. A. Teplogidravlicheskaya effektivnost’ perspektivnykh sposobov intensifikatsii teplootdachi v kanalakh teploobmennogo oborudovaniya pri vynuzhdennom i svobodno konvektivnom dvizhenii teplonositelya (Thermal-hydraulic efficiency of pro- ¹ 6, 2025 mising methods of heat transfer intensification in heat-exchange equipment channels with forced and free convective movement of the coolant), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Kazan, KNRTU, 2008, p. 40. 15. Vlasenko A. S. Uvelichenie effektivnosti teploobmennikov posredstvom intensifikatsii teploobmena na poverkhnostyakh so sfericheskimi uglubleniyami (Increasing the efficiency of heat exchangers by intensifying heat exchange on surfaces with spherical depressions), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, MPEI, 2011, p. 20. 16. Arbatskii A. A. Povyshenie effektivnosti plastinchatykh teploutilizatorov posredstvom intensifikatsii teploobmena na poverkhnostyakh s oval’nymi lunkami (Increasing the efficiency of plate heat exchangers by intensifying heat exchange on surfaces with oval dimples), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, MPEI, 2016, p. 20. 17. Roizen, L. I., Dul’kin I. N. Teplovoi raschet orebrennykh poverkhnostei (Thermal calculation of ribbed surfaces), Moscow, Energy, 1977, 256 p. 18. Kern D., Kraus A. Razvitye poverkhnosti teploobmena (Developed heat exchange surfaces), translated from English, Moscow, Energy, 1977, 464 p. 19. Glazov V. S., Kobzeva A. A. Promyshlennaya energetika (Industrial power engineering), 2023, No. 4, pp. 21 – 29, DOI: 10.34831/EP. 2023.20. 96.003. 20. Popov S. K. Termokhimicheskaya rekuperatsiya v vysokotemperaturnoi teplotekhnologii (Thermochemical recovery in high-temperature heat technology), Moscow, Publ. MPEI, 2018, 103 p. 21. Gel’perin N. I. Osnovnye protsessy i apparaty khimicheskoi tekhnologii (Basic processes and apparatuses of chemical technology), Moscow, Chemistry, 1981, 812 p. 22. Egorov K. S. Povyshenie effektivnosti teploobmennykh apparatov gazoturbinnykh ustanovok zamknutogo tsikla (Improving the efficiency of heat exchangers of closed-cycle gas turbine units), Abstract of the thesis for the degree of Cand. of Tech. Scien., Moscow, BMSTU, 2007, p. 20. GlazovVS@mpei.ru Äàòà ïîñòóïëåíèÿ 4.04.2025 Äàòà ïðèíÿòèÿ ê ïóáëèêàöèè 25.04.2025 Directions for improving the efficiency of high-temperature heat engineering installations Glazov V. S. An overview of the works devoted to the methods used in the methodology of increasing the energy efficiency of fuel high-temperature heat technology installations powered by natural gas is presented. The limitations of the methods used are noted and solutions that can overcome the identified limitations are indicated. Keywords: efficiency, thermochemical regeneration, heat exchange intensifiers, heat exchange optimization, filtered thermal insulation, thermophysical properties, Field pipe, thermal waste disposal, glassmaking plant, thermal scheme. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 37 DOI: 10.71759/wmx1-rj19 Ñïåöèàëüíîñòè: 2.4.6. Òåîðåòè÷åñêàÿ è ïðèêëàäíàÿ òåïëîòåõíèêà; 2.1.3. Òåïëîñíàáæåíèå, âåíòèëÿöèÿ, êîíäèöèîíèðîâàíèå âîçäóõà, ãàçîñíàáæåíèå è îñâåùåíèå Èññëåäîâàíèå çàâèñèìîñòè ÊÏÄ ðîòîðíîãî òåïëîâîãî óòèëèçàòîðà âûòÿæíîãî âîçäóõà ñèñòåì âåíòèëÿöèè îò ñêîðîñòè åãî âðàùåíèÿ Àðáàòñêèé À. À., êàíä. òåõí. íàóê, Ìå÷íèê Ä. À., àñïèðàíò, Ãîðåëîâ Ì. Â., êàíä. òåõí. íàóê ÔÃÁÎÓ ÂÎ «ÍÈÓ «ÌÝÈ», Ìîñêâà Àíêóäèíîâ À. Ñ., âåäóùèé èíæåíåð-èññëåäîâàòåëü ÎÎÎ «Íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé èíñòèòóò «Ýíåðãîýôôåêòèâíûõ òåõíîëîãèé ìèêðîêëèìàòà» (ÍÈÈ «ÝÒÌ»), Ðÿçàíü  ïðîöåññå ðàçðàáîòêè âåíòèëÿöèîííîãî è êëèìàòè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ íàáëþäàåòñÿ ñóùåñòâåííûé äåôèöèò îïûòíûõ äàííûõ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ ðàñ÷åòà òåïëîâûõ óòèëèçàòîðîâ. Ïðè ýòîì èñïîëüçóþòñÿ îïûòíûå äàííûå èëè ðàñ÷åòíûå ìåòîäû, ÷àñòî íå ñîîòâåòñòâóþùèå õàðàêòåðèñòèêàì ðàáîòû òåïëîâîãî óòèëèçàòîðà â ñîñòàâå îáîðóäîâàíèÿ, òàê êàê ïðè êîíñòðóèðîâàíèè, ñòðåìÿñü ê ìàêñèìàëüíîé êîìïàêòíîñòè îáîðóäîâàíèÿ, íå âñåãäà âûïîëíÿþòñÿ óñëîâèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ âîçäóøíîãî ïîòîêà ïî ñå÷åíèþ òåïëîâîãî óòèëèçàòîðà, êîòîðûå ñîáëþäàþòñÿ ïðè èõ èñïûòàíèÿõ è ïîäðàçóìåâàþòñÿ â ðàñ÷åòíûõ ìåòîäàõ. Ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèå çàâèñèìîñòè ÊÏÄ ðîòîðíîãî òåïëîâîãî óòèëèçàòîðà ñèñòåìû âåíòèëÿöèè â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ è ñðàâíåíèå ñ ñóùåñòâóþùèìè äàííûìè. Êëþ÷åâûå ñëîâà: ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ðîòîðíûõ ðåãåíåðàòîðîâ, ðîòîðíûå òåïëîâûå óòèëèçàòîðû, ñèñòåìû âåíòèëÿöèè è êîíäèöèîíèðîâàíèÿ.  Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè çà ïåðèîä ñ 2000 ïî 2023 ãã. íàáëþäàëñÿ îò÷åòëèâûé ðîñò ñòðîèòåëüñòâà æèëûõ çäàíèé êàê ìíîãîêâàðòèðíûõ, òàê èíäèâèäóàëüíûõ. Äèíàìèêà ââîäà â äåéñòâèå æèëûõ äîìîâ â ðàñ÷åòå íà 1000 ÷åë. íàñåëåíèÿ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1 [1]. Ñòðîèòåëüñòâî æèëûõ çäàíèé âëå÷åò çà ñîáîé ðàçâèòèå èíôðàñòðóêòóðû è, êàê ñëåäñòâèå, ñòðîèòåëüñòâî îáùåñòâåííûõ, àäìèíèñòðàòèâíûõ è ñîöèàëüíûõ îáúåêòîâ. Ïî äàííûì Ìèíñòðîÿ Ðîññèè, â 2023 ã. îáùàÿ ïëîùàäü íåäâèæèìîñòè, ââåäåííîé â ýêñïëóàòàöèþ íà òåððèòîðèè Ðîññèè, ñîñòàâèëà 175 ìëí ì2, áîëåå 20 % èç íèõ ïðèõîäèëàñü íà íåæèëûå çäàíèÿ [2]. Çäàíèÿ ëþáîãî íàçíà÷åíèÿ ÿâëÿþòñÿ ïîòðåáèòåëÿìè òåïëîâîé ýíåðãèè, êîòîðàÿ èäåò íà íóæäû îòîïëåíèÿ, ãîðÿ÷åãî âîäîñíàáæåíèÿ (ÃÂÑ), âåíòèëÿöèè è ïðî÷èå. Äèíàìèêà ïîòðåáëåíèÿ ýíåðãèè íà íóæäû æèëèùíî-êîììóíàëüíîãî ñåêòîðà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2. Ñòðîèòåëüñòâî íîâûõ, áîëåå ýíåðãîýôôåêòèâíûõ çäàíèé è ïîâûøåíèå òåïëîçàùèòû ñóùåñòâóþùèõ, à òàêæå ðîñò èñïîëüçîâàíèÿ Ðèñ. 1. Äèíàìèêà ââîäà â äåéñòâèå æèëûõ äîìîâ çà ïåðèîä 2000 – 2023 ãã., 1 ì2 íà 1000 ÷åë. íàñåëåíèÿ 38 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 2. Äèíàìèêà óäåëüíûõ ðàñõîäîâ ýíåðãèè íà ïðîèçâîäñòâî îòäåëüíûõ âèäîâ ïðîäóêöèè â æèëèùíî-êîììóíàëüíîì ñåêòîðå â 2015 – 2022 ãã. ýíåðãîýôôåêòèâíûõ ñèñòåì ÃÂÑ è áûòîâûõ ïðèáîðîâ ïîçâîëèëè â 2022 ã. ñíèçèòü ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè â æèëèùíîì ñåêòîðå çà ñ÷åò òåõíîëîãè÷åñêîãî ôàêòîðà íà 1,3 ìëí ò ó.ò. Áåç êîððåêöèè íà êëèìàò óäåëüíûå ðàñõîäû ýíåðãèè íà îòîïëåíèå â 2022 ã. îêàçàëèñü ñàìûìè íèçêèìè ñ 2015 ã. Ïðè êîððåêöèè óäåëüíîãî ðàñõîäà íà êëèìàò è óðîâåíü áëàãîóñòðîéñòâà ñîîòâåòñòâóþùèå ðàñõîäû îñòàëèñü íà óðîâíå 2021 ã., êîòîðûé òàêæå ÿâëÿåòñÿ ñàìûì íèçêèì ïîêàçàòåëåì ñ 2015 ã. (ñì. ðèñ. 2). Òåíäåíöèÿ ñíèæåíèÿ óäåëüíîãî ðàñõîäà ýíåðãèè íà íóæäû ÃÂÑ ñîõðàíèëàñü íå òîëüêî çà ñ÷åò ïðîäîëæåíèÿ çàìåíû âîäîðàçáîðíîãî îáîðóäîâàíèÿ è ïîâûøåíèÿ îñíàùåííîñòè ïðèáîðàìè ó÷åòà æèëûõ çäàíèé, íî è çà ñ÷åò îòíåñåíèÿ ïîòðåáëåíèÿ ê áîëüøåé ïëîùàäè, ïî ìåðå ðîñòà îáåñïå÷åííîñòè æèëîé ïëîùàäüþ. Ïîñëå ïîâûøåíèÿ óäåëüíîãî ðàñõîäà íà ïðî÷èå íóæäû íàñåëåíèÿ â 2021 ã. ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè íåñêîëüêî ñîêðàòèëîñü â 2022 ã. [2].  æèëûõ è îáùåñòâåííûõ çäàíèÿõ ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ñèñòåì æèçíåîáåñïå÷åíèÿ ðåàëèçóþòñÿ ñèñòåìû ïðèòî÷íîé è âûòÿæíîé âåíòèëÿöèè.  îáùåñòâåííûõ çäàíèÿõ ñèñòåìû âåíòèëÿöèè ðåàëèçîâàíû ñ ïðèìåíåíèåì ïðèòî÷íî-âûòÿæíûõ óñòàíîâîê, â ñîñòàâ êîòîðûõ âõîäÿò âåíòèëÿòîðû. Âåíòèëÿöèÿ æèëûõ çäàíèé ÿâëÿåòñÿ åñòåñòâåííîé ñ îðãàíèçîâàííûì èëè íåîðãàíèçîâàííûì ïðèòîêîì âîçäóõà. Îäíàêî ñ ðîñòîì ñòðîèòåëüñòâà æèëûõ çäàíèé è óâåëè÷åíèåì äîëè çäàíèé êîìôîðò-, áèçíåñè ïðåìèóì-êëàññîâ ïðèòî÷íî-âûòÿæíûå óñòàíîâêè ìîíòèðóþòñÿ íà ýòàïå ñòðîèòåëüñòâà. Òàêæå â ïîñëåäíåå âðåìÿ íàáëþäàåòñÿ ïîâû- øåííûé ñïðîñ íà óñòðîéñòâî ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé âåíòèëÿöèè ñ ïðèìåíåíèåì èíäèâèäóàëüíûõ ñîâðåìåííûõ ýíåðãîýôôåêòèâíûõ óñòàíîâîê ìàëîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè â ñóùåñòâóþùèõ êâàðòèðàõ çäàíèé ðàçëè÷íîãî êëàññà. Ñîâðåìåííàÿ ïðèòî÷íî-âûòÿæíàÿ óñòàíîâêà âåíòèëÿöèè ñïîñîáíà îáðàáàòûâàòü âîçäóõ â áîëüøîì äèàïàçîíå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïî âîçäóõó (150 – 120 000 ì3/÷). Òàêèå îáúåìû ïåðåìåùàåìîãî âîçäóõà, îñîáåííî â õîëîäíûé ïåðèîä, òðåáóþò ïîäîãðåâà äî òåìïåðàòóðû âíóòðåííåãî âîçäóõà. Ñðåäíÿÿ ðàçíèöà òåìïåðàòóð íàãðåâà âîçäóõà îò íàðóæíîãî äî âíóòðåííåãî — íå ìåíåå 20 °Ñ. Áîëüøèå îáúåìû ïåðåìåùàåìîãî âîçäóõà è íåîáõîäèìîñòü åãî íàãðåâà òðåáóþò çíà÷èòåëüíûõ çàòðàò òåïëîâîé ýíåðãèè. Äëÿ ñíèæåíèÿ çàòðàò òåïëîâîé ýíåðãèè ñåãîäíÿ ïîâñåìåñòíî èñïîëüçóþòñÿ óñòàíîâêè ñ ðàçëè÷íûìè âàðèàíòàìè ðåêóïåðàöèè òåïëîòû. Ýòî ïîçâîëÿåò ñíèçèòü ýêñïëóàòàöèîííûå çàòðàòû è òðåáóåìóþ íàãðóçêó òåïëîâîé ýíåðãîóñòàíîâêè çäàíèÿ ïðè çàïðîñå òåõíè÷åñêèõ óñëîâèé íà ïîäêëþ÷åíèå åå ê ñèñòåìàì öåíòðàëèçîâàííîãî òåïëîñíàáæåíèÿ. Àíàëèç ïðîäàæ îáîðóäîâàíèÿ ñèñòåì âåíòèëÿöèè è êîíäèöèîíèðîâàíèÿ âîçäóõà çà ïåðèîä 2012 – 2020 ãã. ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä î òîì, ÷òî 96 % âñåõ ïðèòî÷íî-âûòÿæíûõ óñòàíîâîê áûëè îñíàùåíû ðåêóïåðàöèåé òåïëîòû [3, 4]. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíûì àïïàðàòîì äëÿ óòèëèçàöèè òåïëîòû âûòÿæíîãî âîçäóõà ÿâëÿåòñÿ ðîòîðíûé ðåãåíåðàòîð òåïëîòû, â ñïåöèôèêàöèÿõ è êàòàëîãàõ ïðèòî÷íî-âûòÿæíûõ óñòàíîâîê åãî ÷àùå íàçûâàþò ðåêóïåðàòîðîì. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ Ðèñ. 3. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà òåïëîòû: t21 — òåìïåðàòóðà ïðèòî÷íîãî (íàðóæíîãî) âîçäóõà, °Ñ; t22 — òåìïåðàòóðà ïðèòî÷íîãî âîçäóõà ïîñëå íàãðåâà â ðîòîðíîì ðåãåíåðàòîðå, °Ñ; t11 — òåìïåðàòóðà âûòÿæíîãî âîçäóõà, °Ñ; t12 — òåìïåðàòóðà âûòÿæíîãî âîçäóõà ïîñëå îõëàæäåíèÿ â ðîòîðíîì ðåãåíåðàòîðå, °Ñ  ðàìêàõ íàñòîÿùåé ñòàòüè àâòîðû èñïîëüçóþò êëàññè÷åñêèé òåðìèí ðîòîðíûé ðåãåíåðàòîð, êîòîðûé õàðàêòåðåí äëÿ òåïëîýíåðãåòèêè. Ñõåìàòè÷íîå èçîáðàæåíèå ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà è ïðèíöèï åãî äåéñòâèÿ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3. Íåçàâèñèìî îò ïðîèçâîäèòåëÿ êîíñòðóêöèÿ ðîòîðíûõ ðåãåíåðàòîðîâ ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâàÿ.  êà÷åñòâå àêêóìóëèðóþùåé íàñàäêè èñïîëüçóåòñÿ àëþìèíèåâàÿ ôîëüãà òîëùèíîé â ñðåäíåì 0,6 ìì è âûñîòîé ðåáðà â ñðåäíåì 1,3 – 1,7 ìì, îðåáðåíèå — òðåóãîëüíîå. Îòå÷åñòâåííàÿ ïðîìûøëåííîñòü âûïóñêàåò ðîòîðíûå ðåãåíåðàòîðû ñî ñòàíäàðòíîé ãëóáèíîé 200 ìì è äèàìåòðîì äî 2700 ìì. Àêêóìóëèðóþùàÿ íàñàäêà ÷åðåç ðåìåííîé ïðèâîä ñîåäèíåíà ñ ìîòîð-ðåäóêòîðîì, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò åå âðàùåíèå ñ ÷àñòîòîé äî 60 îá/ìèí. Âðàùåíèå íàñàäêè ïîçâîëÿåò ïîïåðåìåííî íàõîäèòüñÿ åé â âîçäóõå ñ ðàçíîé òåìïåðàòóðîé, ò.å. â îäèí ìîìåíò âðåìåíè íàñàäêà íàãðåâàåòñÿ, â äðóãîé — îñòûâàåò. Ýòîò ïðîöåññ ïðåäñòàâëåí òàêæå íà ðèñ. 3. Íàñòîÿùàÿ ñòàòüÿ ïîñâÿùåíà ýêñïåðèìåíòàëüíîìó îïðåäåëåíèþ ýôôåêòèâíîñòè ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà òåïëîòû ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè. Äëÿ äîñòèæåíèÿ ïîñòàâëåííîé öåëè áûëè ïîñòàâëåíû çàäà÷è, êîòîðûå â ïîñëåäóþùåì óñïåøíî ðåøåíû: ¹ 6, 2025 39 âûïîëíåí àíàëèç äîñòóïíûõ ëèòåðàòóðíûõ èñòî÷íèêîâ, ïîñâÿùåííûõ ðàñ÷åòó ýôôåêòèâíîñòè (ÊÏÄ) ðîòîðíûõ ðåãåíåðàòîðîâ ïðèòî÷íî-âûòÿæíûõ óñòàíîâîê ñèñòåì âåíòèëÿöèè; ïðîâåäåí íàòóðíûé ýêñïåðèìåíò â ëàáîðàòîðèè ÍÈÈ «ÝÒÌ» ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà êîìïàêòíîé ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè; îáðàáîòàíû ðåçóëüòàòû íàòóðíîãî ýêñïåðèìåíòà; îïðåäåëåíà çàâèñèìîñòü ýôôåêòèâíîñòè ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà äëÿ êîìïàêòíîé ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè è ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå ïîäõîäà ê åå îïðåäåëåíèþ ñ äðóãèìè àâòîðàìè.  íàó÷íîé ïåðèîäèêå âñå ÷àùå óäåëÿåòñÿ âíèìàíèå óòèëèçàöèè òåïëîòû âûòÿæíîãî âåíòèëÿöèîííîãî âîçäóõà ñ ïðèìåíåíèåì ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà. Áîëüøèíñòâî ñòàòåé ïîñâÿùåíû òåîðåòè÷åñêèì âîïðîñàì îïðåäåëåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà [5, 6] è ÷èñëåííîìó ìîäåëèðîâàíèþ ïðîöåññîâ ïåðåíîñà òåïëîòû â íàñàäêå [7]. Èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò òàêæå è ðóêîâîäñòâî ïî ïðîåêòèðîâàíèþ ðîòîðíûõ ðåãåíåðàòîðîâ òåïëîòû äëÿ ñèñòåì âåíòèëÿöèè îäíîãî èç ìèðîâûõ ëèäåðîâ ïî ïðîèçâîäñòâó òàêèõ òåïëîîáìåííèêîâ [8], êîòîðîå ñîäåðæèò ðåçóëüòàòû íàòóðíûõ è ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ. Îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêîé ðîòîðíûõ ðåãåíåðàòîðîâ ÿâëÿåòñÿ ÊÏÄ, èíîãäà íàçûâàåìûé òåìïåðàòóðíîé (òåðìè÷åñêîé) ýôôåêòèâíîñòüþ. Ðàñ÷åò ÊÏÄ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà (â íàñòîÿùåé ñòàòüå èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí òåìïåðàòóðíûé ÊÏÄ) âûïîëíÿþò ïî ôîðìóëå ht = t 22 - t 21 . t11 - t 21 (1) Ãèãðîìåòðè÷åñêèé êîýôôèöèåíò ýôôåêòèâíîñòè — åùå îäèí êðèòåðèé ðàáîòû ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà òåïëîòû, êîòîðûé íàõîäÿò èç âûðàæåíèÿ: hx = x 22 - x 21 , x11 - x 21 (2) ãäå x22 — âëàãîñîäåðæàíèå (ò.å. ìàññà âîäÿíîãî ïàðà âî âëàæíîì âîçäóõå, ïðèõîäÿùàÿñÿ íà 1 êã ìàññû ñóõîé åãî ÷àñòè) ïðèòî÷íîãî âîçäóõà ïîñëå íàãðåâà â ðîòîðíîì ðåãåíåðàòîðå, êã/êã ñ.â.; x21 — âëàãîñîäåðæàíèå ïðèòî÷íîãî (íàðóæíîãî) âîçäóõà, °Ñ; x11 — âëàãîñîäåðæàíèå âûòÿæíîãî âîçäóõà, °Ñ. Íàòóðíûé ýêñïåðèìåíò äëÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà òåïëîòû â ñîñòàâå êîìïàêòíîé ïðè- 40 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ Ðèñ. 4. Óñòàíîâêà êîìïàêòíîé ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé âåíòèëÿöèè ñ óòèëèçàöèåé òåïëîòû òî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè âûïîëíåí â óñëîâèÿõ èçìåðèòåëüíîé ëàáîðàòîðèè ÍÈÈ ¹ 6, 2025 «ÝÒÌ». Ôîòîãðàôèÿ óñòàíîâêè ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 4. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà èñïûòàíèé òåïëîîáìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ ñ óêàçàíèåì òî÷åê èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ (òåìïåðàòóðà, âëàæíîñòü è äð.) ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 5.  ïðîöåññå ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà ÷àñòü îáîðóäîâàíèÿ áûëà îòêëþ÷åíà, òàê êàê â ñîñòàâå êîìïàêòíîé ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè îíî âõîäèò â áàçîâóþ êîìïëåêòàöèþ (âåíòèëÿòîðû, ýëåêòðè÷åñêèé ïîäîãðåâàòåëü ïðèòî÷íîãî âîçäóõà, ñèñòåìà ðåãóëèðîâàíèÿ). Ñòåíä, ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà êîòîðîãî ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 5, ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí äëÿ èñïûòàíèé òåïëîîáìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ ñ òåïëîíîñèòåëÿìè âîçäóõ/âîäà, âîçäóõ/âîçäóõ; ïðèòî÷íûõ, âûòÿæíûõ è ïðèòî÷íî-âûòÿæíûõ óñòàíîâîê â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè [9, 10]. Íà ñòåíäå ïðè èñïûòàíèÿõ ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè âîçìîæíî Ðèñ. 5. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ñòåíäà èñïûòàíèé òåïëîîáìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ: 1 — âûðàâíèâàòåëè ïîòîêà; 2 — âñïîìîãàòåëüíûå âåíòèëÿòîðû; 3 — âåíòèëÿòîðû èìèòàöèè âíåøíåãî íàïîðà; 4 — îõëàäèòåëè (4.1 — îõëàäèòåëü 1-é ñòóïåíè (äî –5 °Ñ), 4.2 — îõëàäèòåëü 2-é ñòóïåíè (äî –30 °Ñ)); 5 — ýëåêòðè÷åñêèé íàãðåâàòåëü; 6 — èçìåðèòåëüíûé êîëëåêòîð; 7 — ïàðîðàñïðåäåëèòåëü; 8 — ïàðîóâëàæíèòåëü (10 êã/÷); 9 — ãðóïïû áàéïàñíûõ êëàïàíîâ ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 41 Ðèñ. 6. 3d ìîäåëü ñòåíäà ñ óêàçàíèåì ó÷àñòêîâ, çàäåéñòâîâàííûõ â íàòóðíîì ýêñïåðèìåíòå îïðåäåëèòü â ðåàëüíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû ñëåäóþùèå õàðàêòåðèñòèêè: ãåðìåòè÷íîñòü êîðïóñà; òåïëîâóþ çàùèòó êîðïóñà; îòðàáîòêó àâòîìàòèêè ïðè èçìåíåíèè âåòðîâîé íàãðóçêè; ðàñõîä âîçäóõà è ðàñïîëàãàåìîå äàâëåíèå (â òîì ÷èñëå ñòðîèòü ðàñõîäíî-íàïîðíóþ õàðàêòåðèñòèêó óñòàíîâêè); ñîâîêóïíîå àýðîäèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå óñòàíîâêè; êîýôôèöèåíòû ïåðåòîêà âîçäóõà ìåæäó ïðèòî÷íûìè è âûòÿæíûìè òðàêòàìè; ýíåðãåòè÷åñêóþ ýôôåêòèâíîñòü. Òàêæå âîçìîæíî ïîñòðîåíèå çàâèñèìîñòåé, ïîçâîëÿþùèõ ñîçäàâàòü ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè óïðàâëåíèÿ âåíòèëÿöèîííûìè óñòàíîâêàìè. Òðåõìåðíàÿ ìîäåëü ñòåíäà èñïûòàíèé òåïëîîáìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ ñ ïîäêëþ÷åííîé óñòàíîâêîé ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 6. Ïðè ïðîâåäåíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ñîçäàâàëèñü óñëîâèÿ ðàáîòû ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè â õîëîäíûé ïåðèîä ãîäà, ò.å. ïðèòî÷íûé (íàðóæíûé) âîçäóõ èìåë òåìïåðàòóðó t21 < t11. Ýòî óñëîâèå îáåñïå÷èâàëîñü ïðèìåíåíèåì îõëàäèòåëÿ 1-é ñòóïåíè (ñì. ðèñ. 5). Êîíòðîëëåðû ôèêñèðîâàëè 39 ðàçëè÷íûõ ïàðàìåòðîâ íà èçìåðèòåëüíûõ ó÷àñòêàõ ñ øàãîì 10 ñ. Òàêàÿ ôèêñàöèÿ âûïîëíÿëàñü â òå÷åíèå ïåðèîäà, ïðåâûøàâøåãî 6 ÷, ÷òî îòðàæåíî òðåáîâàíèÿìè ï. 5.5 [9] ïðè ýêñïåðèìåíòàëüíîì îïðåäåëåíèè òåðìè÷åñêîãî êîýô- ôèöèåíòà ýôôåêòèâíîñòè. Áëîê óïðàâëåíèÿ ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêîé ïîçâîëÿåò ìåíÿòü ÷àñòîòó âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà ïðè ýêñïëóàòàöèè. Ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèëñÿ ïðè ÷àñòîòå âðàùåíèÿ îò 1 äî 8 îá/ìèí. Íà ðèñ. 7 è 8 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé òåìïåðàòóðû ïðèòî÷íîãî âîçäóõà â òðåõ òî÷êàõ ñå÷åíèÿ äî ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè è ïîñëå íåå ñîîòâåòñòâåííî, íà îñíîâàíèè êîòîðûõ ìîæíî ñóäèòü î ñòàáèëèçèðîâàííûõ ïàðàìåòðàõ âîçäóøíîãî ïîòîêà. Äàííûå íà ðèñ. 7 è 8 ïðåäñòàâëåíû äëÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà 1 îá/ìèí. Êàæäûé ìàññèâ äàííûõ, ñîîòâåòñòâóþùèé êîíêðåòíîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà, áûë îáðàáîòàí ñ èñïîëüçîâàíèåì êðèòåðèÿ Ãðàááñà [11]. Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ ëåãëè â îñíîâó ðàñ÷åòà òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ.  òàáëèöó ñâåäåíû ðåçóëüòàòû îáðàáîòêè ìàññèâà äàííûõ. Íà îñíîâàíèè äàííûõ òàáëèöû îïðåäåëåíû çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà ñ ïîïðàâêîé íà ðàçëè÷èå ðàñõîäîâ ïðèòî÷íîãî è âûòÿæíîãî âîçäóõà. Îáíîâëåííàÿ ôîðìóëà (1) ïðèîáðåëà âèä: h*t = L ï ( t 22 - t 21 ) , L â ( t11 - t 21 ) (3) ãäå Lï — ðàñõîä ïðèòî÷íîãî âîçäóõà, ì3/÷; Lâ — ðàñõîä âûòÿæíîãî âîçäóõà, ì3/÷. 42 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 7. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïðèòî÷íîãî (íàðóæíîãî) âîçäóõà âî âðåìåíè â òî÷êàõ ñå÷åíèÿ êàíàëà äî ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè Ðèñ. 8. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïðèòî÷íîãî âîçäóõà âî âðåìåíè â òî÷êàõ ñå÷åíèÿ êàíàëà ïîñëå ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè Ðåçóëüòàòû îáðàáîòêè äàííûõ ýêñïåðèìåíòà ×àñòîòà âðàùåíèÿ n, t21, °Ñ îá/ìèí Îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü j21, % t22, °Ñ Îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü j22, % t12, °Ñ Îòíîñèòåëü- Ðàñõîä ïðè- Ðàñõîä âûíàÿ âëàæòî÷íîãî âîç- òÿæíîãî âîçíîñòü j12, % äóõà Lï, ì3/÷ äóõà Lâ, ì3/÷ 1 – 3,1 33,2 15,3 10,3 23 14,3 331 350,5 2 –3 30,7 18,5 8,9 23 14,7 325,4 355,8 3 –3 30,4 18,8 8,5 22,6 14,3 324,8 357 4 – 3,1 28,5 18,9 7,9 22,4 13,3 324,9 358 5 – 3,1 15,3 20,2 4,6 23,9 12,9 322 355,7 7 – 3,1 18,1 20,2 4,4 23,8 11,8 322,1 356,7 8 –3 19,9 20,2 4,7 23,9 11,8 322 356,7 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 43 Ðèñ. 9. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà Çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 9. Óâåëè÷åíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà ïðèâîäèò ê ðîñòó òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ, íî ïðè äîñòèæåíèè 8 îá/ìèí ýòîò ðîñò ïðåêðàùàåòñÿ. Ïðè ÷àñòîòå âðàùåíèÿ âûøå 8 îá/ìèí h*t = 0,87.  [8] ïðåäñòàâëåí ãðàôèê äëÿ ïîäáîðà ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà òåïëîòû ïðàêòè÷åñêè ëþáîé êîíñòðóêöèè, êîòîðûé ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü òåìïåðàòóðíûé ÊÏÄ ñ ó÷åòîì åãî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ. Êðèâàÿ 1 íà ðèñ. 10 — ýòî êîð- Ðèñ. 10. Âëèÿíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà íà êîýôôèöèåíò êîððåêòèðîâêè [8]: 1 — òåìïåðàòóðíûé ÊÏÄ; 2 — ãèãðîìåòðè÷åñêèé êîýôôèöèåíò ýôôåêòèâíîñòè ðåêòèðóþùèé ôàêòîð ïðè ðàñ÷åòå òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ. Èç ãðàôèêà âèäíî, ÷òî òåìïåðàòóðíûé ÊÏÄ íå èçìåíÿåòñÿ ïðè ÷àñòîòå âðàùåíèÿ áîëüøå 12 îá/ìèí. Ðàñõîæäåíèå äàííûõ ñ ðåçóëüòàòàìè àâòîðîâ ïðåäïîëîæèòåëüíî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ðàññìîòðåí ðîòîðíûé ðåãåíåðàòîð â «÷èñòîì» âèäå, ò.å. áåç âëèÿíèÿ êîðïóñà ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè. Ïî äàííûì [8] ïðè ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðà îò 4 îá/ìèí êîððåêòèðóþùèé ôàêòîð (êîýôôèöèåíò êîððåêòèðîâêè) äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ 0,95 è ïðîäîëæàåò ðàñòè. Ýòî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ (ðàçëè÷èå íå ïðåâûøàåò 5 %) ñ ðåçóëüòàòàìè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé àâòîðîâ. Îäíàêî óðàâíåíèå (1) íå îòðàæàåò ýíåðãåòè÷åñêèé ñìûñë ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû óñòàíîâêè óòèëèçàöèè òåïëîòû âûòÿæíîãî âîçäóõà, òàê êàê ïîêàçûâàåò òîëüêî òåïëîñîäåðæàíèå ñóõîé åãî ÷àñòè, à âîçäóõ â ñèñòåìàõ âåíòèëÿöèè ÿâëÿåòñÿ âëàæíûì.  ýòîé ñâÿçè ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü ýíòàëüïèéíûé ÊÏÄ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà, êîòîðûé ïîçâîëÿåò îöåíèòü ïîëíîå òåïëîñîäåðæàíèå âûòÿæíîãî âîçäóõà, ÿâëÿþùåãîñÿ âëàæíûì. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ýíòàëüïèéíîãî ÊÏÄ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà ïðåäëîæåíà ôîðìóëà: h*h = L ï ( h22 - h21 ) , L â ( h11 - h21 ) (4) ãäå Lï — ðàñõîä ïðèòî÷íîãî âîçäóõà, ì3/÷; Lâ — ðàñõîä âûòÿæíîãî âîçäóõà, ì3/÷. 44 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 11. Çàâèñèìîñòü ÊÏÄ îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà Çàâèñèìîñòü ýíòàëüïèéíîãî ÊÏÄ îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà ïðåäñòàâëåíà â ñðàâíåíèè ñ òåìïåðàòóðíûì ÊÏÄ íà ðèñ. 11. Íà ðèñ. 11 âèäíî, ÷òî ãðàôèêè çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðíîãî è ýíòàëüïèéíîãî ÊÏÄ îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà ñõîæè ïî õàðàêòåðó, ñòàáèëèçàöèÿ íàñòóïàåò ïðè îäèíàêîâîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ÿâíî èìååò ìåñòî ïîãðåøíîñòü îïðåäåëåíèÿ ýíòàëüïèéíîãî ÊÏÄ, áîëåå ñóùåñòâåííàÿ, ÷åì òåìïåðàòóðíîãî (ðàçáðîñ äàííûõ âûçâàí äîïîëíèòåëüíîé ïîãðåøíîñòüþ îïðåäåëåíèÿ âëàãîñîäåðæàíèÿ âîçäóõà ïðè ðàñ÷åòå ýíòàëüïèéíîãî ÊÏÄ). Âûâîäû 1. Ïîëó÷åí ìàññèâ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ðàáîòû ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà â ñîñòàâå ïðèòî÷íî-âûòÿæíîé óñòàíîâêè ïðè ðàçëè÷íîé åãî ÷àñòîòå âðàùåíèÿ. 2. Îïðåäåëåíî âëèÿíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà íà ÊÏÄ íà îñíîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, âûïîëíåí ðàñ÷åò òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ ïðè ðàçíîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà. 3. Ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòà òåìïåðàòóðíîãî ÊÏÄ ñ ðåêîìåíäàöèÿìè ïî ïîäáîðó ðîòîðíûõ óòèëèçàòîðîâ òåïëîòû âåäóùåãî ìèðîâîãî ïðîèçâîäèòåëÿ, óêàçàíû ïðè÷èíû ðàñõîæäåíèÿ ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ è ðåçóëüòàòîâ äðóãèõ àâòîðîâ. 4. Îïðåäåëåí ýíòàëüïèéíûé ÊÏÄ ðîòîðíîãî ðåãåíåðàòîðà, êîòîðûé ïîçâîëÿåò ó÷èòûâàòü ïîëíîñòüþ òåïëîñîäåðæàíèå âîçäóõà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç òåïëîîáìåííèê. Âûïîëíåíî ñðàâíåíèå çíà÷åíèé òåìïåðàòóðíîãî è ýíòàëüïèéíîãî ÊÏÄ ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû óñòàíîâêè. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 1. Î æèëèùíîì ñòðîèòåëüñòâå â Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] // Ôåäåðàëüíàÿ ñëóæáà ãîñóäàðñòâåííîé ñòàòèñòèêè [ñàéò]. [2025] / URL: https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/jil_ stroi_2023.pdf (äàòà îáðàùåíèÿ13.03.2025) 2. Ôàéçóëëèí Èðåê:  Ðîññèè â 2023 ãîäó ââåäåíî 35,7 ìëí êâ. ì íåæèëûõ çäàíèé [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] // Ìèíñòðîé ÐÔ: [ñàéò]. [2025] / URL: https://www.minstroyrf.gov.ru/press/irek-fayzullinv-rossii-v-2023-godu-vvedeno- 35-7-mln-kv-m-nezhilykh-zdaniy-/ (äàòà îáðàùåíèÿ13.03.2025) 3. Ãîñóäàðñòâåííûé äîêëàä î ñîñòîÿíèè ýíåðãîñáåðåæåíèÿ è ïîâûøåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè â Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè â 2022 ãîäó [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] // Ìèíýêîíîìðàçâèòèÿ ÐÔ [ñàéò]. [2025] / URL: https://www.economy.gov.ru/material/file/b2ec92f00344707af95c8d 44a6abbde8/Energy_efficiency_2023.pdf (äàòà îáðàùåíèÿ 13.03.2025) 4. Àíäðîíîâ, Ô. È. Ðîòîðíûå ðåãåíåðàòîðû äëÿ ñèñòåì âåíòèëÿöèè è êîíäèöèîíèðîâàíèÿ: Ñäåëàíî â Ðîññèè / Ô. È. Àíäðîíîâ // Ñàíòåõíèêà, îòîïëåíèå, êîíäèöèîíèðîâàíèå. — 2022. — ¹ 7. — Ñ. 52 – 54. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ 5. Ñàìàðèí, Î. Ä. Òåìïåðàòóðíàÿ ýôôåêòèâíîñòü ïëàñòèí÷àòûõ è ðîòîðíûõ òåïëîóòèëèçàòîðîâ ïðè ðàçëè÷íûõ ðàñõîäàõ âîçäóõà / Î. Ä. Ñàìàðèí // Ñàíòåõíèêà, îòîïëåíèå, êîíäèöèîíèðîâàíèå, 2014. ¹ 1. Ñ. 118 – 119. 6. Äðàïàëþê, Í. À. Îá ýôôåêòèâíîñòè ðåãåíåðàòèâíûõ âðàùàþùèõñÿ óòèëèçàòîðîâ òåïëîòû äëÿ ñèñòåì âåíòèëÿöèè / Í. À. Äðàïàëþê, À. Ãóðáàíãóëûåâ, Ò. Â. Ùóêèíà, Ä. À. Äðàïàëþê // Ñàíòåõíèêà, îòîïëåíèå, êîíäèöèîíèðîâàíèå. — 2020. — ¹ 8. — Ñ. 48 – 51. 7. Tytus Tulwin. Modelling of a large rotary heat exchanger / Tytus Tulwin // Applied Computer Science. — 2017. — Vol. 13, No. 1. — Pp. 20 – 28. 8. Hoval energy recovery. Rotary heat exchangers: Design handbook, 2024. P. 66. 9. ÃÎÑÒ Ð ÅÍ 308–2011. Òåïëîîáìåííèêè. Ìåòîäû èñïûòàíèé äëÿ îïðåäåëåíèÿ êðèòåðèåâ ìîùíîñòè óñòàíîâîê ðåãåíåðàöèè òåïëà èç ñìåñè âîçäóõ / âîçäóõ è âîçäóõ / îòðàáîòàííûé ãàç. — Ì.: Ñòàíäàðòèíôîðì, 2012. 10. ÃÎÑÒ 26548–85. Âîçäóõîíàãðåâàòåëè. Ìåòîäû èñïûòàíèé. — Ì.: Ãîñóäàðñòâåííûé êîìèòåò ÑÑÑÐ ïî ñòàíäàðòàì, 1985. 11. ÃÎÑÒ Ð ÈÑÎ 5479–2002. Ñòàòèñòè÷åñêèå ìåòîäû. Ïðîâåðêà îòêëîíåíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé îò íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ. — Ì.: Ãîññòàíäàðò Ðîññèè, 2002. References 1. O zhilishchnom stroitel’stve v Rossiiskoi Federatsii (On housing construction in the Russian Federation), [Electronic resource]. — URL: https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/jil_stroi_2023.pdf (accessed:13.03.2025). 2. Irek Faizullin: V Rossii v 2023 godu vvedeno 35,7 mln kv. m nezhilykh zdanii (In Russia in 2023, 35.7 million square meters of non-residential buildings were commissioned), [Electronic resource]. — URL: https://www.minstroyrf.gov.ru/press/irek-fayzullinv-rossii-v-2023-godu-vvedeno-35- 7-mln-kv-m-nezhilykh-zdaniy-/ (accessed: 13.03.2025). 3. Gosudarstvennyi doklad o sostoyanii energosberezheniya i povysheniya energeticheskoi effektivnosti ¹ 6, 2025 45 v Rossiiskoi Federatsii v 2022 godu (State report on the state of energy saving and energy efficiency improvement in the Russian Federation in 2022), [Electronic resource]. — URL: https://www.economy.gov.ru/ material/file/b2ec92f00344707af95c8d44a6abbde8/ Energy_efficiency_2023.pdf (accessed:13.03.2025). 4. Andronov F. I. Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie (Plumbing, heating, air conditioning), 2022, No. 7, pp. 52 – 54. 5. Samarin O. D. Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie (Plumbing, heating, air conditioning), 2014, No. 1, pp. 118 – 119. 6. Drapalyuk N. A., Gurbangulyev A., Shchukina T. V., Drapalyuk D. A. Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie (Plumbing, heating, air conditioning), 2020, No. 8, pp. 48 – 51. 7. Tulwin T. Modelling of a large rotary heat exchanger, Applied Computer Science, 2017, Vol. 13, No. 1, ðp. 20 – 28. 8. Hoval energy recovery. Rotary heat exchangers: Design handbook, 2024, ð. 66. 9. GOST R EN 308–2011. Teploobmenniki. Metody ispytanii dlya opredeleniya kriteriev moshchnosti ustanovok regeneratsii tepla iz smesi vozdukh/vozdukh i vozdukh/otrabotannyi gaz (State Standard 308– 2011. Heat exchangers. Test methods for determining the power criteria of air/air and air/exhaust gas mixture heat recovery devices), Moscow, Standartinform, 2012. 10. GOST 26548–85. Vozdukhonagrevateli. Metody ispytanii (State Standard 26548–85. Air heaters. Methods of tests), Moscow, State Committee of the USSR for Standards, 1985. 11. GOST R ISO 5479–2002. Statisticheskie metody. Proverka otkloneniya raspredeleniya veroyatnostei ot normal’nogo raspredeleniya (State Standard 5479–2002. Statistical methods. Tests for departure of the probability distribution from the normal distribution), Moscow, State Standard of Russia, 2002. ArbatskyAnA@mpei.ru Äàòà ïîñòóïëåíèÿ 27.03.2025 Äàòà ïðèíÿòèÿ ê ïóáëèêàöèè 25.04.2025 Dependency study of ventilation systems’ exhaust air rotary heat exchanger efficiency on its rotation speed Arbatskiy A. A., Mechnik D. A., Gorelov M. V., Ankudinov A. S. At the moment, when developing ventilation and climate control equipment, there is a significant shortage of experimental data used to calculate heat exchangers. During development, experimental data (for example [8]) or calculation methods are used, which often do not correspond to the operating characteristics of the heat exchanger as part of the equipment, since during design, due to the desire for maximum compactness of the equipment, the conditions of air flow distribution along the cross-section of the heat exchanger are often not observed, which are observed during their tests and implied in the design methods. In this paper, a study was conducted on the dependence of the efficiency of a rotary heat exchanger of a ventilation system depending on rotary speed as part of a supply and exhaust ventilation system. Keywords: experimental studies of rotary regenerators, rotary heat recovery units, ventilation and air conditioning systems. 46 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 DOI: 10.71759/ññ7ï-0ì44 Ñïåöèàëüíîñòü 2.4.9. ßäåðíûå ýíåðãåòè÷åñêèå óñòàíîâêè, òîïëèâíûé öèêë, ðàäèàöèîííàÿ áåçîïàñíîñòü Àíàëèç õàðàêòåðèñòèê è èííîâàöèîííûõ ðåøåíèé àêòèâíûõ çîí ÿäåðíûõ ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè ×åòâåðèêîâ À. Å., êàíä. òåõí. íàóê, Ñîëäàòîâ È. Ì., ñò. ïðåïîäàâàòåëü Õâîñòîâà Ì. Ñ., êàíä. ãåîãð. íàóê ÔÃÁÎÓ ÂÎ «ÍÈÓ «ÌÝÈ», Ìîñêâà Ñîëäàòîâ À. È. Ìîñêîâñêèé öåíòð ÂÀÎ ÀÝÑ Ðàññìîòðåíû âîïðîñû ðàçâèòèÿ èííîâàöèîííûõ ïðîåêòîâ àòîìíûõ ñòàíöèé ìàëîé ìîùíîñòè. Ñèñòåìàòèçèðîâàíû è ïðîàíàëèçèðîâàíû ïðåäëîæåííûå ðàçíûìè ñòðàíàìè òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ è õàðàêòåðèñòèêè, êàñàþùèåñÿ àêòèâíîé çîíû ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè, òàêèå êàê òèï ðåàêòîðà, òåïëîâàÿ ìîùíîñòü, òèï öèðêóëÿöèè òåïëîíîñèòåëÿ â ïåðâîì êîíòóðå, òèï, îáîãàùåíèå è ãëóáèíà âûãîðàíèÿ ÿäåðíîãî òîïëèâà, ïðîäîëæèòåëüíîñòü òîïëèâíîãî öèêëà, óïðàâëåíèå ðåàêòèâíîñòüþ è ñòàòóñ ïðîåêòà. Îòìå÷åíû âîïðîñû, êîòîðûå íåîáõîäèìî ðåøèòü äëÿ ãàðìîíèçàöèè ñóùåñòâóþùåé áàçû äëÿ áëîêîâ áîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè è ìàëûõ ðåàêòîðîâ. Êëþ÷åâûå ñëîâà: ðåàêòîð ìàëîé ìîùíîñòè, àêòèâíàÿ çîíà, ÌÀÃÀÒÝ, òåïëîâàÿ ìîùíîñòü ðåàêòîðà, öèðêóëÿöèÿ òåïëîíîñèòåëÿ, îáîãàùåíèå ÿäåðíîãî òîïëèâà, ãëóáèíà âûãîðàíèÿ ÿäåðíîãî òîïëèâà, ÌÎÕ-òîïëèâî, REMIX-òîïëèâî, òîïëèâíûé öèêë, óïðàâëåíèå ðåàêòèâíîñòüþ.  ïîñëåäíèå äâà äåñÿòèëåòèÿ âî âñåì ìèðå ðàñòåò èíòåðåñ ê èññëåäîâàíèÿì è ðàçðàáîòêàì ïðîåêòîâ ðåàêòîðíûõ óñòàíîâîê ìàëîé ìîùíîñòè. ÌÀÃÀÒÝ ïîääåðæèâàåò è âíèìàòåëüíî ñëåäèò çà ðàçâèòèåì èííîâàöèîííûõ òåõíîëîãèé äàííîãî íàïðàâëåíèÿ â àòîìíîé ýíåðãåòèêå. Ïî êëàññèôèêàöèè, ïðåäëîæåííîé ÌÀÃÀÒÝ [1], ñëåäóåò, ÷òî ê ìàëûì ðåàêòîðàì îòíîñÿòñÿ óñòàíîâêè, ýëåêòðè÷åñêàÿ ìîùíîñòü êîòîðûõ ñîñòàâëÿåò íå áîëåå 300 ÌÂò.  íàñòîÿùåå âðåìÿ â ðàìêàõ ÌÀÃÀÒÝ îáñóæäàþòñÿ âîïðîñû áåçîïàñíîñòè áîëåå ÷åì ïî 25 ïðîåêòàì àòîìíûõ ñòàíöèé ìàëîé ìîùíîñòè (ÀÑÌÌ) ñ âîäíûì òåïëîíîñèòåëåì íàçåìíîãî ðàçìåùåíèÿ [1].  âûñîêîé ñòåïåíè ãîòîâíîñòè íàõîäèòñÿ ðÿä ïðîåêòîâ äëÿ ñîîðóæåíèÿ è ââîäà èõ â ýêñïëóàòàöèþ â áëèæàéøèå ãîäû. Ãëàâà ÀÎ «Ðîñàòîì» À. Å. Ëèõà÷¸â îòìåòèë [2], ÷òî Ðîññèÿ äàëüøå äðóãèõ èãðîêîâ àòîìíîãî ðûíêà ïðîäâèíóëàñü â ðàçðàáîòêå ÀÑÌÌ. ÃÊ «Ðîñàòîì» àêòèâíî ó÷àñòâóåò â äåÿòåëüíîñòè ÌÀÃÀÒÝ ïî ñèñòåìíîìó ïðîäâèæåíèþ ÀÑÌÌ.  ÷àñòíîñòè, Ðîññèÿ âñÿ÷åñêè ïîääåðæèâàåò èíèöèàòèâû Ãåíåðàëüíîãî Äèðåêòîðà ÌÀÃÀÒÝ ïî ïðîâåäåíèþ ðàçëè÷íûõ òåìàòè÷åñêèõ øêîë, êîíå÷íîé öåëüþ êîòîðûõ áóäåò âûðàáîòêà ïîäõîäîâ ê îöåíêå áåçîïàñíîñòè ïðèìåíèòåëüíî ê áëîêàì ìàëîé ìîùíîñòè. Âî âñåì ìèðå ýòàëîíîì íîðìàòèâíîãî äîêóìåíòà äëÿ îöåíêè ñîîòâåòñòâèÿ ïðîåêòíûõ ðå- øåíèé òðåáîâàíèÿì áåçîïàñíîñòè ñëóæèò äîêóìåíò êëóáà åâðîïåéñêèõ ýêñïëóàòèðóþùèõ îðãàíèçàöèé [3], êîòîðûé ñîäåðæèò ñïåöèôèêàöèè è òðåáîâàíèÿ ê ñîâðåìåííûì ýíåðãåòè÷åñêèì ëåãêîâîäíûì ðåàêòîðàì (Light Water Reactors, äàëåå LWR). Äëÿ LWR ýòè òðåáîâàíèÿ ïåðèîäè÷åñêè îáíîâëÿþòñÿ. Îäíàêî îáíîâëåíèÿ íå çàòðàãèâàëè òðåáîâàíèÿ ê ðåàêòîðíûì óñòàíîâêàì äëÿ îöåíêè íîâûõ ïðîåêòîâ, òàêèõ êàê Small Modular Light Water Reactors (SMLWR). Îñíîâíîå îòëè÷èå ÀÑÌÌ îò ÀÝÑ áîëüøîé ìîùíîñòè ñâÿçàíî â çíà÷èòåëüíîé ìåðå ñî ñïåöèôè÷åñêèìè ôàêòîðàìè, êàñàþùèìèñÿ àêòèâíîé çîíû ðåàêòîðà, òàêèìè, íàïðèìåð, êàê: ìåíüøèé ðàçìåð àêòèâíîé çîíû ðåàêòîðà (îçíà÷àåò áîëüøèå ãðàäèåíòû ïëîòíîñòè ýíåðãîâûäåëåíèÿ è ïîòåíöèàëüíî áîëüøàÿ óòå÷êà íåéòðîíîâ); åñòåñòâåííàÿ öèðêóëÿöèÿ òåïëîíîñèòåëÿ â ðåæèìàõ íîðìàëüíîé ýêñïëóàòàöèè; íîâûå ìàòåðèàëû äëÿ òîïëèâíûõ ñáîðîê, òàêèå êàê «CERMET òîïëèâî», ïðåäñòàâëÿþùåå ñîáîé ìåòàëëè÷åñêóþ ìàòðèöó ñ èíòåãðèðîâàííûìè â íåå ÷àñòèöàìè UO2. Îñíîâíîå îòëè÷èå äàííûõ ìàòåðèàëîâ â èõ áîëåå âûñîêîé òåïëîïðîâîäíîñòè; îòêàç îò ÷àñòè÷íîé ïåðåãðóçêè è ïðèìåíåíèå ïîëíîé êàðòðèäæíîé «ïåðåçàðÿäêè» àêòèâíîé çîíû; ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ èñïîëüçîâàíèå òîïëèâà ñ ïîâûøåííûì îáîãàùåíèåì (ñâûøå 4,95 %) èëè ñìåøàííîãî îêñèäíîãî òîïëèâà (ÌÎÕ-òîïëèâà), ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé ñìåñü îêèñèäà ïëóòîíèÿ è îêñèäà ïðèðîäíîãî óðàíà, à òàêæå REMIX-òîïëèâà (ñìåñü ðåãåíåðèðîâàííîãî óðàíà è ïëóòîíèÿ) â êà÷åñòâå îñíîâíîãî äåëÿùåãîñÿ ìàòåðèàëà äëÿ òîïëèâíûõ ñáîðîê; èñïîëüçîâàíèå èíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ðåàêòèâíîñòüþ, òàêèõ, íàïðèìåð, êàê ðåãóëèðîâàíèå ðåàêòèâíîñòüþ ñ ïîìîùüþ óâåëè÷åíèÿ èëè óìåíüøåíèÿ óòå÷êè íåéòðîíîâ èç àêòèâíîé çîíû çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ îòðàæàòåëÿ; èñïîëüçîâàíèå íîâûõ êîìïîçèòíûõ ìàòåðèàëîâ äëÿ îáîëî÷åê òâýë âìåñòî öèðêîíèåâûõ; èñïîëüçîâàíèå èíîé ãåîìåòðèè òîïëèâíûõ ýëåìåíòîâ èëè ñáîðîê (íàïðèìåð, òâýë â ôîðìå ïëàñòèí). Öåëü äàííîé ñòàòüè — èçó÷èòü è ñèñòåìàòèçèðîâàòü ïðåäëîæåííûå ðàçíûìè ñòðàíàìè òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ, êàñàþùèåñÿ àêòèâíîé çîíû ìàëûõ ðåàêòîðîâ, äëÿ ïîñëåäóþùåãî àíàëèçà âîçìîæíîñòè ãàðìîíèçàöèè ñóùåñòâóþùèõ, â òîì ÷èñëå è ìåæäóíàðîäíûõ, ðåêîìåíäàöèé è òðåáîâàíèé äëÿ áëîêîâ áîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè ïðèìåíèòåëüíî ê ìàëûì ðåàêòîðàì. Ïîòåíöèàëüíûå âàðèàíòû ïðèìåíåíèÿ ÀÑÌÌ Âàæíåéøèé âîïðîñ äëÿ ÀÑÌÌ — ðîëü è ìåñòî ìàëûõ ðåàêòîðîâ â ñòðóêòóðå ðûíêà ýëåêòðîýíåðãåòèêè, êîòîðûé íàïðÿìóþ ñâÿçàí ñ ðåãèîíàëüíîé ýíåðãåòè÷åñêîé ïîëèòèêîé ñòðàí è ïëàíàìè ðàçâèòèÿ ýêñïëóàòèðóþùèõ îðãàíèçàöèé.  îòëè÷èå îò íåâîçîáíîâëÿåìûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè, èñïîëüçóåìûõ â òðàäèöèîííîé ýíåðãåòèêå, ÀÑÌÌ íå íóæäàþòñÿ â ïîñòîÿííîé äîñòàâêå áîëüøèõ îáúåìîâ òîïëèâà. Ðÿä ïðîåêòîâ ÀÑÌÌ ïðåäóñìàòðèâàåò äëèòåëüíûé èíòåðâàë ðàáîòû ðåàêòîðà ìåæäó ïåðåãðóçêàìè, óâåëè÷åííóþ òîïëèâíóþ êîìïàíèþ. Òàêæå ïðîðàáàòûâàþòñÿ êîíöåïöèè ÀÑÌÌ áåç ïåðåãðóçêè íà ïëîùàäêå, ðàáîòàþùèå ïî ïðèíöèïó «áàòàðåéêè». Íîâûå ðûíî÷íûå íèøè äëÿ ïðèìåíåíèÿ ÀÑÌÌ âëèÿþò íà òðåáîâàíèÿ ê ïðîåêòó ÀÝÑ â öåëîì, à òàêæå ê ïðîåêòó àêòèâíîé çîíû, óñëîâèÿì ðàáîòû è òèïó ÿäåðíîãî òîïëèâà, â ÷àñòíîñòè. Âàðèàíòû ïðèìåíåíèÿ ÀÑÌÌ, áåçóñëîâíî, îïðåäåëÿþò è ðåæèì ðàáîòû àêòèâíîé çîíû. Èñõîäÿ èç ñóùåñòâóþùèõ ðåàëèé, äëÿ ÀÑÌÌ âîçìîæíû ñëåäóþùèå âàðèàíòû ïðèìåíåíèÿ: ¹ 6, 2025 47 âûðàáîòêà ýëåêòðîýíåðãèè â ðàìêàõ ñóùåñòâóþùåé ýíåðãîñåòè ïðè ðàáîòå êàê â áàçîâîì ðåæèìå, òàê è â ðåæèìå ñëåäîâàíèÿ çà íàãðóçêîé ñåòè; ðàáîòà â îòäàëåííûõ ðàéîíàõ, â ñåëüñêîé ìåñòíîñòè, â íåáîëüøèõ èëè èçîëèðîâàííûõ ñåòÿõ, êîìïåíñàöèÿ ñåçîííîãî ñïðîñà; ïðîèçâîäñòâî òåïëîâîé ýíåðãèè ïî òðåáîâàíèþ êîíêðåòíûõ ïðîìûøëåííûõ ïîòðåáèòåëåé, íàïðèìåð, äëÿ ïðîèçâîäñòâà âîäîðîäà; ïðîèçâîäñòâî ðàäèîèçîòîïîâ äëÿ ïðîìûøëåííîñòè èëè ìåäèöèíñêîãî ïðèìåíåíèÿ; ðåçåðâíûé èñòî÷íèê ýíåðãèè (áóëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè ðàáîòàåò â ðåæèìå îæèäàíèÿ); íàõîæäåíèå â ïîäêðèòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè â ðåæèìå òðàíñïîðòèðîâêè äëÿ êàðòðèäæíîé ïåðåãðóçêè çà ïðåäåëàìè ïëîùàäêè èëè â ñëó÷àÿõ, êîãäà íåîáõîäèìî òðàíñïîðòèðîâàòü ðåàêòîðíûé ìîäóëü â öåëîì íà ïåðåãðóçêó. Âñå ýòè âàðèàíòû íå ÿâëÿþòñÿ âçàèìîèñêëþ÷àþùèìè, è èõ ñî÷åòàíèå òàêæå âîçìîæíî. Âûáîð îäíîãî èç ïåðå÷èñëåííûõ ðåæèìîâ áóäåò îïðåäåëÿòü òðåáîâàíèÿ ê àêòèâíîé çîíå â öåëîì è òîïëèâó â ÷àñòíîñòè. Íàïðèìåð, â ñëó÷àå ðàáîòû áëîêà â ðåæèìå ÿäåðíîé áàòàðåéêè îáåñïå÷åíèå áåçîïàñíîé òðàíñïîðòèðîâêè çàãðóæåííîãî, íî íå âûâåäåííîãî íà ìîùíîñòü ðåàêòîðà áóäåò âî ìíîãîì îïðåäåëÿòü êîíñòðóêöèþ, ìàòåðèàëû è ìåõàíè÷åñêóþ íàäåæíîñòü àêòèâíîé çîíû è òîïëèâà. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â íàñòîÿùåå âðåìÿ òðåáîâàíèÿ, â òîì ÷èñëå è ìåæäóíàðîäíûå, îòíîñÿòñÿ ê ðåàêòîðíûì óñòàíîâêàì (ÐÓ), òðàäèöèîííî ó÷àñòâóþùèì òîëüêî â âûðàáîòêå ýëåêòðè÷åñêîé è òåïëîâîé ýíåðãèè, è íå ðàññìàòðèâàþò óêàçàííûé âûøå øèðîêèé ñåêòîð èõ ìíîãîöåëåâîãî èñïîëüçîâàíèÿ. Èñõîäÿ èç ýòîãî, ðàçâèòèå ÀÑÌÌ, íåñîìíåííî, ïîâëå÷åò çà ñîáîé ïåðåñìîòð/óòî÷íåíèå/äîïîëíåíèå ñóùåñòâóþùèõ êàê ôåäåðàëüíûõ íîðì è ïðàâèë, òàê è ìåæäóíàðîäíûõ íîðì è ðåêîìåíäàöèé â îáëàñòè áåçîïàñíîãî èñïîëüçîâàíèÿ àòîìíîé ýíåðãèè. Íàïðèìåð, â äåéñòâóþùèõ íîðìàòèâíûõ äîêóìåíòàõ ôåäåðàëüíîãî óðîâíÿ îòñóòñòâóþò òàêèå ïîíÿòèÿ, êàê «ðåàêòîð èíòåãðàëüíîãî òèïà», «ìàëûé ìîäóëüíûé ðåàêòîð». Àíàëèç ïðîåêòîâ ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè Èííîâàöèîííûå ðåøåíèÿ è òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè ñ âîäíûì òåïëîíîñèòåëåì íàçåìíîãî ðàçìåùåíèÿ, ïëàíèðóåìûõ ê ñîîðóæåíèþ è ïðåäñòàâëåííûõ â îò÷åòå ÌÀÃÀÒÝ [1], ñâåäåíû â òàáë. 1. 960/300 660/>200 CANDU SMRTM/ Òÿæåëîâîäíûé Candu Energy Inc, Êàíàäà CAP200/CGNPC, Êèòàé 200/0 ÂÂÝÐ Êàíàëû âíóòðè êîðïóñà ðåàêòîðà HAPPY200/ SPIC, China TEPLATOR TM/ UWB Pilsen & CIIRC CTU, ×åõèÿ Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ IRIS/ IRIS, Ìåæäóíàðîäíàÿ êîîïåðàöèÿ 1000/335 Èíòåãðàëüíûé 2 ´ 540/2 ´ 170 ÂÂÝÐ ÃÖÍ ÃÖÍ UO2 UO2 UO2 UO2 UO2 10 18 10 30 40 2,3 65 (max) 24 37 48 24 Íåïðåðûâíàÿ ïåðåãðóçêà 24 52 5,8 14 Òîïëèâíûé öèêë (ìåñÿöû) 24 Ãëóáèíà âûãîðàíèÿ, ÃÂò/ò 5,0 <5,0 Îòðàáîòàííîå â ÂÂÝÐ òîïëèâî (< 1,2 % U-235) 2,76 ñðåäíåå 4,45 ìàêñèìàëüíîå <5,0 4,2 Íåîáîãàùåííûé óðàí <4,95 3,1 Îáîãàùåíèå, % Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò C Ðàáî÷àÿ äîêóìåíòàöèÿ DD Ñîîðóæàåòñÿ UC Ñòàòóñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò C Ðàáî÷àÿ äîêóìåíòàöèÿ DD Òîëüêî ñ ïîìî- Ïðîåêòíàÿ äîùüþ ðàáî÷åé êóìåíòàöèÿ ãðóïïû BD Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìî- Ïðîåêòíàÿ äîùüþ ðàáî÷åé êóìåíòàöèÿ ãðóïïû BD Ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû è áîðíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Âîçäåéñòâèå íà ðåàêòèâíîñòü ¹ 6, NUWARD TM/ EDF-led consortium with CEA, Naval Group, and Technic Atome ÃÖÍ ÃÖÍ ÃÖÍ UO2 UO2 UO2 Òèï òîïëèâà ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ 50/0 400/– ÃÖÍ ÃÖÍ ÃÖÍ ÅÖ Öèðêóëÿöèÿ ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß DHR400/Corporat Áàññåéíîâûé ion (CNNC), Êèòàé ÂÂÝÐ 385/125 Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ ACP100/CNNC, Êèòàé 100/30 Ìîùíîñòü òåïëîâàÿ/ ýëåêòðè÷åñêàÿ Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ Òèï CAREM/CNEA, Àðãåíòèíà Ïðîåêò/ ðàçðàáîò÷èê, ñòðàíà Ìàëûå ìîäóëüíûå ðåàêòîðû ñ âîäíûì òåïëîíîñèòåëåì íàçåìíîãî ðàçìåùåíèÿ Òàáëèöà 1 48 2025 Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ ÂÂÝÐ ÐÈÒÌ-200, ÀÎ «ÎÊÁÌ Àôðèêàíòîâ», Ðîññèÿ ÅËÅÍÀ ÍÈÖ «Êóð÷àòîâñêèé èíñòèòóò», Ðîññèÿ VK-300 ÍÈÊÝÒ, Ðîññèÿ Êèïÿùèé 30/6,6 ÂÂÝÐ 750/250 ÅÖ ÅÖ ÅÖ äî 30 % ìîùíîñòè, ñâûøå 30 % — ÃÖÍ <5 <20 36 72 – 84 300 84 90 36 200 72 <54 57/27 45,9 45,9 25 – 30 1,15 41,4 UO2 UO2 ñ îïöèåé ÌÎÕ òîïëèâî UO2 Cermet UO2 Cermet UO2 UO2 UO2 UO2 4,0 19,75 3,0 4,0 4,5 15,2 4,8 26 UO2 <5,0 Îáîãàùåíèå, % >40 Òîïëèâíûé öèêë (ìåñÿöû) 24 Ãëóáèíà âûãîðàíèÿ, ÃÂò/ò <60 UO2 Òèï òîïëèâà Ñòàòóñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Ðàáî÷àÿ äîêóìåíòàöèÿ DD Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Òîëüêî ñ ïîìî- Ñòàäèÿ ëèöåíùüþ ðàáî÷åé çèðîâàíèÿ ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Òîëüêî ñ ïîìî- Ïðîåêòíàÿ äîùüþ ðàáî÷åé êóìåíòàöèÿ ãðóïïû BD Âîçäåéñòâèå íà ðåàêòèâíîñòü ¹ 6, UNITHERM ÍÈÊÈÝÒ, Ðîññèÿ 70/– Áàññåéíîâûé ÐÓÒÀ-70 ÍÈÊÈÝÒ, Ðîññèÿ ÅÖ ÅÖ ÅÖ ÃÖÍ ÃÖÍ ÅÖ ÅÖ Öèðêóëÿöèÿ ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ 360/100 Êèïÿùèé ÊÀÐÀÒ-100/ ÍÈÊÈÝÒ Ðîññèÿ 180/45 – 50 Êèïÿùèé ÊÀÐÀÒ-45 ÍÈÊÈÝÒ, Ðîññèÿ 3,3/0,068 165/53 365/107 Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ SMART/KAERI, Ðåñïóáëèêà Êîðåÿ 840/300 1000/350 Êèïÿùèé ÂÂÝÐ DMS/ Hitachi-GE Nuclear Energy, ßïîíèÿ Ìîùíîñòü òåïëîâàÿ/ ýëåêòðè÷åñêàÿ IMR/ Mitsubishi Èíòåãðàëüíûé Heavy Industries, ÂÂÝÐ ßïîíèÿ Òèï Ïðîåêò/ ðàçðàáîò÷èê, ñòðàíà Òàáëèöà 1 (ïðîäîëæåíèå) ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß 2025 49 800/>225 ÃÖÍ NC 18 – 24 24 45 >62 UO2 UO2 49,5 UO2/ 10 ´ 10 array Òîëüêî ñ ïîìî- Ñòàäèÿ ëèöåíùüþ ðàáî÷åé çèðîâàíèÿ ãðóïïû Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Ñòàòóñ <5 4,95 (max) Êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò Ñ Ñ ïîìîùüþ ðà- Ñòàäèÿ ëèöåíáî÷åé ãðóïïû çèðîâàíèÿ è áîðíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ 3,40 (avg)/ 4,95 Ñ ïîìîùüþ ðàÏîäãîòîâêà (max) áî÷åé ãðóïïû ê ëöåíçèðîâàñ ïîãëîòèòåëåì íèþ â UK, èç B4C, Hf, â Canada Gd2O3 è â US <4,95 Òîëüêî ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû Ñ ïîìîùüþ ðàáî÷åé ãðóïïû ñòåðæíåé èç Gd2O3 è ñòåðæíåé ñ áîðîì Âîçäåéñòâèå íà ðåàêòèâíîñòü ¹ 6, Westinghouse Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ SMR Westinghouse Electric Company LLC, ÑØÀ ÂÂÝÐ SMR-160 Holtec International, ÑØÀ 12 – 24 >30 <5 <4,95 Îáîãàùåíèå, % ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ 525/160 870/270 – 290 Êèïÿùèé BWRX-300 GE-Hitachi Nuclear Energy, and Hitachi-GE Nuclear Energy, ÑØÀ, ßïîíèÿ 24 <40 24 18 – 24 Òîïëèâíûé öèêë (ìåñÿöû) 55 – 60 Ãëóáèíà âûãîðàíèÿ, ÃÂò/ò UO2 UO2 UO2 Òèï òîïëèâà ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÅÖ ÅÖ 160/50 ´ 12 Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ NuScale NuScale Power, LLC,ÑØÀ ÃÖÍ Öèðêóëÿöèÿ ÃÖÍ Èíòåãðàëüíûé ÂÂÝÐ mPower BWX TechnologiesInc., ÑØÀ 1276/443 Ìîùíîñòü òåïëîâàÿ/ ýëåêòðè÷åñêàÿ 575/195 ÂÂÝÐ Òèï UK-SMR Ðîëñ-Ðîéñ, Âåëèêîáðèòàíèÿ Ïðîåêò/ ðàçðàáîò÷èê, ñòðàíà Òàáëèöà 1 (îêîí÷àíèå) 50 2025 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ Ìíîãèå èç ïðåäñòàâëåííûõ â òàáë. 1 ïðîåêòîâ ÐÓ ÿâëÿþòñÿ â ðàçíîì ïðèáëèæåíèè óìåíüøåííûìè âåðñèÿìè áîëüøèõ ðåàêòîðîâ (PWR, ÂÂÝÐ, BWR). Òåì íå ìåíåå, èííîâàöèîííûå ñâîéñòâà èõ òîïëèâà è ìåòîäû óïðàâëåíèÿ îêàçûâàþò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà õàðàêòåðèñòèêè àêòèâíîé çîíû. Ðÿä èç íèõ ðàáîòàþò íà åñòåñòâåííîé öèðêóëÿöèè (ÅÖ), íà íåêîòîðûõ ïðåäóñìîòðåí îòêàç îò áîðíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ. Òèïû ðåàêòîðîâ Î÷åâèäíî, ÷òî îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè àêòèâíîé çîíû è òîïëèâà çàâèñÿò îò òèïà ðåàêòîðà. Ñðåäè ïðåäñòàâëåííûõ òèïîâ ðåàêòîðîâ äîìèíèðóþò äâà òèïà — ÂÂÝÐ (16 ïðîåêòîâ — 64 %) è êèïÿùèå ðåàêòîðû (5 ïðîåêòîâ — 20 %) (òàáë. 2). Êðîìå òîãî, åñòü ïðîåêòû òÿæåëîâîäíûõ ðåàêòîðîâ è ðåàêòîðîâ áàññåéíîâîãî òèïà. Ðÿä ïðåäëàãàåìûõ òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé, â òîì ÷èñëå è ðåøåíèÿ ïî ðåàêòîðàì áàññåéíîâîãî òèïà, ñåãîäíÿ íå ó÷òåíû â ñóùåñòâóþùèõ íîðìàòèâíûõ äîêóìåíòàõ, â òîì ÷èñëå è ìåæäóíàðîäíûõ. Òåïëîâàÿ ìîùíîñòü ðåàêòîðîâ Óðîâåíü òåïëîâîé ìîùíîñòè ÿâëÿåòñÿ âàæíûì ïàðàìåòðîì êàê ñ êîììåð÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ, òàê è òåõíè÷åñêîé. Êàê âèäíî èç òàáë. 3 òåïëîâóþ ìîùíîñòü â ïðåäåëàõ 300 – 1000 ÌÂò èìåþò 16 ðåàêòîðîâ (60 %). Îäíàêî íà ñåãîäíÿøíèé äåíü â ðîññèéñêèõ íîðìàòèâíûõ äîêóìåíòàõ ôåäåðàëüíîãî çíà÷åíèÿ ðåàêòîðû ïî óðîâíþ ìîùíîñòè íå ðàçäåëÿþòñÿ. Òèï öèðêóëÿöèè òåïëîíîñèòåëÿ â ïåðâîì êîíòóðå Ñïîñîá îðãàíèçàöèè öèðêóëÿöèè òåïëîíîñèòåëÿ (òàáë. 4) ñèëüíî âëèÿåò íà ðåæèìû ýêñïëóàòàöèè ðåàêòîðà.  ÷àñòíîñòè, åñòåñòâåííàÿ öèðêóëÿöèÿ (ÅÖ) çàâèñèò îò ïîäîãðåâà òåïëîíîñèòåëÿ è ãèäðîñòàòè÷åñêîãî íàïîðà.  ðåàêòîðàõ ñ ÅÖ òðóäíî îáåñïå÷èòü ðàáîòó â ìàíåâðåííûõ ðåæèìàõ èç-çà ìàëîé äâèæóùåé ñèëû ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðèíóäèòåëüíîé öèðêóëÿöèåé. Äëÿ ïðîåêòîâ, èñïîëüçóþùèõ åñòåñòâåííóþ öèðêóëÿöèþ, õàðàêòåðíû ñëåäóþùèå ñïåöèôè÷åñêèå ôàêòîðû: ¹ 6, 2025 51 Òàáëèöà 2 Òèïû ðåàêòîðîâ Êîëè÷åñòâî ïðîåêòîâ % îò îáùåãî ÷èñëà Ðåàêòîð ñ âîäîé ïîä äàâëåíèåì (ÂÂÝÐ) 16 64 Êèïÿùèé ðåàêòîð 5 20 Òÿæåëîâîäíûé ðåàêòîð 1 4 Ðåàêòîð áàññåéíîâîãî òèïà 2 8 Èíîé 1 4 Òèï ðåàêòîðà Òàáëèöà 3 Òåïëîâàÿ ìîùíîñòü ðåàêòîðîâ Òåïëîâàÿ ìîùíîñòü àêòèâíîé çîíû, ÌÂò Êîëè÷åñòâî ïðîåêòîâ % îò îáùåãî ÷èñëà 0 – 10 1 4 10 – 100 4 16 100 – 300 5 20 300 – 1000 15 60 Òàáëèöà 4 Òèï öèðêóëÿöèè òåïëîíîñèòåëÿ â ïåðâîì êîíòóðå Òèï öèðêóëÿöèè â ïåðâîì êîíòóðå Êîëè÷åñòâî ïðîåêòîâ % îò îáùåãî ÷èñëà Åñòåñòâåííàÿ öèðêóëÿöèÿ 11 44 Ïðèíóäèòåëüíàÿ öèðêóëÿöèÿ 13 52 Èñïîëüçîâàíèå êîìáèíèðîâàííîé öèðêóëÿöèè (åñòåñòâåííàÿ, ïðè ìîùíîñòè ìåíåå 30 % è ïðèíóäèòåëüíàÿ, ïðè ìîùíîñòè áîëåå 30 %) 1 4 íåðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå òåïëîâîé ýíåðãèè ïî îáúåìó àêòèâíîé çîíû. Ýòîò ôàêò íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ïëàíèðîâàíèè çàãðóçêè òîïëèâà è âûãîðàþùåãî ïîãëîòèòåëÿ, 52 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ à òàêæå ñõåìû ðàçìåùåíèÿ ðåãóëèðóþùèõ ñòåðæíåé; ñèëüíûå îáðàòíûå ñâÿçè (áîëüøèå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ðåàêòèâíîñòè ïî òåìïåðàòóðå è ïëîòíîñòè òåïëîíîñèòåëÿ); äîñòàòî÷íî ìåäëåííûé ïóñê ðåàêòîðà è âûõîä íà íîìèíàëüíûå ïàðàìåòðû èç-çà îñöèëëÿöèè ïîòîêà òåïëîíîñèòåëÿ. Ïðîåêòû ñ ðåàêòîðàìè áàññåéíîâîãî òèïà îáëàäàþò ñâîèìè îñîáåííîñòÿìè, ñâÿçàííûìè ñ òåïëîãèäðàâëèêîé è îáîñíîâàíèåì êðèçèñà òåïëîîáìåíà.  òàêèõ ðåàêòîðàõ, â îòëè÷èè îò òðàäèöèîííûõ ðåøåíèé, èìåþò ìåñòî ïðîäîëüíîå, ïîïåðå÷íîå îìûâàíèå òâýë, à òàêæå ïðîòèâîòîêè è çàñòîéíûå îáëàñòè. Òèïû òîïëèâà  ïðîåêòàõ ìàëûõ ðåàêòîðîâ, ïðåäñòàâëåííûõ â äîêóìåíòå ÌÀÃÀÒÝ [1], îïèñàíû òðè òèïà òîïëèâà (òàáë. 5). Òðàäèöèîííîå êåðàìè÷åñêîå òîïëèâî â ðåàêòîðàõ ñ âîäíûì òåïëîíîñèòåëåì õàðàêòåðèçóåòñÿ íèçêîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ è, êàê ñëåäñòâèå, íèçêîé ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è òåïëà (ïðè óâåëè÷åíèè ìîùíîñòè) îò òîïëèâà ê òåïëîíîñèòåëþ. Ýòî íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèå íà ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ ìîùíîñòè è îãðàíè÷èâàåò ìàíåâðåííîñòü áëîêà. Èííîâàöèîííîå òîïëèâî ñîñòîèò èç ÷àñòèö UO2 â ìåòàëëè÷åñêîé ìàòðèöå (ñèëóìèí èëè öèðêîíèé). Èñïîëüçîâàíèå ìåòàëëè÷åñêîé ìàòðèöû îáåñïå÷èâàåò ìèíèìàëüíîå ðàñïóõàíèå è âûñîêóþ òåïëîïðîâîäíîñòü. Òåïëîîáìåí îò òîïëèâà ê òåïëîíîñèòåëþ çíà÷èòåëüíî âûøå. Êàê ïðàâèëî, òàêîå òîïëèâî èñïîëüçóåòñÿ â òðàíñïîðòíûõ óñòàíîâêàõ. Íî â íàñòîÿùåå Òàáëèöà 5 Òèïû òîïëèâà äëÿ ìàëûõ ðåàêòîðîâ Òèï òîïëèâà Êîëè÷åñòâî % îò îáùåãî ïðîåêòîâ ÷èñëà ¹ 6, 2025 âðåìÿ íàìå÷åíà òåíäåíöèÿ èñïîëüçîâàíèÿ äàííîãî âèäà òîïëèâà è â ÀÝÑ íàçåìíîãî ðàçìåùåíèÿ. Ýòîò âèä òîïëèâà íàèáîëåå ïåðñïåêòèâåí ñ òî÷êè çðåíèÿ áåçîïàñíîñòè, íàäåæíîñòè è âîçìîæíîñòè ðàáîòû â ìàíåâðåííîì ðåæèìå. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî íåêîòîðûå ïðîåêòû ìàëûõ ðåàêòîðîâ, èñïîëüçóþùèå òîïëèâî UO2 (íàïðèìåð, ïðîåêò «ÅËÅÍÀ»), ðàññìàòðèâàþò âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ è ÌÎÊÑòîïëèâà. Áîëåå òîãî, â íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ èííîâàöèîííûõ êîíñòðóêöèé òîïëèâà îáñóæäàåòñÿ âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ «non-oxide fuel» òîïëèâà, ñîäåðæàùåãî ðåöèêëèðîâàííûé ïëóòîíèé. Íèæå ïðèâåäåíû âàðèàíòû ïîòåíöèàëüíî âîçìîæíûõ âèäîâ òîïëèâà äëÿ ïåðñïåêòèâíûõ ïðîåêòîâ àêòèâíûõ çîí ÀÑÌÌ: óðàí-íèòðèäíîå òîïëèâî (Uranium nitride); óðàí-êàðáèäíîå òîïëèâî (Uranium carbide); óðàí-ïëóòîíèåâîå íèòðèäíîå òîïëèâî (Pu-U nitrides); òîðèåâîå òîïëèâî (Thorium). Îäíàêî â ñóùåñòâóþùèõ íîðìàòèâíûõ àêòàõ íå ñîäåðæàòñÿ òðåáîâàíèÿ ïî ýòèì èííîâàöèîííûì ìàòåðèàëàì êàê â öåëîì, òàê è ïî ïðåäåëàì è óñëîâèÿì áåçîïàñíîé ýêñïëóàòàöèè ïî òîïëèâó, â ÷àñòíîñòè. Âñå âûøåóêàçàííîå íåèçáåæíî ïðèâåäåò ê ïåðåñìîòðó öåëîãî ðÿäà ïîëîæåíèé ñóùåñòâóþùèõ íîðìàòèâíûõ àêòîâ. Îáîãàùåíèå ÿäåðíîãî òîïëèâà Îáîãàùåíèå â áîëüøåé ñòåïåíè çàâèñèò îò òèïà òîïëèâà. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïîäêðèòè÷íîñòè òîïëèâà íà âñåõ ýòàïàõ æèçíåííîãî öèêëà òîïëèâà (â ïåðâóþ î÷åðåäü, ïðè ïðîèçâîäñòâå è òðàíñïîðòèðîâêå òîïëèâà) â òðåáîâàíèÿõ áîëüøèíñòâà íîðìàòèâíûõ àêòîâ äëÿ ðåàêòîðîâ áîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè óñòàíîâëåíî îãðàíè÷åíèå ïî îáîãàùåíèþ íà óðîâíå 5 %.  ðÿäå êîíöåïòóàëüíûõ ïðîåêòîâ ìàëûõ ðåàêòîðîâ ðàññìàòðèâàþòñÿ âàðèàíòû ñ îáîãàùåíèåì ÿäåðíîãî òîïëèâà, ïðåâûøàþùåì ýòîò ïðåäåë: Êåðàìè÷åñêîå (òîïëèâíûå òàáëåòêè) UO2 21 84 Èííîâàöèîííîå êåðìåòíîå òîïëèâî 2 8 îáîãàùåíèå 0 – 5 % . . . . . . . . . . . . 22 ïðîåêòà îáîãàùåíèå 5 – 20 % . . . . . . . . . . . . 3 ïðîåêòà Êåðàìè÷åñêîå òîïëèâíûå òàáëåòêè UO2 ñ îïöèåé MOX-òîïëèâà 1 4 Íå ïðåäñòàâëåíî 1 4 Ýòî ñâÿçàíî ñ íåîáõîäèìîñòüþ îáåñïå÷åíèÿ áîëåå äëèòåëüíîãî ïåðèîäà ýêñïëóàòàöèè ìåæäó ïåðåãðóçêàìè è äëÿ êîìïåíñàöèè áîëåå âûñîêîé óòå÷êè íåéòðîíîâ â ôèçè÷åñêè ìåíüøèõ ðàçìåðàõ àêòèâíîé çîíû. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ Áîëåå âûñîêîå îáîãàùåíèå òîïëèâà òàêæå âëèÿåò íà íåêîòîðûå ñâîéñòâà òîïëèâà. Íàïðèìåð, ýòî ïðèâîäèò ê ìåíåå ñèëüíîìó îòðèöàòåëüíîìó òåìïåðàòóðíîìó êîýôôèöèåíòó ðåàêòèâíîñòè ïî òåìïåðàòóðå òîïëèâà çà ñ÷åò áîëåå íèçêîé êîíöåíòðàöèè 238U. Îäíàêî èñïîëüçîâàíèå âûãîðàþùèõ ïîãëîòèòåëåé è ñïåöèàëüíûõ ñîñòàâîâ ìàòðèöû òîïëèâà ìîæåò èçìåíèòü ýòîò ýôôåêò (íàïðèìåð, òîïëèâî äëÿ ðåàêòîðà TRIGA). Áîëåå âûñîêîå îáîãàùåíèå ìîæåò ïðèâåñòè ê áîëåå æåñòêîìó ñïåêòðó íåéòðîíîâ, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, âëèÿåò íà íåéòðîííûå ñâîéñòâà àêòèâíîé çîíû (íàïðèìåð, áîëåå íèçêàÿ ýôôåêòèâíîñòü ðåãóëèðóþùèõ ñòåðæíåé è âûãîðàþùåãî ïîãëîòèòåëÿ). Ýòîò ýôôåêò ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí äëÿ óëó÷øåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ðåàêòîðà èëè ñêîððåêòèðîâàí çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ãåîìåòðèè è ñîñòàâà ìàòåðèàëîâ òåïëîâûäåëÿþùåé ñáîðêè (ÒÂÑ). Ãëóáèíà âûãîðàíèÿ òîïëèâà àêòèâíîé çîíû Ãëóáèíà âûãîðàíèÿ òàêæå êàê è îáîãàùåíèå, çàâèñèò îò òèïà òîïëèâà. Áëàãîäàðÿ ñâîèì ïðåâîñõîäíûì òåðìîìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì èííîâàöèîííîå êåðàìè÷åñêîå òîïëèâî ñïîñîáíî äîñòèãàòü áîëåå âûñîêèõ çíà÷åíèé âûãîðàíèÿ òîïëèâà (äî 95 – 122 ÃÂò/ò), ÷åì ó îáû÷íîãî êåðàìè÷åñêîãî òîïëèâà, ïðèìåíÿåìîãî â ñîâðåìåííûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ ðåàêòîðàõ ñ âîäíûì òåïëîíîñèòåëåì. Ãëóáèíà âûãîðàíèÿ â òàêèõ ðåàêòîðàõ, êàê ïðàâèëî, íå ïðåâûøàåò 55 – 60 ÃÂò/ò. Ðàñïðåäåëåíèå ãëóáèíû âûãîðàíèÿ òîïëèâà ïðåäñòàâëåíî â òàáë. 6. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü òîïëèâíîãî öèêëà Ðàçáðîñ çíà÷åíèé ïî äëèòåëüíîñòè òîïëèâíîãî öèêëà ìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 10 äî 300 ìåñÿöåâ, ÷òî âèäíî èç òàáë. 7. Äëèòåëüíîñòü òîïëèâíîãî öèêëà òåñíî ñâÿçàíà ñ òèïîì òîïëèâà, îáîãàùåíèåì, òåïëîâîé ìîùíîñòüþ è äðóãèìè ïàðàìåòðàìè. Òàêæå âèäíî, ÷òî îñíîâíîå êîëè÷åñòâî ïðîåêòîâ (11 ïðîåêòîâ — 44 %) ïðåäóñìàòðèâàåò 24-ìåñÿ÷íûé òîïëèâíûé öèêë. Òàêîå ðåøåíèå ñâÿçàíî ñ ñóùåñòâóþùèìè íîðìàòèâàìè ðåâèçèè îñíîâíîãî îáîðóäîâàíèÿ ÀÝÑ. Óâåëè÷åíèå ïðîäîëæèòåëüíîñòè òîïëèâíîãî öèêëà íåèçáåæíî âåäåò ê ïåðåñìîòðó íîðì ïî òåõíè÷åñêîìó îáñëóæèâàíèþ, ðåìîíòó è êîíòðîëþ ìåòàëëà. ¹ 6, 2025 53 Òàáëèöà 6 Ãëóáèíà âûãîðàíèÿ òîïëèâà Âûãîðàíèå òîïëèâà, ÃÂò/ò Êîëè÷åñòâî ïðîåêòîâ % îò îáùåãî ÷èñëà 1 – 10 3 12 11 – 20 — — 21 – 30 3 12 31 – 40 6 24 41 – 50 4 16 50 – 60 5 20 Áîëåå 60 2 8 Íå ïðåäñòàâëåíî 2 8 Òàáëèöà 7 Ïðîäîëæèòåëüíîñòü òîïëèâíîãî öèêëà Ïðîäîëæèòåëüíîñòü òîïëèâíîãî öèêëà (ìåñÿöû) Êîëè÷åñòâî ïðîåêòîâ % îò îáùåãî ÷èñëà 1 – 10 3 12 11 – 20 2 8 21 – 30 11 44 31 – 40 2 8 41 – 50 1 4 70 – 90 4 16 Áîëåå 90 2 8 On-line 1 4 Óïðàâëåíèå ðåàêòèâíîñòüþ Ìàëûé ðàçìåð àêòèâíîé çîíû ïðèâîäèò ê âûñîêîé óòå÷êå íåéòðîíîâ, à òàêæå ê ñóùåñòâåííîé íåðàâíîìåðíîñòè íåéòðîííîãî ïîòîêà è ðàçíîé öåííîñòè íåéòðîíîâ â öåíòðå è íà ïåðèôåðèè àêòèâíîé çîíû. Êàê ñëåäñòâèå, â àêòèâíûõ çîíàõ ìàëûõ ðåàêòîðîâ áóäåò èìåòü ìåñòî ñóùåñòâåííîå ðàçëè÷èå â ýôôåêòèâíîñòè öåíòðàëüíûõ è ïåðèôåðèéíûõ îðãàíîâ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ è çàùèòû (ÑÓÇ), à òàêæå áîëåå ñëîæíàÿ ôîðìà êðèâîé äèôôåðåíöèàëüíîé ýôôåêòèâíîñòè ÑÓÇ îò âûñîòû. Òàêèì îá- 54 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ðàçîì, öåíòðàëüíûé ñòåðæåíü ÑÓÇ áóäåò ñóùåñòâåííî ìåíåå ýôôåêòèâåí â êðàéíèõ ïîëîæåíèÿõ (90 % ââåäåí èëè 90 % âûâåäåí). Âòîðàÿ ñèñòåìà âîçäåéñòâèÿ íà ðåàêòèâíîñòü òðàäèöèîííî ìîæåò âêëþ÷àòü êàê áîðíîå ðåãóëèðîâàíèå (êàê íà ÂÂÝÐ áîëüøîé ìîùíîñòè), òàê è âîçäåéñòâèå íà ðåàêòèâíîñòü ïðè ïîìîùè îòðàæàòåëÿ èëè ïîãëîòèòåëÿ. Ñïîñîá ðåãóëèðîâàíèÿ îòðàæàòåëåì ìàëîïðèìåíèì äëÿ áîëüøèõ ðåàêòîðîâ, îäíàêî îí ìîæåò äàòü îïðåäåëåííûé ýôôåêò â ñëó÷àå ìàëîãî ðàçìåðà àêòèâíîé çîíû è ïðè ñóùåñòâåííîé óòå÷êå íåéòðîíîâ. Âî ìíîãèõ ïðîåêòàõ ÀÑÌÌ, ïðåäñòàâëåííûõ â [1], äëÿ óïðàâëåíèÿ ðåàêòèâíîñòüþ íå èñïîëüçóåòñÿ ðàñòâîð áîðíîé êèñëîòû ïî ñëåäóþùèì ïðè÷èíàì: ñíèæåíèå êîððîçèè êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ è èçáåæàíèå îáðàçîâàíèÿ îòëîæåíèé áîðà íà òîïëèâíûõ ñòåðæíÿõ; îòñóòñòâèå íåîáõîäèìîñòè îáðàùåíèÿ ñ îòõîäàìè íåáàëàíñíîãî ðàñòâîðà áîðíîé êèñëîòû ïðè áîëüøèõ âîäîîáìåíàõ è, òàêèì îáðàçîì, ñíèæåíèå ýêñïëóàòàöèîííûõ ðàñõîäîâ, à òàêæå ìåíüøåå âîçäåéñòâèå íà îêðóæàþùóþ ñðåäó. Îäíàêî «áåçáîðíàÿ» êîíöåïöèÿ óïðàâëåíèÿ ðåàêòèâíîñòüþ ïðè äëèòåëüíîé ýêñïëóàòàöèè ðåàêòîðà áåç ïåðåãðóçêè òîïëèâà äëÿ êîìïåíñàöèè èçáûòî÷íîé ðåàêòèâíîñòè ïîòðåáóåò ïðèìåíåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ïîãëîùàþùèõ ìàòåðèàëîâ èëè èñïîëüçîâàíèå áóëüøåãî êîëè÷åñòâà óïðàâëÿþùèõ ñòåðæíåé, ÷òî äëÿ ìàëîé àêòèâíîé çîíû ìîæåò îêàçàòüñÿ ïðîáëåìîé. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþ òâåðäûõ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ (îòðàáîòàííûå ïîãëîùàþùèå ýëåìåíòû (ÏÝË) ÑÓÇ). Ýòî, êîíå÷íî, ìàëî ïîâëèÿåò íà ãàðìîíèçàöèè íîðìàòèâíûõ àêòîâ â ÷àñòè òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé ïî àêòèâíîé çîíå, íî ïðè âûáîðå âàðèàíòîâ ïðèìåíåíèÿ ÀÑÌÌ ýòî íàäî ó÷èòûâàòü. Èçìåíåíèå ñïåêòðà íåéòðîíîâ è ãåîìåòðèè ÒÂÑ, à òàêæå íåîáõîäèìîñòü ðàáîòû â ìàíåâðåííûõ ðåæèìàõ ìîæåò ïðèâåñòè ê íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ñëîæíûõ êîìïîçèöèé ìàòåðèàëîâ ÏÝË ÑÓÇ (B4C, Hf, Ag-In-Cd, Dy è äð.) èëè êîìáèíàöèè ðàçíûõ òèïîâ îðãàíîâ óïðàâëåíèÿ äëÿ êîìïåíñàöèè èçáûòî÷íîé ðåàêòèâíîñòè è îïåðàòèâíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ.  ñëó÷àå îòêàçà îò áîðíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ, ñîãëàñíî òðåáîâàíèÿì ôåäåðàëüíûõ íîðì è ïðàâèë, ñëåäóåò ïðåäóñìîòðåòü àëüòåðíàòèâíóþ (äèâåðñíóþ) ñèñòåìó êîíòðîëÿ ðåàêòèâíîñòè. ¹ 6, 2025 Âñåãäà ñóùåñòâóåò êîìïðîìèññ ìåæäó âûáîðîì ìàòåðèàëà âûãîðàþùåãî ïîãëîòèòåëÿ èëè êîëè÷åñòâîì óïðàâëÿþùèõ ñòåðæíåé. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíûìè è èçó÷åííûìè ìàòåðèàëàìè äëÿ êîìïåíñàöèè èçáûòî÷íîé ðåàêòèâíîñòè â òå÷åíèå êàìïàíèè â àêòèâíîé çîíå ðåàêòîðà ÿâëÿþòñÿ âûãîðàþùèå ïîãëîòèòåëè èç áîðà, ãàäîëèíèÿ è ýðáèÿ.  êà÷åñòâå æèäêîãî ïîãëîòèòåëÿ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ àçîòíî-êèñëûé êàäìèé. Åùå îäíèì âàæíûì ïàðàìåòðîì, êîòîðûé çàâèñèò îò äëèíû ÒÂÑ, ÿâëÿåòñÿ ìèíèìàëüíîå âðåìÿ ïàäåíèÿ ðåãóëèðóþùåãî ñòåðæíÿ. Îæèäàåòñÿ, ÷òî èç-çà ìàëûõ ðàçìåðîâ ðåàêòîðà âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ àâàðèéíîé çàùèòû áóäåò ãîðàçäî ìåíüøå. Ïðè óïðàâëåíèè ðåàêòèâíîñòüþ ÀÑÌÌ íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü îñîáåííîñòè ñèñòåì è ìåòîäîâ êîíòðîëÿ íåéòðîííîãî ïîòîêà: ÷óâñòâèòåëüíîñòü äàò÷èêîâ, èõ ðàçìåùåíèå è èçìåíåíèå äîñòîâåðíîñòè ïîêàçàíèé àïïàðàòóðû êîíòðîëÿ íåéòðîííîãî ïîòîêà â çàâèñèìîñòè îò òèïà è ïîëîæåíèÿ ðåãóëèðóþùèõ ñòåðæíåé, ïîëîæåíèÿ îòðàæàòåëÿ èëè ïîãëîòèòåëÿ (åñëè òàêàÿ ñèñòåìà èñïîëüçóåòñÿ). Ñòàòóñ ïðîåêòà  íàñòîÿùåå âðåìÿ â ìèðå âåäåòñÿ äåòàëüíàÿ ïðîðàáîòêà äâóõ ïðîåêòíûõ è òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé (8 %). Èç 25 ïðîåêòîâ 14 íàõîäÿòñÿ íà ñòàäèè àíàëèçà è ïðèíÿòèÿ êîíöåïòóàëüíûõ ðåøåíèé (56 %), 4 — íà ñòàäèè ðàçðàáîòêè ïðîåêòíîé äîêóìåíòàöèè (16 %), 3 — íà ðàçëè÷íûõ ñòàäèÿõ ðàññìîòðåíèÿ íàäçîðíûìè îðãàíàìè. È òîëüêî 2 ïðîåêòà íàõîäÿòñÿ â ñòàäèè ñòðîèòåëüñòâà (òàáë. 8). Ïåðâûé ïðîåêò èç ìàêñèìàëüíî ðåàëèçîâàííûõ — CAREM — ýòî íàöèîíàëüíûé ïðîåêò ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè, êîîðäèíèðóåìûé Àðãåíòèíñêîé íàöèîíàëüíîé êîìèññèåé ïî àòîìíîé ýíåðãèè (CNEA) â ñîòðóäíè÷åñòâå ñ âåäóùèìè ÿäåðíûìè êîìïàíèÿìè Àðãåíòèíû. Âûäàíà ëèöåíçèÿ íà ñîîðóæåíèå. Ïåðâûé áåòîí äëÿ íåÿäåðíûõ çäàíèé áûë çàëèò â ôåâðàëå 2014 ã. Âòîðîé — Êèòàéñêèé ïðîåêò ACP100. Ïî ñîîáùåíèþ êèòàéñêèõ ÑÌÈ îò 14 èþëÿ 2021 ã., ÊÍÐ íà÷àëà ñòðîèòåëüñòâî ìàëîãî ìîäóëüíîãî ðåàêòîðà íà ÀÝÑ «Ëèíëóí-1». Ìîùíîñòü ýíåðãîáëîêà ñîñòàâëÿåò 125 ÌÂò. Ðîññèÿ àíîíñèðîâàëà ñòðîèòåëüñòâî ÀÑÌÌ â öåëîì ðÿäå äðóæåñòâåííûõ íàì ãîñóäàðñòâ êàê â áëèæíåì, òàê è äàëüíåì çàðóáåæüå. Íà- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 55 Òàáëèöà 8 Àááðåâèàòóðà Êîëè÷åñòâî ïðîåêòîâ % îò îáùåãî ÷èñëà Ñîîðóæåíèå ÀÝÑ (Under construction) UC 2 8 Ðàçðàáîòàíà ðàáî÷àÿ äîêóìåíòàöèÿ (Detailed design) DD 2 8 Ðàçðàáîòàí êîíöåïòóàëüíûé ïðîåêò (Conceptual) C 14 56 Ðàçðàáîòàíà ïðîåêòíàÿ äîêóìåíòàöèÿ (Basic design) BD 4 16 Äîêóìåíòàöèÿ ïåðåäàíà â íàäçîðíûé îðãàí (Under regulatory review) R 3 12 Ñòàòóñ ïðîåêòà ðÿäó ñ ïîäïèñàííûìè ñîãëàøåíèÿìè ïî ñòðîèòåëüñòâó ÀÑÌÌ â Óçáåêèñòàíå [4], ãîòîâèòñÿ ñîãëàøåíèå î íàìåðåíèÿõ ñ ïðàâèòåëüñòâîì Áðàçèëèè. Çàêëþ÷åíèå ßäåðíûå ðåàêòîðû ìàëîé ìîùíîñòè ÿâëÿþòñÿ òåõíîëîãè÷åñêè ñëîæíûìè îáúåêòàìè, òåõíè÷åñêèå ïðîáëåìû â êîòîðûõ ðåøåíû åù¸ íå âñå. Ïðîâåäåííûé àíàëèç òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé è õàðàêòåðèñòèê àêòèâíûõ çîí ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè äåìîíñòðèðóåò çíà÷èòåëüíûé ïðîãðåññ â ðàçðàáîòêå èííîâàöèîííûõ ïðîåêòîâ, íàïðàâëåííûõ íà ðàñøèðåíèå ïðèìåíåíèÿ àòîìíîé ýíåðãåòèêè â íîâûõ ðûíî÷íûõ íèøàõ. Ñèñòåìàòèçàöèÿ äàííûõ ïî 25 ìåæäóíàðîäíûì ïðîåêòàì ïîçâîëèëà âûÿâèòü êëþ÷åâûå òåíäåíöèè è òåõíîëîãè÷åñêèå îñîáåííîñòè, îòëè÷àþùèå ÀÑÌÌ îò òðàäèöèîííûõ ðåàêòîðîâ áîëüøîé ìîùíîñòè. Ïðåîáëàäàíèå ïðîåêòîâ ñ ðåàêòîðàìè òèïà ÂÂÝÐ è êèïÿùèõ ðåàêòîðîâ, à òàêæå èñïîëüçîâàíèå åñòåñòâåííîé öèðêóëÿöèè òåïëîíîñèòåëÿ ïîä÷åðêèâàþò ñòðåìëåíèå ðàçðàáîò÷èêîâ ê óïðîùåíèþ êîíñòðóêöèè ðåàêòîðîâ è ïîâûøåíèþ èõ áåçîïàñíîñòè. Îäíàêî ñóùåñòâóþò è òåõíè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ ïðîåêòîâ. Ìàëûå ðàçìåðû àêòèâíîé çîíû óâåëè÷èâàþò óòå÷êó íåéòðîíîâ, óñëîæíÿÿ óïðàâëåíèå ðåàêòèâíîñòüþ è ðàñïðåäåëåíèå ýíåðãîâûäåëåíèå. Äëèòåëüíûå òîïëèâíûå öèêëû (äî 300 ìåñÿöåâ) è ïîâûøåííîå îáîãàùåíèå òîïëèâà òðåáóþò ïåðåñìîòðà íîðì ïî îáñëóæèâàíèþ, êîíòðîëþ ìåòàëëà è îáðàùåíèþ ñ ðàäèîàêòèâíûìè îòõîäàìè. Ñóùåñòâóþùèå íîðìàòèâíûå äîêóìåíòû, îðèåíòèðîâàííûå íà ðåàêòîðû áîëüøîé ìîùíîñòè, íå ó÷èòûâàþò ñïåöèôèêó ÀÑÌÌ, âêëþ÷àÿ èñïîëüçîâàíèå òîïëèâà ñ îáîãàùåíèåì ñâûøå 5 %, êàðòðèäæíóþ ïåðåçàãðóçêó è èíòåãðàëüíûå êîíñòðóêöèè. Òàêæå òðåáóåòñÿ ãàðìîíèçàöèÿ ìåæäóíàðîäíûõ ñòàíäàðòîâ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîñòè ïðè òðàíñïîðòèðîâêå ðåàêòîðíûõ ìîäóëåé, ðàáîòå â ðåæèìå «ÿäåðíîé áàòàðåéêè» è ìíîãîöåëåâîì ïðèìåíåíèè (ýíåðãîñíàáæåíèå èçîëèðîâàííûõ ðåãèîíîâ, ïðîèçâîäñòâî âîäîðîäà, ðåçåðâíîå ýíåðãîîáåñïå÷åíèå). Áîëüøèíñòâî ïðîåêòîâ ÐÓ ìàëîé ìîùíîñòè (56 %) íàõîäÿòñÿ â êîíöåïòóàëüíîé ñòàäèè, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î íåîáõîäèìîñòè äàëüíåéøèõ ÍÈÎÊÐ è èíâåñòèöèé. Äâà ïðîåêòà (CAREM â Àðãåíòèíå è ACP100 â Êèòàå) ïåðåøëè ê ýòàïó ñòðîèòåëüñòâà. Îäíàêî íè îäèí èç 25 ðàññìîòðåííûõ ïðîåêòîâ ïîëíîñòüþ íå óäîâëåòâîðÿåò òðåáîâàíèÿì ñîâðåìåííûõ íîðìàòèâíûõ äîêóìåíòîâ, ÷òî ãîâîðèò î íåîáõîäèìîñòè ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ íîðìàòèâíî-çàêîíîäàòåëüíîé áàçû, ðåãóëèðóþùåé ðåàêòîðû ìàëîé ìîùíîñòè. Ðîññèéñêèå ðàçðàáîòêè (ÐÈÒÌ-200, ÊÀÐÀÒ, ÐÓÒÀ) äåìîíñòðèðóþò âûñîêèé ïîòåíöèàë, íàõîäÿñü íà ñòàäèÿõ ëèöåíçèðîâàíèÿ è ðàáî÷åãî ïðîåêòèðîâàíèÿ, ÷òî óêðåïëÿåò ïîçèöèè ÐÔ íà ãëîáàëüíîì ðûíêå ÀÑÌÌ. Ðîññèÿ èìååò áîëüøèé îïûò â ðàçðàáîòêå è ýêñïëóàòàöèè ÐÓ ìàëîé ìîùíîñòè òðàíñïîðòíîãî íàçíà÷åíèÿ. Îáùàÿ íàðàáîòêà òàêèõ ÐÓ ñîñòàâëÿåò áîëåå 11 000 ðåàêòîðî-ëåò. Èìåþùèåñÿ êîìïåòåíöèè è îïûò ïîçâîëÿþò íàøåé ñòðàíå è äàëüøå ðàçâèâàòü òåìàòèêó ÀÑÌÌ. Ñåãîäíÿ â Ðîññèè ïðîõîäèò ïðîöåäóðó ëèöåíçèðîâàíèÿ ïåðâàÿ â ìèðå ÀÑÌÌ íàçåìíîãî ðàçìåùåíèÿ ñ ðåàêòîðíîé óñòàíîâêîé ÐÈÒÌ-200, ñîîðóæåíèå êîòîðîé ïëàíèðóåòñÿ â ïîñ¸ëêå Óñòü-Êóéãà â ßêóòèè äëÿ ýëåêòðîñíàáæåíèÿ çîëîòîðóäíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ Êþ÷óñ, îëîâîðóäíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ Äåïóòàòñêîå è ìåñòîðîæäåíèÿ ðîññûïíîãî îëîâà Òèðåõòÿõ. Çàïóñê ïåðâîãî ýíåðãî- 56 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ áëîêà îæèäàåòñÿ â 2027 ã., ââîä â ýêñïëóàòàöèþ — â 2028 ã.  2024 ã. ÃÊ «Ðîñàòîì» çàêëþ÷èëà ïåðâûé ýêñïîðòíûé êîíòðàêò íà ñîîðóæåíèå ÀÑÌÌ èç øåñòè áëîêîâ â Ðåñïóáëèêå Óçáåêèñòàí îáùåé ìîùíîñòüþ 330 ÌÂò. Ïîýòàïíûé ââîä â ýêñïëóàòàöèþ íàìå÷åí íà ïåðèîä ñ 2029 ïî 2033 ãã. Òàêèì îáðàçîì, ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ ðåàêòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè ñâÿçàíû ñ àäàïòàöèåé íîðìàòèâíîé áàçû, âíåäðåíèåì öèôðîâûõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ è óãëóáëåíèåì ìåæäóíàðîäíîé êîîïåðàöèè. Ðåçóëüòàòû äàííîãî èññëåäîâàíèÿ ôîðìèðóþò îñíîâó äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà áåçîïàñíîñòè, ýêîíîìè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè è ýêîëîãè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè ÀÑÌÌ, ÷òî îñîáåííî àêòóàëüíî â óñëîâèÿõ ãëîáàëüíîãî ïåðåõîäà ê íèçêîóãëåðîäíîé ýíåðãåòèêå. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 1. Advances in Small Modular Reactor. Technology Developments. [Ýëåêòðîí. ðåñóðñ] https:// aris.iaea.org/Publications/SMR-Book_2018.pdf (äàòà îáðàùåíèÿ 05.05.2025). 2. Êîíôåðåíöèÿ ÌÀÃÀÒÝ ïî ìàëûì ìîäóëüíûì ðåàêòîðàì [Ýëåêòðîí. ðåñóðñ] https:// cntd.ru/news/read/konferenciia-magate-po-malymmodulnym-reaktoram (äàòà îáðàùåíèÿ 05.05.2025). 3. European Utility Requirements for LWR Nuclear Power Plant — document, rev. E (2017). [Ýëåêòðîí. ðåñóðñ] https://europeanutilityrequire- ¹ 6, 2025 ments.eu/sites/default/files/2022-11/TOC%20Chapter %201_2.pdf (äàòà îáðàùåíèÿ 07.05.2025). 4. «Ðîñàòîì» ïîñòðîèò ïåðâóþ çàðóáåæíóþ ÀÝÑ ìàëîé ìîùíîñòè â Óçáåêèñòàíå [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] https://strana-rosatom.ru/2024/05/ 27/rossiya-i-uzbekistan-podpisali-soglash/?ysclid= mbavu50hj300111615 (äàòà îáðàùåíèÿ 12.05.2025). References 1. Advances in Small Modular Reactor. Technology Developments, [Electronic resource]. — URL: https:// aris.iaea.org/Publications/SMR-Book_2018.pdf (accessed: 05.05.2025). 2. Konferenciya MAGATE‘ po maly’m modul’ny’m reaktoram (IAEA Conference on Small Modular Reactors), [Electronic resource]. — URL: https:// cntd.ru/news/read/konferenciia-magate-po-malymmodulnym-reaktoram (accessed: 05.05.2025). 3. European Utility Requirements for LWR Nuclear Power Plant — document, rev. E,2017, [Electronic resource]. — URL: https://europeanutilityrequirements.eu/sites/default/files/202211/TOC%20Chapter %201_2.pdf (accessed: 07.05.2025). 4. «Rosatom» postroit pervuyu zarubezhnuyu AE’S maloj moshhnosti v Uzbekistane (Rosatom to Build First Foreign Low-Capacity Nuclear Power Plant in Uzbekistan), [Electronic resource]. — URL: https://strana-rosatom.ru/2024/05/27/rossiya-i-uzbekistan-podpisali-soglash/?ysclid=mbavu50hj30011 1615 (accessed:12.05.2025). KhvostovaMS@mpei.ru Äàòà ïîñòóïëåíèÿ 30.03.2025 Äàòà ïðèíÿòèÿ ê ïóáëèêàöèè 25.04.2025 Analysis of characteristics and innovative solutions of small modular reactors cores Chetverikov A. E., Soldatov I. M., Khvostova M. S., Soldatov A. I. The article opens a series of publications on the development of innovative projects of small modular reactors. The article systematizes and analyzes technical solutions and characteristics proposed by different countries concerning the core of small modular reactors, such as reactor type, thermal capacity, type of primary circulation, type, enrichment and burnout depth of nuclear fuel, fuel cycle, reactivity control and project status. The issues that need to be resolved in order to harmonize the regulatory framework for large and medium-power units and small reactors are highlighted. Keywords: small modular reactors, reactor core, IAEA, thermal capacity, primary circulation, fuel enrichment, fuel burnup, MOX fuel, REMIXfuel, fuel cycle, reactivity control. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 57 ÝÊÑÏËÓÀÒÀÖÈß, ÌÎÍÒÀÆ È ÍÀËÀÄÊÀ DOI: 10.71759/8hwf-5k34 Ñïåöèàëüíîñòü 2.4.4. Ýëåêòðîòåõíîëîãèÿ è ýëåêòðîôèçèêà Î ðàçðàáîòêå ñèñòåì óïðàâëåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèìè óñòàíîâêàìè äëÿ îõëàæäåíèÿ æèäêèõ òåïëîíîñèòåëåé Êîæå÷åíêî À. Ñ., êàíä. òåõí. íàóê ÀÎ «ÖÍÈÈÀû, Ìîñêâà Ùåðáàêîâ À. Â., äîêòîð òåõí. íàóê, Ðîäÿêèíà Ð. Â., êàíä. òåõí. íàóê ÔÃÁÎÓ ÂÎ «ÍÈÓ «ÌÝÈ», Ìîñêâà Àêòóàëüíîñòü âíåäðåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ óñòàíîâîê äëÿ îðãàíèçàöèè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ïðîìûøëåííîãî îáîðóäîâàíèÿ, ëàáîðàòîðíîé è ìåäèöèíñêîé òåõíèêè îáóñëîâëåíà âûñîêîé íàäåæíîñòüþ, êîìïàêòíîñòüþ è ýêîëîãè÷íîñòüþ õîëîäèëüíûõ ìàøèí íà îñíîâå ìîäóëåé Ïåëüòüå. Ïîêàçàíî, ÷òî äëÿ ñîçäàíèÿ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðîé æèäêèõ òåïëîíîñèòåëåé â ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ óñòàíîâîê òðåáóåòñÿ ñîçäàíèå ìåòîäè÷åñêîãî ïîäõîäà è àíàëèç ïðîöåññîâ â ñèñòåìå «õîëîäèëüíàÿ ìàøèíà – òåïëîîáìåííûé êîíòóð». Íà îñíîâå ïðîâåäåííîãî àíàëèçà âûÿâëåíà íåîáõîäèìîñòü àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ ðåæèìîì ñáðîñà òåïëà ñ «ãîðÿ÷åé ñòîðîíû» òåðìîýëåêòðè÷åñêîé áàòàðåè è ðåàëèçàöèè ðåãóëÿòîðà òåìïåðàòóðû â âèäå öèôðîâîãî ÏÈÄ-ðåãóëÿòîðà ñ óâåëè÷åííûì âðåìåíåì êâàíòîâàíèÿ. Çíà÷åíèå óñòàíàâëèâàåìîãî èíòåðâàëà êâàíòîâàíèÿ áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ òðàíñïîðòíîé çàäåðæêîé ïåðåíîñà æèäêîñòè îò õîëîäèëüíèêà ê îáúåêòó. Êëþ÷åâûå ñëîâà: òåðìîýëåêòðè÷åñêîå îõëàæäåíèå, ýôôåêò Ïåëüòüå, òðàíñïîðòíàÿ çàäåðæêà, ÏÈÄ-ðåãóëÿòîð, íåëèíåéíûé îáúåêò, öèôðîâàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ. Ïîòðåáíîñòü â ïðèìåíåíèè óñòðîéñòâ äëÿ îõëàæäåíèÿ æèäêèõ òåïëîíîñèòåëåé, ïåðåìåùàåìûõ ïî çàìêíóòîìó êîíòóðó, ñóùåñòâóåò â ñàìûõ ðàçíûõ îáëàñòÿõ ìàøèíîñòðîåíèÿ. Òàê, íàïðèìåð, âîäîîõëàæäàþùèå ìàøèíû (÷èëëåðû) èñïîëüçóþò äëÿ îðãàíèçàöèè êîíòóðîâ îõëàæäåíèÿ ïðîìûøëåííîãî îáîðóäîâàíèÿ — ñòàíêîâ, íàñîñîâ, ïå÷íûõ è íàãðåâàòåëüíûõ óñòàíîâîê.  òàêèõ ñèñòåìàõ òðåáóåìàÿ òî÷íîñòü ïîääåðæàíèÿ òåìïåðàòóðû îáû÷íî íåâûñîêà è ñîñòàâëÿåò 2 – 3 °Ñ [1]. Áîëåå âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ïðåäúÿâëÿþòñÿ ê ÷èëëåðàì, èñïîëüçóåìûì äëÿ îõëàæäåíèÿ ïðîìûøëåííûõ ëàçåðîâ [2], óñòàíîâêàì äëÿ âûðàùèâàíèÿ ìîíîêðèñòàëëîâ è íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé [3], ëàáîðàòîðíîìó è ìåäèöèíñêîìó îáîðóäîâàíèþ — îò 0,1 äî 1 °Ñ. [4, 5]. Îäíàêî êàê ïðîìûøëåííûå, òàê è íàñòîëüíûå ÷èëëåðû, êàê ïðàâèëî, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñòàöèîíàðíî ðàçìåùàåìûå óñòðîéñòâà, â êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ ïàðîêîìïðåññèîííûå õîëîäèëüíûå óñòàíîâêè. Ê íåäîñòàòêàì òàêèõ óñòàíîâîê ñëåäóåò îòíåñòè òî, ÷òî èç-çà íàëè÷èÿ êîíòóðà ñ õëàäàãåíòîì, ìåíÿþùèì ñâîå àãðåãàòíîå ñîñòîÿíèå ñ æèäêîãî íà ïàðîîáðàçíîå è îáðàòíî, âîçíèêàþò òðåáîâàíèÿ ê ãåðìåòèçàöèè ñèñòåìû, íåîáõîäèìîñòè ïåðèîäè÷åñêîé äîçàïðàâêè õëàäàãåíòà, îãðàíè÷åíèþ ìåõàíè÷åñêèõ è âèáðàöèîííûõ âîçäåéñòâèé è ïðîñòðàíñòâåííîìó ïîëîæåíèþ. Êðîìå òîãî, ñðîê ñëóæáû ïàðîêîìïðåññèîííûõ õîëîäèëüíûõ ìàøèí îãðàíè÷åí ðåñóðñîì êîìïðåññîðà èç-çà èçíîñà åãî ïîäâèæíûõ ÷àñòåé. Ïðèâåäåííûå îãðàíè÷åíèÿ íå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ íà òåðìîýëåêòðè÷åñêèå õîëîäèëüíûå ìàøèíû, ïîñòðîåííûå íà áàçå ìîäóëåé Ïåëüòüå. Èçâåñòíî, ÷òî ýôôåêò Ïåëüòüå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïðè ïðîòåêàíèè ïîñòîÿííîãî òîêà ÷åðåç ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûå ïðîâîäíèêè èç ðàçíîðîäíûõ ìàòåðèàëîâ â ìåñòå èõ ñîåäèíåíèÿ ïîãëîùàåòñÿ èëè âûäåëÿåòñÿ íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî òåïëà, êîòîðîå ìîæíî ðåãóëèðîâàòü, èçìåíÿÿ çíà÷åíèå òîêà. Åñëè èçìåíèòü íàïðàâëåíèå ïðîòåêàíèÿ òîêà, òî îáëàñòè íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ ïîìåíÿþòñÿ ìåñòàìè. Ïðè ýòîì ôóíêöèîíàëüíóþ ðîëü õëàäàãåíòà 58 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 1. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû äëÿ óïðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðîé æèäêîãî òåïëîíîñèòåëÿ, ïåðåìåùàåìîãî ïî çàìêíóòîìó êîíòóðó: 1 — òåïëîîáìåííèê; 2 — ìîäóëü Ïåëüòüå; 3 — ðàäèàòîð; 4 — âåíòèëÿòîð; 5 — îõëàæäàåìûé îáúåêò; 6 — íàñîñ; 7 — äðîññåëü; 8 — äàò÷èê òåìïåðàòóðû æèäêîñòè; 9 — äàò÷èê ïîòîêà æèäêîñòè; 10 — äàò÷èê òåìïåðàòóðû ðàäèàòîðà; 11 — ðåçåðâóàð ñ æèäêîñòüþ; 12 — áëîê ïèòàíèÿ ìîäóëåé Ïåëüòüå; 13 — ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ â òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíå èãðàåò ýëåêòðîííî-äûðî÷íûé ãàç ïîëóïðîâîäíèêîâ [6]. Ïðîñòîòà ñõåìû, îòñóòñòâèå äâèæóùèõñÿ ÷àñòåé, øóìà äåëàþò òåðìîýëåìåíò Ïåëüòüå ÷ðåçâû÷àéíî ïåðñïåêòèâíûì èñòî÷íèêîì õîëîäà [7]. Ñëåäóåò îòäåëüíî ñêàçàòü î âîçìîæíîñòè ðàáîòû â ëþáîì ïðîñòðàíñòâåííîì ïîëîæåíèè è ýêîëîãè÷íîñòè, ïîñêîëüêó îòñóòñòâóåò îïàñíîñòü âûáðîñà â àòìîñôåðó ãàçîâ è ïàðîâ, ïðåäñòàâëÿþùèõ ïîòåíöèàëüíóþ óãðîçó äëÿ îçîíîâîãî ñëîÿ. Äëÿ óïðàâëåíèÿ õîëîäîïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ òàêîé ìàøèíû äîñòàòî÷íî èçìåíèòü çíà÷åíèå ïîñòîÿííîãî òîêà òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî ìîäóëÿ, ÷òî óïðîùàåò èíòåãðàöèþ â êîíòóð óïðàâëåíèÿ, ïîñêîëüêó îòñóòñòâóþò êàêèå-ëèáî óñòðîéñòâà-ïîñðåäíèêè — íàñîñû, ïîäîãðåâàòåëè, ïîðøíåâûå ãðóïïû. Íà ïåðâûé âçãëÿä ìîæåò ïîêàçàòüñÿ, ÷òî ñîçäàíèå àâòîìàòèçèðîâàííîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû íà áàçå ìîäóëåé Ïåëüòüå — ýòî òèïîâàÿ èíæåíåðíàÿ çàäà÷à. Îäíàêî ìîæíî óáåäèòüñÿ, ÷òî äëÿ ðàñ÷åòà è ïðîåêòèðîâàíèÿ òàêèõ óñòðîéñòâ ïîêà åùå îòñóòñòâóåò ìåòîäè÷åñêèé ïîäõîä. Ýòî ñâÿçàíî ñ íåëèíåéíîñòüþ îáúåêòà óïðàâëåíèÿ, îáóñëîâëåííîé çàâèñèìîñòüþ õîëîäîïðîèçâîäèòåëüíîñòè òåðìîýëåìåíòîâ îò ïåðåïàäà òåìïåðàòóðû ìåæäó ãîðÿ÷èì è õîëîäíûì ñïàåì, òåõíè÷åñêîé ñëîæíîñòüþ çàäà÷è óïðàâëåíèÿ ñáðîñîì òåïëà, âëèÿíèåì äæîóëåâûõ ïîòåðü è ïàðàçèòíîé òåïëîïðîâîäíîñòè ñàìèõ òåðìîýëåìåíòîâ íà ýôôåêòèâíîñòü îõëàæäåíèÿ [8, 9]. Êðîìå òîãî, íåîáõîäèì ó÷åò èíåðöèîííîñòè ïðîöåññîâ îõëàæäåíèÿ è íàëè÷èÿ òðàíñïîðòíîé çàäåðæêè â êîíòóðå æèäêîãî òåïëîíîñèòåëÿ, à òàêæå âîçìóùàþùèõ âîçäåéñòâèé íà ðàáîòó óñòðîéñòâà. Äàííûå îáñòîÿòåëüñòâà ïðèâîäÿò ê íåîáõîäèìîñòè ñîçäàíèÿ ìåòîäè÷åñêîãî ïîäõîäà ê ïðîåêòèðîâàíèþ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèì îõëàæäåíèåì æèäêèõ òåïëîíîñèòåëåé, ïåðåìåùàþùèõñÿ ïî çàìêíóòîìó êîíòóðó. Äëÿ ðàçðàáîòêè òàêèõ ñèñòåì íåîáõîäèìî ïðîâåñòè êîìïëåêñíûé àíàëèç òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû êàê îáúåêòà óïðàâëåíèÿ è îïðåäåëèòü ñòðóêòóðó è ïàðàìåòðû ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ äàííûì îáúåêòîì. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 59 Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðà òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû â êà÷åñòâå îáúåêòà óïðàâëåíèÿ Àíàëèç òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû â êà÷åñòâå îáúåêòà óïðàâëåíèÿ Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ óïðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðîé æèäêîãî òåïëîíîñèòåëÿ, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1. Êîíòóðíûìè ñòðåëêàìè ïîêàçàíî íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ òåïëîíîñèòåëÿ. Æèäêîñòü ïðîõîäèò ÷åðåç òåïëîîáìåííèê 1, ãäå îíà îõëàæäàåòñÿ ñ ïîìîùüþ óïðàâëÿåìûõ ïîäàâàåìûì íàïðÿæåíèåì îò áëîêà ïèòàíèÿ 12 òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ Ïåëüòüå 2. Äëÿ îòâîäà òåïëà îò «ãîðÿ÷åé» ïîâåðõíîñòè òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïðèìåíÿþòñÿ ðàäèàòîðû 3, à äëÿ èíòåíñèôèêàöèè êîíâåêòèâíîãî òåïëîîáìåíà — âåíòèëÿòîðû 4. Îñíîâíîé ôóíêöèåé óñòðîéñòâà ÿâëÿåòñÿ ïîäà÷à îõëàæäåííîé æèäêîñòè ê îáúåêòó 5, à äëÿ ñîçäàíèÿ ïîòîêà ýòîé æèäêîñòè ïðèìåíÿåòñÿ íàñîñ 6. Äðîññåëü 7 ñëóæèò äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ äàâëåíèÿ â ñèñòåìå, à òàêæå äëÿ ñîçäàíèÿ ðåçåðâíîé áàéïàñíîé ëèíèè òå÷åíèÿ æèäêîñòè, íåîáõîäèìîé, åñëè, íàïðèìåð, ïðîèçîéäåò àâàðèéíîå ïåðåêðûòèå ïîòîêà â îõëàæäàåìîì îáúåêòå. Îáû÷íî ïðåäúÿâëÿåòñÿ òðåáîâàíèå ê ìèíèìèçàöèè ïåðåïàäà òåìïåðàòóðû ìåæäó âõîä- íûì è âûõîäíûì ïàòðóáêàìè îõëàæäàåìîãî îáúåêòà, ïîýòîìó îí ïîäêëþ÷àåòñÿ íå ñðàçó ïîñëå òåïëîîáìåííèêà, à ïîñëå íàêîïèòåëÿ æèäêîñòè 11 (ðåçåðâóàðà). Ïî ýòîé æå ïðè÷èíå äëÿ êîíòðîëÿ óïîìÿíóòîãî ïåðåïàäà íåîáõîäèìû äâà äàò÷èêà òåìïåðàòóðû 8. Êîíòðîëü ïðîòîêà æèäêîñòè îñóùåñòâëÿåòñÿ äàò÷èêîì ïîòîêà 9, à êîíòðîëü òåìïåðàòóðû ðàäèàòîðîâ — äàò÷èêîì òåìïåðàòóðû 10. Âñå ñèãíàëû ïåðåäàþòñÿ â ñèñòåìó óïðàâëåíèÿ 13, êîòîðàÿ ïî äàííûì î òåìïåðàòóðå è âåëè÷èíå ïîòîêà æèäêîñòè îñóùåñòâëÿåò óïðàâëåíèå ìîäóëÿìè Ïåëüòüå è íàñîñîì. Îñíîâíîé çàäà÷åé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ñòàáèëèçàöèÿ òåìïåðàòóðû â îáëàñòè îõëàæäàåìîãî îáúåêòà, èçìåðÿåìîé äàò÷èêàìè 8. Íà ðèñ. 2 ïîêàçàíà âíóòðåííÿÿ ñòðóêòóðà îáúåêòà óïðàâëåíèÿ — òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû (âûäåëåíà øòðèõîâîé ëèíèåé), à òàêæå ðåãóëÿòîð òåìïåðàòóðû, âõîäíûå, âûõîäíûå ñèãíàëû è âîçìóùàþùèå âîçäåéñòâèÿ (ïîêàçàíû ñòðåëêàìè). Òåìïåðàòóðà òåïëîíîñèòåëÿ T èçìåðÿåòñÿ äàò÷èêîì, ïåðåäàþùèì â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ñèãíàë Tèçì. Òðåáóåìàÿ òåìïåðàòóðà çàäàåòñÿ ñèãíàëîì óñòàâêè Tóñò, èç êîòîðîãî âû÷èòàåòñÿ ñèã- 60 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ íàë, èçìåðÿåìûé äàò÷èêîì Tèçì, è îïðåäåëÿåòñÿ ðàññîãëàñîâàíèå e: e = Tóñò – Òèçì. (1) Ðàññîãëàñîâàíèå ÿâëÿåòñÿ âõîäíûì ñèãíàëîì äëÿ ðåãóëÿòîðà, âîçäåéñòâóþùåãî íà óïðàâëÿåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, êëåììû êîòîðîãî ïîäêëþ÷åíû íåïîñðåäñòâåííî ê òåðìîýëåêòðè÷åñêèì ìîäóëÿì. Íàïðÿæåíèå Uï, ïîäàâàåìîå íà çàæèìû ìîäóëåé, îïðåäåëÿåò òîê òåðìîýëåìåíòîâ, à çíà÷èò è õîëîäîïðîèçâîäèòåëüíîñòü õîëîäèëüíîé ìàøèíû. Áàòàðåÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé âçàèìîäåéñòâóåò ñ ñèñòåìîé ñáðîñà òåïëà (ãîðÿ÷àÿ ñòîðîíà) è òåïëîîáìåííûì áëîêîì (õîëîäíàÿ ñòîðîíà). Òåïëîâîé ïîòîê Qñáð, îòâîäèìûé ñèñòåìîé ñáðîñà òåïëà, îïðåäåëÿåòñÿ êîíñòðóêöèåé ðàäèàòîðíî-âåíòèëÿòîðíîãî áëîêà è ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ âåíòèëÿòîðîâ, ÷òî áóäåò ñêàçûâàòüñÿ íà òåìïåðàòóðå ãîðÿ÷åé ñòîðîíû Tã, êîòîðàÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, íà÷íåò âëèÿòü íà õîëîäèëüíûé êîýôôèöèåíò è íà òåìïåðàòóðó õîëîäíîé ñòîðîíû òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé Tx. Ñèãíàë óïðàâëåíèÿ âåíòèëÿòîðàìè ïîñòóïàåò íà äðàéâåð ýëåêòðîäâèãàòåëåé, ïîäàþùèé íà íèõ ñèãíàë Uâ.  óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå ðàáîòû ïðè òåìïåðàòóðå íà õîëîäíîé ñòîðîíå áàòàðåè Tx ïðîèñõîäèò îõëàæäåíèå òåïëîíîñèòåëÿ è âåëè÷èíà òåïëîâîãî ïîòîêà Qîõë áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ ýôôåêòèâíîñòüþ ðàáîòû òåïëîîáìåííèêà. Ñèãíàë óïðàâëåíèÿ íàñîñîì ïîñòóïàåò íà âõîä äðàéâåðà ýëåêòðîäâèãàòåëÿ, âûðàáàòûâàþùåãî íàïðÿæåíèå Uí, ïîäàâàåìîå íåïîñðåäñòâåííî íà íàñîñ. Óñòàíîâèâøèéñÿ â òåïëîîáìåííèêå ðàñõîä òåïëîíîñèòåëÿ Sê áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ, âî-ïåðâûõ, áûñòðîòîé äåéñòâèÿ íàñîñà Sí, à âî-âòîðûõ — ãèäðàâëè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòüþ òðóáîïðîâîäîâ è îõëàæäàåìîãî Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü êèíåìàòè÷åñêîé âÿçêîñòè âîäû îò òåìïåðàòóðû ¹ 6, 2025 îáúåêòà qà, ì3·Ïà/ñ, è äðîññåëÿ qä. Ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ òåïëîíîñèòåëÿ áóäåò òàêæå ñâÿçàíà ñ âÿçêîñòüþ µ, êîòîðàÿ, êàê èçâåñòíî, çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíà ãðàôè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü êèíåìàòè÷åñêîé âÿçêîñòè âîäû â èíòåðâàëå òåìïåðàòóðû îò 5 äî 100 °Ñ. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ïîêàçàëè, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå òåïëîíîñèòåëÿ äèñòèëëèðîâàííîé âîäû è íåèçìåííîì íàïðÿæåíèè, ïîäàâàåìîì íà ýëåêòðîäâèãàòåëü íàñîñà, óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû îò 10 äî 40 °Ñ ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ îáúåìíîãî ðàñõîäà, èçìåðÿåìîãî òàõîìåòðè÷åñêèì äàò÷èêîì, áîëåå ÷åì íà 25 %. Èçìåíåíèå ðàñõîäà æèäêîñòè ÷åðåç òåïëîîáìåííèê Sê áóäåò îêàçûâàòü âëèÿíèå íà ñêîðîñòü ïðîòåêàíèÿ òåïëîîáìåííûõ ïðîöåññîâ è îïðåäåëÿòü òðàíñïîðòíóþ çàäåðæêó â ïðîöåññàõ îõëàæäåíèÿ è íàãðåâà. Òðàíñïîðòíàÿ çàäåðæêà ÿâëÿåòñÿ íåèçáåæíûì ñëåäñòâèåì òîãî, ÷òî ìåæäó òåïëîîáìåííèêîì è îáúåêòîì ïðèñóòñòâóþò ìàãèñòðàëü è íàêîïèòåëü, ïîýòîìó îõëàæäåííûé òåïëîíîñèòåëü äîñòèãàåò îáúåêòà ëèøü ñïóñòÿ íåêîòîðîå âðåìÿ. Òàêèå îáúåêòû óïðàâëåíèÿ èçâåñòíû â òåõíèêå, è èõ â óïðîùåííîì âèäå óäîáíî îïèñûâàòü â âèäå çâåíà ïåðâîãî ïîðÿäêà ñ çàïàçäûâàíèåì: X õì dTèçì + Tèçì = KPõì ( t - t ), dt (2) ãäå X õì — ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè òåïëîîáìåííîãî àïïàðàòà õîëîäèëüíîé ìàøèíû, ñ; t — òåêóùåå âðåìÿ, ñ; Põì — ìîùíîñòü õîëîäèëüíîé ìàøèíû (âõîäíîå âîçäåéñòâèå), Âò; K — ïðèâåäåííûé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ñèñòåìû «õîëîäèëüíàÿ ìàøèíà – ñèñòåìà òðàíñïîðòèðîâêè, °C/(Âò·ñ); t — âðåìÿ çàïàçäûâàíèÿ, õàðàêòåðèçóþùåå âðåìÿ òðàíñïîðòèðîâêè òåïëîíîñèòåëÿ îò òåïëîîáìåííîãî àïïàðàòà äî äàò÷èêà, ñ. Ïîìèìî ïåðå÷èñëåííûõ âõîäíûõ è âûõîäíûõ âîçäåéñòâèé, à òàêæå îïèñàííûõ âíóòðåííèõ âçàèìîñâÿçåé ýëåìåíòîâ ñòðóêòóðû îáúåêòà óïðàâëåíèÿ, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 2, ñëåäóåò ñêàçàòü î âîçìóùàþùèõ âîçäåéñòâèÿõ. Îñíîâíûì âîçìóùåíèåì äëÿ ïðèáîðà áóäåò èçìåíåíèå ïîòîêà òåïëà îò îõëàæäàåìîãî îáúåêòà Qîá, êîòîðîå ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ èçìåíåíèåì ðåæèìà åãî ðàáîòû (èëè èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû òåëà ïàöèåíòà, åñëè ïðèáîð ïðåäíàçíà÷åí äëÿ îõëàæäåíèÿ àïïëèêàòîðà â ìåäèöèíñêèõ öåëÿõ). Äëÿ ëþáîãî òèïà õîëîäèëüíîé ìàøèíû âàæíûì ôàêòîðîì ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðà îêðó- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ æàþùåé ñðåäû Tîêð, èçìåíåíèå êîòîðîé òàêæå íåîáõîäèìî ðàññìàòðèâàòü êàê âîçìóùåíèå. Òåïëîâûå ïîòåðè â êîíòóðå äâèæåíèÿ òåïëîíîñèòåëÿ îáû÷íî ìèíèìèçèðóþò ïóòåì óñòàíîâêè òåïëîèçîëÿöèè, îäíàêî â ñëó÷àå åå èçíîñà èëè ïîâðåæäåíèÿ ïîòåðè óâåëè÷àòñÿ è ýôôåêòèâíîñòü îõëàæäåíèÿ ñíèçèòñÿ. Åùå îäíèì âîçìóùàþùèì âîçäåéñòâèåì ìîæíî ñ÷èòàòü èçìåíåíèå ïðîâîäèìîñòè òðóáîïðîâîäîâ è îáúåêòà (â ìåäèöèíñêîé òåõíèêå ýòî ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ ÷àñòè÷íûì ïåðåæàòèåì ãèáêèõ òðóáîê èëè àïïëèêàòîðà). Ïðîâåäåííûé àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî â ïðîöåññå ðàáîòû òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû íåîáõîäèìî êîíòðîëèðîâàòü òåìïåðàòóðó íà ãîðÿ÷åé ñòîðîíå òåðìîýëåêòðè÷åñêîé áàòàðåè è óïðàâëÿòü ñáðîñîì òåïëà, êîìïåíñèðîâàòü âëèÿíèå âîçìóùàþùèõ ôàêòîðîâ, ñâÿçàííûõ ñ âíåøíèìè òåïëîâûìè ïîòîêàìè, òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû è ãèäðàâëè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòüþ, à òàêæå ó÷èòûâàòü íàëè÷èå òðàíñïîðòíîé çàäåðæêè â êîíòóðå ïåðåìåùåíèÿ òåïëîíîñèòåëÿ è åå èçìåíåíèå, ñâÿçàííîå ñ òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòüþ âÿçêîñòè æèäêîñòè. Ïîñòðîåíèå ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíîé Î÷åâèäíî, ÷òî òåìïåðàòóðó ãîðÿ÷åé ñòîðîíû òåðìîýëåêòðè÷åñêîé áàòàðåè íóæíî ïîääåðæèâàòü êàê ìîæíî áîëåå íèçêîé äëÿ ñìåùåíèÿ ðàáî÷åãî ïåðåïàäà òåìïåðàòóð òåðìîýëå- ¹ 6, 2025 61 ìåíòîâ áàòàðåè â îáëàñòü áîëåå íèçêèõ çíà÷åíèé. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðè ìàëîé íàãðóçêå íà òåðìîýëåêòðè÷åñêèå ìîäóëè (óñòàíîâèâøèéñÿ ðåæèì ðåãóëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóðû òåïëîíîñèòåëÿ, âûñîêàÿ óñòàâêà) ÷àñòîòó âðàùåíèÿ âåíòèëÿòîðîâ öåëåñîîáðàçíî ñíèæàòü äëÿ óìåíüøåíèÿ óðîâíÿ øóìà è ðàñõîäà ýëåêòðîýíåðãèè. Ïîýòîìó íåîáõîäèìî äîïîëíèòü ñèñòåìó, ïîêàçàííóþ íà ðèñ. 2, êàíàëîì óïðàâëåíèÿ ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ âåíòèëÿòîðîâ ïîñðåäñòâîì äðàéâåðà ýëåêòðîäâèãàòåëåé, âûäàþùåãî íàïðÿæåíèå Uâ, ïðè÷åì äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü èìåííî ñèãíàë òåìïåðàòóðû ðàäèàòîðà Tð, ÷òî ïîçâîëèò âîçäåéñòâîâàòü íà âåëè÷èíó Tã (äàò÷èê òåìïåðàòóðû ðàäèàòîðà ïîêàçàí íà ðèñ. 1).  òàêîé «àêòèâíîé» ñèñòåìå ñáðîñà òåïëà ìîæíî ïðèìåíÿòü ïðîñòîå ïðîïîðöèîíàëüíîå ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ âåíòèëÿòîðîâ ïî ñèãíàëó ñ äàò÷èêà òåìïåðàòóðû, òàê êàê çàäà÷à ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû ãîðÿ÷åé ñòîðîíû íå ñòàâèòñÿ. Îñíîâíûì ýëåìåíòîì ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ áåçóñëîâíî ÿâëÿåòñÿ ðåãóëÿòîð òåìïåðàòóðû æèäêîãî òåïëîíîñèòåëÿ, êîòîðûé äîëæåí îáåñïå÷èòü åå ñòàáèëèçàöèþ è àïåðèîäè÷åñêèé õàðàêòåð ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ, íåñìîòðÿ íà íàëè÷èå çàïàçäûâàíèÿ â ðåãóëèðóåìîì îáúåêòå. Ïåðâûå ôóíäàìåíòàëüíûå ðàáîòû ïî òåîðèè óïðàâëåíèÿ îáúåêòàìè ñ çàïàçäûâàíèåì áûëè îïóáëèêîâàíû â ñåðåäèíå 1950-õ ãîäîâ Îòòî Ñìèòîì [10]. Ðåãóëÿòîð, îïèñàííûé â ýòèõ ðàáîòàõ, ñåãîäíÿ èçâåñòåí êàê «óïðåäèòåëü», èëè Ðèñ. 4. Ñðàâíåíèå ðàçëè÷íûõ òèïîâ ðåãóëÿòîðîâ äëÿ óïðàâëåíèÿ îáúåêòàìè ñ çàïàçäûâàíèåì 62 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ ¹ 6, 2025 Ðèñ. 5. Ôðàãìåíò êîäà ïðîãðàììû öèôðîâîãî èíêðåìåíòíîãî ÏÈÄ-ðåãóëÿòîðà ñ óâåëè÷åííûì øàãîì êâàíòîâàíèÿ (à) è îñöèëëîãðàììû åãî ðàáîòû, ñíÿòûå íà ëàáîðàòîðíîì ìàêåòå òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû (á) ïðåäèêòîð Ñìèòà. Ñ òåõ ïîð áûëî ñîçäàíî ìíîæåñòâî ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ òàêèìè îáúåêòàìè (ðèñ. 4), â òîì ÷èñëå íà îñíîâå ïðèìåíåíèÿ öèôðîâûõ ðåãóëÿòîðîâ [11, 12]. Ïðåäèêòèâíûå è ìîäàëüíûå ðåãóëÿòîðû îáúåäèíÿåò òî, ÷òî äëÿ êîððåêòíîé ðàáîòû ñèñòåìû íóæíà äîâîëüíî òî÷íàÿ ìîäåëü îáúåêòà, êîòîðóþ íå âñåãäà óäàåòñÿ ïîëó÷èòü, îñîáåííî åñëè ïðèñóòñòâóåò íåëèíåéíîñòü ïðîöåññà. Íàïðèìåð, åñëè âÿçêîñòü òåïëîíîñèòåëÿ ñèëüíî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû, òî è çàïàçäûâàíèå áóäåò èçìåíÿòüñÿ, ò.å. ìîäåëü îáúåêòà íóæíî áóäåò êîððåêòèðîâàòü.  òåîðèè ïðåäèêòèâíûå è ìîäàëüíûå ðåãóëÿòîðû ïðè íàëè÷èè òî÷íîé ìîäåëè è ïðàâèëüíîé íàñòðîéêè äàäóò áîëåå âûñîêîå êà÷åñòâî ðåãóëèðîâàíèÿ [11, 12]. Îäíàêî ïðè ñëîæíîé ñòðóêòóðå îáúåêòà óïðàâëåíèÿ, íàëè÷èè íåëèíåéíûõ âçàèìîñâÿçåé è áîëüøîãî ÷èñëà âîçìóùàþùèõ âîçäåéñòâèé ýòî ìîæåò îáåðíóòüñÿ áîëåå ñëîæíûìè ñòðóêòóðîé ðåãóëÿòîðà, ìåòîäèêîé åãî íàñòðîéêè è ïîòðåáóåò ïðîâåäåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ èññëåäîâàíèé. ×òîáû ýòîãî èçáåæàòü, âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ íà ïðàêòèêå îòäàþò ïðåäïî÷òåíèå óñòàíîâêå ñòàíäàðòíîãî öèôðîâîãî ÏÈÄ-ðåãóëÿòîðà, à äëÿ êîððåêòíîé ðàáîòû ðåãóëÿòîðà ñ îáúåêòîì, õàðàêòåðèçóåìûì òðàíñïîðòíûì çàïàç- ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ äûâàíèåì, è êîìïåíñàöèè îøèáêè ðåãóëèðîâàíèÿ, ñâÿçàííîé ñ çàäåðæêîé ñ ìîìåíòà âêëþ÷åíèÿ õîëîäèëüíîé ìàøèíû äî äîñòèæåíèÿ ñòàöèîíàðíîé òåìïåðàòóðû â îáúåêòå, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðîñòîé ìåòîä, îñíîâàííûé íà óâåëè÷åíèè âðåìåíè êâàíòîâàíèÿ. Íà ðèñ. 5, à ïîêàçàí ôðàãìåíò êîäà ïðîãðàììû, ðåàëèçóþùèé ýòîò ìåòîä, à íà ðèñ. 5, á — îñöèëëîãðàììû, ïîÿñíÿþùèå åãî ðàáîòó, ñíÿòûå íà ðàçðàáîòàííîì ìàêåòå ïðèáîðà äëÿ îõëàæäåíèÿ âîäû.  ïðèâåäåííîì ôðàãìåíòå êîäà ïåðåìåííàÿ dummy — ýòî ñ÷åò÷èê âðåìåíè, à dump — íàñòðàèâàåìûé ïåðèîä êâàíòîâàíèÿ.  ñîçäàííîì ìàêåòå ïðèáîðà áàçîâîå çíà÷åíèå îäíîãî âðåìåííîãî òàêòà dt = 1 ñ, à çíà÷åíèå dump ðåãóëèðóåòñÿ è ìîæåò ñîñòàâëÿòü îò 4 äî 60 ñ â çàâèñèìîñòè îò óñòàâêè ïî òåìïåðàòóðå âîäû. Âûõîäíîé ñèãíàë íàïðÿæåíèÿ íà òåðìîýëåêòðè÷åñêîé áàòàðåå (îïðåäåëÿåò ìîùíîñòü îõëàæäåíèÿ) ñîõðàíÿåòñÿ â ïåðåìåííîé cryo, ïåðåðàñ÷åò êîòîðîé ïðîèñõîäèò êàæäûé ðàç ïðè îáíóëåíèè dummy.  ïåðåìåííîé TempMes õðàíèòñÿ èçìåðåííîå çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû, à â ïåðåìåííîé TempSet — óñòàâêà. Ðàññîãëàñîâàíèå ïî òåìïåðàòóðå çàïèñûâàåòñÿ ñî çíàêîì «ìèíóñ», òàê êàê èäåò ïðîöåññ îõëàæäåíèÿ, à íå íàãðåâ, è çàïèñûâàåòñÿ â ïåðåìåííóþ err, ïðîèçâîäíàÿ ïî âðåìåíè îò ðàññîãëàñîâàíèÿ — â ïåðåìåííóþ derr. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â äàííîé ïðîãðàììå èñïîëüçóåòñÿ èíêðåìåíòíàÿ ôîðìà ÏÈÄ-ðåãóëÿòîðà, ò.å. â êàæäûé ìîìåíò âðåìåíè, ñîîòâåòñòâóþùèé øàãó êâàíòîâàíèÿ, âû÷èñëÿåòñÿ ïðèðàùåíèå ñèãíàëà, è îíî ñóììèðóåòñÿ ñ ïðåäûäóùèì çíà÷åíèåì cryo. Ïîñëå ðàñ÷åòà ñèãíàëà íàïðÿæåíèÿ íà òåðìîýëåêòðè÷åñêîé áàòàðåå ïðîèñõîäèò ïåðåñîõðàíåíèå çíà÷åíèé err è derr â ïåðåìåííûå errp è derrp äëÿ òîãî, ÷òîáû íà ñëåäóþùåì øàãå êâàíòîâàíèÿ ìîæíî áûëî âû÷èñëèòü íåîáõîäèìûå ïðîèçâîäíûå. Åñëè âûáðàòü çíà÷åíèå dump ñëèøêîì ìàëåíüêèì, òî, ïîñêîëüêó èìååòñÿ òðàíñïîðòíîå çàïàçäûâàíèå, ðåãóëÿòîð áóäåò «çàáðàñûâàòü» ìîùíîñòü õîëîäèëüíîé ìàøèíû äî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, à òåìïåðàòóðà âîäû áóäåò ñ çàäåðæêîé ñíèæàòüñÿ äî ýêñòðåìàëüíî íèçêèõ çíà÷åíèé, ïîñëå ÷åãî ðåãóëÿòîð ðåçêî óìåíüøèò ìîùíîñòü èëè âîîáùå îòêëþ÷èò õîëîäèëüíóþ ìàøèíó.  òàêîì ñëó÷àå òåìïåðàòóðà âûðàñòåò äî ñëèøêîì âûñîêîãî çíà÷åíèÿ, è ýòîò àâòîêîëåáàòåëüíûé ïðîöåññ áóäåò ïîâòîðÿòüñÿ. Åñëè æå âûáðàòü dump ÷ðåçìåðíî ¹ 6, 2025 63 áîëüøèì, òî ðåãóëÿòîð íå áóäåò ðåàãèðîâàòü íà êðàòêîâðåìåííûå âîçìóùåíèÿ, è ìîæåò òàêæå âûçûâàòü ïåðåðåãóëèðîâàíèå èç-çà ÷ðåçìåðíîãî îæèäàíèÿ ïðè íåèçìåííîé ìîùíîñòè. Ïðè ïîïàäàíèè âåëè÷èíû dump â ðàáî÷èé èíòåðâàë âðåìåíè êâàíòîâàíèÿ ðåãóëÿòîðà ôîðìèðóþòñÿ óñòîé÷èâûé àïåðèîäè÷åñêèé ïðîöåññ ðåãóëèðîâàíèÿ è ñòàáèëèçàöèÿ òåìïåðàòóðû. Íà ðèñ. 5, á âèäíî, ÷òî ìîùíîñòü, ïîäàâàåìàÿ íà òåðìîýëåêòðè÷åñêóþ áàòàðåþ, ñíèæàåòñÿ ñî 100 % (äëÿ ñîçäàííîãî ìàêåòà ïðèáîðà ýòî ñîîòâåòñòâóåò ìîùíîñòè 240 Âò) äî 9 % (òåêóùåå çíà÷åíèå ìîùíîñòè îòîáðàæàåòñÿ ãîëóáûì öâåòîì ââåðõó ýêðàíà) (21,6 Âò) ñòóïåí÷àòî ñ øàãîì êâàíòîâàíèÿ dump, êîòîðûé â äàííîì ñëó÷àå ñîñòàâëÿåò 24 ñ. Ïðè ýòîì òåìïåðàòóðà îò 24 °Ñ äîñòèãàåò óñòàâêè â 15 °Ñ çà âðåìÿ îêîëî 4 ìèí ïîñëå ÷åãî ñòàáèëèçèðóåòñÿ. Âåëè÷èíà øàãà dump â äàííîì ïðèìåðå ðåãóëèðóåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè â ñîîòâåòñòâèè ñ ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííûì óðàâíåíèåì dump = (TMax – TempSet)·2, (3) ãäå TMax — ïåðåìåííàÿ, â êîòîðóþ çàïèñûâàåòñÿ ïðåäåëüíîå äëÿ ïðèáîðà çíà÷åíèå ñòàáèëèçèðóåìîé òåìïåðàòóðû (â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå ýòî 27 °Ñ). Ïðè ïîäñòàíîâêå â âûðàæåíèå (3) TMax è TempSet â ãðàäóñàõ Öåëüñèÿ âåëè÷èíà dump ïîëó÷àåòñÿ â ñåêóíäàõ. Îïèñàííûé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ó÷åñòü âëèÿíèå âÿçêîñòè íà òðàíñïîðòíóþ çàäåðæêó ïóòåì àäàïòàöèè øàãà êâàíòîâàíèÿ ïî âðåìåíè ïî óñòàâêå òåìïåðàòóð è èñêëþ÷èòü âîçíèêíîâåíèå àâòîêîëåáàòåëüíîãî ðåæèìà ðåãóëèðîâàíèÿ. Âûâîäû 1. Ïðîâåäåí ñòðóêòóðíûé àíàëèç òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû êàê îáúåêòà óïðàâëåíèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî âåëè÷èíà òåïëîâîãî ïîòîêà, îòâîäèìîãî áàòàðååé òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ îò òåïëîíîñèòåëÿ, áóäåò çàâèñåòü îò òåìïåðàòóðû íà ãîðÿ÷åé ñòîðîíå áàòàðåè, îáúåìíîãî ðàñõîäà æèäêîñòè è åå âÿçêîñòè, îáóñëîâëèâàþùèõ òðàíñïîðòíóþ çàäåðæêó â çàìêíóòîì êîíòóðå, à òàêæå ïîòîêà òåïëà îò îáúåêòà, ïîýòîìó íåîáõîäèìà ñòàáèëèçàöèÿ òåìïåðàòóðû òåïëîíîñèòåëÿ è êîíòðîëü òåìïåðàòóðû íà ãîðÿ÷åé ñòîðîíå áàòàðåè. 2. Îáîñíîâàíà íåîáõîäèìîñòü «àêòèâíîãî» óïðàâëåíèÿ ñáðîñîì òåïëà ñ ãîðÿ÷åé ñòîðîíû 64 ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ áàòàðåè òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïî ñèãíàëó òåìïåðàòóðû ðàäèàòîðà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû õîëîäèëüíîé ìàøèíû. 3. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè íàëè÷èè çàìêíóòîãî êîíòóðà ïåðåìåùåíèÿ òåïëîíîñèòåëÿ îáúåêò óïðàâëåíèÿ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåí â âèäå çâåíà ïåðâîãî ïîðÿäêà ñ çàïàçäûâàíèåì, à äëÿ óñòðàíåíèÿ âëèÿíèÿ çàïàçäûâàíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðåäèêòèâíûå, ìîäàëüíûå ðåãóëÿòîðû, à òàêæå öèôðîâûå ÏÈÄ-ðåãóëÿòîðû ñ íàñòðàèâàåìûì øàãîì êâàíòîâàíèÿ ïî âðåìåíè. 4. Ñ ïîìîùüþ îñöèëëîãðàìì, ïîëó÷åííûõ íà ðàçðàáîòàííîì ìàêåòå òåðìîýëåêòðè÷åñêîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû, ïîêàçàíà ðàáîòîñïîñîáíîñòü ïðåäëîæåííîãî ñïîñîáà ðåàëèçàöèè ÏÈÄ-ðåãóëÿòîðà ñ íàñòðàèâàåìûì øàãîì êâàíòîâàíèÿ ïî âðåìåíè è ïîêàçàíî, ÷òî ïðè ìîùíîñòè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ áàòàðåè òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ â 240 Âò óäàåòñÿ ïîíèçèòü òåìïåðàòóðó âîäû îò 24 °Ñ äî 15 °Ñ çà 4 ìèí è îáåñïå÷èòü àïåðèîäè÷åñêèé õàðàêòåð ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà ðåãóëèðîâàíèÿ. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 1. Áåëîâà, Å. Ì. Ñèñòåìû êîíäèöèîíèðîâàíèÿ âîçäóõà ñ ÷èëëåðàìè è ôýíêîéëàìè. Åâðîêëèìàò / Å. Ì. Áåëîâà. — Ì.: Òåõíîñôåðà, 2006. — 412 ñ. 2. Han, K. Low-temperature properties of the ytterbium-doped fiber laser cooled by the thermoelectric cooler / K. Han, Z. Lou, X. Xi, W. Cui, C. Song // Optical Fiber Technology. 2022. — Vol. 73, 103036. DOI: 10.1016/j.yofte.2022.103036. 3. Cha, D. A. An experimental study of semiconductor process chiller using individual and dual compressor method / D. A. Cha, O. K. Kwon, M. D. Oh // International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration 2011, September, 19(03), 195 – 201, DOI: 10.1142/S2010132511000545 4. Ãóñåéíîâ, Í. À. Âëèÿíèå ëîêàëüíîé àïïàðàòíîé ãèïîòåðìèè íà ôèçèîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû îðãàíèçìà / Í. À. Ãóñåéíîâ, À. À. Õàììîðè, À. À. Ìóðàåâ è äð. // Âåñòíèê Ðîññèéñêîãî óíèâåðñèòåòà äðóæáû íàðîäîâ èì. Ïàòðèñà Ëóìóìáû. Ñåðèÿ: Ìåäèöèíà. — 2022. — Ò. 26. — No. 3. — C. 243 – 258. DOI: 10.22363/2313-0245-2022-26-3243-258. 5. Plekhanov, A. A. The Effect of Cryotherapy on Buccal Blood Vessels Evaluated by Optical Coherence Tomography Angiography: A Pilot Study / A. A. Plekhanov, N. A. Guseynov, E. B. Kiseleva et al // Journal of Biophotonics. — 2024. — September, DOI: 10.1002/jbio.202400318. 6. Áóëàò, Ë. Ï. Òåðìîýëåêòðè÷åñêèå îõëàæäàþùèå óñòðîéñòâà: Ìåòîä. óêàçàíèÿ äëÿ ñòóäåíòîâ ñïåö. 070200 «Òåõíèêà è ôèçèêà íèç- ¹ 6, 2025 êèõ òåìïåðàòóð» / Ë. Ï. Áóëàò, Å. Â. Áóçèí. — ÑÏá.: ÑÏáÃÓÍèÏÒ, 2001. — 41 c. 7. Êîøêèí, Í. Í. Õîëîäèëüíûå ìàøèíû: ó÷åáí. äëÿ âòóçîâ ïî ñïåöèàëüíîñòè «Õîëîäèëüíûå ìàøèíû è óñòàíîâêè» / Í. Í. Êîøêèí, È. À. Ñàêóí, Å. Ì. Áàìáóøåê è äð. Ïîä îáù. ðåä. È. À. Ñàêóíà. — Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, Ëåíèíãð. îòäåëåíèå, 1985. — 510 ñ. 8. Øîñòàêîâñêèé, Ï. Ã. Ñîâðåìåííûå ðåøåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî îõëàæäåíèÿ äëÿ ðàäèîýëåêòðîííîé, ìåäèöèíñêîé, ïðîìûøëåííîé è áûòîâîé òåõíèêè / Ï. Ã. Øîñòàêîâñêèé // Êîìïîíåíòû è òåõíîëîãèè. — 2009. — ¹ 12. — Ñ. 40 – 46. 9. Goldsmid, H. Julian. Introduction to Thermoelectricity / Goldsmid H. Julian. // Second Edition. Springer Series in Materials Science, 2016. 10. Smith, O. J. A controller to overcome dead time / O. J. Smith // ISA Journal. 1959. — Vol. 6. — Pp. 28–33. 11. Áîáöîâ, À. À. Àäàïòèâíîå è ðîáàñòíîå óïðàâëåíèå ñ êîìïåíñàöèåé íåîïðåäåëåííîñòåé. Ó÷åáíîå ïîñîáèå / À. À. Áîáöîâ, À. À. Ïûðêèí. — ÑÏá.: ÍÈÓÈÒÌÎ, 2013. — 135 ñ. 12. Ìàçóðîâ, Â. Ì. Ìîäàëüíûå ðåãóëÿòîðû äëÿ ïðîìûøëåííûõ îáúåêòîâ ñ çàïàçäûâàíèåì / Â. Ì. Ìàçóðîâ, Ôàì Âàí Íãóåí. // Àâòîìàòèçàöèÿ â ïðîìûøëåííîñòè. — 2006. — ¹ 11. — Ñ. 19 – 22. References 1. Belova E. M. Sistemy konditsionirovaniya vozdukha s chillerami i fenkoilami. Evroklimat (Air conditioning systems with chillers and fan coils. Euroclimate), Moscow, Technosphere, 2006, 412 ð. 2. Han K., Lou Z., Xi X., Cui W., Song C. Low-temperature properties of the ytterbium-doped fiber laser cooled by the thermoelectric cooler, Optical Fiber Technology, 2022, Vol. 73, p. 103036, [Electronic resource]. — DOI: 10.1016/j.yofte.2022.103036. 3. Cha D. A., Kwon O. K., Oh M. D. An experimental study of semiconductor process chiller using individual and dual compressor, International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration 2011, September, No. 19(03), pp. 195 – 201, DOI: 10.1142/S2010 132511000545. 4. Guseinov N. A. Vestnik Rosiiskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Meditsina (RUDN Journal of Medicine), 2022, Vol. 26, No. 3, pp. 243 – 258, DOI: 10.22363/2313-0245-2022-26-3-243-258. 5. Plekhanov A. A., Guseynov N. A., Kiseleva E. B. The Effect of Cryotherapy on Buccal Blood Vessels Evaluated by Optical Coherence Tomography Angiography: A Pilot Study, Journal of Biophotonics, 2024, September, DOI: 10.1002/jbio.202400318. 6. Bulat L. P., Buzin E. V. Termoelektricheskie okhlazhdayushchie ustroistva: Metod. ukazaniya dlya studentov spets. 070200 «Tekhnika i fizika nizkikh temperatur» (Thermoelectric Cooling Devices: Methodical Instructions for Students of the Specialty 070200 «Low Temperature Engineering and Physics»), Saint Petersburg, SpbGUNiPT, 2001, 41 ð. ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÀß ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÀ 7. Koshkin N. N., Sakun I. A., Bambushe E. M. Kholodil’nye mashiny: uchebn. dlya vtuzov po spetsial’nosti «Kholodil’nye mashiny i ustanovki» (Refrigeration machines: training for higher education institutions in the specialty «Refrigeration machines and installations»), Leningrad, Mechanical engineering, Leningrad branch, 1985, 510 ð. 8. Shostakovskii P. G. Komponenty i tekhnologii (Components & Technologies), 2009, No. 12, ðð. 40 – 46. 9. Goldsmid H. J. Introduction to Thermoelectricity, Second Edition, Springer Series in Materials Science, 2016. ¹ 6, 2025 65 10. Smith O. J. A controller to overcome dead time, ISA Journal, 1959, Vol. 6, ðp. 28 – 33. 11. Bobtsov A. A., Pyrkin À. À. Adaptivnoe i robastnoe upravlenie s kompensatsiei neopredelennostei. Uchebnoe posobie (Adaptive and Robust Control with Uncertainty Compensation. Tutorial), Saint Petersburg, University ITMO, 2013, 135 ð. 12. Mazurov V. M. Avtomatizatsiya v promyshlennosti (Automation in Industry), 2006, No. 11, ðð. 19 – 22. RodiakinaRV@mpei.ru Äàòà ïîñòóïëåíèÿ 9.04.2025 Äàòà ïðèíÿòèÿ ê ïóáëèêàöèè 25.04.2025 On designing control systems for thermoelectric liquid coolers Kozhechenko A. S., Shcherbakov A. V., Rodyakina R. V. The relevance of introducing thermoelectric units for organizing cooling systems for industrial equipment, laboratory and medical equipment is due to the high reliability, compactness and environmental friendliness of refrigeration machines based on Peltier modules. It is shown that to create systems for controlling the temperature of liquid heat carriers in the case of using thermoelectric units, it is necessary to create a methodical approach and analyze the processes in the «cooling machine – heat exchange circuit» system. Based on the analysis, the need for automatic control of the heat removal mode from the «hot side» of the thermoelectric battery and the implementation of a temperature controller in the form of a digital PID controller with an increased quantization time was identified. The value of the specified quantization interval will be determined by the transport delay of the liquid transfer from the refrigerator to the object. Keywords: thermoelectric cooling, Peltier effect, transport delay, PID controller, nonlinear object, digital control system. 95th ANNIVERSARY OF MPEI CONTENTS PROJECTS AND RESEARCH Diudiakov A. A., Yanchenko S. A. A new control technique for hybrid harmonic filters Grishin S. E., Anuchin A. S., Demidova G. L., Gorbunov N. M., Kulik E. S., Hao Chen. Determination of maximum power point of photovoltaic module for multi-channel string inverter using short circuit . . . . . . . . . . . . . . . Popov S. K., Valineeva A. A., Svistunov I. N. Simulation of heat-exchange in a drum reactor with indirect heating . . . . . . . . . . . . . . . . . Glazov V. S. Directions for improving the efficiency of high-temperature heat engineering installations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 11 20 29 Arbatskiy A. A., Mechnik D. A., Gorelov M. V., Ankudinov A. S. Dependency study of ventilation systems’ exhaust air rotary heat exchanger efficiency on its rotation speed . . . 37 Chrtverikov A. E., Soldatov I. M., Khvostova M. S., Soldatov A. I. Analysis of characteristics and innovative solutions of small modular reactors cores . . . . . . . . . . . . . 46 OPERATION, INSTALLATION AND ADJUSTMENT Kozhechenko A. S., Shcherbakov A. V., Rodyakina R. V. On designing control systems for thermoelectric liquid coolers . . . . . . . . . . . Ïðîäîëæàåòñÿ ïîäïèñêà íà íàø æóðíàë íà 2025 ã. Îôîðìèòü ïîäïèñêó ìîæíî ÷åðåç ïîäïèñíûå àãåíòñòâà (ïîäïèñíîé èíäåêñ 70734) èëè ÷åðåç ðåäàêöèþ. Âîçìîæíà ïîäïèñêà íà ýëåêòðîííóþ âåðñèþ æóðíàëà. Ãëàâíûé ðåäàêòîð Ñ. À. ÖÛÐÓÊ ÐÅÄÀÊÖÈÎÍÍÀß ÊÎËËÅÃÈß Ì. Ã. Áàøèðîâ, Â. Â. Âàõíèíà, À. Â. Âîëêîâ, Â. È. Ãíàòþê, À. Î. Ãîëüöåâ, È. Ä. Ãðà÷åâ, Í. Ô. Äæàãàðîâ (Áîëãàðèÿ), Å. Í. Êàñüÿíîâà (îòâåòñòâåííûé ñåêðåòàðü), Þ. Â. Ìàòþíèíà, È. È. Íàäòîêà, À. Í. Ïåõîòà (Ðåñïóáëèêà Áåëàðóñü), Ñ. Ê. Ïîïîâ (çàì. ãë. ðåäàêòîðà ïî òåïëîýíåðãåòèêå), Å. Í. Ðûæêîâà (çàì. ãë. ðåäàêòîðà ïî ýëåêòðîýíåðãåòèêå), Þ. À. Ñû÷åâ, Â. Ý. Ôðèçåí, Í. Ä. ×è÷èðîâà, Ê. Ô. Øàðàôåääèí (Ëèâàí), À. Â. Ùåðáàêîâ, Ñ. À. ßí÷åíêî Çà ñîäåðæàíèå ðåêëàìíûõ ìàòåðèàëîâ îòâåòñòâåííîñòü íåñåò ðåêëàìîäàòåëü Ïåðåïå÷àòêà, êîïèðîâàíèå ìàòåðèàëîâ, îïóáëèêîâàííûõ â æóðíàëå «Ïðîìûøëåííàÿ ýíåðãåòèêà», äîïóñêàþòñÿ òîëüêî ñ ðàçðåøåíèÿ ðåäàêöèè Àäðåñ ðåäàêöèè: 129090, Ìîñêâà, óë. Ùåïêèíà, ä. 8. Òåëåôîí: (495) 234-74-49. Http://www.promen.energy-journals.ru; E-mail: prom_energy@rambler.ru; prom_energy1@mail.ru Ñäàíî â íàáîð 10.06.2025. Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 20.06.2025. Äàòà âûõîäà â ñâåò 23.06.2025. Ôîðìàò 60 ´ 84 1/8. Òèðàæ 2500 ýêç. Çàêàç ÁË-1398. Öåíà ñâîáîäíàÿ. Àäðåñ äëÿ ïåðåïèñêè: ÀÎ ÍÒÔ «Ýíåðãîïðîãðåññ»: 129090, Ìîñêâà, óë. Ùåïêèíà, ä. 8 Îðèãèíàë-ìàêåò âûïîëíåí â èçäàòåëüñòâå «ÔÎËÈÓÌ» 127411, Ìîñêâà, Äìèòðîâñêîå ø., 157, òåë.: (499) 258-08-28. E-mail: info@folium.ru Òèïîãðàôèÿ èçäàòåëüñêîãî äîìà «ÔÎËÈÓÌ» Ïå÷. ë. 4,0. 57 ISSN 0033-1155 Ïðîìûøëåííàÿ ýíåðãåòèêà. 2025. ¹ 6. 1 – 66. ÝÍÅÐÃÎÏÐÎÃÐÅÑÑ Èíäåêñ 70734
