авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Национальный исследовательский

Томский

политехнический университет»

Энергетический институт

МАТЕРИАЛЫ ДОКЛАДОВ

I Том

28 – 30 июня 2011 г.

Томск

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Энергетический институт Международная молодежная конференция «Энергосберегающие технологии» организована и проведена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (мероприятия 2.1 – I очередь) МЕЖДУНАРОДНАЯ МОЛОДЁЖНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

28 – 30 июня 2011 г.

Томск УДК 620.9+(621.311+621.039): Энергосберегающие технологии: материалы Международной молоджной конференции / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ООО «СПБ Графикс», 2011.Том I -271 с.

Настоящий сборник содержит материалы Международной конференции «Энергосберегающие технологии», проведнной на базе ГОУ ВПО НИ ТПУ. В пленарных и секционных докладах обсуждаются проблемы энергосбережения и повышения энергетической эффективности на всех этапах жизненного цикла энергоресурсов: от добычи до потребления в производстве и быту конечного продукта их преобразований – электрической и тепловой энергии. Рассмотрены нормативно-правовые основы энергосбережения.

Редакционная коллегия:

Ушаков В.Я. (председатель), д.т.н., профессор НИ ТПУ Кузнецов Г.В., д.ф.-м.н., профессор НИ ТПУ Литвак В.В., д.т.н., профессор НИ ТПУ Горелов В.П., д.т.н., профессор Новосибирской академии водного транспорта.

Халин М.В., д.т.н., профессор Алтайского государственного технического университета Международная молодёжная конференция проведена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013гг. (мероприятия 2.1 – I очередь).

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТОДИОДНОЙ ТЕХНИКИ КАК ФАКТОР ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В БЫТОВОМ ОСВЕЩЕНИИ С.Е. Березовская Научный руководитель: И.В.Васильев, аспирант ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.



Томск, Россия berezzza@sibmail.com Начало 21 века ознаменовалось стремительным развитием светотехники на основе полупроводниковых источников света. Которые благодаря своей экономичности, световой эффективности и рекордным ресурсным характеристикам, за прошедшее десятилетие значительно потеснили традиционные источники света во всех областях внутреннего и наружного освещения, создав конкуренцию практически на всех уровнях и нишах светотехнического рынка. В настоящее время уже становится очевидным перспективное будущее светодиодной техники, из-за чего многочисленные предприятия малого и среднего бизнеса активно включаются в разработку и производство данного вида продукции. Внутренний рынок наполняется продукцией широкого ассортимента для внутреннего и наружного освещения.

И здесь актуально оценить уровень предлагаемой светотехники, перспективы её развития и возможные проблемы, которые могут возникнуть в процессе её эксплуатации.

Достоинства светодиодов многочисленны и на данный период они претендуют на то, чтобы стать серьезной альтернативой другим источникам света. Рассмотрим их преимущества и недостатки, чтобы самостоятельно оценить, насколько оправданы эти ожидания. Первое и самое главное достоинство – энергетическая эффективность. Электрический ток в светодиоде преобразуется непосредственно в кванты света – фотоны. Такое преобразование теоретически происходит без потери энергии – сколько энергии потрачено, столько и излучается. На практике потери, конечно, есть, но уже достигнуты впечатляющие результаты по сравнению с другими источниками.

Малый размер светодиода и большая устойчивость к деформациям и вибрациям создает удобство для потребителя и защищает от хулиганства.

Экологическая безопасность. Светодиоды не содержат ртути, как большинство люминесцентных и разрядных ламп, что существенно облегчает проблему утилизации.

Надежность и время жизни. Лидирующие производители заявляют о времени жизни не менее 50 тыс. часов при работе в номинальном режиме.

Данные по традиционным источникам света приведены по критерию полного выхода источника из строя (табл.1) [1].

Время включения-выключения и управление яркостью. Светодиоду требуются доли микросекунд для начала работы с полной отдачей после подачи на него электрического тока. Это дает возможность регулировать световой поток путем подачи коротких импульсов тока, следующих с высокой частотой.

Таким образом, яркость светильника может регулироваться в любых пределах с сохранением 100 % эффективности. Можно отметить и еще один эффект – светодиод некритичен к количеству циклов включений-выключений, что является бичом, например, недорогих энергосберегающих ламп.

Таблица 1. Характеристики источников света № Источник света Светоотдача, лм/Вт Срок эксплуатации, час п/п Лампа накаливания 1 7 Галогенная лампа 2 20 накаливания Люминесцентная лампа 3 50 высокого давления Люминесцентная лампа 4 110 10 низкого давления Натриевая дуговая лампа 5 130 15 Светодиоды 6 150 (300) 50 Стабильная работа при низких температурах без сокращения срока службы и потери яркости. Светодиодному светильнику не требуется запуск, он практически мгновенно выходит на заданный температурный режим.





На самом деле, светодиоды, кроме вышеперечисленных достоинств, имеют целый ряд недостатков. Начать хотелось бы с наиболее главного из них – наиболее быстрый спад светового потока по сравнению с предполагаемым.

Выяснить точно, сколько проработают светодиоды, сложно. Во многом этот время зависит от соблюдения условий производства, качества используемых компонентов и последующих условий эксплуатации. Стандартов, определяющих качество светодиодов и срок их службы, не существует.

Поэтому производители рекомендуют считать сроком службы тот период времени, в течение которого световой поток снижается до 50 %.При достижении этого показателя светодиод нужно менять – он считается вышедшим из строя. При преодолении 70 % порога человек сможет определить разницу в интенсивности свечения старого и нового диодов [2]. Однако некоторые инженеры предлагают способ обойти даже это. Идея в том, чтобы после того, как светодиоды начинают излучать меньше света, увеличить мощность электричества. Но, к сожалению, это еще сильнее уменьшает срок их службы.

Для светодиодов с люминофором актуальным является такое понятие как деградация (старение) люминофора. Большинство люминофоров постепенно теряют эффективность, и механизмы этого могут быть различны: может изменяться валентность активаторов (обычно окислением), может деградировать кристаллическая решетка, атомы – чаще активационные – диффундируют через материал, химически реагирует с окружающей средой поверхность и т.д.

Но самой главной причиной деградации люминофора является изменение температуры. Люминофор обычно наносят непосредственно на кристалл, который довольно сильно нагревается. Поэтому повышение температуры светодиода приводит к снижению его светового потока примерно на 2,5 % [3].

Деградация люминофора приводит не только к уменьшению яркости светодиода, но и к изменению оттенка его свечения. При сильной деградации люминофора хорошо заметен синий оттенок свечения. Это связано как с изменением свойств люминофора, так и с тем, что в спектре начинает доминировать собственное излучение кристалла.

Не мене важной проблемой при проектировании светодиодных светильников является решение вопроса о том, что делать с выделяемым теплом. Как уже говорилось, светодиод преобразует электрический ток непосредственно в световой поток. Это достоинство, которое превращается в недостаток, когда речь заходит об отводе тепла. Дело в том, что светодиод практически не излучает мощности в инфракрасном диапазоне спектра.

Инфракрасное излучение, исходящее от лампочки, хорошо отводит лишнее тепло от источника света. На практике в свет превращается около 25% энергии, а остальное переходит в тепло. Полупроводники не любят нагрев, их срок службы существенно падает при температуре выше 130–1500С [2]. Итак, нужно отводить тепло и делать это приходиться при помощи радиаторов, а иногда даже активных систем охлаждения. Для того, чтобы получить ожидаемую эффективность светодиодного светильника, требуется позаботиться о правильном источнике питания. Источник должен обеспечивать стабилизированный ток (а не напряжение, как требует подавляющее большинство устройств) на уровне от 100 мA до 1 А в зависимости от типа диода. Для достижения эффективности обычно используются импульсные источники с коррекцией коэффициента мощности.

Последний недостаток, вероятно существующий лишь временно, – высокая цена светодиодов. В светотехнической отрасли принято говорить о люменах, получаемых на затраченный доллар или евро. На сегодняшний момент эта величина составляет до 3 евроцентов за 1 люмен, что на порядок выше, чем стоимость 1 люмена в люминесцентной лампе. Это основной фактор, препятствующий широкому распространению светодиодных светильников в быту.

Сопоставив все факты «за» и «против» светодиодной техники, можно сделать однозначный вывод, что будущее энергосбережения стоит именно за светодиодами, потому что на данный момент не существует иной альтернативы, которая смогла бы вытеснить данный вид продукции с мирового рынка электроэнергетики. Прогресс в технологии производства светодиодов не стоит на месте и это свидетельствует о том, светодиоды будут играть ключевую роль в создании осветительных приборов уже в ближайшем будущем во всем мире. Светодиодное освещение – самый экономичный и перспективный вид освещения на многие годы вперед.

Список литературы:

Галущак В.С., Сошинов А.Г., Артюхов И.И., Угаров Г.Г, Стратегия развития 1.

энергосбережения в уличном освещении// Научный журнал «Современные проблемы науки и образования». – 2009. - №5.

Басов В.Б., Светодиоды – преимущества и недостатки// Электро. – 2010. - №6. – с.35 – 37.

2.

Срок службы светодиодных светильников: рекомендации по 3.

тестированию//Современная светотехника. –2010. - №5.

МЕСТО ЭНЕРГЕТИКИ В ОБЩЕСТВЕ А.Г. Константинов, А.В. Берестенко Научный руководитель: В.Я. Ушаков, профессор ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия acme89@sibmail.com, bandri@rambler.ru В течение следующих десятилетий ожидается значительное увеличение энергопотребления, связанное с развитием экономики и приростом населения.

Это приведет к росту давления на систему энергоснабжения и потребует повышенного внимания к эффективности использования энергии.

Доступность энергоресурсов является ключевым фактором для развития экономики и способствует улучшению качества жизни. Как правило, в основе прогнозов энергопотребления лежат такие факторы, как рост мировых экономик и увеличение численности населения, которые выступают в качестве основной движущей силы непрерывного роста энергопотребления. Эти достижения обеспечили возможность роста экономической активности опережающими темпами по отношению к росту энергопотребления [2].

Рис. 1. Потребление энергии на человека. Темный цвет означает увеличение, а светлый - уменьшение потребления энергии с 2000 по 2010 годы Например, несмотря на то, что количество автомобилей в Китае за 2000 2006 гг. увеличилось более чем в 2 раза, один автомобиль там приходится на человек, в то время как в США данный показатель равен одному автомобилю на двух человек. Исходя из этого можно с уверенностью прогнозировать дальнейший стремительный рост продаж автомобилей и объемов потребления топлива в Китае. Ускоряющиеся темпы потребления в сочетании с большой численностью населения, которая продолжает расти, позволяют сделать вывод о том, что новая волна роста энергопотребления в значительной степени придется на развивающиеся страны [1].

Человек только начинает осознавать ограниченность ископаемых ресурсов, в условиях необходимости рационального их использования. Нефти c 1960 по 1970 год было израсходовано столько же, сколько за предыдущие лет. К 2030 году доля нефти как энергоносителя сократится до 16 %. Между тем из разведанных и эксплуатируемых скважин извлекалось до недавнего времени всего 30 % нефти. Уголь может снова стать важнейшим источником энергии. Другой альтернативой всё чаще называется – атомная энергия.

Плодами экономического роста пользуется порядка 15 % населения Земли (в основном, страны Запада), а энергетические ресурсы сосредоточены преимущественно в развивающихся странах. США, ЕЭС, Канада, Япония потребляют 1/2 всей мировой энергии, 1/3 удобрений, 2/3 всех металлов, 2/ деловой древесины. Они же производят более 2/3 мирового валового продукта, обеспечивают 2/3 мировой торговли, выбрасывают 3/4 всех загрязнителей.

Вложение энергии на 100 000 человек в Нидерландах составляет пентаджоулей, Германии – 418, Великобритании – 355, Японии – 352, США – 74, в России – только 16 [2]. Борьба за обладание энергоресурсами часто кончается военными конфликтами. В современных условиях усилия в этих конфликтах все чаще направляются не на захват территорий противника, а на подавление военно-экономического потенциала – устранение «конкурента» и обеспечение господства победителя на рынках сырья и сбыта. Это мнение особенно актуально для сегодняшней ситуации в мире.

В настоящее время основными источниками энергии являются углеводороды и урановые руды. Их мировые запасы примерно уже известны, и, даже по самым оптимистическим оценкам, вряд ли разведка даст увеличение их объемов в разы. Поскольку известен и уровень потребления этих ресурсов, то уже подсчитан и срок, после которого они будут полностью исчерпаны.

Очевидно, что никакой режим экономии невозобновляемых источников энергии не в состоянии исключить того момента в будущем, когда они будут полностью исчерпаны. Ситуация усугубляется при этом еще несколькими факторами [3].

Во-первых, экспоненциальным ростом промышленного производства. Так, в прошлом столетии совокупный объем промышленного производства в мире увеличивался в среднем каждые 20 лет. Если эта тенденция сохранится в ХХI в., то через 20 лет потребность в энергоресурсах вырастет в 2 раза, через 40 лет – в 4, к концу ХХI в. – в 32, к концу ХХII в. – в 1024 раза. А поскольку даже при сохранении потребления ресурсов на сегодняшнем уровне их хватит не более чем на несколько десятков лет, то прирост промышленности катастрофически ускоряет приближение всемирной ресурсной катастрофы [4].

В этом отношении переход к термоядерной энергии (возможно, и в более широком смысле – к плазменной энергетике вообще) – единственный из реально известных выходов из грядущего тупика. Но даже если термоядерные реакции в будущем удастся обуздать, останутся нерешенными другие проблемы [1].

Список литературы:

1. http://www.hydrogen.ru/modules.php?op=modload&name=News&file= article&sid=258&mode=thread&order=0&thold= 2. http://npc.org/Hard_Truths-Translations/Hard_Truths-Russian.pdf 3. http://old.opora.ru/files/committees/132_kolesnikov_commit_energy/10-05-07-energetika bolnica.pdf 4. http://www.suhonos.ru/articules_p_1.html#_ftn РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ОКНА Н. А. Овчинникова, Т. Г. Коржнева Научный руководитель: В.Я. Ушаков профессор ТПУ, А. Т. Овчаров, профессор ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия E-mail: belka318@sibmail.com Экономическая, социологическая и главным образом экологическая обстановка, сложившаяся в последнее время во всем мире, обозначила актуальность вопросов энергосбережения в политике и экономике всех стран.

Неблагоприятная экологическая обстановка, ограниченность энергетических ресурсов и постоянный рост цен на них дают толчок к развитию новых энергосберегающих технологий и их интенсивному внедрению. От того, насколько динамично развиваются и быстро осваиваются новые технологии, зависит в конечном итоге экономический рост и благополучие населения страны, восстановление экологического баланса окружающей среды, нарушения которого в последнее время прямо сказывается на здоровье и продолжительности жизни населения.

Экономика России на современном этапе характеризуется высокой энергоемкостью, обладая вместе с тем большим потенциалом энергосбережения. Сфера жилищно-коммунального хозяйства является одной из самых энергозатратных, но в то же время одной из самых перспективных для вложений средств в энергосбережение, благодаря возможности незамедлительного получения результата от принятых мер. Энергетические затраты на естественное и искусственное освещение включают в себя следующие основные компоненты:

а) расход электроэнергии на искусственное освещение;

б) расход тепла в отопительной системе для компенсации потерь через световые проемы;

в) расход ЭЭ кондиционерами и вентиляторами.

При строительстве и реконструкции сооружений с целью эффективного использования энергоресурсов необходимо рассчитать площадь оконного проема исходя из баланса достаточности естественного освещения и минимизации теплопотерь через оконные проемы, которые, в свою очередь, характеризуются герметичностью, теплофизическими характеристиками, а также климатическими условиями района строительства.

Основным показателем для нормирования уровня естественной освещенности является коэффициент естественной освещенности КЕО, %.

Размер оконного проема не может быть меньше минимально установленного уровня естественной освещенности, определяемого КЕО. Чем выше показатель КЕО, тем выше уровень естественной освещенности и, соответственно, комфортнее условия работы. Важной задачей является создание таких условий, при которых теплопотери через оконные проемы будут минимальны и не увеличат затраты на теплоснабжение, а освещенность будет достаточной и не увеличит затраты на искусственное освещение.

Основную часть окна составляет стеклопакет. От теплофизических свойств стеклопакета зависят свойства изделия в целом. В современные пластиковые рамы ставят только герметичные стеклопакеты из одного, двух, трех и даже четырех стекол.

Показатель, характеризующий количество тепла в ваттах (Вт), которое проходит через один квадратный метр конструкции при разности температур по обе стороны в один градус, называется коэффициентом теплопередачи, единица измерения – Вт/м2°С. В России принят коэффициент сопротивления теплопередаче, обратный коэффициенту теплопередачи. Приведенное сопротивление теплопередаче окон R0 для Томской области, в соответствии санитарно-гигиеническими условиями и условиями энергосбережения, принимается равным 0,66м20С/Вт, поэтому для Томской области предпочтительно применять однокамерные (два стекла) с i – стеклом и аргоном и двухкамерные (три стекла) стеклопакеты с i–стеклом. Для сравнения деревянное окно устаревшего образца с двойным остеклением имеет сопротивление теплопередачи R0 = 0,28 м20С/Вт. Под i-стеклом подразумевается стекло с низкоэмиссионным покрытием, представляющим собой полупрозрачный слой металла (чаще серебро) с системой просветляющих слоёв окислов. Применение стекол с низкоэмиссионным покрытием позволяет в отопительный период в помещение «возвращать» 90 % тепловых волн, а летом блокировать прохождение ИК-составляющей солнечного света.

Потери тепла за счет излучения падают приблизительно с 70 % до 15– 20 %. Ниже представлены графики (рис 1,2) зависимости теплопотерь и КЕО от площади остекленной поверхности для различных типов окон (в первом случае сравнение ведется по коэффициенту светопропускания L, во втором – по сопротивлению теплопередаче). При построении графика на рис. 2 были рассмотрены крайние случаи: а) в помещении отсутствует оконный проем и б) величина оконного проема занимает всю площадь наружного ограждения.

Рис.1. Зависимость КЕО от площади окна Теплопотери, % 0 20 40 60 80 Площадь ок на, % Дерев янное окно с R F=0, Однокамерны й с теклоп акет с i с теклом и с R F=0, Дву х камерны й с теклопакет с R F=0, Дву х камерны й с теклопакет с i с теклом и с R F=0, Однокамерны й с теклоп акет с R F=0, Рис.2. Зависимость теплопотерь от площади окна Из рис. 2 можно заключить, что при увеличении оконного проема вдвое, несмотря на увеличение затрат на отопление теплопотери могут быть уменьшены более чем в 2 раза даже при использовании однокамерного стеклопакета. Если же рассматривать двухкамерный стеклопакет с аргоном и i стеклом с сопротивлением 0,8 вместо 0,28 для деревянных окон, то потери уменьшатся почти в 4 раза.

Тепло уходит через стеклопакет двумя путями. Во-первых, посредством инфильтрационных потерь, составляющих для обычного однокамерного стеклопакета, заполненного осушенным воздухом, около 70 % потерь тепла.

Инфильтрация – перемещение воздуха через ограждающие конструкции из окружающей среды в помещения за счет ветрового и теплового напоров, формируемых разностью температур и перепадом давления воздуха снаружи и внутри помещений. Оставшиеся потери за счет теплопроводности самих окон – трансмиссионные потери.

Ниже представлен расчет суммарных теплопотерь через окна, состоящих из трансмиссионных и инфильтрационных теплопотерь, а также расчет сэкономленной энергии при замене устаревших окон на новые.

Трансмиссионные потери через 1м2 (без учета потерь через стены) окна составляют:

кВт ч, где Q 1 =M 10 ht м2 r AF RF ( ) [град ч] h M = 24 Z ht t int t ext Таким образом, можно рассчитать сэкономленную тепловую энергию с 1м за отопительный период при замене окна с меньшим сопротивлением Rw1r на окно с большим сопротивлением Rw2 r, кВт ч :

м Qht 1 1 10 3, =M r AF RF1 m где - коэффициент повышения уровня теплозащиты.

r RF m= r RF Расход теплоты на нагрев инфильтрующего наружного воздуха, прошедшего через 1м2 окна, составляет кВт2 ч м = M 0,28 c GF a k 10 3, Qinf r ht AF где GF r - воздухопроницаемость окна. Сэкономленная тепловая энергия за отопительный период при замене окна с GF 1r на окно с GF 2 r, кВт ч может быть м ( ) рассчитана по формуле: Q = M 0,28 c GF 1 GF 2 a k r r ht inf AF Например, для двухкамерного окна с аргоном и i-стеклом марки 4М1 16Ar-4М1-16Ar-4i с коэффициентом сопротивления теплопередаче 0,806, воздухопроницаемостью 3,5 суммарные трансмиссионные потери и потери на инфильтрацию составляют 345 кВтч/м2 против 1490 кВтч/м2 для деревянного окна с сопротивлением теплопередаче 0,28 и воздухопроницаемостью 20 м3/м2ч.

Таким образом, применение новых технологий в остеклении при использовании стеклопакетов с высоким сопротивлением теплопередаче и низкой воздухопроницаемостью позволяет одновременно снизить расходы энергоресурсов на отопление и искусственное освещение, за счет увеличения доли естественного освещения.

Список литературы:

1. С. И. Самойлов, А. К. Соловьев. Проектирование светопроемов в офисах и экономия энергии. Светотехника, №1. 2. Фонтойнон М.Р. Оценка экономичности различных систем искусственного и естественного освещения. Светотехника - 2008- №1 – с.14- 3. Романов О.А. Нормативно-правовое регулирование инсоляции и КЕО в помещениях жилых и общественных зданий (порядок согласования проектной документации).

Светотехника, 2008- №6–с.72-74.

4. Бедокс Л. Освещение, стимулирующее окружающую среду в офисе. Светотехника, 2004- №1–с.9-17.

5. Скобарева З.А., Текшева Л.М. Биологические аспекты гигиенической оценки естественного и искусственного освещения. Светотехника - 2003. - №4. – с.7-13.

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЭС В НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ Б.Д. Табалдиева Научный руководитель: Ю.А. Краснятов, к.т.н., доцент ЭНИН ТПУ Кыргызский Государственный Технический Университет им. И. Раззакова г. Бишкек, Кыргызстан bahaliebe@yandex.ru Районы с децентрализованным от ЕЭС электроснабжением составляют около 70 % территории страны. Это районы крайнего Cевера, Сибири, Дальнего Востока, Сахалина, Камчатки, а также районы в центральных районах России, не охваченные централизованным электро- и теплоснабжением. Основными энергоисточниками в этих населенных пунктах являются дизельные электростанции и котельные, работающие на привозном топливе.

По обобщенным данным Госэнергонадзора, Администрации Томской области и администраций муниципальных образований в Томской области электроснабжение от дизельэлектростанций осуществляется в 41 населенном пункте (8 районов) с общей численностью населения более 24 тыс. человек.

Дизельэлектростанции (ДЭС) укомплектованы, в основном, дизельгенераторами ДГ72М (мощность 800 кВт), ДГР1А (224 кВт) ОАО «РУМО» (г. Нижний Новгород), ДГА-315 (315 кВт) АООТ «Первомайскдизельмаш» (г. Первомайск Николаевской обл.), ДЭУ-100 (с мотором ЯМЗ-238) и ДЭУ-200 (с мотором ЯМЗ 240) ОАО «Дизельэнерго» (г. Барнаул), дизельгенераторы американской корпорации «Caterpillar». Наибольшее распространение в Томской области нашли дизельгенераторы ДГ72М.

Система децентрализованного (изолированного) электро- и теплоснабжения обусловлена следующими обстоятельствами:

• потребители – населенные пункты, рассредоточенные на обширных территориях, с нагрузкой не более 3 МВт;

• транспортная структура развита слабо;

• электросетевое хозяйство населенного пункта подключать к центральному электроснабжению экономически нецелесообразно из-за удаленности.

В современных условиях России, с учетом изменения структуры собственности в производственной и жилищно-коммунальной сферах, роль рационального тепло- и электроснабжения значительно возрастет, а следовательно, вопросы энергосбережения выходят на первый план [1,2].

Первоочередной задачей при проведении мероприятий по повышению энергоэффективности систем энергоснабжения населенных пунктов с децентрализованным энергоснабжением, является проведение энергетических обследований этих систем, которое надо разделить на три этапа:

1. Эффективность использования первичного (дизельного) топлива.

2. Эффективность преобразования первичного энергоресурса во вторичный (электрическую и тепловую энергию).

3. Распределение и доставка полученных вторичных энергоресурсов потребителю.

Это все позволит выявить пути нерационального использования всех энергоресурсов и разработать мероприятия, направленные на повышение эффективности их использования [3].

Известно, что КПД новых дизельных электростанций составляет 30–35 % [4,5]. На выработку одного кВТ.ч электрической энергии расходуется 0,22–0,24 кг дизельного топлива [4,5]. Обследование действующих дизельэлектростанций в населенных пунктах Томской области показало, что их КПД составляет 22–28 %.

На выработку одного кВт. ч электрической энергии тратится 0,25–0,35 кг дизельного топлива, что на 15–30 % выше паспортных данных. Эту величину определяют следующие факторы:

• низкая загруженность ДЭС;

• техническое состояния ДЭС;

• техническое состояние электрических сетей;

• низкий коэффициент использования первичного топлива (не использование тепла выхлопных газов и системы охлаждения);

• коммерческие потери электрической энергии;

• коммерческие потери дизельного топлива.

В современных условиях России, с учетом изменения структуры собственности в производственной и жилищно-коммунальной сферах, роль тепло- и электроснабжения значительно возрастет, а следовательно, вопросы энергосбережения выходят на первый план. Это определяется и нормативно правовыми актами Российской Федерации [1,2].

Кроме того в соответствии с этими нормативными документами все энергоперерабатывающие, предприятия должны пройти энергетическое обследование. По результатам энергетических обследований составляется отчет по результатами обследования, энергетический паспорт предприятия и план мероприятий по повышению энергоэффективности предприятия.

Проведенные предварительные экспресс обследования показывают, что большинство дизельэлектростанций имеют одни и те же недостатки.

Анализ проведенных экспресс обследований показывает, что первоочередными задачами, которые практически не требуют затрат и дают значительный экономический эффект, являются уменьшение потерь дизельного топлива и снижение коммерческих потерь электрической энергии.

Второй большой задачей, решение которой дает большую экономию топливноэнергетических ресурсов, особенно на ДЭС мощностью 300 кВт и выше является перевод существующих ДЭС в мини-ТЭЦ (когенерационные системы выработки тепла и электрической энергии) путем использования тепла выхлопных газов и системы охлаждения дизеля для нагрева воды и использования ее для нужд ЖКХ и технологических целей.

К малым ТЭЦ (мини-ТЭЦ) принято относить установки с единичной электрической мощностью от 0,1 до 1,5 МВт, тепловой мощностью 500– 3000 кДж/с. Создание мини-ТЭЦ на базе действующих дизельных электростанций реальный путь повышения их энергоэффективности. Перевод ДЭС в мини-ТЭЦ может обеспечить не только электрической энергией, но и горячим водоснабжением объекты соцкультбыта (больницы, школы, столовые, детские сады) населенного пункта.

Мини-ТЭЦ на базе ДЭС обеспечивают экономию первичного энергоносителя примерно на 40 % по сравнению с оборудованием для раздельной выработки электричества и тепла. Когенерационная установка с электрической мощностью 800 кВт с электрическим КПД 30–35 % (ДГ72М) может выдавать до 1100 кВт тепловой мощности, при этом тепловой КПД достигает 42–45 %, а общий КПД – 72–82 %. Температура выхлопных газов на выходе дизеля составляет 500–5100С.

Температура выхлопных газов на выходе котла-утилизатора составляет 110- С. Кроме того, большую добавку к этому дает утилизация тепла, снимаемого с системы охлаждения дизеля.

При малых протяженностях теплотрасс такая мини-ТЭЦ может покрыть следующие потребности в тепле:

• около 10 000м2 жилых помещений;

• больницу на 100–120 коек;

• служебное здание рабочей площадью около 9 000 м2.

Технико-экономический анализ показывает, что стоимость перевода дизельной электростанции в мини-ТЭЦ с когерентной выработкой электрической и тепловой энергии составляет 17–25 % от стоимости ДЭС. Срок окупаемости реконструкции ДЭС составляет 1,5–2 года. При этом система получения тепловой энергии не требует особого технического обслуживания и затрат на получение тепла. Мини-ТЭЦ может работать в параллель с котельной, которая может работать в пиковом режиме. А в весенне-летний период обеспечивать потребителей горячим водоснабжением. Стоимость электрической энергии, с учетом стоимости тепла, снижается почти вдвое.

В настоящее время тариф на электрическую энергию для населения этих поселков равна тарифу для населения потребляющую электрическую энергию от систем центрального электроснабжения. Себестоимость электрической энергии от ДЭС в 4–5 раз выше тарифа. Разницу между тарифом и себестоимостью электрической энергии оплачивается бюджетом муниципальных образований.

Промышленные потребители и частные предприниматели оплачивают потребленную электрическую энергию по себестоимости. Из-за этого тормозится развитие малого бизнеса (в основном это лесопереработка леса), так как он становится не рентабельным.

Список литературы:

Федеральный закон № 261-ФЗ от 29 ногября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении 1.

энергетической эффективности…»

Указ Президента РФ от 4 июня 2008 года № 889 «О некоторых мерах по повышению 2.

энергетической и экологической эффективности Российской экономики».

Литвак В.В., Силич В.А., Яворский М.И. Региональный вектор энергосбережения. Томск:

3.

Издательство «STT», 2001.342 с.

Капралов Д.А., Троицкий А.А.//Турбины и дизели.2008. 4. С. 2-7.

4.

ОАО «РУМО». Дизель-электрические агрегаты с дизелями ряда 6 ЧН 36/45 и Ч23/30.

5.

Нижний Новгород: 2003.С. 3.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СОВМЕЩЕННЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ Ю.В. Филимонова, Т.Г. Коржнева., А.В. Дырдина Научный руководитель: В. Я. Ушаков, профессор ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия tigra1988@sibmail.com Развитие энергетики до недавнего времени не встречало принципиальных трудностей. Увеличение производства энергии происходило в основном за счет увеличения добычи нефти и газа, угля. Поэтому сейчас все труднее становится сохранить высокий темп развития энергетики путем использования лишь традиционных ископаемых источников энергии.

Но дело не в близком их исчерпании – тревожит в первую очередь пагубное влияние использования невозобновляемых энергетических ресурсов на среду обитания человека. Главный недостаток сжигаемого на тепловых электростанциях (ТЭС) ископаемого горючего – загрязнение окружающей среды вредными выбросами.

Нерациональное потребление энергетических ресурсов привело к экологическим катастрофам. В мире отмечается закономерный рост количества природных катастрофических явлений, которые являются следствием нарушения энергетического баланса Земли. В последние годы внимание мирового сообщества привлекает глобальное изменение климата, основной причиной которого, по мнению специалистов, является действие парникового эффекта. Эти изменения связывают с увеличением вредных выбросов в атмосферу, в первую очередь двуокиси углерода (СО2), а также других веществ.

Климатические изменения в ближайшие 50 лет могут поставить около четверти наземных животных и растений на грань вымирания. По оценкам ученых, к 2050 г. с лица Земли могут исчезнуть до 1 млн особей флоры и фауны. В результате погибнет, по меньшей мере, одна особь из десяти. Эти потери неизбежно негативно скажутся на условиях жизнедеятельности человека.

Несмотря на принимаемые в последние годы рядом государств мер, не удается сократить загрязнение окружающей среды за счет энергетических и связанных с ними отраслей.

В связи с этим, вопросы энергетической эффективности во всех сферах социальной и производственной деятельности человечества приобрели особую актуальность.

Так, суммарное потребление энергии человечеством в наше время превышает 120 миллиардов МВтч/год. Необходимо отметить, что около 40 % мирового объема вырабатываемой энергии расходуется на эксплуатацию зданий, что составляет 50 миллиардов МВтч/год энергии. В статьях энергетических расходов по эксплуатации зданий расходы электроэнергии на освещение и отопление занимают лидирующее положение около 60 % (см.

рис. 1), т.е. порядка 30 миллиардов МВтч/год ЭЭ расходуется на освещение и кондиционирование капитальных строений в мире [1].

Рис. 1. Типичные затраты энергии Эти обстоятельства определяют возрастающую роль возобновляемых источников энергии, широкое использование которых не приведет к нарушению экологического баланса Земли.

В развитие энергосберегающего подхода к проектированию освещения привлекает возможность использования энергии, которую дарит солнце, поскольку солнечная радиация – это практически неограниченный ресурс, доступный повсеместно. Независимость от сетей центрального электроснабжения и ситуаций с кризисными явлениями теоретически открывает безграничные возможности в развитии сетей освещения.

В долгосрочной перспективе реальной альтернативы солнечной энергетике нет. Уже сейчас она показала свою зрелость и готовность к широкому внедрению.

Использование современных достижений позволяет создать экономически выгодную осветительную установку.

Инновационная концепция автономной автоматизированной системы совмещенного освещения базируется на экологической и энергетической эффективности применяемых технологий, технических решений и на использовании солнечной энергии. Автоматизированная система управления совмещенным освещением интегрирует в единый комплекс источники естественного и искусственного освещения, создает высокое качество световой среды.

Основным элементом комплекса является система естественного освещения – Solatube Daylightning System. Естественный свет попадает на купол и с помощью системы линз передается вниз по световоду, многократно отражаясь, поступает в помещение через рассеиватель, встроенный в потолок.

Световод изнутри имеет многослойное интерференционное покрытие, обеспечивающее рекордную отражающую способность 99,7 %. Уникальные свойства покрытия обеспечивают эффективное поступление видимого излучения и препятствуют передаче тепловой и ультрафиолетовой составляющих солнечного света.

Купол световода способен улавливать не только прямые солнечные лучи, но и собирать свет всей полусферой, обеспечивая необходимый уровень освещения помещения даже в облачные дни, зимние месяцы, раннее утро и к концу дня, когда солнце не поднимается высоко над горизонтом. Эти свойства системы позволяют в течение светлого времени суток исключить искусственное освещение в помещениях и обеспечить естественное освещение высокого качества: высокое качество цветопередачи, однородность и равномерность освещенности, отсутствие пульсаций.

Когда естественного света не достаточно для поддержания необходимого уровня освещенности, начинает работать система искусственного освещения, для питания которой используется энергия солнца, преобразованная солнечными батареями в электрическую, накопленную в аккумуляторах.

Автоматика необходима для регулирования и поддержания постоянного нормируемого уровня освещенности в помещении.

Дополнительным средством для энергоэффективной установки являются энергосберегающие характеристики светодиодной светотехники, которые предопределили предпочтение к ее использованию.

Использование данного комплекса во всем мире позволит высвободить 7,5 % ЭЭ от общей потребляемой ЭЭ, а это 9 млрд МВтч/год. 23 % от этого объема позволит сэкономить система Solatube. Установка обойдется в млрд долл. Оставшуюся часть будут вырабатывать солнечные батареи. Для выработки 6,95 млрд МВтч/год потребуется солнечные станции общей мощностью 5345 ГВт, что составит 34743 млрд долл. Использование такой системы в глобальных масштабах позволит сэкономить 41,5 млрд баррелей нефти в год. Расходы в мире на предотвращение глобального потепления превышают 350 млрд. долл. в год, которые непрерывно возрастают и к 2020 г.

увеличатся на 30 %, к 2050 г. – на 60 %. Природные катаклизмы и катастрофы, инициированные изменением климата планеты в результате глобального потепления вынуждают расходовать миллиарды долларов ежегодно на ликвидацию последствий экологических катастроф.

Например, по данным РФ за последние 14 лет, текущие затраты на охрану окружающей среды увеличились в 5,5 раз [2].

В настоящее время стоимость преобразователей энергии солнца в свет и ЭЭ пока достаточно высока, но прогнозируя темпы нарастания последствий экологических катастроф эти затраты в скором времени станут ничтожно малыми. С другой стороны, если не делать ничего, то в недалеком будущем изменения климата будут стоить самому существованию жизни на земле.

Если в настоящее время срочно не принять меры – уже через 20 лет на ликвидацию последствий потепления придется тратить триллионы долларов.

Поэтому убытки от глобального потепления могут стать большими, чем потери от Первой и Второй мировых войн вместе взятыми. Например, увеличение среднестатистической годовой температуры на 3 градуса по Цельсию спровоцирует таяние ледников, повышение уровня мирового океана, что представляет реальную угрозу жизни каждого 20-го жителя планеты [3].

Становится неоспоримым фактором вопрос о выживаемости Человека как биологического вида.

Рис. 2. Текущие затраты на охрану окружающей среды Российской Федерации Принимая во внимание интенсивное развитие полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии и тенденцию к снижению их стоимости, развитие систем естественного освещения и электронных систем управления и регулирования вправе отнести это направление к альтернативе традиционной энергетики и один их спасительных вариантов для земной цивилизации. С этих позиций предлагаемый проект «Автоматизированная система управления совмещенным освещением высокой энергетической эффективности» – это выход на новый уровень, как в световом благоустройстве, так и в задачах энергосбережения.

Список литературы:

1. http://portal-energo.ru 2. www.nizhstat.gks.ru 3. http://rbc.ua АНАЛИЗ ДОСТОИНСТВ И НЕДОСТАТКОВ ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА Е.И. Богуш Научный руководитель: Н.Л. Бацева, к.т.н., доцент ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия bogushei@gmail.com Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем называется частотно-регулируемым электроприводом, который позволяет заменить электропривод постоянного тока.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости вращения традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток).

Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты, но появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволило создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств:

механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости вращения, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации.

В настоящее время статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным двигателем.

Принцип регулирования скорости вращения асинхронного двигателя состоит в изменении частоты питающего напряжения f1 в соответствии с выражением (1):

где р – число пар полюсов асинхронного двигателя.

Данный способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, при этом регулирование скорости не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики [1].

Применение регулируемого электропривода обеспечивает принципы энергосбережения, экономии электроэнергии и регулирования какого-либо технологического параметра. Например, если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения;

если это насос или вентилятор, то можно подерживать давление или регулировать производительность.

Особый экономический эффект дает применение частотно-регулируемого электропривода на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов являлось использование задвижек или регулирующих клапанов, но на сегодняшний день, доступным становится именно частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора.

Перспективность частотного регулирования наглядно видна из рис.1.

Рис. 1. Характеристики мощности двигателей используемых для приводов насосов нефтяной промышленности Из рис. 1 видно, что применение частотно-регулируемого электропривода дает ощутимую экономию электроэнегрии.

При дросселировании (кривая 1) поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы. Применение регулируемого электропривода насоса или вентилятора (кривая 2) позволяет задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снизит потери транспортируемого вещества.

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Частотные преобразователи состоят из следующих основных частей (рис.2.): звено постоянного тока (неуправляемый выпрямитель), силовой импульсный инвертор (3) и система управления (4).

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

Рис. 2. Структура частотного преобразователя В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы, которые по сравнению с тиристорами имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя.

Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления.

Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции (ШИМ), в котором исследуется поочередное подключение обмоток статора к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, протекают синусоидальные токи, а форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 3).

Рис. 3. Зависимости Uвых и Iвых от t Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты автономного инвертора напряжения (АИН) промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна [2].

Преимуществами частотно-регулируемого привода являются:

• Высокая точность регулирования;

• Экономия электроэнергии в случае переменной нагрузки (то есть работы электродвигателя с неполной нагрузкой);

• Равный максимальному пусковой момент;

• Возможность удалённой диагностики привода по промышленной сети:

распознавание выпадения фазы для входной и выходной цепей;

учёт моточасов;

старение конденсаторов главной цепи;

неисправность вентилятора;

• Повышенный ресурс оборудования;

• Уменьшение гидравлического сопротивления трубопровода из-за отсутствия регулирующего клапана;

• Плавный пуск двигателя, что значительно уменьшает его износ;

• ЧРП как правило содержит в себе ПИД-регулятор и может подключатся напрямую к датчику регулируемой величины (например, давления);

• Управляемое торможение и автоматический перезапуск при пропадании сетевого напряжения;

• Подхват вращающегося электродвигателя;

• Стабилизация скорости вращения при изменении нагрузки;

• Значительное снижение акустического шума электродвигателя, (при использовании функции «Мягкая ШИМ»);

• Дополнительная экономия электроэнергии от оптимизации возбуждения электродвигателя;

• Позволяют заменить собой автоматический выключатель.

Помимо достоинств, частотно-регулируемый привод имеет ряд недостатков:

• Большинство моделей ЧРП являются источником помех;

• Сравнительно высокая стоимость для ЧРП большой мощности (окупаемость минимум 1–2 года).

Список литературы:

Ассовский И.Г. Физика горения и внутренняя баллистика.

1.

Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями СПб: СПбГУ ИТМО, 2.

2006, – 94 с.

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТРЕБНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ АСИНОВСКОГО РАЙОНА Ю.Ю. Насенкова Научный руководитель: Г.Н. Климова, доцент ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия satine@sibmail.com Асиновский район расположен в юго-восточной части Томской области вдоль левого берега р. Чулым, правого притока р. Обь, на протяжении около 200 км. Общая площадь района – 594,34 тыс. га (1,9 % территории Томской области). Средняя плотность населения – 6,6 чел. на 1 км2 [1].

Эффективность использования первичных источников и преобразованных видов энергии в Асиновском районе, как и во всей стране крайне низка.

Большое число достаточно простых технических решений, позволяющих сократить потери ресурсов в жилых зданиях, применяется в практике эксплуатации жилищного фонда за рубежом, но, к сожалению, гораздо реже – в России (рис. 1).

Рис. 1. Энергоемкость отопления в жилищном секторе некоторых стран мира, кВтч/м Как видно из рисунка энергоемкость России значительно превышает энергоемкости других стран. В Асиновском районе эта величина составляет: по нормативным данным – 237,5кВтч/м2, по реальным значениям – 437,5 кВтч/м2.

Было принято решение оценить энергетические потребности человека на основе данных минимальной потребительской корзины, которая включает в себя основной набор продуктов питания, жизненно необходимых вещей и услуг жилищно-коммунального характера.

Оценка была сделана по социально-демографическому уровню жизни населения и уровням доходов населения.

Разница в энергетических потребностях населения в зависимости от их социальной принадлежности сравнительно невелика. Очевидно, что по различным физиологическим причинам пенсионерам требуется несколько меньше энергии, чем детям и трудоспособному населению. Усредненная граница по социально-демографическому фактору имеет следующий вид.

Таблица 1. Усредненная граница по социальной структуре населения в расчете на человека и в расчете на все население района 2005 2006 2007 ЭПК на 7810,22 7810,52 7809,13 7809, человека, кг у. т.

ЭПК на население 310065,77 308515,5 306117,74 304577, района, тонн у. т.

Помимо всего на величине энергопотребления сказывается также уровень доходов человека. Согласно этому фактору все население можно разбить на групп, где 1 группа- это население с наименьшими доходами, 5 - с наибольшими, причем структура потребительских расходов в каждой группе разная. Так, например, доля непродовольственных товаров увеличивается с ростом уровня доходов, в то время как расходы на потребление продуктов питания, наоборот, уменьшаются. Причиной уменьшения этой составляющей является то, что человек с наивысшим уровнем доходов может позволить себе сервисное обслуживание и питание вне дома. Усредненная граница по структуре уровня доходов населения в расчете на все население района.

Рис. 2. Энергоемкость потребительских корзин для 20-% групп населения, отражающая долю каждой категории в общей сумме Рис. 3. Потребление ЭЭ в расчете на душу населения, кг у.т. на чел.

Рис. 4. Потребление ТЭ в расчете на душу населения, кг у.т. на чел.

Как видно из представленных рисунков (рис. 3, рис. 4) потребление ЭЭ и ТЭ в расчете на душу населения Асиновского района примерно в 2 раза меньше среднедушевого потребления по Томской области, а также меньше минимального норматива потребления согласно данным потребительской корзины для жителей Томской области, который составляет для тепловой энергии – 1,376 т у.т. в год (8 Гкал), а для электрической энергии – 268,8 кг у.т.(840 кВтч).

Доля потребления ТЭР населением от общего потребления Асиновским районом на период 2005–2008 года значительно возросла, если в 2005 году она составляла 30,3 %, то уже к 2008 году увеличилась до 51,2 %.

Причем большая доля приходится на потребление дров, что можно объяснить значительным количеством населения, проживающего в сельской местности. Холодная продолжительная зима, короткое лето, среднегодовая температура воздуха, составляющая всего -0,7°С – все эти факторы оказывают существенное влияние на потребление ТЭР населением.

В заключение хочется сказать, что потенциал энергосбережения в жилищном фонде очень высок. К примеру, если общее потребление тепловой энергии сократить только на одну треть от той разницы, которая существует между потреблением тепла в России и странах Западной Европы, как, например, Дании, можно сэкономить 72 миллиарда кубометров природного газа в год. Если учесть все это, то становится ясно, какое первостепенное значение для экономики страны имеет повышение эксплуатационных характеристик зданий и сокращение потребления энергии в домах. Именно здесь заложены перспективы реального снижения ресурсопотребления при обеспечении необходимого уровня комфортности проживания.

Список литературы:

1. Статистический ежегодник: Стат. сб. /Томскстат-Т.,2010:

- 340с.

2. Районы Томской области: Стат. сб. /Томскстат-Т.,2008:

- 260с.

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ПРИРОДНОЙ И ТЕХНОГЕННОЙ СРЕДЫ НА ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ВРП ПО РЕГИОНАМ РОССИИ С.А. Пономарёв Научный руководитель: В.Я. Ушаков, профессор ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия E-mail: godinkz@mail.ru Доля энергетической составляющей в себестоимости единицы валового внутреннего продукта в России превышает энергоёмкость ВВП западных стран в 2–3 раза. Энергоемкость ВВП России продолжает непрерывно расти, и в некоторых отраслях промышленности энергоемкость ВВП уже достигла значений 30 %.

Несмотря на позитивные тенденции последних лет, уровень потребления топливно-энергетических ресурсов на единицу ВВП в России остается существенно выше показателей других стран, включая даже «северные»

экономики с довольно холодным климатом, такие как страны Скандинавии и Канада.

Кроме суровых климатических условий и территориального фактора, существенное влияние оказывает структура экономики, нарастающая технологическая отсталость энергоемких производств и жилищно коммунального хозяйства, низкая эффективность использования ресурсов и мер по энергосбережению.

В Указе Президента РФ от 4 июня 2008 года № 889 « О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» поставлен вопрос о повышении энергоэффективности, и сформулирована целевая задача снизить, энергоемкость ВВП по сравнению с 2007 годом.

Увеличение спроса на энергоресурсы, как в производственной, так и в коммунально-бытовой сферах России обусловлено низкой эффективностью их использования. Механизмы административного воздействия не пригодны для населения, энергоснабжающих и иных организаций. Механизм управления программой энергосбережения должен базироваться, как на методах административного воздействия, так и на методах экономического стимулирования с приоритетом методов экономического стимулирования.

Топливно-энергетический баланс складывается из двух составляющих:

энергии, потребной для производства средств производства и, необходимой для производства товаров потребления. Объемы каждой из этой составляющих неизвестны и могут быть определены приближенно. В работах по экономии энергии используются различные единицы измерения энергии, что затрудняет сопоставление данных. Это вызвано различием используемых единиц в разных странах. [4] Для того чтобы провести анализ энергетических потребностей человека, следует рассмотреть основной набор продуктов питания и услуг жилищно коммунального характера. Статистические данные такого рода представлены в потребительской корзине [6], которая разработана для основных социально демографических групп населения Правительством Российской Федерации в соответствии с Федеральным законом «О прожиточном минимуме в Российской Федерации» [1,2]. Для объективной оценки эффективности технологий производства продукций применяется энергетический подход.

Одним из основных показателей здесь является энергоемкость производства продукции. Процедура определения этого показателя получила название энергетического анализа. Суть энергетического анализа состоит в использовании энергетических эквивалентов для различных производственных ресурсов конечной продукции. Все энергозатраты на производство можно описать с помощью формулы:

Эполн=Эпрям+Экосв где Эпрям – ергозатраты на топливо, электроэнергию и нефтепродукты;

Экосв – нергозатраты не относящиеся к прямым (затраты на запасные части и т.д.).

В данной работе не учитывались затраты труда.

Например, зерно, выращенное в сельском хозяйстве, прежде чем превратиться в конечный продукт – хлеб, проходит четыре стадии обработки:

1) сбор, обмолот и сортировка зерна в сельском хозяйстве;

2) очистка, сушка и хранение на элеваторах;

3) размол зерна на мельницах;

4) выпечка хлеба на хлебозаводах. Так же на каждом этапе производства нельзя не учесть такой удельный расход, как транспорт (табл.1).

Таблица 1. Этапы производства хлеба 1 этап 2 этап 3 этап 4 этап Посев Очистка Размол зерна на мельницы Выпечка хлеба на хлебозаводах Сбор Сушка Обмолот Хранение Сортировка Для каждого компонента ПК определяются этапы производства. После того как все стадии определены, приступаем к определению удельных затрат по каждому из этапов.

После определения этапов производства продукта, начинается определение удельных затрат на каждом этапе производства. Большинство значений известно из справочников по электроснабжению и электрооборудованию. Следует отметить, что во всех расчетах частично учтены и прочие энергозатраты, которые имеют место в промышленности при создании средств производства и формируются в основном в металлургии, химии, нефтехимии и машиностроении [1].

Рассмотрим на примере продовольственной части потребительской корзины. Хлебный продукты (хлеб и макаронные изделия в пересчете на муку, мука, крупы, бобовые). Объем потребления 133,7 кг в год (трудоспособное население).

Таблица 2. Энергоемкость процессов при производстве компонента потребительской корзины Наименование Энергоемкость, кг у.т. W1k, о.е.

технологического процесса Прямые затраты Подготовка почвы (15) 1,59 0, Сев(5) 0,53 0, Уборка урожая(15) 1,58 0, транспорт 7,28 0, Оборудование для 23,77 0, производства конечного продукта(элеватор, мельница, хлебопекарня) Эпр=34, Косвенные затраты Вентиляция 3,47 0, Освещение и отопление 3,48 0, Экосв=6, Прочие энергозатраты 6,255 0, (0,15*Эполн) Эполн=47,955 В таблице – приведены энергоемкость значимых процессов при производстве компонента потребительской корзины. Они были получены расчетным путем, путем запроса на предприятие и из справочной литературы.

Расход дизтоплива на сельхозтехнику взяты из их технических характеристик, с учетом нагрузки, и сложности работ в связи с климатическими условиями и месторасположением Томской области.

При определении значимости энергоемкости каждого этапа технологического процесса в общей величине энергозатрат, идущих на производство компонента потребительской корзины таб. 2) (Эполн), вычисляем её фактическую долю W1k по формуле 1]:

x2 k xnk x1k ;

W2 k = ;

Wnk = (1) W1k =, n n n n n n x1k + x jk x1k + x jk x1k + x jk i =1 j =1 i =1 j = i=1 j= где x1k, x2k, xnk – нергоемкость 1-го, 2-го, n-го этапа технологического процесса в производстве k-го компонента объемом потребления Zk;


n n x + x – олные энергозатраты на производство k-го компонента = Эполн ik jk j =1 j = ПК. [1] Для остальных компонентов потребительской корзины расчет проводится аналогично.

Энергетическая оценка, более объективна, но в современных условиях рыночных отношений стоимостная оценка более практична, так как в любом случае приходится соизмерять затраты и результаты, определять сроки окупаемости затрат.

Рис. 1. Распределение затрат при производстве хлеба на территории Томской области.

Рис. 2. Распределение затрат при производстве хлеба на территории Краснодарского края.

Расчет затрат энергии на всех этапах производства продукта (табл.2) позволяет оценить влияние тех или иных технологических или структурных преобразований в экономике области. На определенных этапах производства продукта, используются различная техника, устройства, исчерпавшие свои ресурсы. Исходя из этого, можно сделать вывод, что затраты на производство продуктов можно сократить, путем заменой оборудования. По данному принципу работы, можно рассчитать энергоемкость транспортных работ, грузовой и пассажирской.

Таким образом, высокий уровень энергоемкости ВВП России обусловлен объективными причинами, включая климатический фактор и сложившуюся отраслевую структуру промышленности, а также субъективными, включая высокий уровень износа оборудования и технологическую отсталость производства.

В настоящее время существуют различные точки зрения по расчету показателя энергоемкости производства продукции. При этом отсутствует единая методика расчета этого показателя, что приводит к несопоставимости результатов.

Из за несовершенной методики было решено разработать методику определения энергоемкости производства продукции.

Данная методика разработана на основе вывода по результатам магистерской работы. В качестве основы и примера оформления взят ГОСТ 511750-2001.

Снижение энергоемкости производимой продукции и жизнеобеспечения, возможно осуществить, если провести глубокую модернизацию оборудования, зданий и жилого фонда.

За последние годы, как на федеральном, так и на региональном уровнях приняты законодательные акты, направленные на активизацию процессов энергосбережения. Благодаря этим мерам за последние года в динамике электроемкости ВВП России наблюдались положительные изменения, но совершенно недостаточные, что бы решить задачу, поставленную в указе президента – снизить энергоемкость на 40 % в 2020 году на сравнение с годом.

Список литературы:

1. Климова Г.Н. Энергосбережение на промышленных предприятиях: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 153с.

2. Статистический ежегодник, (2000-2008 г.г.)/ Томск, октябрь 2009 г., Тираж 60 экз., К ОКП 3. Файбисович А.А. Справочник по проектированию электрических сетей. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: «Издательство НЦ ЭНАС», 2006г 4. Департамент Энергетики Администрации Томской области // http://nedra.tomsk.gov.ru 5. Идельчик В.И. Электрические сети и системы. - М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592с.

6. Закон Томской области "О потребительской корзине и порядке установления величины прожиточного минимума в Томской области".

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Т.Е. Турукина Научный руководитель: Е.А. Шутов, доцент ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Tan4uk_89@mail.ru Оптовый рынок электроэнергии (ОРЭ) играет ключевую роль в создании новых рыночных условий для производителей и потребителей электроэнергии (ЭЭ). С 01.01.2011 г. уровень либерализации составляет 100 %, таким образом, цена на электроэнергию должна полностью складываться на основе конкурентных рыночных цен. В данных условиях особую актуальность приобретает задача достоверного прогнозирования электропотребления [1].

Прогнозирование электрических нагрузок в настоящее время является одной из основных областей исследования в электроэнергетике. Стимулом к решению данной проблемы является не только материальная сторона, но и эффективное энергопользование. Ведь именно на прогнозные значения потребителей ориентируются генерирующие компании.

Для принятия решений при планировании режимов систем электроснабжения и оперативном управлении требуются достаточно точные прогнозы с упреждением от нескольких часов до одного года. Временные ряды потребления ЭЭ обладают специфическими особенностями, учесть которые способны лишь определенные эконометрические модели. Для построения прогноза рассмотрим эконометрические модели условной гетероскедастичности (ARCH, autoregressive conditional heteroscedasticity) и обобщенной авторегрессионной условной гетероскедастичности (GARCH, generalized autoregressive conditional heteroscedasticity).

Одним из первых этапов построения прогноза является предварительный анализ исходных данных (временных рядов). На данном этапе уровни временного ряда должны проверяться на сопоставимость, однородность, устойчивость и полноту данных. Основные цикличности, особенности изменения энергопотребления можно увидеть при построении графика нагрузки потребителя ЭЭ. На рис. 1 представлен графики потребления электроэнергии некоторой подстанцией с 21 января 2006 г. (00:30) по февраля 2006 г. (10:30) в логарифмическом масштабе.

В нашем случае уровни ряда отвечают требованию сопоставимости, так как выражены в одних и тех же единицах измерения, имеют одинаковый шаг наблюдения, получены по одной и той же методике, охватывают одни и те же единицы совокупности, ну, и наконец, соответствуют одинаковым интервалам (моментам) времени. Требование полноты данных имеет место. Ряд устойчив, а также отсутствуют нетипичные и аномальные наблюдения и изломы тенденций, что свидетельствует об однородности. На рис. 2 приведена автокорреляционная функции потребления ЭЭ.

0. 0. Мощность, [кВт] 0. -0. -0. 21 января 2006 г. (00:30) 2 февраля 2006 г. (12:00) 14 февраля 2006 г. (24:00) 28 февраля 2006 г. (10:30) Период Рис. 1. Потребление ЭЭ на каждый 30-минутный интервал в логарифмическом масштабе 0. Автокорреляция 0. 0. 0. -0. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Лаг Рис. 2. Автокорреляционная функция потребления ЭЭ Из построенного графика видно, что автокорреляционная функция имеет слабую немонотонную тенденцию затухания. Таким образом, приходим к выводу, что ряд стационарен [2].

() В моделях GARCH (P,Q) уравнение для условной дисперсии t2 = Et 1 t имеет вид:

Q P t2 = K + Gi t2 i + A j t2 j, (1) i =1 j = Q P с ограничениями Gi + A j 1, K 0, Gi 0, A j 0. Здесь параметрами i =1 j = являются коэффициенты K, Gi, A j, P, Q.

В моделях EGARCH (P,Q) уравнение для условной дисперсии имеет вид [ )] ( Q Q P ln t2 = K + Gi ln t2 i + A j zt j E zt j + L j zt j, (2) i =1 j =1 j = где введены стандартизованные (с единичной дисперсией) инновации E ( zt j ) = zt j = t j t j, причем для нормального распределения стандартизованных инноваций. Параметрами модели являются коэффициенты K, Gi, A j, L j, P, Q. Ограничения на параметры модели связано с тем, чтобы все P G1P 1 G2P 2 K GP = 0 были корни характеристического уравнения внутри окружности единичного радиуса [3].

В результате были получены следующие прогнозные значения EGARCH(1,1) GARCH(1,1) Реальное потребление ЭЭ Потребление ЭЭ 5 10 15 20 Период времени Рис. 3. Прогноз, составленный с использованием моделей GARCH(1,1) и EGARCH(1,1) По полученным данным видно (рис.3), что прогноз имеет большой разброс отклонений, что свидетельствует о не достаточной точности. Проблема прогноза потребления ЭЭ представляет собой сложную многопараметрическую задачу. Потребление ЭЭ зависит от типа дня (рабочий день, суббота, выходной день, праздничный день, предпраздничный день), времени года, погодных условий (температура воздуха, облачность, осадки, туман и т.п.), времени суток и выпуска продукции. Однофакторный прогноз во многом не способен учитывать влияния отдельных составляющих производства, поэтому на практике следует применять многофакторное прогнозирование, которое позволяет строить прогноз электропотребления при известных влияющих факторах [4].

Список литературы:

1. http://www.ogk6.ru А.А. Халафян. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. Учебник – М.:

2.

ООО «Бином-Пресс», 2007 г. – 512 с.: ил.

3. http://econorus.org Шутов Е.А. Бабинович Д.Е. Кирилова Т.Н. «Проблемы прогнозирования потребления 4.

электроэнергии» // Проблемы энергетики. – 2010. – 4/I. – №3– С.49-59.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЖКХ Ю.Н. Вербич Научные руководители: В.Я. Ушаков, профессор ЭНИН ТПУ, В.В. Литвак, профессор ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия ski-89@mail.ru Низкая энергетическая эффективность, гигантские энергозатраты на производство продукции снижают конкурентоспособность российской экономики. Снижается потенциал экспорта энергоресурсов. При повышении тарифов растет социальная напряженность. Масса денег уходит на строительство и ремонт систем энергоснабжения. Энергосбережение в современных экономических условиях является не просто составной частью, а ключевым элементом реформы. Это фундамент финансового оздоровления жилищно-коммунального хозяйства, в конечном счете – его экономическая безопасность.

Жилищно-коммунальное хозяйство России – это многоотраслевой комплекс, который включает в себя взаимозависимые, но достаточно самостоятельные предприятия и организации производственной и социальной сферы. Всего в этом секторе задействовано более 64 тыс. предприятий и организаций, на которых численность работающих – свыше 4 млн человек. А потребители услуг – это практически всё население страны и хозяйствующие субъекты экономики. В год объем произведенных предприятиями отрасли работ и услуг составляет около 1трл руб. Использование эффективного оборудования, материалов, приборов учета и контроля, совершенствование управления жилищным фондом позволяют получить значительную экономию ресурсов. За счет этого и необходимо обеспечить технологическую модернизацию жилищно-коммунального комплекса. Правильность выбранного направления убедительно подтверждается опытом муниципальных образований, предприятий – производителей современного оборудования и материалов, научных и проектных институтов, управляющих и инвестиционных компаний ряда городов. Сегодня уже ни у кого не вызывает сомнения необходимость решения комплекса задач при проведении реформы.

Основными препятствиями к внедрению энергосберегающих мероприятий являются:

1) Отсутствие базовых знаний о возможностях энергосбережения.

2) Отсутствие необходимой технической компетенции для реализации конкретных мероприятий.

3) Отсутствие необходимых финансовых ресурсов для реализации энергосберегающих мероприятий.

Основа реформирования ЖКХ заключается в комплексе мер, направленных на снижение издержек при производстве услуг. Экономической основой осуществления этого процесса является энергоресурсосбережение.

Конечные цели энергосберегающей политики в ЖКХ – сокращение затрат на содержание и эксплуатацию жилья, и, соответственно, обеспечение экономических интересов населения при переходе отрасли ЖКХ на режим безубыточного функционирования.

Для достижения указанных целей необходимо обеспечить:

• повсеместное внедрение приборного учета и регулирования потребления тепловой энергии и воды, организацию взаиморасчетов за потребление ресурсов по показаниям приборов;

• реализацию комплекса мер по энергосбережению, обеспечивающего надежное тепло- и водоснабжение ЖКХ и объектов бюджетной сферы практически без расширения существующих энергоисточников;

• создание экономического механизма, стимулирующего процесс энергосбережения;

• совершенствование системы тарифов, стандартизации, сертификации и метрологии, направленных на энергосбережение.

Главная задача участников процесса энергосбережения и энергопотребления состоит не только в комплексном использовании всех рычагов управления спросом на ресурсы и стимулирования энергосбережения, но и создание условий, побуждающих население принять заинтересованное участие в управлении снижением спроса на энергоносители.

Энергетическая экономия – это стратегия не самих предприятий жилищно коммунального хозяйства, а органов власти по отношению к ним, что является правомерным ввиду их финансовой и административной зависимости от городской администрации. Энергетическая экономия не предусматривает в краткосрочном периоде прямого сокращения выделяемых бюджетных средств или повышения тарифов при прочих равных условиях. Огромные текущие расходы на ЖКХ и необходимость капитальных вложений нацеливают на формирование системы многовариантности источников их финансирования.

Для формирования системы многовариантного развития городской инфраструктуры в органе местного самоуправления должен быть разработан комплекс мер, способствующий притоку финансовых ресурсов. Этот комплекс основан на маркетинговых инструментах. Полученные средства направляются на внедрение ресурсосберегающих технологий, автоматизацию, механизацию, страхование и другие мероприятия, дающие в будущем сокращение текущих расходов в жилищно-коммунальной сфере.

Список литературы:

1. http://www.abok.ru 2. revolution.allbest.ru Крылов В.А., Мокроносов А.Г. « Формирование и развитие рынка жилищно 3.

коммунальных услуг»-Екатеринбург, изд-во Екатеринбург, 2000-307 с.

http://energosovet.ru/stenergo.php Стратегия повышения энергоэффективности 4.

коммунальной инфраструктуры Российской Федерации.

ПРОБЛЕМЫ НАДЁЖНОСТИ СВЕТОДИОДНОЙ СВЕТОТЕХНИКИ.

И. В. Васильев, А.Т. Овчаров, Т. Г. Коржнева Научный руководитель: В. Я. Ушаков, д. т. н., профессор ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия work_ilya@myttk.ru Начало 21 века ознаменовалось стремительным развитием светотехники на основе полупроводниковых источников света, на которые сделана ставка в решении задач, поставленных в Федеральном законе №261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…». Широкое внедрение новой техники и технологий в освещении стало причиной того, что на внутренний рынок РФ хлынул поток светодиодной продукции низкого качества. Все преимущественные характеристики светодиодных источников света, такие как срок службы 50 – 100 тыс. часов, степень защиты IP – 65, высокое качество цветопередачи, которые рекламируются фирмами производителями, в действительности оказываются значительно ниже заявленных (полезный срок службы светодиодов может достигать 5 – 10 тыс.

часов). В светодиодных излучающих системах спад светового потока происходит значительно быстрее, чем в люминесцентных лампах. Причиной этому является быстрая деградация излучающих первичных элементов, белого люминофора и полимерных материалов линз.

Деградация кристалла.

Одна из причин деградации кристалла светодиода является рост дефектости кристаллической решетки. Причём области кристалла, где появляются дефекты, продолжают потреблять энергию и генерировать тепло без излучения.

Другой причиной деградации является электрическая миграция в кристалл материалов, из которых сделаны электроды. В кристалл проникают атомы металлов, из которых сделаны электроды, и нарушают кристаллическую структуру, образуя каналы утечки, в результате чего многократно возрастает ток утечки. Значительная часть тока начинает проходить через металлические включения кристалла, которые не излучают свет. В результате уменьшается напряжение на электродах светодиода и уменьшается световой поток [1].

Этот процесс протекает гораздо быстрее при высоких рабочих температурах и работе светодиодов на токах, превышающих номинальные значения. Зависимость показателей деградации кристаллов от выбранного значения рабочего тока представлена на рисунке 1 [2].

Некоторые производители специально повышают рабочий ток светодиода («разгоняют») для получения большей яркости, но при этом не обеспечивают должный отвод тепла. Как следствие, срок службы кристалла значительно сокращается. Например, зачастую азиатские производители в светодиодные световые приборы устанавливают кристаллы, предназначенные для подсветки экранов мобильных телефонов, рассчитанные на ток 3–5мА, а устанавливают рабочий ток 20 мА. Такие световые приборы отрабатывают не более часов. Видимо, такой подход очень не дорог и весьма практичен, что позволяет быстро одержать победу в недобросовестной конкуренции [3].

Рис. 1. Зависимость показателей деградации светового потока светодиодов от плотности тока.

По мнению некоторых специалистов, к возникновению дефектов в кристаллической решетке может привести действие статического электричества.

Деградация люминофора.

Деградация люминофора является основной причиной снижения светового потока светодиодов. Большинство люминофоров постепенно теряют свою эффективность, что может быть связанно как с изменением валентности активаторов за счёт окисления, так и деградацией кристаллической решётки, когда атомы диффундируют через материал и химически реагируют с окружающей средой. Эти процессы протекают из-за большой удельной лучистой нагрузки и высоких температур, так как люминофор наносится непосредственно на кристалл, который нагревается и имеет большую плотность излучения. Высокая температура люминофора может быть причиной безызлучательных переходов и обратимого снижения квантового выхода люминесценции и светового потока светодиода. Совместное воздействие высокой удельной нагрузки оптического излучения и высокой температуры способны спровоцировать кооперативные процессы, приводящие к перестройке структуры излучающих центров и явиться причиной необратимого снижения квантового выхода люминесценции и старения светодиода. В результате деградации происходит не только снижение квантового выхода люминофора, но и изменение спектральных характеристик его свечения. Например, при старении люминофора заметно проявляется синий оттенок свечения светодиода, что связано как с изменением свойств самого люминофора, так и с тем, что в спектре начинает доминировать собственное излучение кристалла.

В связи с тем, что для определения фотостойкости светодиодных люминофоров не разработаны методы и ГОСТы контроля, целесообразно применять методику оценки показателей долговечности люминофоров люминесцентных ламп, рекомендуемую ГОСТ 6825-91. Согласно этой методики, качество люминофорных покрытий определяется по данным стендовых испытаний контрольных ламп, изготовленных из текущих партий люминофоров. Лампы испытывают в номинальном режиме эксплуатации в течении не менее 100 часов, производя измерения светового потока ламп [4].

По данным измерений строят график спада светового потока, экстраполируя данные на весь срок службы, и определяют качество люминофорных покрытий.

Низкая производительность, большие материальные и энергетические затраты этой методики обусловливают актуальность разработки ускоренного способа контроля. Светотехническое производство нуждается в способах и средствах оперативного текущего контроля люминофоров на любой стадии изготовления источников света: от входного контроля поступающих в производство партий люминофора до промежуточных, на любой стадии изготовления, создающих предпосылки совершенствования технологии и повышения качества источников света и самих люминофоров.

Методологически проблема разработки эффективного способа контроля фотостойкости люминофорного покрытия предполагает решение двух основных задач:

1. Выявление механизмов старения люминофорного слоя светодиодов в условиях совместного воздействия высокой удельной нагрузки оптического излучения и высокой температуры.

2. Соблюдение условий автомодельности в способе экспресс - контроля.

Ориентируясь на эти задачи предлагается способ экспресс-контроля, основанный на фотоиндуцированных явлениях при взаимодействии оптического УФ излучения высокой интенсивности с оптическими материалами.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.