Известия Российской академии наук. Энергетика

Предложены методы развития интегрированных систем тепло- и холодоснабжения (ИСТХ) в условиях Крайнего Севера для повышения эффективности работы энергетических систем с комбинированной выработкой электро-, теплоэнергии и холода при сокращении вредных выбросов в атмосферу. Технология ИСТХ может быть актуальна в регионах Крайнего Севера с резко континентальным климатом с холодной зимой до минус 65°C и жарким летом до плюс 39°C. В таких регионах при строительстве тепловых электростанций предпочтение отдается ТЭЦ с газотурбинными установками на природном газе для обеспечения значительных зимних тепловых нагрузок, что создает значительный объем сбросного тепла в летнее время и приводит к неэффективному использованию теплоты сгорания топлива в это время. В то же время сбросное тепло от ТЭЦ может быть использовано в качестве дешевой энергии для работы абсорбционных холодильных установок для централизованного холодоснабжения потребителей в составе ИСТХ. При решении задачи развития таких систем в условиях Крайнего Севера формируются сценарии присоединенной холодильной нагрузки, учитывающие местные условия, и производится поиск варианта технологии холодоснабжения с наилучшими технико-экономическими параметрами, рассчитанными на выполнение заданных технических условий и ограничений. Результаты применения разработанных методов для решения задачи развития ИСТХ для города Якутска обеспечили снижение экономически обоснованного тарифа на холод до 39% относительно электрических кондиционеров, увеличение коэффициента использования теплоты топлива в летние месяцы до 55% и снижение выбросов CO2 до 69 тыс. т в год.

Объединение систем электро-, тепло-, холодо-, газоснабжения на интеллектуальной основе является перспективной технологией для создания интегрированных энергетических систем. В рамках интегрированных энергетических систем широкое развитие получают активные потребители, которые оказывают значительное влияние на работу системы за счет регулирования своих графиков нагрузок и наличия независимых от централизованной энергетической системы источников энергии. Управление интегрированными энергетическими системами, включающими в себя активных потребителей с собственными источниками энергии, является сложной задачей и требует применения новейших методов и подходов, учитывающих следующие особенности: сложное поведение объектов интегрированных энергетических систем, наличие различных интересов у участников процесса энергоснабжения. В связи с перечисленными особенностями в данном исследовании предлагается использовать мультиагентный подход в качестве инструмента для исследования и оптимального управления активными потребителями в интегрированных энергетических системах. Для описания взаимодействия централизованной системы и активных потребителей в кооперации разработана математическая модель, которая имеет двухуровневую иерархическую постановку. Предложена структура мультиагентной системы, включающая в себя три уровня взаимодействия агентов, на основании которой выполнен ряд экспериментов по исследованию взаимодействия активных потребителей в кооперации. Полученные результаты показали эффективность и работоспособность предложенных принципов и механизмов для организации взаимодействия централизованной системы и активных потребителей при их кооперации в интегрированных энергетических системах.

В работе представлен обзор механизмов выделения газовых продуктов деления (ГПД) в оксидном и нитридном топливе, а также современных методов их моделирования. Разработана схема, отражающая текущее представление о процессах выделения ГПД, включая внутризеренную диффузию, коалесценцию, рост пузырьков на границах зерен и формирование газовых туннелей. Особое внимание уделено анализу атомистических подходов (DFT, MD), которые позволяют оценить влияние типа топлива, его стехиометрии и дефектов кристаллической решетки на механизмы миграции ГПД. Выполнено сопоставление расчетных значений энергии активации, полученных методами DFT и MD, с экспериментальными данными. Составлены перечни наиболее предпочтительных вакансий для нитридного и оксидного топлива, выявлены расхождения и проанализированы их причины. Рассмотрены диффузионная и кинетическая модели, используемые в топливных кодах: их особенности и роль в прогнозировании выхода ГПД. Отмечены ключевые неразрешенные вопросы, требующие дальнейших исследований, в том числе: механизмы зарождения ГПД внутри зерна и на его поверхности, роль границ зерен в формировании туннелей и механизмы, описывающие взрывное выделение газа при высоких выгораниях. Работа подчеркивает необходимость комплексного подхода, включающего экспериментальные исследования и совершенствование моделей топливных кодов с применением атомистических и CFD-подходов для повышения точности прогнозирования поведения топлива при различных условиях эксплуатации твэлов.