ПОТОКИ В ЦЕПОЧКЕ ЭНЕРГЕТИКИ: ГИДРО-ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ И ИНФОРМАЦИЯ

Ключевые слова: потоки, виды энергии, материя-вещество и поле, топология - связи и узлы, информация.

Актуальность. В работе [1] упоминается 16 видов энергии, в [2] анализируется понятие энтропия.

Ниже     рассматриваются потоки четырёх видов энергии и энергоносителей в их различных состояниях «превращения» и/или «преобразования» в «цепочке энергетики», максимально приближенной по хронологии их действия. Отметим, что любое тело может одновременно обладать различными видами материи-энергии – потенциальной, кинетической [3] и инициировать различные физические поля – электрические, магнитное и др.

Цель исследования формулируется в следующем виде: «найти необходимое количество продукта -материи и полей, которые могут быть транспортированы существующими системами- энергоносителями с различными преобразованиями и превращениями, с заданными пропускными способностями и их кратчайший путь…. с минимальной стоимостью транспортировки энергоносителями в заданное время и их топологии на данной территории». Топология сети позволяет увидеть всю ее структуру: разомкнутую, кольцевую, и др., сетевые устройства, входящие в сеть, и их связь между собой в очень укрупненном виде количества и качества в характерных точках.

1.     Содержание работы: Объекты       исследования: материя,     поля энергетики и информация. Предметы исследования : потоки энергии и информации. Профильные требования к предметам энергетики рекомендуется привести также по её нескольким факторам: 1– «состоянию» (режим работы); 2– «топологии» (расположение) объекта; 3– «временных» факторов; 4– «нормативной базы» и т.д.

Виды исследования: термины, потоки-связи, преобразования и аналитическое          отражение превращений.

Исходныеданные: водные и электрические потоки ресурсов, например, в Сибири две цепочки:

1-я цепочка – оз. Байкал, р. Ангара, Богучанская ГЭС и 2-я цепочка – р. Енисей, Красноярская ГЭС и Саяно-Шушенская ГЭС.

2. Историческая справка. Общие сведения из истории развития науки приведены в [4]:

–в 1644 г. Декарт в «Вопросах философии для формирования закона сохранения движения» дает следующую форму движения: «во вселенной всегда сохраняется одно и тоже количество движения»;

–        в 1845 г.           Р.Майер по вопросам сохранении и превращении энергии     в своей работе «Органическое движение в связи с обменов веществ» доказал, что каждая форма движения при определенных условиях способна и вынуждена превращаться в любую другую форму движения в определенных количественных отношениях(установленных суждением особенностям).»;

–       в 1854 г. Р. Клаузевиц ввел понятия об; S-энтропия, Т-абсолютная температура физического тела и Q-количество сохраняемого тепла[2].

3. Термины: 3.1. Общие.

Преобразование:1) замена одного объекта аналогичным объектом, получаемого из первого по определенным правилам [5];                                      2) связано с событиями связанными с сохранением энергоносителя: кинетическая энергия движения воды в реке и ее потенциальная энергия, соответствующая высоте нахождения реки в потенциальную энергию верхнего бьефа ГЭС с потерями на торможение потока, испарениями, водозаборами населением и т.д. [3].

Превращения – связаны с событиями       изменения энергоносителя, например, а)поступательное движение воды по трубопроводу на входе в гидротурбину, затем б) в механическую энергию вращения ротора генератора и в) в электрическую энергию на выходе из генератора, которая затем, переходит в трансформаторы, ЛЭП и в тепловую, например, на крупных объектах – алюминиевых заводах.

3.2. Отраслевые.

Материя. Виды материи-вещество (твердое, жидкое, газообразное и плазма) и поле (гравитационное, электрическое, магнитное).Электромагнитное поле представляет собой особый вид материи, оказывающий силовое воздействие на заряженные частицы и определяется как совокупность переменных взаимосвязанных и влияющих друг на друга электрических и магнитных частиц [6] .

Атрибуты материи: пространство, время; материальные вещи - протяженность, вес, цвет и поля: непрерывное распределение в пространстве (электромагнитная волна в вакууме) и может проявлять дискретную структуру (фотоны) [7].

Энтропия [2] – количественная мера неопределённости, непредсказуемости, беспорядка и хаоса, дезорганизации вероятностных систем является всеобщей.

3.   Потоки, т.е. взаимосвязи и узлы-точки. Схема потоков различного назначения в общем виде приведена в приложении 1 [8]. На рисунке в приложении 1 приведены только три из основных потоков, например, в управлении сибирского региона: энергетика- красным цветом, водные ресурсы- синим цветом и экономика - зеленым цветом.

Крупные ГЭС, установленные на перечисленных реках, являются характерными «точками»-в них происходят преобразования и превращения энергии. В этих точках в верхнем бьефа (ВБ) водохранилищ, накапливается вода с потенциальной энергией. Затем вода с кинетической поступательной энергией и механической вращательными энергией подается в турбины и вращает ротор генератора, в котором и создаются электрические потоки и вырабатывается электромагнитное поле в металлической обмотке статора и вырабатывается электрический ток.

Обшие сведения по водным ресурсам приведены в таблице 1 (по данным Интернет).

Таблица 1. Общие сведения по водным ресурсам.

Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выражается формулой: E {p} =mgh.

где m — масса тела, g=9,81 м/c2– ускорение свободного падения, h – высота положения центрамасс тела над произвольно выбранным нулевым уровнем.

Поле тяготения, сязанное с землей, в ряде случаев определяется как параметр «высота над уровнем моря (Н.У.М.)».

В России имеются две системы      учета Н.У.М. –«балтийская» и «тихоокеанская». По преданиям «балтийская» система отмечена уровнем воды в балтийском море на берегу острова Кронштад, где Петр 1 проводил время со своими друзьям.       Место фиксации «тихоокеанской системы», в       СМИ пока не отмечено.[9],

Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью    v равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость: A= (mv2 /2 ) = Ek

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела. Кинетическая энергия – это работа, энергия движения. Работу силы можно также записать как А = Fs, где F-сила, а s - протяжённость перемещения тела[10]

Кинетическая энергия вращательного движения — энергия тела, связанная с его вращением. Такой энергией, например, обладает вода гидроагрегата ГЭС.

1Вариант. Кинетичеcкая энергия вращающего тела [11].

Рассмотрим твердое тело, вращающееся с угловой скоростью ω вокруг неподвижной оси Кинетическая энергия вращающегося тела складывается из кинетических энергий отдельных материальных точек, составляющих это тело:

Сумма в правой части этого соотношения I=       ∑mr² представляет собой момент инерции тела  относительно  оси  вращения.  Таким  образом,  кинетическая  энергия  тела,  вращающегося  вокруг неподвижной оси, равна


2вариант. Мощность на валу гидротурбины (кВт) определяется[12],как 

где ВБ, НБ — отметки уровня воды соответственно в верхнем и нижнем бьефе, м; Нг — геометрический напор; ∆h — потери напора в водоподводящем тракте, м.

3 вариант. Мощность электроэнергии связана с силой тока и напряжения формулами мощности трехфазной сети

S= √3 UI

Полная, активная и реактивная мощности связаны между собой соотношениями N = S cos φ  Q=S sin φ и           Q=Nгенtg φ

3. Потоки информации и документов. 4.1Информатика.

Информация и документы. Основное назначение документа-фиксация, закрепление информации в

удобном для контроля ее количества и качества, хранения, передачи, обработки, распространения для дальнейшего использования и удаления по регламентированным срокам ее жизни или другим причинам.

Потоки информации в энергетике существуют в двух группах (компоненты и потоки -связи) и трех основных составляющих: ядро, оболочка и орбита.

Компоненты    Потоки (связи)

Рис. 1. Структура верхних уровней прикладного мета-языка (документальной лингвистики) компоненты: ядро, оболочка и орбита и взаимосвязи между ними [13].

Ядро – язык нормативно-правовых и нормативно-технических документов (НПД и НТД) федерального, внутреннего, отраслевого прикладного значения. [13] .

Оболочка- язык межотраслевого общения в объеме взаимоотношения с поставщиками ресурсов и получателями конечной продукции данной отрасли, например, энергетиков.

Орбита- в состав орбиты входят отраслевые прикладные научные, научно-технические, учебные и научно-популярные издания.

Об информации. Анализ информации может быть произведен в нескольких аспектах [14]: Например, синтаксический (или материально-энергетический, знаковый, технологический) – с точки зрения способа, техники передачи информации (или по качеству информации) может быть в следующих видах: закрепленная информация – информация занесенная на носитель; слабо закрепленная информация – информация, находящаяся в биологической памяти персонала и незакрепленная информация - информация, находящаяся в канале передачи в момент передачи от ее источника к ее потребителю, [15]. В технических приложениях, в частности в математических моделях и методах, реализуемых на ЭВМ термин

«информация» применяется в узком смысле – как конкретные количественные сведения или данные.

В информационных разделах НТД о взаимосвязях необходимо указывать основные параметры: 1–способ взаимосвязи – передает или принимает;

2– характер взаимосвязи – утверждает, согласовывает, принимает к исполнению, отчитывается и т. д.; 3– сроки взаимосвязи – в каких числах месяца, года и т.д;

4–периодичность взаимосвязи – раз в месяц, квартал, год или по мере необходимости. 5– количественная и качественная обработки данных.

Критическая масса информации – объем информации по количеству и качеству необходимый и достаточный для принятия оптимального решения (наилучшего по рассматриваемому критерию) в соответствии с поставленной задачей (целью).

4.2.    Связи Способ (состав) отображения причинно-следственных связей, предложенный в[16], для диагностики оперативной ситуации персоналом блочной ТЭЦ по форме сохранится, но его содержание следующее:

кроме описания “состояния” (режима) объекта ДXi = Qij * Xi + Co

необходимо добавить описание “топологии” (расположения) объекта Дi = Pij * Yi + Qo

а также добавить описание “временных связей” объекта Zi= Tij * Zi+ Zo,

где Q – коэффициент связи по режиму,          P – коэффициент связи по топологии, T – коэффициент связи по времени.

4.3.    Устройства каналов связи. В схему простого канала ВЧ связи по линии электропередачи между двумя смежными подстанциями: входят: а)ВЧ заградитель; б) конденсатор связи; в) фильтр присоединения; г) ВЧ кабель; д) устройства стыковки каналов связи с исполнительной силовой аппаратурой управления. Более подробно данные устройства должны рассматриваться отдельно.

4.4.    Беркович Е.Н. [17] приводит связи      информации и энтропией:Обработка дискретной информации по ее количеству m

H= -∑ Pklog2Pk, k=1

где Pk- вероятность того или иного состояния изучаемого явления.

При необходимости проводится обработка дискретной информации для оценки энтропии системы

m

H= - к∑ Pок lnPok , k=1

где k-1.38*106    эрг/град – постоянная Больцмана; Pок – число элементарных микроскопических состояний

i-й системы.

И далее он пишет [17] о том, что «Если энтропия-мера беспорядочности, то информация-мера упорядочения системы, свидетельство установки ее в одно из наименее вероятных состояний».Это может относиться и к упорядоченности информации при оптимизации потоков в энергетике.

Обобщение информации о взаимосвязи потоков и потерь электроэнергии с параметрами схемы и электрического режима в решении задач анализа множества режимов, оптимального функционирования и развития электроэнергетических систем на основе применения детерминированных и вероятностных методов представлено в[18,19].

Выводы

1.     В цепочке потоков и узлов могут быть простые с преобразованием какого-то любого одного вида энергии: а) силовая часть-водохранилище, плотина,

трубопровод, гидротурбина, гидрогенератор, силовые трансформаторы на одном объекте; б) управляющая часть, вторичные и информационные машины   и механизмы; идоминантные(сложные)узлыс превращением одновременно двух и более видов энергии  в группе объектов-плотина-трубопровод, гидротурбина, генератор, силовой трансформатор, режимах работы, управление ими и информатики.

Устройство и эксплуатация доминантных (сложных) узлов требует принципиального повышения квалификации кадров энергетиков.

2.   Наличие связей энергетики, их топология обеспечивает главную необходимость и возможность выполнения энергетических задач, их информационного обеспечения и обслуживающего персонала.           3.Пространство и время – необходимо для дальнейшего анализа     профессионалов и     любителей рассматриваемых выше проблем. Возможно, что упорядоченность информации приведёт к оптимизации потоков в энергетике.

Профильные требования о потоках энергетики и, соответственно, информации, рекомендуется провести по нескольким факторам:

1– «топологии» (расположение) объекта;

2– «состоянию» (режим работы); 3– «временных» факторов;

4– «климата» на рекомендуемой территории;

5– «нормативной» базы;

6 – «жизненного цикла» этапов и т.д.

Приложение 1. Укрупненная схема потоков (связей) сибирского региона

Рис 1. Укрупненная схема потоков (связей) сибирского региона [8] без потребителей электроэнергии. Красный цвет-энергетические, зеленый цвет - технико-экономические, синий цвет-водные связи.

Аббревиатуры: ОМС- органы местного самоуправления;    ФЭК-(РЭК) федеральная (региональная) энергетическая комиссия; - МПР-министерство природных ресурсов; -ОДУ-объединенное диспетчерское управление; АО-энерго-акционерное объединенное энергосистема; 1БВУ(2БВУ)- Бассейновые водные управления’ УГМС- управление гидрометеослужбы; ГЭС-гидроэлектростанции.

Список литературы

1. Алесксеев Г.Н. Энергоэнтропика (Наука и техника.) – М.: Знание, 1983–192 с.

2.   Седов Е.А. Одна формула и весь мир. Книга об энтропии.(Наука и прогресс). -- М.: Знание, 1990.– 176 с.

3. Фролов В.А. Стафиевская В.В., Велентеенко А.М. Преобразования и превращения в энергетике /Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: материалы ВНТК/ Нац. Иссл. Томский политехн. ун-т. Томск: Изд. Томк. Политехн.ун-та, 2008. с.34-36.

4.      Пугачев Е.М. Научные и технические открытия «Закона сохранения и превращения энергии»/Ученые записки Старо-Оскольского Гос. Пед.института. Вып 1.-1957, с.3– 20.

5. Советский энциклопедический словарь.-М.:Советскаяэнц., 1985.-1600 с.

6.    Воробьёв Г.С. Теория электромагнитного поля и основы техники СВЧ:      учебное пособие / Соколов С.В., Писаренко Л.Д., Журба В.О. – Сумы: Изд-во СумГУ, 2010. – 420 с.

7. Атрибуты материи [http://www/market-jornal/com.voprosiupravlenia/1.html]

8.   Фролов В.А. Связи и информационный отбор в интегрированных техноценозах. Электрика. 2010. № 4 с 40 – 45.

9. Потенциальная энергия https://ru.wikipedia.org/wiki/#

10.         Кинетическая энергия поступательного потока http://energetika.in.ua/ru/books / book-3/part- 2/section-2/2-1

11.   Кинетичечская энергия вращающегося тела.https://ido.tsu.ru/schools/physmat/ data/ res/ mehanika/uchpos/text/4_4.html

12.Современная        электроэнергетика                 http://www.energocon.com/        pages/        id1413.html 

13.Фролов В.А. Модели структур прикладного языка , документы и записи в энергетике/. Актуальные вопросы и психологии и педагогики в современных условиях//Сборник трудов межд НТК№ 3 г. Санкт- Петербург, 2016 с. 73-76

14.Информационный отбор в техноценозах. Каналы передачи и критическая масса информации./Фролов В.А. ПИ Сибирск. Фед. Ун-т- Красноярск, 2010- 38 с. Библ.52 назв. – Рус. Деп в          ВИНИТИ 27.10.10 № 628- В2010 .

15.    Математика и кибернетика в экономике. Словарь-справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Экономика, 1975. – 700 с.

16.   Магазаник Я. М. Дидактические и инженерно-психологические основы обучения операторским специальностям в теплоэнергетике. М.: Энергоатомиздат, 1988. – 248 с.

17.   Беркович Е.Н. Реактивная мошность как информационное понятие. Электричество, 1996. N2, с. 51– 58. –

18 Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии Учебное пособие. Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. - 720 с. (Серия «Высшее образование»).

19. Shulgin I. V. Modified Stochastic Estimation of Load Dependent Energy Losses in Electric Distribution Network / I. V. Shulgin, A. A. Gerasimenko , Su Quan Zhou / International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 43, Issue 1, December 2012, pp. 325–332 (JEPE1673, www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142061512000890). (индексировано в WebofScience и Scopus).