Разработка комплекса автономного электроснабжения систем обнаружения утечек нефти на трубопроводах

Цели научного исследования: Разработка схемы, структуры и обоснование параметров автономного электрогенерирующего комплекса с применением установок прямого преобразования тепловой и солнечной энергии в электрическую для гарантированного электроснабжения систем обнаружения утечек из нефтепроводов, проложенных в различных климатических условиях. Создание прототипа комплекса на основе термоэлектрогенераторных и фотоэлектрических элементов для автономного электроснабжения систем обнаружения утечек нефти из трубопроводов.Задачи научного исследования: 1. Анализ существующих методов и систем обнаружения утечек жидких углеводородов из трубопроводов. 2. Анализ существующих способов обеспечения электрической энергией систем обнаружения утечек жидких углеводородов. 3. Разработка вариантов схемотехнических решений автономного электрогенерирующего комплекса с применением установок прямого преобразования тепловой и солнечной энергии в электрическую для гарантированного электроснабжения систем обнаружения утечек из нефтепроводов, проложенных в различных климатических условиях. 4. Технико-экономическое обоснование схемы и структуры электрогенерирующего комплекса на базе термоэлектрогенераторных и фотоэлектрических элементов для различных условий работы системы обнаружения утечек нефти. 5. Создание полноценного имитационного лабораторного стенда для изучения энергетических возможностей исследуемого автономного комплекса электроснабжения. 6. Разработка методики выбора номинальных параметров элементов в составе автономного комплекса, его структуры и режимов работы с учетом вариации уровня освещенности поверхности и/или температурного градиента между трубопроводом и окружающим пространством. 7. Разработка компьютерной модели в среде MatLab Simulink и верификация ее параметров с помощью серии экспериментов на имитационном стенде. 8. Разработка и отладка алгоритмов и системы управления комплекса на основе термоэлектрогенераторных и фотоэлектрических элементов для автономного электроснабжения систем обнаружения утечек нефти из трубопроводов. 9. Исследование систем крепления термоэлектрогенераторных модулей к нефтепроводам различного диаметра. 10. Разработка прототипа первого поколения электрогенерирующего устройства на основе термоэлектрогенераторных и фотоэлектрических элементов для автономного электроснабжения систем обнаружения утечек нефти из трубопроводов. 11. Экономическая и экологическая оценка исследуемого комплекса и эффекта от его внедрения.Основное содержание исследования: С учетом существующих методов и систем обнаружения утечек (СОУ) жидких углеводородов в трубопроводах, а также способов электроснабжения СОУ будут определены основные технические параметры, предъявляемые к комплексу автономного электроснабжения (напряжение, мощность, AC или DC и т.п.) На основе полученных данных будут разработаны несколько вариантов схемотехнических решений автономного электрогенерирующего комплекса с применением установок прямого преобразования тепловой и солнечной энергии в электрическую для обеспечения требуемого и гарантированного электроснабжения СОУ в нефтепроводах, проложенных в различных климатических условиях. Далее будут составлены рационально экономически обоснованные схемы и структура электрогенерирующего комплекса, включающая в себя необходимое количество термоэлектрогенераторных и фотоэлектрических элементов с учетом различных условий работы СОУ нефти. Создание полноценного имитационного стенда в лаборатории Горного университета позволит изучить энергетические возможности исследуемого автономного комплекса электроснабжения, подобрать оптимальные технические параметры элементов, а также верифицировать параметры компьютерной модели. В состав стенда будут входить элементы для автономного электроснабжения, источник света достаточной мощности и поворотный стенд, регулирующий угол наклона источника света, для работы фотоэлектрических элементов, резисторы и автотрансформатор для создания необходимой разности температур для работы термоэлектрогенераторных элементов, а также различные измерительные устройства. В ходе серии экспериментов и моделирования будут выявлены зависимости мощности, которую развивает система электроснабжения комплекса, при варьировании параметров условий окружающей среды, параметров термоэлектрогенераторных и фотоэлектрических элементов, необходимые для определения достаточного долевого вклада данных источников и определения их оптимальных параметров. Это позволит разработать методику выбора номинальных параметров элементов в составе автономного комплекса, его структуры и режимов работы с учетом вариации уровня освещенности поверхности и/или температурного градиента между трубопроводом и окружающим пространством. На основе полученных данных происходит создание компьютерной модели в среде MatLab Simulink для отработки алгоритмов и системы управления автономным комплексом электроснабжения СОУ нефти в трубопроводах. Верификация параметров модели выполняется посредством серии экспериментов на имитационном стенде. В ходе исследования требуется уделить особое внимание разработке вариантов системы крепления термоэлектрогенераторных модулей к нефтепроводам различного диаметра. После этого, будет осуществлен переход к созданию прототипа первого поколения электрогенерирующего устройства на основе термоэлектрогенераторных и фотоэлектрических элементов для автономного электроснабжения систем обнаружения утечек нефти из трубопроводов. А также выполнена экономическая и экологическая оценка исследуемого комплекса и эффекта от его внедрения. Предполагаемые продукты и результаты проекта являются значимыми для предприятий ТЭК, широко внедряющих современные системы обнаружения утечек жидких углеводородов (нефти) на трубопроводном транспорте, для которых требуются источники гарантированного электроснабжения. Также внедрение разрабатываемой технологии возможно на объектах ЖКХ, а именно магистральных трубах теплоснабжения, для быстрого обнаружения и точной идентификации места утечки воды.