Читать книгу Все науки. №5, 2023. Международный научный журнал - Ибратжон Хатамович Алиев - Страница 4

УДК 620.97

Кулдашов Оббозжон Хокимович

Доктор физико-математических наук, профессор Научно-исследовательского института «Физики полупроводников и микроэлектроники» при Национальном Университете Узбекистана
Научно-исследовательский институт «Физики полупроводников и микроэлектроники» при Национальном Университете Узбекистана
Комилов Абдуллажон Одилжонович
Ассистент Ферганского филиала Ташкентского Университета Информационных Технологий
Ферганский филиал Ташкентского Университета Информационных Технологий
Жумаев Жавохир Абдурасулович
Студент 2 курса напряления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» Ташкентского филиала Московского Энергетического Института

Ташкентский филиал Московского Энергетического Института

Аннотация. За последние десятилетия в мире возрос интерес к альтернативным источникам возобновляемой в природе энергии: солнечной, геотермальной, ветровой и др. Надо отметить, что этот интерес вызван не только из-за ежегодного роста цен на традиционные виды топлива (нефть, уголь, газ) и прогнозных данных по истощению в обозримом будущем их запасов. Он вызван также необходимостью решения вопросов защиты окружающей среды от загрязнения и возможных техногенных катастроф. По этим причинам во многих странах мира ориентируются на рациональное сочетание традиционных источников энергии с возобновляемыми. При этом среди возобновляемых источников энергии глубинное тепло Земли занимает не последнее место. Достаточно назвать такие страны, как Исландия, Филиппины, Новая Зеландия, Индонезия, США, Италия и др., где имеются колоссальные тепловые ресурсы, залегающие в сравнительно неглубоких пластах земной коры.

Ключевые слова: датчики, аварийная сигнализация, геотермальная энергетика, альтернативные источники возобновляемой и природной энергии.

Annotation. Over the past decades, there has been an increased interest in alternative sources of renewable energy in nature: solar, geothermal, wind, etc. It should be noted that this interest is caused not only because of the annual increase in prices for traditional fuels (oil, coal, gas) and forecast data on the depletion of their reserves in the foreseeable future. It is also caused by the need to address issues of environmental protection from pollution and possible man-made disasters. For these reasons, many countries around the world are focused on a rational combination of traditional energy sources with renewable ones. At the same time, among renewable energy sources, the deep heat of the Earth occupies not the last place. It is enough to name countries such as Iceland, the Philippines, New Zealand, Indonesia, the USA, Italy, etc., where there are enormous thermal resources lying in relatively shallow layers of the earth’s crust.

Keywords: sensors, alarm system, geothermal energy, alternative sources of renewable and natural energy.

На сегодняшний день в Узбекистане активно развивается геотермальная энергетика. На территории Узбекистана прогнозные геотермальные ресурсы на доступных глубинах (до 5—6 км) в 4—6 раз превышают ресурсы углеводородов. Главными потребителями геотермальные ресурсы на ближайшую и отдаленную перспективу в Узбекистане, несомненно, будут теплоснабжение и, в значительно меньшей мере, выработка электроэнергии.

Однако геотермальная энергия не лишена недостатков, как известно на геотермальных скважинах выделяются опасные газы, в связи с этим контроль этих газов, актуален для освоения и поиска новых источников геотермальных вод. При использовании этих вод в оборудовании геотермальных систем наблюдаются отложения, в основном, малорастворимой соли СаСО3, в связи с этим контроль газового состава, актуален для их освоения и поиска новых источников геотермальных вод [6—7].

В зависимости от условий формирования, а также химического и газового состава геотермальные воды разделяют на углекислые, сероводородные, азотные, сероводородно-углекислые, азотно-углекислые, метановые и азотно-метановые. Геотермальные воды Ферганской долины относят к метановым.

Наличие на территории Узбекистана большого потенциала ресурсов гидротермальных месторождений с газовым фактором требует разработки новых технических и технологических решений для их эффективного использования.

Воздействие геотермальных газов, главным образом, метана, может происходить на рабочих местах во время аварийных выбросов геотермальной жидкости и работ по техническому обслуживанию в замкнутом пространстве, например, внутри трубопроводов, турбин и конденсаторов. Серьёзность риска воздействия метана может варьироваться в зависимости от местоположения объекта и свойств разрабатываемого пласта.

Если существует возможность того, что работники подвергнутся воздействию метана в опасной концентрации, следует установка систем контроля концентрации метана и аварийной сигнализации на объектах геотермальной энергетики.

В газовом составе геотермальных вод преобладает метан СН₄, СО₂, N₂ и Н₂S. Расчет коэффициентов поглощения газов, попадающих в область ИК- излучения, проводился на основе спектроскопической информации базы HITRAN—2008, длина волны при максимальном поглощении инфракрасного излучения метаном составляла 3.4 мкм [10—11].

Принцип действия датчика аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики заключается в следующим: газовую камеру облучают с помощью двух инфракрасных светодиодов, излучающих две разные длины волн, одна из которых соответствует максимальному поглощению метана (F_0λ1 = 3,4 мкм), а другая слабой (F_0λ2 = 3,2 мкм).

Газовую камеру облучают двумя потоками излучения F_0λ1 и F_0λ2 на опорной и измерительной λ₂ длинах волн соответственно. Прошедшие через газовую камеру потоки излучения будут равны соответственно:

где: F_0λ1 и F_0λ2 – падающие на газовую камеру потоки излучения на длинах волн и соответственно.

где: F_0λ1 и F_0λ2 – потоки излучения после прохождения через газовую камеру на длинах волн и соответственно: с₁ – концентрация смеси газообразных веществ; L – длина оптического пути, т.е. длина газовой камеры; c₂ – концентрация определяемого газообразного вещества;

K₁ – коэффициент рассеяния смеси газообразных веществ;

K₂ – коэффициент поглощения определяемого газообразного вещества.

Поток излучения изменяется по времени (t) по экспоненциальному закону:

где: A– постоянный коэффициент, соответствующий начальному значению амплитуды экспоненциального импульса, N – число импульсов от начала экспоненты до момента перемены фотоэлектрического сигнала.

В момент равенства потоков излучения и получаем, что

откуда следует, что:

где: τ_э – постоянная времени экспоненты.

В датчике аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики использованы, светодиоды со спектрами излучения 3.2 мкм (опорный) и светодиоды со спектрами излучения 3.4 мкм (рабочий).

На рис. 1 изображена блок-схема датчика аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики, которые состоят из блока питания – 1, генератора – 2, делителя частоты – 3, одновибратора – 4, модулятора экспоненциальной функции – 5, эмиттерного повторителя – 6, электронных ключей 7 и 8, светоизлучающих диодов (9 и 10), газовой камеры – 11, фотодиода – 12, первого дифференцирующего устройства – 13, порогового устройства – 14, схемы совпадения – 15, второго дифференцирующего устройства – 16, счетчика – 17.

Датчик аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики работает следующим образом:

Генератор прямоугольных импульсов – 2 вырабатывает импульсы с необходимой частотой повторения. Эти импульсы с противофазных выходов поступают на вход делителя – 3 частоты и на управляющие входы ключей – 7 и 8. Прямоугольные импульсы с выхода делителя – 3 частоты поступают на вход одновибратора – 4. Прямоугольные импульсы с необходимой длительностью с выхода одновибратора – 4 поступают на вход модулятора – 5 экспоненты, выход которого соединен через эмиттерный повторитель – 6 с входом электронного ключа – 8, где формируется дискретный экспоненциальный импульс тока, который протекает через излучающий диод 9, вызывая поток излучения по такому же закону. Противофазно заполняющим экспоненту импульсам переключается электронный ключ – 7.

На рис. 3 представлено передаточная функция датчика аварийной сигнализации для объектов геотермальной энергетики.

Протекающий через светоизлучающий диод 10 импульс тока вызывает световой поток, амплитуда которого постоянна. Прошедшие через газовую камеру – 11 потоки излучения светодиодов принимаются фотодиодом – 12. Этот сигнал подается на вход первого дифференцирующего устройства – 13, с выхода которого продифференцированный фотоэлектрический сигнал поступает на вход порогового устройства – 14.

Далее сигнал с выхода порогового устройства – 14 подается на один из входов схемы совпадения – 15. На другой вход схемы совпадений – 15 подается сигнал с выхода второго дифференцирующего устройства – 16. С момента сравнения на выходе схемы совпадений – 15 появляется ряд импульсов, которые поступают на счетный вход счетчика – 17. В начале следующей экспоненты на вход «Установка нуля» счетчик – 17 поступают прямоугольные импульсы с выхода одновибратора – 4 и счетчика – 17 подготавливается к следующему циклу.

Сравнение амплитуд опорного и измерительного потоков излучения с применением порогового устройства обеспечивает точность измерения устройства контроля геотермальных газов на основе полупроводниковых излучателей.

Литература

1. Ахмедов Г. Я. Защита геотермальных систем от карбонатных отложений. М.: Научный мир, 2012.

2. Kiseleva S. V., Kolomiets Y. G., and O. S. Popel’, «Assessment of solar energy resources in Central Asia,» Appl. Sol. Energy (English Transl. Geliotekhnika), 2015, doi: 10.3103/S0003701X15030056.