Мультитопливные генераторы модульного исполнения на 5 - 50 - 200 кВт.,
с планируемой стоимостью эл. энергии 0,5-1 руб. за 1 кВт.
(далее, генераторная установка или ГУ).
с планируемой стоимостью эл. энергии 0,5-1 руб. за 1 кВт.
(далее, генераторная установка или ГУ).
УСТАНОВКА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ КОГЕНЕРАЦИИ ПАРО - ГАЗОВОГО ТИПА.
До сих пор не создано производство отечественных автономных энергетических установок
распределенной энергетики мощностью от 5 кВт до 60 МВт модульного типа.
Хотя «Энергетическая стратегия России» ставит целью «максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики, повышения качества жизни населения и содействия укреплению ее внешнеэкономических позиций».
Значительная часть России расположена вне централизованных систем производства электрической и тепловой энергии, при этом в распоряжении имеется значительное количество древесины, в том числе не товарного качества. Одно из решений проблемы - производство и эксплуатация отечественных паротурбинных мультитопливных энергетических установок малой мощности. Такие установки распределенной когенерации мощностью до 200 кВт, объединенные в кластеры, позволят решить задачу снабжения теплом и электроэнергией небольших поселков, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке. Эксплуатация распределенной энергетики на базе местного мусора или возобновляемого биотоплива (дрова, опилки, отходы переработки древесины и т.п.) взамен на завоз дорогого топлива может дать значительную экономию средств и повысить качество жизни.
распределенной энергетики мощностью от 5 кВт до 60 МВт модульного типа.
Хотя «Энергетическая стратегия России» ставит целью «максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики, повышения качества жизни населения и содействия укреплению ее внешнеэкономических позиций».
Значительная часть России расположена вне централизованных систем производства электрической и тепловой энергии, при этом в распоряжении имеется значительное количество древесины, в том числе не товарного качества. Одно из решений проблемы - производство и эксплуатация отечественных паротурбинных мультитопливных энергетических установок малой мощности. Такие установки распределенной когенерации мощностью до 200 кВт, объединенные в кластеры, позволят решить задачу снабжения теплом и электроэнергией небольших поселков, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке. Эксплуатация распределенной энергетики на базе местного мусора или возобновляемого биотоплива (дрова, опилки, отходы переработки древесины и т.п.) взамен на завоз дорогого топлива может дать значительную экономию средств и повысить качество жизни.
Планируемое потребляемое топливо:
ГУ не требуют предварительной газоочистки при работе на большинстве видов газового топлива. При этом теплотворная способность газа должна находиться в пределах от 2 500 до 24 000 ккал/м3.
Природный газ высокого или низкого давления по ГОСТ Р 5542-87
Биогаз: мусорный газ; газ, получающийся при очистке сточных вод; анаэробный газ
Попутный нефтяной газ, факельный газ
Жидкие виды топлива: керосин, дизельное топливо, биодизельное топливо
Низкокалорийные газы
Газы с нестабильными характеристиками состава
Сжиженный газ: природный газ (метан), пропан-бутан
Шахтный метан, метан угольных пластов
Коксовые газы
Синтез газ
Решение задачи обусловлено следующими факторами, особенно важными для
Российской Федерации:
Российской Федерации:
- 1Фактор 1На огромной территории страны имеются районы, прежде всего в Сибири и на Крайнем Севере, а также отдельно расположенные технические объекты, которые из-за удалённости от промышленных центров или малого энергопотребления, не охвачены централизованным
энергоснабжением. Во многих удалённых районах для выработки энергии на малых электростанциях используется нефтепродукты, сжиженный газ. Распространение получили автономные энергоустановки на базе газовых микротурбин
производства фирмы «Capstone». Подобные электростанции обладают высокими капитальными затратами (стоимость одного кВт установленной мощности многократно превышает таковую для традиционных ТЭЦ и ТЭС), невысоким ресурсом, обусловленным высокими температурами в проточной части, требуют возрастающих затрат на поддержание их работоспособности, проведение капитального ремонта, на транспортировку и хранение топлива. Особо отметим трудности импортных поставок оборудования и запчастей с учетом реалий рынка.
В значительной части эти недостатки относится к газопоршневым установкам, например, «Caterpiller» (США). Высокие капитальные затраты также сдерживают развитие ветровых и солнечных энергоустановок. В ряде случаев их эксплуатация из-за климатических условий Сибири и Крайнего севера невозможна. - 2Фактор 2В условиях климатических и техногенных катастроф, в чрезвычайных ситуациях надежность
электро- и теплоснабжения потребителей уже не может быть обеспечена только средствами
централизованных систем электроснабжения. Требуются надежные мобильные установки
быстрого развертывания, работающие на местном низкореактивном топливе. - 3Фактор 3Крупные централизованные системы электроснабжения являются более уязвимыми, чем
автономные системы малой мощности, в случае возникновения террористической или военной
угроз. - 4Фактор 4Эффективные и надёжные установки малой мощности являются важнейшим функциональным
элементом специальных объектов, обеспечивающих обороноспособность страны.
Выход на промышленное производство таких установок решает несколько социальных
задач:
задач:
- Обеспечение теплом и электроэнергией населения Сибири и Дальнего Востока.
- Создание рабочих мест на предприятиях, связанных с производством и эксплуатацией систем
когенерации. - Использование местного недорогого топлива при экологически чистых технологиях.
- Повышение энергетической независимости страны.
- Импортозамещение - создавать отечественные образцы установок распределенной генерации,
не уступающие, а по ряду параметров превосходящие зарубежные аналоги.
Применение газо-паровых, а не газовых турбин приводит к уменьшению рабочей температуры по сравнению с зарубежными аналогами и позволяет иметь больший ресурс, т.е. уменьшает расходы на ремонт и эксплуатацию.
Отсутствие ползучести в паровой турбине небольшой мощности и малые размеры ротора позволяют изготавливать большинство элементов энергоустановок из сравнительно недорогих конструкционных материалов и сталей на неспециализированных производствах при наличии универсальных станков с ЧПУ. Использование подобных энергоустановок в качестве судового двигателя позволяет более эффективно осваивать сибирские реки, поскольку топливом может служить валежник, бурелом и т.п. Большое значение имеет применение установок или кластеров в горных районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Для функционирования небольших поликлиник, школ, больниц мощности 50-200 кВт оказывается вполне достаточно. Обслуживающий персонал не требует высокой квалификации и специального образования. Установки модульные и не требуют специалистов при
монтаже. Для транспортировки не нужен спецтранспорт.
Отсутствие ползучести в паровой турбине небольшой мощности и малые размеры ротора позволяют изготавливать большинство элементов энергоустановок из сравнительно недорогих конструкционных материалов и сталей на неспециализированных производствах при наличии универсальных станков с ЧПУ. Использование подобных энергоустановок в качестве судового двигателя позволяет более эффективно осваивать сибирские реки, поскольку топливом может служить валежник, бурелом и т.п. Большое значение имеет применение установок или кластеров в горных районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Для функционирования небольших поликлиник, школ, больниц мощности 50-200 кВт оказывается вполне достаточно. Обслуживающий персонал не требует высокой квалификации и специального образования. Установки модульные и не требуют специалистов при
монтаже. Для транспортировки не нужен спецтранспорт.
Когенерация.
Помимо генерации электричества ГУ вырабатывает тепло, она укомплектована специальным устройством, утилизирующим теплоту выхлопных газов и потенциального тепла. Такие энергетические системы, совместно вырабатывающие электричество и тепло, относятся к классу CHP (Combined Heat and Power). В случае ГУ их называют microCHP. Специально для ГУ сконструировано несколько типов таких теплообменников, рассчитанных на работу в составе оборудования тепловой электростанции совместно с одной, двумя, четырьмя и более ГУ.
Предполагается собственное производство или применение российских утилизаторов тепла, соответствующих по производительности, размерам соединительной арматуры и другим параметрам
конструкции ГУ. Применение установок microCHP резко повышает общий КПД ГУ (до 90%) и решает задачи теплоснабжения для отопления и получения горячей воды.
Предполагается собственное производство или применение российских утилизаторов тепла, соответствующих по производительности, размерам соединительной арматуры и другим параметрам
конструкции ГУ. Применение установок microCHP резко повышает общий КПД ГУ (до 90%) и решает задачи теплоснабжения для отопления и получения горячей воды.
Автономность.
Для выхода на автономный режим необходимы; топливо и вода. ГУ это мультитопливная, модульная установка, которая может работать, как от газораспределительных сетей, так и от мобильных газгольдеров. При замене топлива необходимо сменить модуль и установка готова к работе. При дооборудовании ГУ двухступенчатым газогенератором возможно использование мусора, угля, мазута, покрышек и др. горючих материалов в качестве топлива. Автономный режим характеризуется работой ГУ независимо от сети в качестве основного источника
энергии. В этом режиме выходная мощность мини-электростанции определяется потребителем, параметры электрического тока ГУ настраиваются в соответствии с потребностями нагрузки по напряжению и частоте. Устройство для автономной работы ГУ включает преобразователь энергии, координирующий работу блока аккумуляторных батарей (АКБ). Он имеет зарядное устройство и производит необходимые соединения между основной системой управления и блоком АКБ. Запуск и работа ГУ осуществляются
в автоматическом режиме. Результаты проекта предполагается использовать при проведении ОКР по созданию высокоэффективных экологически чистых микротурбинных энергетических и силовых установок (ГУ) для малой распределенной энергетики (дома, поселки, супермаркеты, больницы и др., погранзаставы) и транспортных средств (автобусы, грузовики, рельсовые автобусы, спецтехника, прибрежные суда) с гибридными силовыми установками. По оценкам экспертов только на российский рынок необходимо не менее 30 000 шт. аналогичных установок (ГУ) в период 2019-2023.
энергии. В этом режиме выходная мощность мини-электростанции определяется потребителем, параметры электрического тока ГУ настраиваются в соответствии с потребностями нагрузки по напряжению и частоте. Устройство для автономной работы ГУ включает преобразователь энергии, координирующий работу блока аккумуляторных батарей (АКБ). Он имеет зарядное устройство и производит необходимые соединения между основной системой управления и блоком АКБ. Запуск и работа ГУ осуществляются
в автоматическом режиме. Результаты проекта предполагается использовать при проведении ОКР по созданию высокоэффективных экологически чистых микротурбинных энергетических и силовых установок (ГУ) для малой распределенной энергетики (дома, поселки, супермаркеты, больницы и др., погранзаставы) и транспортных средств (автобусы, грузовики, рельсовые автобусы, спецтехника, прибрежные суда) с гибридными силовыми установками. По оценкам экспертов только на российский рынок необходимо не менее 30 000 шт. аналогичных установок (ГУ) в период 2019-2023.
typography
Варианты размещения ГУ:
На открытой площадке в легковозводимом погодном укрытии;
В отдельном здании/сооружении;
В основном здании объекта, внутри помещения;
на крыше/кровле здания;
В блочно-модульном исполнении для температурных условий от –60 до +50°С.
В отдельном здании/сооружении;
В основном здании объекта, внутри помещения;
на крыше/кровле здания;
В блочно-модульном исполнении для температурных условий от –60 до +50°С.
Основные преимущества ГУ, обеспечивающие требуемые эксплуатационные свойства
и конкурентоспособность с существующими энергетическими установками
и конкурентоспособность с существующими энергетическими установками
- Приемлемая экономичность – расчетный 1 кВт стоит от 1 до 2 рублей, для конечного потребителя.
- Многотопливность.
- Снижение потребления топлива до 30% от существующих мировых аналогов.
- Моторесурс до 70000 часов, межсервисный интервал до 8000 часов.
- Высокие удельные показатели, простота и модульность конструкции, агрегатируемость,
отсутствие систем смазки и охлаждения. - Экологическая безопасность (меньшая токсичность отработавших газов, по сравнению с ДВС
в 8-10 раз; низкий уровень шума и вибрации). - Низкие эксплуатационные затраты, обеспечение конкурентоспособной стоимости владения
энергетической установкой. - Полное отсутствие разрешительной документации для подключения к сетям энерго и
газоснабжения в случае использования газгольдера.
Технические характеристики ГУ 50
Расчет на топливо.
5,7 руб стоит 1 куб м газа = 10 кВт + 2 Квт (тепло) 12 кВт = 0,47 руб
Окупаемость без учета топлива.
8760 (час в год) * 5 лет = 43 800 час.
ГУ 700 тыс. руб. на 50 кВт / 43 800 час. = 16 руб. в час. / 50 кВт = 0,32 руб.
Общая стоимость 1 кВт для конечного потребителя 0,8 руб.
5,7 руб стоит 1 куб м газа = 10 кВт + 2 Квт (тепло) 12 кВт = 0,47 руб
Окупаемость без учета топлива.
8760 (час в год) * 5 лет = 43 800 час.
ГУ 700 тыс. руб. на 50 кВт / 43 800 час. = 16 руб. в час. / 50 кВт = 0,32 руб.
Общая стоимость 1 кВт для конечного потребителя 0,8 руб.
Перечень мероприятий по проекту: НИОКР + Опытное производство:
По данным отчета, опубликованного Минпромэнерго, к 2020 году выработают свой ресурс около 70% мощности ТЭС и ГЭС.
Процессы модернизации электрического хозяйства и ввода в эксплуатацию новых
мощностей не успевают за ростом потребления электричества. Будущее развития энергетической отрасли в России все чаще связывают с распределенной малой энергетикой. В качестве перспективных энергоустановок для малой распределенной энергетики рассматриваются работающие на дешевом топливе, природном газе, энергоустановки на базе поршневых газовых двигателей и микротурбин.
1. Микротурбины имеют существенно меньшее техническое обслуживание и более дешевый капитальный ремонт. Так, у энергоустановок на базе поршневых ДВС интервалы между техническим обслуживанием составляют 250 –500 моточасов. Текущий ремонт микротурбин Capstone (одна из ведущих фирм по произвоству микротурбин) осуществляется на месте установки через 8000 часов (один раз в год) и сводится к внешнему осмотру, замене или чистке воздушного фильтра. Стоимость капитального ремонта по истечении 8 лет составляет не более 30% от первоначальных инвестиций. У энергоустановок на базе поршневых ДВС стоимость капитального ремонта достигает 70 – 100% от первоначальных затрат на приобретение.
2. Микротурбины также имеют недостижимую для поршневых двигателей экологическую чистоту и надежно, без снижения эффективности работают на бросовом топливе – малокалорийных газах (шахтные и др.).
3. Эти качества вызвали в мире активный рост инвестиций в производство энергоустановок на базе микротурбин (в 1995 г. – около 100 млн. USD, а 2007 г. – около 940 млн. USD). Объем рынка энергоустановок на базе микротурбин в 2011 году составлял 8 млрд $ США, а в 2015 году достиг 17 – 18 млрд $ США. К 2035 году U.S. Energy Information Administration прогнозирует прирост мощностей по микротурбинным установкам в США в размере 2,4 – 2,8 ГВт.
4. Вместе с тем все более ужесточающиеся требования к автомобилям по экологии и успех в разработках высокоресурсных многотопливных экологически чистых энергетических микротурбин привели к появлению в мире (США, Европа, Япония) парка автобусов с работающей на природном газе гибридной силовой установкой, включающей малоразмерный регенеративный ГТД. Сегодня имеется тенденция к увеличению парка таких автобусов. В целом по результатам исследования японской аналитической компании Yano Research Institute ожидается 16-кратный рост рынка гибридных автомобилей в течение десяти лет: с 0,32 млн ед. в 2005 г. до 5,37 млн в 2015 г.
5. Продолжает оставаться актуальным и применение микротурбин на тяжелонагруженных транспортных средствах и технике военного назначения. Причем особенную остроту эту потребность в ГТД имеет Россия. Связано это с низкими среднегодовыми температурами на огромных северных и северо-восточных территориях страны. Легкий запуск при температурах и, соответственно, надежность его эксплуатации, многотопливность, успешная конкуренция по расходу топлива при низких температурах атмосферного воздуха с транспортными
дизелями говорят о больших перспективах применения ГТД на транспортных средствах в Российской Федерации. В качестве примера можно привести осуществляемую в настоящее время разработку перспективного БМП «Рыцарь» с микротурбинной гибридной силовой установкой для применения в условиях Севера.
Именно в России были придуманы микротурбины, которые в настоящее время почти не производятся, что является огромным упущением.
СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ ГУ В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР ОТ - 70 ДО + 55:
1) автономное электроснабжение оборудования и производимых работ, транспорта, как альтернатива дизель – генераторам;
2) электроснабжение поликлиник, больниц, школ, детсадов, и т.п., а также удалённых
децентрализованных районов, производств, сушка продукции, катодной защиты трубопроводов и др.;
3) автономное электроснабжение особо охраняемых баз, складов и военных объектов.
мощностей не успевают за ростом потребления электричества. Будущее развития энергетической отрасли в России все чаще связывают с распределенной малой энергетикой. В качестве перспективных энергоустановок для малой распределенной энергетики рассматриваются работающие на дешевом топливе, природном газе, энергоустановки на базе поршневых газовых двигателей и микротурбин.
1. Микротурбины имеют существенно меньшее техническое обслуживание и более дешевый капитальный ремонт. Так, у энергоустановок на базе поршневых ДВС интервалы между техническим обслуживанием составляют 250 –500 моточасов. Текущий ремонт микротурбин Capstone (одна из ведущих фирм по произвоству микротурбин) осуществляется на месте установки через 8000 часов (один раз в год) и сводится к внешнему осмотру, замене или чистке воздушного фильтра. Стоимость капитального ремонта по истечении 8 лет составляет не более 30% от первоначальных инвестиций. У энергоустановок на базе поршневых ДВС стоимость капитального ремонта достигает 70 – 100% от первоначальных затрат на приобретение.
2. Микротурбины также имеют недостижимую для поршневых двигателей экологическую чистоту и надежно, без снижения эффективности работают на бросовом топливе – малокалорийных газах (шахтные и др.).
3. Эти качества вызвали в мире активный рост инвестиций в производство энергоустановок на базе микротурбин (в 1995 г. – около 100 млн. USD, а 2007 г. – около 940 млн. USD). Объем рынка энергоустановок на базе микротурбин в 2011 году составлял 8 млрд $ США, а в 2015 году достиг 17 – 18 млрд $ США. К 2035 году U.S. Energy Information Administration прогнозирует прирост мощностей по микротурбинным установкам в США в размере 2,4 – 2,8 ГВт.
4. Вместе с тем все более ужесточающиеся требования к автомобилям по экологии и успех в разработках высокоресурсных многотопливных экологически чистых энергетических микротурбин привели к появлению в мире (США, Европа, Япония) парка автобусов с работающей на природном газе гибридной силовой установкой, включающей малоразмерный регенеративный ГТД. Сегодня имеется тенденция к увеличению парка таких автобусов. В целом по результатам исследования японской аналитической компании Yano Research Institute ожидается 16-кратный рост рынка гибридных автомобилей в течение десяти лет: с 0,32 млн ед. в 2005 г. до 5,37 млн в 2015 г.
5. Продолжает оставаться актуальным и применение микротурбин на тяжелонагруженных транспортных средствах и технике военного назначения. Причем особенную остроту эту потребность в ГТД имеет Россия. Связано это с низкими среднегодовыми температурами на огромных северных и северо-восточных территориях страны. Легкий запуск при температурах и, соответственно, надежность его эксплуатации, многотопливность, успешная конкуренция по расходу топлива при низких температурах атмосферного воздуха с транспортными
дизелями говорят о больших перспективах применения ГТД на транспортных средствах в Российской Федерации. В качестве примера можно привести осуществляемую в настоящее время разработку перспективного БМП «Рыцарь» с микротурбинной гибридной силовой установкой для применения в условиях Севера.
Именно в России были придуманы микротурбины, которые в настоящее время почти не производятся, что является огромным упущением.
СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ ГУ В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР ОТ - 70 ДО + 55:
1) автономное электроснабжение оборудования и производимых работ, транспорта, как альтернатива дизель – генераторам;
2) электроснабжение поликлиник, больниц, школ, детсадов, и т.п., а также удалённых
децентрализованных районов, производств, сушка продукции, катодной защиты трубопроводов и др.;
3) автономное электроснабжение особо охраняемых баз, складов и военных объектов.
