1 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 МОДУЛЬНАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 5-го ПОКОЛЕНИЯ

1
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
МОДУЛЬНАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 5-го ПОКОЛЕНИЯ
1. Назначение
Основное
функциональное
назначение
модульной
теплоэлектростанции
5-го
поколения (МТЭС) – это высокоэффективное тепло- и электроснабжение локальных
энергетических сетей отдельных предприятий, зданий, котеджей и поселков. Она также
способна без потери эффективности работать на общие энергетические сети и выполнять
функции резервных источников питания.
Программой предусматривается организация массового производства мощностного
ряда МТЭС в диапазоне от 100 до 1000 кВт электрической мощности и от 100 до 4000 кВт
тепловой мощности.
Основное предназначение  питание локальных энергетических сетей  определяет
специфику технического облика МТЭС. Для локальных сетей характерно колебания
потребления электроэнергии с амплитудой от 0 до 100 % с суточной периодичностью и
потребления тепла с амплитудой от 0 до 100 % с годовой периодичностью, а также
полиморфизм в располагаемом топливе. Предлагаемые в настоящее время на рынке
теплоэлектростанции не способны эффективно работать в таких условиях. Отклонение
энергопотребления от номинальных значений приводит к резкому (в разы) снижению их
эффективности. Они также чувствительны к виду топлива и, как правило, не способны
работать на других видах кроме штатного.
Для обеспечения высокоэффективной работы на локальные сети теплоэлектростанция
должна обладать развитой способностью адаптации к внешним условиям и факторам. Такой
способностью
обладают
лишь
изделия
5-го
поколения
по
антропоцентрической
классификации. Соответственно, и сама теплоэлектростанция и компоненты, ее образующие,
должны быть 5-го поколения.
С учетом понятия поколения можно охарактеризовать МТЭС как: сверхкомпактный
интеллектуальный
многотопливный
энергетический
модуль
изменяемого
цикла,
производящий тепло и электричество, предназначенный для использования в локальных,
общих и резервных сетях. Ориентировочная удельная масса 0,50,75 кг/кВт. Значение
электрического КПД 35…40%, теплоэлектрического до 90 %. Его отличительной чертой
является возможность изменения отношения тепло/электричество в широких пределах без
снижения эффективности.
2
2 . Анализ потребительских качеств
Следует отметить, что в рамках одного и того же режима соотношение
тепло/электричество меняется в определенных пределах в зависимости от потребляемой
мощности электропотребления. А наличие пяти режимов позволяет с наивысшей возможной
эффективностью удовлетворить текущие потребности в тепле и электричестве вне
зависимости от их соотношения. Снижение КПД генерации электроэнергии на режимах с
повышенной теплоотдачей не приводит к снижению эффективности энергоагрегата
поскольку суммарный (теплоэлектрический) КПД остается на прежнем уровне, примерно
80…90 %.
В качестве функции оптимизации конструкции МТЭС при проектировании по
МАМИМ предлагается комплекс: экономия + безопасность.
Под первым понятием предполагается экономия:
-
топлива, за счет высокого КПД энергоагрегата;
-
моторесурса, за счет его автоматического отключения при нулевых и малых
нагрузках;
-
начальной стоимости, за счет сверхкомпактности и технологичности конструкции;
-
материалов, за счет сверхкопактности;
-
эксплуатационных расходов, за счет способности адаптации к реальным режимам и
минимизации объемов работ по обслуживанию и ремонту.
Под вторым понятием предполагается безопасность:
-
экологическая;
-
эксплуатационная;
-
энергетическая.
Экологическая безопасность традиционно подразумевает под собой низкую эмиссию
вредных и загрязняющих веществ. В данном случае она достигается реализацией низко
эмиссионной камерой сгорания с послойным горением, наличием специального блока
подготовки жидкого топлива и подачей выхлопных газов на вход в двигатель.
Относительно новое для наземной тематики понятие эксплуатационной безопасности
является актуальной для энергоисточников, обслуживающих локальные сети, в силу их
максимального приближения к жилищу человека. Оно является комплексным понятием,
включающем в себя:
-
малошумность;
-
отсутствие концентрированного выхлопа отработавших газов;
-
отсутствие вибраций у энергоагрегата;
3
-
отсутствие дополнительных источников опасности, таких как: высокие скорости и
частоты вращения, наличие открытых участков конструкции, нагретых выше 60 С и т.д.
Понятие
энергетической
безопасности
актуально
для
энергоисточников,
обслуживающих локальные сети, в силу их без альтернативности для конкретного
потребителя. Она достигается:
-
высокой надежностью;
-
многотопливностью;
-
возможностью энергоснабжения при неработающем двигателе;
-
минимальным сроком ремонтных и пусконаладочных работ;
-
самодиагностикой состояния.
Понятие многотопливности в данном случае означает способность эффективной
работы на различных видах топлива и их смесях с автоматическим выбором из имеющегося
набора и переключением на другое топливо непосредственно в процессе работы без
нарушения текущего режима. Следует отметить, что в качестве топлива могут применяться
такие возобновляемые виды топлив, как: биогаз, рапсовое масло и другие растительные
масла, а также отработавшее смазочное масло.
Следует отметить, что существующие двигатели и генераторы не обладают
совокупностью свойств, способных удовлетворить требованиям, предъявляемым к МТЭС.
Они должны быть разработаны заново, специально для применения в качестве компонентов
энергоагрегата 5-го поколения, способного обслуживать локальные энергосети.
Предлагаемые сейчас на рынке теплоэлектроагрегаты в подавляющей массе
принадлежат к 1-му поколению. Сравнение потребительских свойств предлагаемого
энергоагрегата по отношению к существующим показано в таблице.
Таблица
№
1
2
3
4
5
6
Потребительское
свойство
Удельная масса по
выработке электроэнергии
Электрический КПД
Тепловой КПД
Удельная цена по
выработке электроэнергии
Сравнительная цена
обслуживания в
эксплуатации
Сравнительные выбросы
токсичных и
загрязняющих веществ
Размерность
кг/кВт
МТЭС 5-го
поколения
0,50,75
ТЭС 1-го
поколения
1015
%
%
руб./кВт
3540
4055
6 0008 000
3035
4055
25 00030 000
Относительная
доля
0,40,5
1
Относительная
доля
0,10,15
1
4
7
8
9
Сравнительный уровень
вибраций
Сравнительный уровень
шума
Топливо
Относительная
доля
Относительная
доля
вид
10
11
12
Отношение мощностей
тепло/электричество
Ресурс
Тип обмена с окружающей
средой
кВтч (т)
кВтч (э)
моточасы
по теплу и
газообмену
0,050,07
1
0,050,1
1
одновременно
природный газ,
биогаз, бензин,
керосин,
диз.топливо,
спирты, рапсовое
масло,
растительные
масла,
отработавшее
смазочное масло,
легкие фракции
нефти
04
альтернативно
природный газ
или диз.топливо
30 00050 000
локализован
входным и
выходным
патрубком
10 00030 000
не локализован,
тепло и запахи
распостраняются
свободно
1,52
3. Потенциальные покупатели
Имеющиеся и прогнозируемые осложнения в энергообеспечении отдельных
потребителей, связанные со сбоями централизованных сетей электро- и теплоснабжения,
поставили вопрос о необходимости локальной энергетики. Платежеспособный потребитель
не хочет зависеть от мировых энергетических проблем и своими запросами формирует
потребность в создании энергоисточников, способных эффективно работать на локальные
энергосети.
Неуклонный рост цены на топливо и дефицит энергоснабжения неизбежно ведут к
значительному росту тарифов на тепло и электричество. Уже при существующем уровне цен
экономически выгодно иметь собственную теплоэлектростанцию. Также существует
тенденция к росту стоимости подключения к централизованным энергетическим сетям, что
является сдерживающим фактором для создания новых производств.
Предлагаемый энергоагрегат 5-го поколения, способный эффективно работать на
локальные энергосети, решает вышеуказанные проблемы. Соответственно, он ориентирован
на тот слой платежеспособных покупателей, для которых решение энергетических проблем
является актуальной задачей:
 владельцев коттеджей и отдельно стоящих домов и зданий;
5
 предпринимателей, имеющих собственные производства;
 предпринимателей, желающих открыть новое производство;
 владельцев передвижных ремонтных мастерских;
 администрации деревень и поселков;
 владельцев производств с производственным циклом, для которых перерывы в
энергоснабжении носят катастрофический характер;
 МЧС для ликвидации аварий энергосетей;
 МО для независимого энергоснабжения отдельных объектов.