16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/9/134.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 06 (09) декабрь 2013 года

Паропоршневые мини-ТЭЦ для России: требования потенциальных заказчиков

Паропоршневые мини-ТЭЦ для России: требования потенциальных заказчиков

Утилизация отходов лесозаготовки и деревообработки с целью комбинированной выработки электрической и тепловой энергии – дело полезное как с экологи­ческой, так и с экономической точек зрения.

Для этого когенерационные установки электрической мощностью, к примеру, до 10 МВт (мини-ТЭЦ) принципиально могут оснащаться поршневыми паровыми машинами. Чего ждут от них заказчики в России?

В России фанерные заводы и предприятия лесопромышленного комплекса являются именно теми потенциальными заказчиками, у которых в распоряжении есть дешевое и экологически чистое возобновляемое топливо – древесные отходы. А, как известно, русские печи испокон веков топились именно древесиной (дровами). Когда же такое топливо является побочным продуктом основного производства, то организовать его утилизацию с пользой – задача любого хозяйственного руководителя. В этом смысле биокотельные, греющие воду на отопление и горячее водоснабжение потребителей, сегодня уже внедряются и работают на некоторых оте­чественных лесозаводах. Но биокотельные, дающие и водяной пар на технологические нужды производства (например, для сушки древесины), представляются куда более интересными в деле обращения древесных отходов в энергию.

Недавно к главному отечественному специалисту по паропоршневым двигателям Владимиру Сергеевичу Дубинину, – руководителю объединенной научной группы «Промтеплоэнергетика» Московского авиационного института и колледжа космического машиностроения и технологии Финансово-технологической академии, обратились с фанерного завода в Новгородской области. У них в достатке древесные отходы и производится водяной пар, для полного счастья не хватает… паровой машины, чтобы с выгодой организовать собственную мини-ТЭЦ. Но зарубежные моторы Шпиллинга (Германия) дороговаты, а хорошие «родные» поршневые паровые машины пришлись бы кстати.

От чего‑нибудь более простого в эксплуатации по сравнению с паровыми турбинами не отказались бы и российские специалисты по созданию паросиловых мини-ТЭЦ на местном твердом топливе – отходах древесины, торфе и прочем. Разработкой, возведением и вводом в эксплуатацию мини-ТЭЦ на древесных отходах занимается, например, столичное ЗАО «Лесэнерго». От этой организации Владимиру Дубинину и его коллегам поступил заказ на паропоршневые двигатели для реконструкции существующих и эксплуатации на будущих мини-ТЭЦ.

Программа-минимум по «паропоршневизации» отечественной энергетики – это дооснащение паровых котельных до уровня мини-ТЭЦ для покрытия электрических нагрузок их собственных нужд, мощность которых, из расчета на единичную котельную, обычно не превышает пяти процентов от вырабатываемой тепловой мощности котельной. Фрагмент упрощенной тепловой принципиальной схемы включения паропоршневого двигателя в паровой котельной наглядно иллюстрирует идею построения такой мини-ТЭЦ с возможностью ее работы в тригенерационном режиме. Здесь введены следующие условные обозначения: 1 – паровой котел; 2 – паропоршневой двигатель; 3 – электрогенератор; 4 – кабельная линия к потребителю; 5, 6 – соответственно, ресивер для сглаживания колебаний давления пара, отработавшего в двигателе 2, и паромасляный сепаратор для отделения смазочного масла от пара (оба элемента не являются обязательными, если основываться на практическом опыте многолетней успешной эксплуатации за рубежом на паросиловых мини-ТЭЦ моторов Шпиллинга: ресивер там отсутствует вообще, а сепарационное устройство фактически предусмотрено в конструкции самого мотора); 7 – пароводяной теплообменник (бойлер) для нагрева воды паром; 8 – абсорбционная паровая холодильная установка (паровой чиллер); ВТ1 – ВТ3 – вода температурой соответственно Т1 (обратная или холодная вода), Т2 (прямая либо горячая вода) и Т3 (охлажденная вода); СХСП – система холодоснабжения потребителей.

Разработка паропоршневых двигателей и мини-ТЭЦ в условиях спроса со стороны потенциальных заказчиков невозможна без реальных базовых технических требований. В самом общем виде их можно сформулировать следующим образом.

Экологические показатели функционирования мини-ТЭЦ должны удовлетворять требованиям действующих стандартов государственного и международного уровня, а работа мини-ТЭЦ должна предпочтительно осуществляться на биотопливе – возобновляемом природном ресурсе. При использовании на мини-ТЭЦ твердого топлива его необходимо сжигать по передовой российской технологии (Российское свидетельство на полезную модель RU 15772, Евразийский патент EA 016482) в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое, разработанной в санкт-петербургском ООО «Петрокотел-ВЦКС».

Предпочтительно, чтобы работа мини-ТЭЦ обеспечивалась автономно от электрической сети централизованной энергосистемы. Это принципиально возможно организовать по классическому методу (с использованием выпрямителя и инвертора синусоидального напряжения) для обеспечения точности стабилизации частоты переменного тока в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54149‑2010. По принципиально новому методу Дубинина обеспечение автономной высокоточной стабилизации электрической частоты реализуется исключительно на электростанции с поршневой расширительной машиной при работе последней в режиме самостабилизации частоты вращения выходного вала (В. С. Дубинин. Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий: Монография. – М.: Издательство Московского института энергобезопасности и энергосбережения, 2009). Владимир Дубинин разработал данный метод на основе подтвержденной им на практике собственной теории самостабилизации частоты вращения вала поршневого двигателя (турбина таким свойством не обладает) без организации обратных связей. Одноименное с теорией явление в технике тоже было открыто Дубининым.

Электрическая мощность и электрический КПД мини-ТЭЦ на базе котельной должны определяться с учетом необходимости покрытия нагрузки собственных нужд (см. выше) и, если требуется, нагрузки сторонних потребителей. Электрический КПД перспективных паропоршневых мини-ТЭЦ должен быть около 30 процентов и выше, чтобы обеспечивать их конкурентоспособность с крупными ТЭЦ централизованной энергетики. При создании мини-ТЭЦ на базе котельных нужно учитывать, что в Австрии, Германии и других зарубежных странах мини-ТЭЦ с паровыми моторами Шпиллинга при работе на твердой биомассе (древесные отходы и пеллеты) имеют электрический КПД на уровне 5‑20 процентов.

Коэффициент полезного использования теплоты сгорания топлива у мини-ТЭЦ должен быть порядка 80 процентов при ее работе на твердом топливе, то есть не меньше, чем у зарубежных мини-ТЭЦ с паровыми моторами Шпиллинга при работе мини-ТЭЦ на твердой биомассе. Для газовой мини-ТЭЦ этот показатель должен быть около 90 процентов.

Построение типоразмерного ряда электрогенераторных блоков с паропоршневыми двигателями для мини-ТЭЦ должно основываться на номенклатуре выпускаемых в России поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые будут использоваться как основа для конверсии их в паропоршневые двигатели. Анализ мощностного ряда выпускаемого отечественного паротурбинного оборудования для мини-ТЭЦ, например, на базе котельных свидетельствует о спросе со стороны заказчиков на электрогенераторные блоки, в частности, следующих единичных электрических мощностей, выраженных в киловаттах: 100, 150, 200, 250, 500, 750, 1000, 1500. Практически в этом же диапазоне единичных электрических мощностей (до 1200 кВт) за рубежом спросом для мини-ТЭЦ пользуются электрогенераторные блоки с паровыми моторами Шпиллинга.

Для полноценной паропоршневой мини-ТЭЦ (с высоким электрическим КПД) необходимо предусматривать возможность работы минимум двух паропоршневых двигателей по схеме «тандем», то есть с последовательным прохождением пара через двигатели и промежуточным теплофикационным либо технологическим отбором пара (регулируемым или нерегулируемым) между ними. Промежуточный отбор применяется на паротурбинных крупных и некоторых мини-ТЭЦ (например, на мини-ТЭЦ «Белый ручей», работающей на отходах древесины в Вологодской области).

В эксплуатации паропоршневых двигателей не должны быть постоянно задействованы уникальные специалисты, а для ремонта необходимо предусматривать возможность его реализации на месте работы мини-ТЭЦ силами местных либо сторонних мастеров по поршневым двигателям внутреннего сгорания. При этом важным требованием к паропоршневой мини-ТЭЦ, в том числе на базе котельной, является обеспечение высокого уровня ее автоматизации, включая паропоршневой двигатель.

В заключение следует заметить, что изложенные выше требования к паропоршневым двигателям и мини-ТЭЦ не противоречат важному рационализаторскому предложению в виде проекта «Обеспечение энергобезопасности и энергоэффективности котельных с помощью применения паропоршневых технологий», одобренного на конкурсе лучших рацпредложений в сфере энергосбережения и энергоэффективности «Энергоидея», который провело Министерство образования и науки Российской Федерации среди студентов в 2012‑2013 учебном году. В номинации «Лучшее рацпредложение в сфере энергосбережения и энергоэффективности в городском хозяйстве» с этим проектом призером стал студент Московского авиационного института Михаил Алексеевич с факультета «Двигатели летательных аппаратов».

Коммунальщики, обратите внимание на паропоршневые двигатели для котельных! Тем более что еще почти пять лет назад – 14 октября 2009 года – в подмосковном Одинцове на расширенном заседании научно-технического совета Ассоциации предприятий энергетики Московской области «Мособлтеплоэнерго» было принято решение одобрить направление работ, касающихся использования паропоршневых двигателей в котельных жилищно-коммунального хозяйства Подмосковья. Владимир Дубинин выступил тогда на этом совещании с докладом «Обеспечение надежности теплоснабжения и энергосбережения в условиях ненадежного электроснабжения путем применения паропоршневых двигателей».

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 06 (09) декабрь 2013 года:

  • Чем ближе холода, тем жарче обстановка
    Чем ближе холода, тем жарче обстановка

    Не успела еще зима вступить в свои права и продемонстрировать суровый нрав, как многие снова столкнулись со знакомыми до боли проблемами теплоснабжения. Как отметил глава правительства России Дмитрий Медведев, в целом энергосистема страны к зиме готова.

  • Жилье под «шубой», или Как избежать утечки тепла в многоэтажке
    Жилье под «шубой», или Как избежать утечки тепла в многоэтажке

    Около 40 процентов всей вырабатываемой в стране энергии, по данным Госстроя России, расходуется на жилые здания, которые в массе представлены многоквартирными домами постройки 1970‑1980-х годов.

  • «Трубное дело» вылетит в трубу
    «Трубное дело» вылетит в трубу

    Обвиняемые по резонансному «трубному делу», возбужденному в Санкт-Петербурге около года назад в связи с многочисленными авариями систем теплоснабжения из‑за некачественных труб, вот-вот закончат знакомиться с его материалами, которые после этого отправятся к прокурору и в суд.

  • В постели на ондоле
    В постели на ондоле

    Южная Корея – одна из многих стран мира, бытовые традиции которой могут быть понятны не всем, однако именно в этом их уникальность.

  • Паропоршневые мини-ТЭЦ для России: требования потенциальных заказчиков
    Паропоршневые мини-ТЭЦ для России: требования потенциальных заказчиков

    Утилизация отходов лесозаготовки и деревообработки с целью комбинированной выработки электрической и тепловой энергии – дело полезное как с экологи­ческой, так и с экономической точек зрения.

    << | < 1
  • 1
  • 2
  • >>