Энергоэффективная автономная энергоустановка нового поколения Псковскийгосударственныйполитехническийинститут

2 Потребность в вводе генерирующих мощностей К 2020 г. потребность в вводе новых генерирующих мощностей составит 180 млн. кВт По материалам ОАО РАО «ЕЭС России»

3 Структура выработки электроэнергии По материалам ОАО РАО «ЕЭС России»

4 Высокий уровень потерь в электрических и тепловых сетях Высокий уровень удельных расходов топлива на производство электрической и тепловой энергии Недостаточная развитость электрических сетей Высокие темпы роста потребления, превышающие темпы ввода генерирующих мощностей Нарастающий физический износ действующего оборудования Недостаточная надёжность схем внешнего энерго- снабжения крупных городов и конечных потребителей Основные проблемы энергетики Проблемы энергетики

5 Варианты решения проблем Тепловая энергия 200 млн. Гкал Потребность Ввод в эксплуатацию новых генерирующих станций за 6-7 лет 90 электростанций по 2 млн. кВт Ввод в эксплуатацию новых генерирующих станций за 6-7 лет 90 электростанций по 2 млн. кВт Развитие автономной энергетики Когенерация позволит получить эффект использования топлива до 90% Развитие автономной энергетики Когенерация позволит получить эффект использования топлива до 90% Электрическая энергия 180 млн кВт

6 Децентрализованное энергоснабжение Централизованное энергоснабжение Централизованное и децентрализованное энергоснабжение По материалам группы «Living Power»

7 Перспективы электроэнергетики в США В США к 2010 г. понадобится 137 млн. кВт Новые автономные электростанции $168 млрд Малые автономные электростанции Новые электростанции Новые электростанции $84 млрд. + Новые линии электропередачи $220 млрд. Всего $ 304 млрд Мнение американского эксперта по энергетике Тома Кастена

8 Из концепции технической политики в электроэнергетике России на период до 2030 г. Повышение эффективности топливоиспользования за счёт увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении и создание в связи с этим необходимой нормативно-правовой базы, способствующей ускорению развития комбинированной выработки электроэнергии и тепла Основными принципами в развитии генерирующих мощностей на период до 2030 г. являются: Покрытие тепловых нагрузок преимущественно источниками, работающими на когенерационном принципе Максимально возможное использование возобновляемых энергоисточников, а также энергоисточников на местных видах топлива, особенно для изолированных районов По материалам ОАО РАО «ЕЭС России»

9 Области применения автономных энергоустановок Область применения Цель применения Эффективность применения Устойчивое снабжение электрической и тепловой энергией Уменьшение зависимости от внешних электрических сетей Сглаживание пиковых нагрузок Получение дешевой тепловой и электрической энергии Снижение себестоимости продукции Промышленность Надежное снабжение тепловой и электрической энергией Использование бросовых ресурсов для получения тепловой и электрической энергии Отсутствие затрат на строительство ЛЭП Снижение затрат на энергию в структуре себестоимости продукции Сельское хозяйство Повышение надежности электро- и теплоснабжения Дополнительные мощности, снижение пиковых нагрузок Резервирование Ускорение отдачи капиталовложений Уменьшение затрат на строительство электросетей и теплосетей Энергетика Автономное и независимое снабжение тепловой и электрической энергией Оперативное снабжение энергией мобильных подразделений Независимость от внешних электросетей Мобильность, быстрое развертывание, низкие эксплуатационные затраты Национальная оборона и чрезвычайные ситуации Решение проблемы энергоснабжения в условиях недоступности или невозможности подключения к сетям Получение дополнительного источника электроэнергии Утилизация попутного газа Дополнительные мощности Снижение пиковых нагрузок Аварийное снабжение жизненно важных объектов Решение проблем утилизации отходов Повышение устойчивости функционирования городского хозяйства Снижение себестоимости тепловой и электрической энергии Уменьшение экологических проблем больших городов Жилищно- коммунальное хозяйство

10 Требования к автономным энергоустановкам Уменьшить периодичность обслуживанияПовысить топливную эффективностьУменьшить количество вредных выбросовУменьшить выброс тепла в атмосферуУменьшить шум и вибрацииУвеличить эксплуатационный моторесурсИспользовать для работы любой вид топлива

11 Сравнение автономных энергоустановок, представленных на рынке Энергоустановки КПД, % Уровень шума, дБА Ресурс, часов Периодичность обслуживания, часов 20 – 3060 – – – 500 Бензо- генераторы (1-20 кВт) 25 – 3580 – – – 600 Дизель- генераторы ( кВт) 30 – 4090 – – – Газо- поршневые ( кВт) 22 – 3780 – – – Газо- турбинные ( кВт) 30 – 3570 – – Микро- турбинные (30-60 кВт)

12 Недостатки автономных тепловых энергоустановок, представленных на рынке Невысокая топливная эффективностьНедостаточный ресурсНевысокие экологические параметрыНизкая приспособляемость к нагрузке

13 Автономные энергоустановки Дизель- генераторы Бензо- генераторы Микро- турбинные С внешним подводом тепла Газо- турбинные Газо- поршневые

14 Преимущества двигателей с внешним подводом теплоты Различные виды ископаемого топливаАльтернативные источники тепловой энергииВысокий моторесурсЛегкий запуск при низкой температуреГерметичностьТермический КПД составляет до 60%Регулирование мощности давлением и температурой

15 Проблемы создания двигателей Стирлинга Проблемы создания автономных источников электроэнергии на базе двигателей Стирлинга 5 Высокие давления и высокие температуры 1 Отсутствие математического описания и методов расчета 2 Требуют частого обслуживания 4 Особенности рабочего тела (гелий, водород) 3 Дорогостоящие материалы

16 Научно-исследовательская работа В 2007–2008 годах Псковский политехнический институт (ППИ) успешно выполнил НИР в рамках Федеральной целевой программы по теме «Разработка математической модели протекания термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, позволяющей создать экологически чистый двигатель роторно-лопастного типа»

17 Конструктивные схемы двигателей ПоршневыеРоторно-поршневыеРоторно-лопастные

18 Конструкция роторно-лопастного двигателя с внешним подводом теплоты (РЛДВПТ) Механизм преобразования движения Цилиндр с роторами Модуль 2 Нагреватель Охладитель

19 В результате научно-исследовательской работы Разработана компоновочная схема РЛДВПТ, обладающая новизной конструкций роторно-лопастной группы преобразователя движения Реализован принципиально новый термодинамический цикл Разработана методика расчета и проектирования РЛДВПТ

20 Сравнение параметров двигателей Стирлинга с РЛДВПТ Параметр 4S1210 «Дженерал Моторс» (эксперимент) 4L23 «Дженерал Моторс» (расчет) Рядный «Филипс» (расчет) РЛДВПТ (расчет) Температура нагревателя, С Мощность, кВт Частота вращения, об/мин 35––22,6 КПД, % Температура охладителя, С H2H2 H2H2 HeCO 2 Рабочее тело 10,3510,321,63,13,1 Среднее давление, МПа 4442 Количество цилиндров Объем цилиндра, см , Удельная мощность, Вт/см Масса, кг 76116, Объемная мощность, кВт/м 3 87,67,62,721,66 Удельная масса, кг/кВт

21 Энергоустановка на базе РЛДВПТ Роторно-лопастная машина Нагреватель Охладитель Электро генератор Система управления

22 Преимущества Значительная экономия топлива за счет оптимальной работы на переменную нагрузку и использования тепла для отопления (когенерация) Энергосбережение Возможность использования широкого спектра первичных энергоносителей (любые газообразные, жидкие и твердые топлива, а также возобновляемые источники энергии) Многотопливность Значительно меньшие уровни шума, вибрации и вредных выбросов (может быть установлена в жилой зоне) Экологичность

23 Дополнительные преимущества Легкость монтажа и запуск в работу без больших финансовых и трудовых затрат на проектные, монтажные и строительные работы Затраты Простота в обслуживании, малые габариты, большой моторесурс, который значительно превышает ресурс лучших российских и зарубежных дизельных генераторов Ресурс Возможность организации кластерной системы энергоснабжения Надежность системы управления, исключение влияния человеческого фактора Безопасность

24 Консорциум для реализации проекта Организация Вид работ Проектирование и разработка роторно- лопастного двигателя с внешним подводом тепла Псковский государственный политехнический институт Li – ионные аккумуляторы Санкт-Петербургский научный центр РАН Каталитические беспламенные горелки, генераторы синтез-газа Институт катализа им. Г.К. Бореского СО РАН Теплообменники для нагревателя и охладителя ФГУП «Федеральный ядерный центр» Испытания надежности и долговечности энергоустановки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН Испытания надежности и долговечности энергоустановки ФГУП «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша» Электрогенераторы ОАО «Электропривод», г. Киров Система газовой автоматики ООО «Газомотор-Р», г. Рыбинск

25 Вариант реализации автономного энергоснабжения К центральной системе теплоснабжения Учебный корпус 2а Административный корпус Учебный корпус 2в Учебный корпус 2б Типография Учебный корпус 3 Спорткомплекс Столовая Трансформаторная подстанция К центральной системе теплоснабжения Теплоузел К центральной системе электроснабжения

26 Сравнительный расчет топливного баланса Сравнительный расчет топливного баланса для обеспечения электрической и тепловой энергией Псковской области с использованием автономной энергоустановки нового поколения Генерирующие станции Установочные мощности Производство электро- энергии Производство тепла Потери Потребление газа 430 МВт 1480 млн. кВт·час –10–15% ГРЭС 600 млн. м Гкал/час – 2700 тыс. Гкал до 50% Котельные 300 млн. м3 100 шт ×1 МВт = 100 МВт 1620,3 млн. кВт·час 3800 тыс. Гкал 5–7% Автономные, на базе РЛДВПТ 500 млн. м 3

27 Псковский государственный политехнический институт , Россия, Псков, ул. Л.Толстого, д. 4. Тел./факс. (8112) , Россия, Псков, ул. Л.Толстого, д. 4. Тел./факс. (8112) , Russia, Pskov, L.Tolstoy st., 4. Tel./Fax. (8112) , Russia, Pskov, L.Tolstoy st., 4. Tel./Fax. (8112)