Твердотопливные малые и сверхмалые электростанции

Связанный проект: Бытовые электростанции с конгенерацией тепла.

В проекте рассматривается создание портативных электростанций, работающих на твердом топливе (уголь, дрова, топливные брикеты и т.п.) – аналогов электростанций, работающих на бензине и дизельном топливе. В качестве дополнительного направления развития проекта рассматривается создание малых (бытовых) установок конгенерации тепла и электроэнергии для частного жилищно-коммунального хозяйства и тепличных хозяйств.

Ключевые слова: генерация электроэнергии, электростанции, паропоршневые двигатели, конгенерация.

Краткое описание сути проекта

Электростанцией принято называть систему, состоящую из привода и непосредственно самого электрогенератора. Широкое распространение получили сверхмалые (от одного до нескольких кВт электрической мощности) и малые (сотни кВт, до 2МВт) электростанции, работающие на бензине, дизеле (мазуте – для больших мощностей), и использующие в качестве привода двигатели внутреннего сгорания.

Достижения современного машиностроения, материаловедения и инженерного знания позволяют говорить о возможности создания и производстве электростанций, использующих в качестве привода паропоршневую машину, а в качестве источника энергии твердое топливо, например, дрова, топочные пеллеты, уголь и т.п. Генерация пара не подразумевает наличие парового котла и производится в змеевиковом парообразователе, а конденсация пара для его повторного использования осуществляется в змеевике-конденсаторе с воздушным охлаждением.

К преимуществам, предлагаемых к проектированию и производству паровых электростанций, могут быть отнесены нижеперечисленные позиции.

  • Стоимость, габариты и массы паровых электростанций сопоставимы с традиционными бензиновыми и дизельными электростанциями, а в перспективе – ниже. В сочетании с более дешевым и доступным топливом, более высоким КПД по отношению к бензиновым и дизельным электростанциям, данное обстоятельство создает предпосылки к достаточно простому освоению рынка электростанций нового типа.

  • Паропоршневые электростанции имеют больший ресурс работы, в сравнении с традиционными электростанциями, использующими в качестве привода ДВС. По этим показателям, срок их эксплуатации парового привода приближается к турбинным установкам (до 25 лет).

  • Паропоршневые электростанции более просты в обслуживании, не нуждаются в смазке (тонкая пленка конденсата сама по себе является смазкой), не требуют замены свечей, воздушных фильтров, не чувствительны к качеству топлива.

Существующий научно-технический задел с точки зрения технических рисков проекта

Сама по себе идея использования паровых двигателей в качестве привода электрогенератора не нова. Более того, подразделение компании Magotra Handelsgeselshaft под торговой маркой Spilling с 1991 года выпускает паропоршневые двигатели относительно высокой мощности (http://www.hansaenergo.ru/parovye-dvigateli). Двигатели, конструктивно схожие с системой Spilling, производятся и рядом других производителей. Предлагаемые в проекте для реализации двигатели можно рассматривать как двигатели следующего поколения, с реализацией принципа двойного действия и большей степени расширения пара. Помимо технических решений, касающихся особенностей реализации термодинамического цикла паровой машины и её конструктивной схемы, в создании новых приводов существенную роль играют последние достижения материаловедения, в части использования в конструкции паровых машин современных коммерчески доступных композиционных материалов, существенно повышающих их надежность и снижающих себестоимость их производства.

В настоявшее время были проработаны основные технические решения, выполнены расчеты термодинамических циклов, предварительно проработаны технологические аспекты создания паровых машин в части выбора материалов для их изготовления. Просчитаны надежностные показатели. Все решения и расчеты были подтверждены экспериментально на образцах прототипах паропоршневых машин. Проведены расчеты и компьютерное моделирование возможных вариантов паропоршневых электростанций и паровых машин для них.

Компьютерные модели вариантов паропоршневых двигателей двойного действия с реализацией многократного расширения и внутренней рекуперацией теплового потока (рекуператор не показан). Модели получены в ходе компьютерного моделирования, проводимого в целях оптимизации их конструкции и оценки применимости различных материалов, предполагаемых к использованию при их производстве.

Возможные варианты реализации и развития проекта

В качестве дополнительного направления реализации проекта может быть рассмотрено создание конгенерационных электроустановок для частных домов. С технической точки зрения, конгенерационная паровая установка ничем не будет отличаться от выше описываемых паровых электростанций конденсационного типа, с той лишь разницей, что роль парового конденсатора будет выполнять не отдельный змеевик охлаждения, а радиаторная часть системы отопления дома. Также существует вариант использования образующегося тепла и в летнее время с целью кондиционирования помещения путем применения холодильных машин абсорбционного типа. Кроме использования конгенерационных установок в частном жилищно-коммунальном хозяйстве, они могут быть востребованы в тепличных хозяйствах, с целью обеспечения последних электроэнергией в сочетании с обогревом и кондиционированием воздуха.

Сроки и стоимость реализации проекта

Стоимость проекта зависит от конкретно выбранного направления и обсуждается во время переговоров и уточнения финансовой модели. Сроки, необходимые на создание конструкторской документации и изготовление опытных образцов серийных изделий, – не более 5 месяцев. Производство может быть развернуто на базе ряда существующих площадок.

Уважаемые коллеги! Большая просьба, прежде чем обращаться за консультацией по техническим вопросам по телефонной связи, пожалуйста, сформулируйте их и пришлите на адрес электронной почты info@niiepf.ru, указав при необходимости свою контактную информацию. Вопросы будут изучены и переданы профильным специалистам для подготовки ответа.