Энергоэффективная автономная энергоустановка нового поколения

1. Энергоэффективнаяавтономная энергоустановканового поколения Псковский государственный политехнический институт

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

5. Потребность Варианты решения проблем Тепловая энергия200 млн. Гкал Электрическая энергия180 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%

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

7. Новыеавтономныеэлектростанции$168 млрдНовыеавтономныеэлектростанции$168 млрд Малые автономныеэлектростанции Новые электростанции$84 млрд. +Новые линии электропередачи$220 млрд. Всего$304 млрд В СШАк 2010 г.понадобится137 млн. кВт Новыеэлектростанции Перспективы электроэнергетики в США 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. Область применения Цель применения Эффективность применения Промышленность • Устойчивое снабжение электрической и тепловой энергией • Уменьшение зависимости от внешних электрических сетей • Сглаживание пиковых нагрузок • Получение дешевой тепловой и электрической энергии • Снижение себестоимости продукции Сельское хозяйство • 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 • Повышение надежности электро- и теплоснабжения • Дополнительные мощности, снижение пиковых нагрузок • Резервирование • Ускорение отдачи капиталовложений • Уменьшение затрат на строительство электросетей и теплосетей Энергетика Национальная оборона и чрезвычайные ситуации • Автономное и независимое снабжение тепловой и электрической энергией • Оперативное снабжение энергией мобильных подразделений • Независимость от внешних электросетей • Мобильность, быстрое развертывание, низкие эксплуатационные затраты • 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 Утилизация попутного газа • Решение проблемы энергоснабжения в условиях недоступности или невозможности подключения к сетям • Получение дополнительного источника электроэнергии Области применения автономных энергоустановок

10. Увеличить эксплуатационный моторесурс Уменьшить периодичность обслуживания Повысить топливную эффективность Уменьшить количество вредных выбросов Уменьшить выброс тепла в атмосферу Уменьшить шум и вибрации Использовать для работы любой вид топлива Требования к автономным энергоустановкам

11. Энергоустановки КПД,% Уровень шума, дБА Ресурс, часов Периодичность обслуживания, часов Бензо-генераторы(1-20 кВт) 20 – 30 60 – 80 5 000 – 10 000 200 – 500 Дизель-генераторы(30-300 кВт) 25 – 35 80 – 120 10 000 – 25 000 250 – 600 Газо-поршневые(500-4000 кВт) 30 – 40 90 – 110 40 000 – 50 000 800 – 1 200 Газо-турбинные(2000-10000 кВт) 22 – 37 80 – 110 20 000 – 30 000 1 000 – 2 000 Микро-турбинные(30-60 кВт) 30 – 35 70 – 90 50 000 – 60 000 8 000 Сравнение автономных энергоустановок,представленных на рынке

12. Невысокая топливная эффективность Недостаточный ресурс Невысокие экологические параметры Низкая приспособляемость к нагрузке Недостатки автономных тепловых энергоустановок,представленных на рынке

13. Автономные энергоустановки Дизель-генераторы Бензо-генераторы Газо-турбинные С внешнимподводом тепла Газо-поршневые Микро-турбинные

14. Термический КПД составляет до 60% Различные виды ископаемого топлива Альтернативные источники тепловой энергии Высокий моторесурс Легкий запуск при низкой температуре Герметичность Регулирование мощности давлением и температурой Преимущества двигателей с внешним подводом теплоты

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

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. Поршневые Роторно-лопастные Роторно-поршневые Конструктивные схемы двигателей

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

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. Параметр 4S1210 «Дженерал Моторс» (эксперимент) 4L23 «Дженерал Моторс» (расчет) Рядный «Филипс» (расчет) РЛДВПТ (расчет) Мощность, кВт Температура нагревателя, С Удельная масса, кг/кВт Частота вращения, об/мин КПД, % Температура охладителя, С Среднее давление, МПа Количество цилиндров Объем цилиндра, см3 Удельная мощность, Вт/см3 Масса, кг Объемная мощность, кВт/м3 Рабочее тело 650 32 35 8 58 76 1500 2270 10,35 280 4 2270 H2 95 H2 – 116,4 760 1510 4 10,3 7,6 15,7 2100 57 725 40 147 – 21,6 3000 400 He 2,72 308 400 136 700 4 2 3,1 150 1,66 CO2 500 463 22,6 300 1500 427 1000 77 Сравнение параметров двигателей Стирлинга с РЛДВПТ

21. Энергоустановка на базе РЛДВПТ Роторно-лопастная машина Охладитель Электрогенератор Система управления Нагреватель

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

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

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

25. Учебный корпус №3 Типография Учебный корпус №2в Учебный корпус №2б Столовая Спорткомплекс Административный корпус Учебный корпус №2а Вариант реализации автономного энергоснабжения К центральной системе электроснабжения К центральной системе теплоснабжения Трансформаторная подстанция Теплоузел К центральной системе теплоснабжения

26. Генерирующие станции Установочные мощности Производство электро-энергии Потребление газа Производство тепла Потери ГРЭС 430 МВт 1480 млн.кВт·час 600 млн. м3 – 10–15% Котельные 4076 Гкал/час – 300 млн. м3 2700 тыс. Гкал до 50% Автономные, на базе РЛДВПТ 100 шт ×1 МВт = 100 МВт 1620,3 млн. кВт·час 500 млн. м3 3800 тыс. Гкал 5–7% Сравнительный расчет топливного баланса Сравнительный расчет топливного баланса для обеспечения электрической и тепловой энергией Псковской области с использованием автономной энергоустановки нового поколения

27. 180000, Россия, Псков, ул. Л.Толстого, д. 4. Тел./факс. (8112)- 73-70-18 e-mail: ppi@ppi.psc.ru 180000, Russia, Pskov, L.Tolstoy st., 4. Tel./Fax. (8112)-73-70-18 e-mail: ppi@ppi.psc.ru ПСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ PSKOV STATE POLITECHNIC INSTITUTE Псковский государственный политехнический институт