Электро турбина на авто. Возможно ли это? Можно ли сделать своими руками. Только реальная правда. Турбины для электрогенерации
Газовая турбина Siemens SGT-200 | DM Energy
Основная информация о турбине Siemens SGT-200
SGT-200 (старое название Tornado) – это промышленная газовая турбина Siemens мощностью 6,8/7,7 МВт, на различных видах топлива. Турбина отличается превосходной надежностью и отличным соотношением масса-мощность.
Турбина SGT-200 – это уникальное сочетание проверенной надежности с новыми технологиями. В декабре 1983-го года за турбину Tornado компания-производитель Ruston (теперь входит в состав Siemens) была удостоена престижной британской премии МакРоберта, которую вручают за самые перспективные инновации.
SGT-200 полностью оправдала оказанное высокое доверие миллионами часов эффективной работы. На сегодняшний день было продано более 430 турбин SGT-200. Общая наработка поставленных турбин составляет около 30 миллионов эквивалентных часов.
Преимущества
- Высокая стабильность работы
- Экономичность
- Низкоэмиссионная камера сгорания для газового с системой сухого снижения концентрации вредных веществ в выхлопных газах Dry Low Emissions (DLE)
- Единая смазочная система
- Удобство транспортирования и обслуживания
Конструкция и технические характеристики
Газовая турбина Siemens SGT-200 выпускается в одновальном (6,8 МВт) и в двухвальном (7,7 МВт) исполнении.
Одновальная турбина SGT-200-1S
Двухвальная турбина SGT-200-2S
Одновальная версия состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины, а также высокопрочных кожухов. Такая простая конструкция позволяет выполнять полное обслуживание турбины на месте установки. Отличная реакция на изменения нагрузки обеспечивает стабильность во всех сферах применения.
Двухвальная версия имеет в своем составе как турбину высокого давления (ТВД), так и свободную турбину. Двухвальное исполнение характеризуется гибкостью регулирования основных рабочих параметров турбины.
Турбина Siemens SGT-200 может работать как на жидком, так и на газообразном (включая водород) топливе, также доступен двухтопливный режим работы камеры сгорания.
Компрессор 15-ступенчатый околозвуковой осевой компрессор. Лопатки статора и ротора изготовлены из стали 17-PH. Компрессор оборудован вращающимся диффузором. Кожухи компрессора разделены как по вертикали, так и по горизонтали.
Камера сгоранияКамера сгорания состоит из 8 противоточных трубчатых камер с перекрестным зажиганием. Доступ к камерам осуществляется путем разделения корпуса. Камеру можно снять, извлекши горелку. Таким образом, демонтаж выполняется без нарушения каких-либо трубных соединений.
ТурбинаСопловые и рабочие лопатки первой ступени имеют воздушное охлаждение, что обеспечивает требуемую длительность работы 40000 часов.
Силовая турбинаКонструкция силовой турбины схожа с конструкцией ТВД и состоит из двух ступеней сопловых и рабочих лопаток.
Принцип действия
Воздух поступает в фильтр и проходит через улитку.
Через направляющий аппарат воздушный поток попадает в 15-ступенчатый осевой компрессор, где воздух сжимается с соотношением 12,3:1.
Образованная при перемешивании с топливом топливовоздушная смесь непрерывно сжигается, приводя в действие турбину.
Горячие газы отводятся через выхлопную систему и могут быть использованы в котле-утилизаторе.
Комплектация и сферы применения
Одновальная версия турбины используется для электрогенерации и когенерации в установках простого и комбинированного цикла; морских и наземных объектах нефтегазовой отрасли.
Двухвальная версия турбины SGT-200 разработана для приведения в действие насосов и компрессоров, то есть эксплуатации в качестве механического привода.
Турбина, вспомогательный редуктор, система управления и бак со смазочным маслом размещаются на стальной турбинной раме. Ведомые блоки, в том числе редуктор, смонтированы на отдельной раме, которая соединяется с основной.
Установка на основе SGT-200-1S для генерации электроэнергии
Установка на основе SGT-200-2S для привода механических устройств
- Смазочный модуль
- Модуль автоматического слива с электронным управляющим блоком
- DLE модуль газообразного топлива
- Модуль подачи жидкого топлива
- Модуль очистки жидкого топлива
DMEnergy поставляет весь спектр запчастей и принадлежностей для обслуживания и ремонта газовых турбин Siemens SGT-200.
dm.energy
Электро турбина на авто. Возможно ли это? Можно ли сделать своими руками
Сегодня хочу поднять интересную тему, в принципе это логическое продолжение статьи, форсирование двигателя. Если немного забежать вперед по теме — то получается, что сейчас все турбированные двигатели используют механические компрессоры воздуха, у такого подхода есть много плюсов и много минусов. Но недавно многие компании стали задумываться над электро турбинами, которые не будут использовать отработанные газы авто, а также не будут иметь механических подключений и приводов, а нагнетать воздух будет электродвигатель, который будет «питаться» от бортовой системы …
ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ
Задумка неплохая! Ведь можно избежать многих минусов механических систем, особенно турбин которые работают от отработанных газов, такие как:
1) «Турбоямы»
2) Охлаждение турбины
3) Смазка моторным маслом
4) Расход масла
5) НУ и конечно же ресурс
Если подвести черту, можно понять что механические системы, далеки от идеала. Конечно компрессоры которые работают от приводов, будут надежнее. Однако и у них есть минусы, это тот же привод который использует для работы обычный ремень, который со временем изнашивается.
В общем, подумали разработчики и поняли, что механику можно заменить на электрику! Или нельзя?
Принцип строения
Нужно отметить, что сейчас некоторые немецкие производители имеют в строении своих моторов такие нагнетатели. И ставятся они как вы поняли, в системе забора воздуха. Первыми применили такие нагнетатели компании Mercedes, BMW и AUDI.
Принцип здесь прост – ставится мощный «вентилятор», который создает давление примерно от 0,5 атмосферы (а возможно и более). Запитан от электро системы автомобиля, он нагнетает в двигатель дополнительный кислород необходимый для увеличения мощности. С настройками подачи топлива, можно добиться существенного прироста – около 20 – 30 %.
Электро турбину стоит настраивать и на определенные обороты, например на холостых она должна работать медленнее, а на высоких оборотах соответственно быстрее. Получается чуть ли не идеальная система! Но в чем же подвох, где минусы? И знаете, они есть.
Минусы электрического варианта
Многие мои читатели думают — что сделать такую систему очень просто, нужно взять какой-нибудь кулер и вставить его в патрубок забора воздуха и вот оно счастье! Такие «чудо-кулеры» продаются, как правило в китайских интернет магазинах, про такие типы поговорим ниже.
Однако ребята тут не все так просто. В нормальном (на холостых) режиме, атмосферный двигатель 1,6 литра потребляет примерно 300 – 400 литров воздуха за час работы. А на больших оборотах скажем в 4000 – 5000 умножаем эту цифру на 4 – 5, то есть 1200 – 1600 литров. Просто представите этот объем! Если вычислить минутное потребление 300/60 = 5 литров в минуту, или 20 при больших оборотах.
Так вот – электро турбина должна увеличивать эту цифру, а не тормозить ее! Если вы поставите слабый двигатель, он не будет нагнетать нужное давление, а создаст эффект «воздушной пробки», то есть он своими лопастями будет тормозить приток воздуха в двигатель – мешать нормальному проходу.
А теперь представьте, какой нужен электрический вариант двигателя для нагнетания такого объема! Повторюсь для повышения производительности нужно хотя бы 6 – 7 литров воздуха на холостых, и 25 на высоких и это для 1,6 литрового варианта, для больших объемов нужно больше.
Если провести аналогию с немецкими производителями, то там применяется как минимум бесколлекторный 0,5 КВт электромотор, который вращается с бешенными оборотами, может достигать до 20 000 и его способности к давлению составляют от 1 до 5 атмосфер.
Для более мощных автомобилей, применяются более мощные двигатели до 0,7 КВт.
Как становится понятно штатный генератор может и не потянуть такое потребление электричества, поэтому его заменяют на более мощный, либо ставят дополнительный.
А как известно высокое потребление энергии просто тормозит генераторы, а значит и увеличивает торможение двигателя, что скажется на его отдаче, понижается КПД.
Однако, проведенные эксперименты выявили рост производительности, примерно на 20 – 30% это существенно. Но из-за сложности и дороговизны устройств, применение на автомобилях пока не имеет массового производства.
Например, механические компрессоры намного дешевле и производительнее. Иногда разница в цене может достигать 5 – 7 раз.
Пару слов о китайских электро турбинах
Буквально 2 года назад, «автоинтернет» просто взорвался от электрических турбин из Китая. Предлагалась небольшая «штуковина», которая устанавливалась в разрыв шланга воздухозабора, которая якобы нагнетала воздух с давлением в двигатель, обещанное увеличение мощности аж до – 15%! Сам двигатель представлял из себя непонятный кулер, ни потребление электричества, ни обороты, ни прокачиваемый воздух – показателей не было. Если разобрать его даже визуально, то становится понятно — что это кулер на подобии продвинутых компьютерных, ну что он может увеличить? НИЧЕГО! Так что просто не покупаем – это РАЗВОД.
Сейчас конечно на тех же китайских сайтах начинают появляться другие электро турбины, многие сделаны даже в форме улитки – аля механический компрессор. Но опять же нет ни показателей давления, ни потребления, ни перекачки воздуха. Думайте, прежде чем покупать. Смотрим познавательный ролик.
Можно ли сделать электро вариант своими руками
Гипотетически можно, причем многие такое устанавливают на свой автомобиль. Лично я также задумывался над установкой на свой авто, но цена меня остановила.
Вам нужно решить рад пунктов:
1) Однозначно установка мощного генератора, что на иномарку уже дорого.
2) Мощный и компактный электромотор, желательно бесколлекторный именно он отдает большие обороты при оптимальном потреблении энергии. Лично я видел такие для компактных моделей, однако мощностью от 0,5 Квт стоит также не дешево.
3) Крыльчатка и корпус. Также нужно сделать самому либо купить, для максимального нагнетания воздуха. Также непростая задача.
4) Ну и конечно стабилизатор или инверторы, для питания электромотора.
Задачи не простые, на некоторые иномарки нет мощных генераторов, так что сделать очень сложно!
Но многие умельцы, в гараж устанавливают на свои автомобили, прирост мощности действительно можно достичь до 20 – 30 %.
Причем многие ставят дополнительный датчик потребления воздуха в патрубок перед турбиной, он «видит» прокачиваемый объем и автоматически регулирует большую подачу топлива (подает значения в ЭБУ), для обогащения топливной смеси. Так что прошивка может и не понадобиться.
Если подвести итог, получается – электро турбина на авто, это возможно, даже скажу больше ее можно сделать своими руками, однако не все так просто и часто «игра не стоит свеч». Ведь вам нужно переделать не только электро систему автомобиля, но и систему подачи топлива, возможно нужна прошивка ЭБУ.
Думаю было интересно, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.
avto-blogger.ru
ОДК рассматривает поставки в КНР турбин для малой электрогенерации
20:5515.10.2015
(обновлено: 20:56 15.10.2015)
33811
Замгендиректора Объединенной двигателестроительной корпорации сообщил, что наибольшая потребность китайского рынка ГТУ находится в диапазоне мощностей от 10 до 40 МВт. ОДК готова предложить китайским партнерам разные варианты.
МОСКВА, 15 окт — РИА Новости. Входящая в "Ростех" Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) прорабатывает возможность поставки в Китай турбин для малой электрогенерации, сообщил в интервью, опубликованном на сайте ОДК, замгендиректора компании Сергей Михайлов.
"Одновременно с развитием продаж в сегменте ГТУ (газотурбинных установок — ред.) более 10 МВт, ОДК рассматривает поставки в Китай ГТУ до 10 МВт для малой генерации, объемы которой с каждым годом увеличиваются", — сказал Михайлов.
"ОДК при поддержке Consen налажен контакт с рядом промышленных предприятий Китая по поставкам ГТУ мощностью 8-10 МВт для обеспечения собственных нужд. В настоящее время проводится активная работа с потенциальными заказчиками в целях участия в конкурсных процедурах на поставку такого оборудования", — отметил он.
Он напомнил, что в 2011 году входящий в ОДК "Авиадвигатель" выиграл тендер и был заключен контракт с компанией Consen Tri Control Automation (дочернее общество компании China Automation Group) на поставку ГТУ мощностью 25 МВт. Ожидается, что испытательный стенд с ГТУ-25 будет запущен в работу до первого квартала 2016 года. По словам Михайлова, ОДК и Consen также совместно участвуют в конкурсных процедурах на поставку оборудования для китайских компаний как под проекты на территории Китая, так и в третьих странах.
"Согласно проведенному маркетинговому анализу, наибольшая потребность китайского рынка ГТУ находится в диапазоне мощностей от 10 до 40 МВт. В этом сегменте ОДК предлагает ГТУ мощностью от 10 до 25 МВт. В перспективе мы готовы будем предложить ГТУ мощностью 32 и 40 МВт, которые в настоящее время разрабатываются нашими специалистами", — сообщил Михайлов.
Кроме того, по его словам, в 2014 году ОДК начала сотрудничество с НИИ китайской судостроительной корпорации по организации конверсии (трансформации) авиационных двигателей в промышленные. Стороны согласовали дорожную карту по этой работе. Сейчас китайская сторона выбирает пилотный проект на территории КНР.
ria.ru
Гидротурбины для мини ГЭС: мощность, расположение, применение
Малые гидротурбины весьма специфичны в принципе своего действия в отличие от турбин обычных ГЭС. Процесс работы микро гидротурбины интересен тем, что свойства ее строения могут обеспечить под конкретный объект тот объем водных масс, который будет поступать на части гидротурбины (лопасти), приводить в рабочее состояние генератор (генератор играет роль выработки электроэнергии).
Так выглядит небольшая турбина для ГЕСПроцесс усиления напора воды обеспечивается образованием «деривации» — сходов воды в свободном течении (при условии, что эта микро ГЭС деривационного типа) или плотиной (условие – мини ТЭС по типу плотины).
Мощность мини ГЭС
Уровень мощности мини ГЭС напрямую зависит от условий, в которых ее гидротехнические свойства находятся:
- Расход воды – это тот объем водных масс (л), который проходит через турбину за определенный промежуток времени. Принято за этот промежуток принимать 1-2 секунды.
- Напор воды – расстояние между двумя противоположными точками водной массы (одна расположена вверху, другая в нижней части). Напор имеет ряд характерных особенностей, от которых зависят и виды микро ГЭС (высокий напор, средний напор, низкий напор)
Особенность работы микро ГЭС оценивается с точки зрения ее территориального размещения. Например, напорная микро ГЭС осуществляет работу по типу отведения водных потоков по особому каналу, сделанному из дерева, находящегося под определенным углом наклона, что позволяет воде быстрее протекать. Напор воды в таком ГЭС зависит от того, насколько этот канал длинный. Далее вода перетекает в напорный трубопровод, после чего попадает в гидроагрегат, который располагается в нижней части. Затем переработанная вода путем выдавливания направляется обратно место истока.
Расположение мини ГЭС
Важно заметить, что положение гидротурбины в зависимости от вида построения может быть разным:
- Горизонтальное положение. Такое положение гидротурбины приводит к естественному увеличению размеров самой мини ГЭС (с помощью турбинного вала, который так же увеличивает размер, системы энергии при вращении, а так же изменение масштабов машинного зала). Однако стоит отметить, что строительство подобных гидротурбин не является более сложным в сравнении с остальными, а даже наоборот, упрощает его.
- Вертикальное расположение. Данный вид расположения способствует уменьшению размеров ГЭС, позволяет улучшить баланс осевых линий, ее компактности. Такое размещение более сложное в построении, так как создается необходимость детального баланса оси во вращательном элементе. Так же в такой ситуации важно более тщательно отнестись к обязательному положению рабочего пола, когда он будет в одну горизонтальную линию и его прочностных характеристик, что бы они были в состоянии выдержать вес всего построения. Вертикальное расположение усиливает давление на ось конструкции.
Применение мини ГЭС
В общем и целом установки малых ГЭС используются в основном для применения их в отдаленных районах жилых объектов. Они не могу являться серьезными конкурентами крупным электростанциям, а скорее служат для обеспечения экономии энергии. С недавних пор количество людей, использующих альтернативные источники энергии, как гидроэлектростанции, батареи солнечного типа и различные установки ветряного регулирования. Турбины, описываемые в этой статье в скором времени могут стать единым целым с этими новаторскими источниками энергии, что в итоге приведет к созданию новых электрических схем и моделей.
Самодельная гидроэлектростанцияДля чего могут быть использованы данные сооружения?
- для обеспечения электроэнергией объектов частной собственности;
- для отдаленных промышленных районов;
- для электрических зарядных станций;
- для временного использования.
Преимущества мини ГЭС
У малых ГЭС есть ряд особых преимуществ:
- они выпускаются в двух вариантах: закрепленные на дне водоема, а так же с особыми крючками, которые позволяют проводить работы на поверхности
- установка может достигать мощности, равной 5 КВ, дабы увеличить мощность и КПД ГЭС турбины устанавливаются как модули
- ГЭС негативно никак не влияют на окружающую среду в процесс строительства, т.к. для ее создания используется природная вода, которая направляется в определенный поток и приводит в движение лопасти.
Турбины для мини ГЭС
Теперь поговорим непосредственно о гидротурбинах для мини ГЭС и о том, что нам необходимо для ее строительства. Характеристики и особенности эксплуатации гидротурбины:
- Температура воды, которая подается в турбину, должна превышать +4 °С.
- Температура, которая должна быть в блоковом модуле +15 °С и выше.
- Звуковое давление, источник которого находится за 1 м от гидротурбины, составляет 80 дБ и не более.
- Наружная поверхность гидротурбины должна быть разогрета до температуры не выше +45°С при условии, что температура воздуха вокруг +25°С.
Рассмотрим пример хорошо сбалансированной и работающей гидротурбиной в идеальных условиях.
Допустим, что мы имеем проточную гидротурбину, радиальную, напоростурйную со средним напором, которая обеспечивает тангенциальную подачу воды на лопасти, вал горизонтальный. Такие типы труб относят к классу «тихих». Они имеют особенность приспособления к окружающей среде, месту установки и различным перепадам высотных давлений. Если расход воды резко меняется, то в турбине применяется конструкция двухкамерного мешка, что делает работу устройства более качественной.
Корпус любой гидротурбины изготавливается из стали конструкционного типа, она прочная и надежная. Затраты на материалы, строительство значительно снижены по сравнению с гидротурбинами для обычных ГЭС. Самый распространенный материал, используемый для строительства гидротурбины, будет выдерживать перепады от 90 до 120 метров, некоторые детали изготавливаются из нержавеющей стали (корпус, трубопроводы).
В гидротурбинах нового поколения есть возможность заменять генератор и рабочее колесо без сильной деформации и перебирания. Стоит отметить, что рабочее колесо имеет свойство самоочищаться благодаря водным потокам, которые в процессе своей работы проходят через область рабочего колеса. Во время проектирования генератора и самой гидротурбины принимается рад мер, позволяющий снизить кавитационный уровень. Нынешние гидротурбины на 100 процентов лишены этой проблемы.
Главная часть гидротурбины – это рабочее колесо. Материалом для изготовления лопаток зачастую является сталь профильного типа. Лопатки в силу своих свойств могу создавать усилие осевого уровня, облегчая работу подшипникам, а сами рабочие колеса находятся на постоянном балансе. Продолжительность работы оси рабочего колеса определяется ее положением, для более долгой работы ее устанавливают на подшипниковый уровень.
Особенности гидротурбин для мини ГЭС
- Могут быть использованы в системах очистки для получения качественной питьевой воды.
- Возможно подключение промышленного генератора.
- Повышенные требования к надежности генератора.
Некоторые характеристики технического плана:
- Перепад высот: 3 — 200 м
- Водорасход: 0,03 — 13 кубических метра в секунду
- Мощность: 5 — 3 000 кВт
- Число лопаток, расположенных на осевом секторе: 37
- КПД: 84% — 87%
Конечно, мини ГЭС вряд ли смогут стать основным источником энергии, однако их использование вполне целесообразно в качестве средства уменьшения нагрузки на основную питающую энергосеть, особенно в периоды пикового потребления.
energomir.biz
выработка электроэнергии с размещением ветрогенератора в вертикальном вытяжном воздушном канале в конструкции жилого здания - патент РФ 2369772
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для генерации электроэнергии из ветряного потока. Ветрогенератор размещают в вертикальной вытяжной воздушной шахте, вмонтированной в конструкцию жилого или производственного здания, обеспечивают доступ воздуха в нижний вход воздушной шахты посредством установки здания на опорах или выполнения в основании здания боковых шахт и создают разрежение в области верхнего выхода воздушного канала посредством флюгерной насадки. Использование способа позволяет любое высотное здание, оснащенное вертикальной вытяжной воздушной шахтой, сделать независимым либо частично независимым производителем электричества для своих нужд. 5 ил. 
Рисунки к патенту РФ 2369772
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области генерации энергии из ветряного потока, конкретно к области использования эффекта «вытяжки» в высоких трубах и к использованию данного эффекта для раскрутки турбины генератора, размещенного в такой трубе.
Уровень техники
На сегодняшний день во всем мире активно применяются ветряные электрогенераторы, особое распространение они получили в Германии. По сообщению журнала "Бильд дер виссеншафт", всего на конец 2002 года в Германии работали 13759 ВЭУ общей мощностью более 12 тысяч мегаватт, и по прогнозам к 2030 году Германия будет удовлетворять почти треть своей потребности в электроэнергии за счет ВЭУ.
Существует два вида ветряных электрогенераторов - горизонтального и вертикального типа.
Самым распространенным конструктивным решением ветряного электрогенератора является лопастная турбина горизонтального типа, установленная на опоре, которая состоит из опоры, турбины и генератора с флюгером. Подробная конструкция данного ветрогенератора общедоступна и встречается в любых специализированных источниках. Мощные ветрогенераторы от 25 кВт и выше применяются в промышленных масштабах, изготовление и установка финансируется в основном правительством, работают в единой электросети. Ветрогенераторы ниже 25 кВт применяются в частном и коллективном пользовании, устанавливаются далеко за пределами города.
Менее распространенным ввиду сложности конструкции и низкой вырабатываемой мощности является вертикальный ветряной электрогенератор. Типичным конструктивным решением вертикального электрогенератора является генератор, описанный в патенте RU № 2000469, 1993 г. Принцип действия таких генераторов основан на прохождении горизонтального ветрового потока через лопатки ротора и его раскрутке. Достоинством такой конструкции является низкая зависимость от скорости ветра, т.е. даже при больших скоростях ветра прослеживается стабильная работа генератора.
Предлагаемый принцип ветряной электрогенерации в корне отличается от существующих типов выработки ветряной электроэнергии.
Раскрытие изобретения
Существующие ветряные электроустановки, использующие кинетическую энергию ветра в раскручивании турбины генератора, они имеют одни общие недостатки: для монтажа этих установок необходимо место с постоянной и достаточной силой ветра, это место обычно удалено от потребителей электричества, что подразумевает прокладку длинных электрокоммуникаций, а также изготовление дорогостоящего ветроулавливающего короба и опорных конструкций, необходимых для эффективной работы генератора, которые окупаются длительное время.
Поставленная техническая задача решается тем, что в качестве канала для раскрутки ротора генератора и генерации электроэнергии выступает воздушный канал, вмонтированный в типовую конструкцию жилого здания, фиг.1.
Типовое здание, в данном случае круглой формы, стоит на четырех опорах с возможностью прохождения между ними воздуха для нижнего входа в воздушную шахту. Возможно использование боковых шахт в основании здания для забора воздуха.
Генерация электричества в данном случае характеризуется эффектом «вытяжки» от разности высот входного и выходного отверстий, что создает постоянную вертикальную тягу воздуха и вращение лопастей турбины. Для увеличения тяги воздуха можно использовать несколько конструктивных решений.
Во-первых, это применение диффузора на верхнем выходе воздушного канала. Для получения максимального эффекта применения диффузора, который характеризуется расширением воздушного канала кверху, подразумевается установка на него аэродинамической флюгерной насадки (АФН) большой площади (фиг.1 и 3). Работа АФН характеризуется следующим образом: при наличии ветра АФН автоматически поворачивается к ветру, возникает эффект «крыла» большой площади и начинается усиленный подсос воздуха из более узкого воздушного канала с размещенным в нем ротором генератора. АФН также может играть роль крыши здания, т.к. имеет цельную поверхность, занимает всю площадь верхней части здания и рекомендуется к изготовлению из полимерных материалов. Главное требование к АФН, наряду с функцией подсоса воздуха, - это возможность свободного, бесшумного поворота к ветру.
Во-вторых, применение на нижнем входе в воздушный канал направляющей призмы, которая направляет горизонтальный поток воздуха у земли в вертикальный воздушный канал (фиг.2). Как альтернативу можно применить автоматическую поворотную заслонку, которая под воздействием ветра поворачивается в нужную сторону и перекрывает выход воздуха в горизонтальном направлении, направляя весь воздушный поток вверх, в воздушный канал (фиг.3). Эти устройства характеризуются возможностью перенаправлять горизонтальный поток ветра у земли в вертикальный.
В-третьих, установка воздушного канала на бетонные опоры, роль которых характеризуется улавливанием и увеличением скорости к входу в канал воздушного течения у земли, причем направление ветра роли не играет.
В совокупности данные конструктивные признаки (воздушный канал, диффузор, аэродинамическая флюгерная насадка, поворотная заслонка, опоры и сам генератор с турбиной) образуют единую конструкцию, позволяющую наиболее эффективно использовать движение воздушных масс и открывают новый принцип ветряной генерации электроэнергии - генерацию электроэнергии непосредственно в городе, в жилых домах.
Техническим результатом является получение электроэнергии непосредственно вблизи потребителя, как следствие происходит значительная экономия на уменьшении количества длинных электрокоммуникаций между источником электричества - городской ТЭЦ и потребителем - жилым домом, а также возможность излишки вырабатываемой электроэнергии сдавать (продавать) в единую городскую электросеть. Немаловажным является и экологический результат, выраженный в снижении нагрузки на городские ТЭЦ, что позволяет снизить выброс вредных веществ в воздух городов.
Указанный технический результат достигается при помощи способа выработки электроэнергии с размещением ветрогенератора в вертикальной вытяжной воздушной шахте, вмонтированной в конструкцию жилого или производственного здания, заключающийся в том, что обеспечивают доступ воздуха в нижний вход воздушной шахты посредством установки здания на опорах или выполнения в основании здания боковых шахт и создают разряжение в области верхнего выхода воздушного канала посредством флюгерной насадки
Краткое описание чертежей
На фиг.1 (а, б) показано:
1 - поворотная аэродинамическая флюгерная насадка, установленная на диффузор, создает «эффект крыла» для усиления вытяжки воздуха из воздушного канала;
2 - корпус здания, жилые блоки;
3 - винтовая турбина (ротор генератора) в воздушном канале;
4 - вал турбины;
5 - направление движения воздуха;
6 - опора здания, также выполняющая роль воздушной ловушки;
7 - отдельный фундамент генератора;
8 - генератор.
На виде сверху стрелками показано движение ветра. На левой половине вида сверху - поток воздуха на выходе из воздушного канала (вверху), на правой половине - поток воздуха на входе в воздушный канал (внизу).
На фиг.2 показано:
5 - направление потока воздуха;
6 - опора здания;
9 - направляющая призма, пассивно перенаправляет горизонтальный поток ветра вверх;
10 - вал турбины.
На фиг.3 показано:
5 - направление потока воздуха;
6 - опора здания;
10 - вал турбины;
11 - верхний кольцевой подшипник поворотной заслонки;
12 - поворотная заслонка, поворачивается силой ветра, перенаправляет горизонтальный поток ветра вверх;
13 - нижний подшипник поворотной заслонки;
На фиг.4 показано:
1 - поворотная аэродинамическая флюгерная насадка (АФН), установленная на диффузор, создает «эффект крыла» для создания разрежения и усиления вытяжки воздуха из воздушного канала;
2 - корпус здания, жилые блоки;
14 - крыло поворотной АФН, необходимое для разворота наклонной поверхности к ветру, выполняет роль флюгера;
15 - кольцевой подшипник АФН;
16 - расширение воздушного канала - диффузор.
Стрелками показан боковой ветер и его влияние на ускорение потока воздуха, проходящего через воздушный канал.
Осуществление изобретения
Осуществление изобретения подразумевает привлечение специалистов в области электрогенерации, аэродинамики и архитектуры для создания типовых проектов энергосберегающих (энергогенерирующих) зданий. Все элементы конструкции для осуществления предлагаемого способа электрогенерации типовые либо их легко изготовить. Монтаж элементов происходит в процессе строительства жилого здания. Выработка электроэнергии происходит при наличии минимального (3-4 м/с) потока воздуха в воздушном канале, достаточного для вращения ротора генератора. Чем выше здание, тем сильнее проявляется эффект «вытяжки» и тем сильнее тяга воздуха. Оптимальный диаметр воздушного канала, а также форма турбины и ее лопастей должны рассчитываться в зависимости от высоты здания и требуемой мощности генерирующей установки. Оптимальная высота здания (с учетом исследований в области скорости ветра от высоты) от 80 метров и выше. Конструкция генератора, вала и турбины не соприкасается со зданием. Генератор находится ниже уровня земли и установлен на отдельном фундаменте. Это сделано для предотвращения вибраций и шумов в корпусе здания. После установки генератора на фундамент происходит центровка вала турбины по центру шахты. Также происходит балансировка самой турбины. В качестве турбины, как вариант, рекомендуется винтовая турбина (винт Архимеда), дающая большее усилие на вал и более низкую скорость вращения, нежели турбина с лопастями, дающая более низкое усилие на вал, но большую скорость вращения. Это позволит снизить уровень шума от быстрого вращения турбины, а излишнее усилие вращения вала через редуктор передавать на генератор. Доступ к нижней части воздушного канала необходимо огородить решетками для предотвращения проникновения неавторизованного персонала в опасную зону. Кроме того, воздушный канал можно использовать для эвакуации жильцов из здания в случае возникновения пожара, разместив в нем лестницы для спуска, воздух в нем поступает из нижней части и не содержит в таком случае продуктов горения. Это увеличивает пожаробезопасность здания даже при большом количестве этажей и облегчает эвакуацию. Также воздушный канал, изготовленный по технологии монолитной железобетонной структуры, повышает устойчивость здания при землетрясениях, т.к. играет роль внутренней стержневой опоры здания.
Подразумеваются несколько вариантов использования способа электрогенерации.
Пример 1. Энергия генерируется на непосредственные электрические нужды здания, т.е. автономное использование генератора. В этом случае необходимо применение аккумуляторов для накапливания энергии в периоды низкого потребления энергии (днем) и ее использования в период активного потребления (вечер/утро).
Пример 2. Энергия генерируется и при помощи преобразователя выдается в общую городскую электрическую сеть. В таком случае здание имеет энергоснабжение от общей энергосети и учет потребления энергии ведется как разница между выданной в общую сеть энергии генератором и полученной энергией из общей сети.
Второй вариант предпочтителен, т.к. не зависит от длительного безветрия.
Эффективность описанного способа электрогенерации рекомендуется проверить на опытном здании и в случае положительного результата испытаний применять во всех жилых высотных домах, которые будут построены.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ выработки электроэнергии с размещением ветрогенератора в вертикальной вытяжной воздушной шахте, вмонтированной в конструкцию жилого или производственного здания, заключающийся в том, что обеспечивают доступ воздуха в нижний вход воздушной шахты посредством установки здания на опорах или выполнения в основании здания боковых шахт и создают разрежение в области верхнего выхода воздушного канала посредством флюгерной насадки.
www.freepatent.ru
Энергетика для начинающих. — Энергодиспетчер
Электрическая энергия давно вошла в нашу жизнь. Еще греческий философ Фалес в 7 веке до нашей эры обнаружил, что янтарь, потертый о шерсть начинает притягивать предметы. Но долгое время на этот факт никто не обращал внимание. Лишь в 1600 году впервые появился термин «Электричество», а в 1650 году Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. Это была первая простейшая электростатическая машина.
Прошло много лет с тех пор, но даже сегодня, в мире, заполненном терабайтами информации, когда можно самому узнать все, что тебя интересует, для многих остается загадкой как производится электричество, как его доставляют к нам в дом, офис, на предприятие…
В несколько частей рассмотрим эти процессы.
Часть I. Генерация электрической энергии.
Откуда же берется электрическая энергия? Появляется эта энергия из других видов энергии – тепловой, механической, ядерной, химической и многих других. В промышленных масштабах электрическую энергию получают на электростанциях. Рассмотрим только самые распространенные виды электростанций.
1) Тепловые электростанции. Сегодня из можно объединить одним термином – ГРЭС (Государственная Районная Электростанция). Конечно, сегодня этот термин потерял первоначальный смысл, но он не ушел в вечность, а остался с нами.
Тепловые электростанции делятся на несколько подтипов:
А) Конденсационная электростанция (КЭС) — тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию, своим названием этот тип электростанций обязан особенностям принципа работы.
Рис.1
Принцип работы: В котел при помощи насосов подается воздух и топливо (газообразное, жидкое или твердое). Получается топливо-воздушная смесь, которая горит в топке котла, выделяя огромное количество теплоты. При этом вода проходит по трубной системе, которая располагается внутри котла. Выделяющаяся теплота передается этой воде, при этом ее температура повышается и доводится до кипения. Пар, который был получен в котле снова идет в котел для перегревания его выше температуры кипения воды (при данном давлении), затем по паропроводам он поступает на паровую турбину, в которой пар совершает работу. При этом он расширяется, уменьшается его температура и давление. Таким образом, потенциальная энергия пара передается турбине, а значит, превращается в кинетическую. Турбина же в свою очередь приводит в движение ротор трехфазного генератора переменного тока, который находится на одном валу с турбиной и производит энергию.
Рассмотрим некоторые элементы КЭС поближе.
Паровая турбина.
Рис.2
Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение. Между рядами лопаток, как видите, есть промежутки. Они есть потому, что этот ротор вынут из корпуса. В корпус тоже встроены ряды лопаток, но они неподвижны и служат для создания нужного угла падения пара на движущиеся лопатки.
Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум.
Турбина и генератор, которые находятся на одном валу называются турбогенератором. Трехфазный генератор переменного тока (синхронная машина).
Рис.3
Он состоит из:
- Электромагнита, вращающегося вместе с валом турбогенератора (это обмотка возбуждения). На данном рисунке электромагнит имеет 1 пару полюсов, а это значит, что для того, чтобы генератор выдавал частоту тока 50 Гц, он должен вращатся с частотой 3000 об/мин. (такие турбогенераторы называют быстроходными). Если бы было 2 пары полюсов, то достаточно было бы вращение с частотой 1500 об/мин, и так далее. Чем больше пар полюсов, тем больше становится турбогенератор. Оптимальную частоту выбирают исходя из параметров теплоносителя. На КЭС устанавливают, в основном, быстроходные турбогенераторы.
- 3-х обмоток статора, смещенных относительно друг друга на 120 градусов. Каждая обмотка – это фаза. Концы этих обмоток соединяются специальным образом
Рис.4
(обычно в треугольник, а начала выводятся. По токопроводам выработанная энергия (с номинальным напряжением до 24 кВ) поступает на повышающий трехфазный трансформатор (или на группу 3-х однофазных трансформаторов.
Рис. 5,6
Который повышает напряжение до стандартного значения (35-110-220-330-500-750 кВ). При этом ток значительно уменьшается (например, при увеличении напряжения в 2 раза, ток уменьшается в 4 раза), что позволяет передавать мощность на большие расстояния. Следует отметить, что когда мы говорим о классе напряжения, то мы имеем в виду линейное (междуфазное) напряжение.
Активную мощность, которую вырабатывает генератор, регулируют изменением количеством энергоносителя, при этом изменяется ток в обмотке ротора. Для увеличения выдаваемой активной мощности нужно увеличить подачу пара на турбину, при этом ток в обмотке ротора возрастет. Не следует забывать, что генератор синхронный, а это значит, что его частота всегда равна частоте тока в энергосистеме, и изменение параметров энергоносителя не повлияет на частоту его вращения.
Кроме того, генератор вырабатывает и реактивную мощность. Ее можно использовать для регулирования выдаваемого напряжения в небольших пределах (т.е. это не основное средство регулирования напряжения в энергосистеме). Работает это таким образом. При перевозбуждении обмотки ротора, т.е. при повышении напряжения на роторе сверх номинала, «излишек» реактивной мощности выдается в энергосистему, а когда обмотку ротора недовозбуждают, то реактивная мощность потребляется генератором.
Таким образом, в переменном токе мы говорим о полной мощности (измеряется в вольт-амперах – ВА), которая равна корню квадратному от суммы активной (измеряется в ваттах – Вт) и реактивной (измеряется в вольт-амперах реактивных – ВАР) мощностях.
Вода в водохранилище служит для отведения тепла от конденсатора. Однако, часто для этих целей используют брызгальные бассейны
Рис.7
или градирни. Градирни бывают башенными Рис.8
или вентиляторными Рис.9
Градирни устроены почти так же как и брызгальные бассейны, с тем лишь различием, что вода стекает по радиаторам, передает им тепло, а уже они охлаждаются нагнетаемым воздухом. При этом часть воды испаряется и уносится в атмосферу.КПД такой электростанции не превышает 30%.
Б) Газотурбинная электростанция.Парогазовые установки.
На газотурбинной электростанции турбогенератор приводится в движение не паром, а непосредственно газами, получаемыми при сгорании топлива. При этом можно использовать только природный газ, иначе турбина быстро выйдет из стоя из-за ее загрязнения продуктами горения. КПД на максимальной нагрузке 25-33%
Гораздо больший КПД (до 60%) можно получить, совмещая паровой и газовый циклы. Такие установки называются парогазовыми. В них вместо обычного котла установлен котел-утилизатор, не имеющий собственных горелок. Теплоту он получает от выхлопа газовой турбины. В настоящее время ПГУ активнейшим образом внедряются в нашу жизнь, но пока в России их немного.
В) Теплоэлектроцентрали (очень давно стали неотъемлемой частью крупных городов). Рис.11
ТЭЦ конструктивно устроена как конденсационная электростанция (КЭС). Особенность электростанции такого типа состоит в том, что она может вырабатывать одновременно как тепловую, так и электрическую энергию. В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные способы отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. При этом часть пара или полностью весь пар (зависит от типа турбины) поступает в сетевой подогреватель, отдает ему теплоту и конденсируется там. Теплофикационные турбины позволяют регулировать количество пара для тепловых или промышленных нужд что позволяет ТЭЦ работать в нескольких режимах по нагрузке:
тепловому — выработка электрической энергии полностью зависит от выработки пара для промышленных или теплофикационных нужд.
электрическому — электрическая нагрузка независима от тепловой. Кроме того, ТЭЦ могут работать и в полностью конденсационном режиме. Это может потребоваться, например, при резком дефиците активной мощности летом. Такой режим является невыгодным для ТЭЦ, т.к. значительно снижается КПД.
Одновременное производство электрической энергии и тепла (когенерация) – выгодный процесс, при котором КПД станции существенно повышается. Так, например, расчетный КПД КЭС составляет максимум 30%, а у ТЭЦ – около 80%. Плюс ко всему, когенерация позволяет уменьшить холостые тепловые выбросы, что положительно сказывается на экологии местности, в которой расположена ТЭЦ (по сравнению с тем, если бы тут была КЭС аналогичной мощности).
Рассмотрим подробнее паровую турбину.
К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с:
-противодавлением;
-регулируемым отбором пара;
-отбором и противодавлением.
Турбины с противодавлением работают с выхлопом пара не в конденсатор, как у КЭС, а в сетевой подогреватель, то есть весь пар, пошедший через турбину, идет на теплофикационные нужды. Конструкция таких турбин обладает существенным недостатком: график электрической нагрузки полностью зависит от графика тепловой нагрузки, то есть такие аппараты не могут принимать участия в оперативном регулировании частоты тока в энергосистеме.
В турбинах, имеющих регулируемый отбор пара, происходит его отбор в нужном количестве в промежуточных ступенях, при этом выбирают такие ступени для отбора пара, какие подходят в данном случае. Такой тип турбины обладает независимостью от тепловой нагрузки и регулирование выдаваемой активной мощности можно регулировать в больших пределах, чем у ТЭЦ с противодавлением.
Турбины с отбором и противодавлением совмещают в себе функции первых двух видов турбин.
Теплофикационные турбины ТЭЦ не всегда не способны за малый промежуток времени изменить тепловую нагрузку. Для покрытия пиков нагрузки ,а иногда и для увеличения электрической мощности путем перевода турбин в конденсационный режим, на ТЭЦ устанавливают пиковые водогрейные котлы.
2) Атомные электростанции.
В России на настоящий момент существует 3 вида реакторных установок. Общий принцип их работы примерно похож на работу КЭС (в былые времена АЭС называли ГРЭС). Принципиальное различие состоит лишь в том, что тепловую энергию получают не в котлах на органическом топливе, а в ядерных реакторах.
Рассмотрим две самых распространенных типов реакторов в России.
1) Реактор РБМК.
Рис.12
Отличительная особенность этого реактора состоит в том, что пар для вращения турбины получают непосредственно в активной зоне реактора.
Активная зона РБМК. Рис.13
состоит из вертикальных графитовых колонн, в которых находятся продольные отверстия, с вставленными туда трубами из циркониевого сплава и нержавеющей стали. Графит выполняет роль замедлителя нейтронов. Все каналы делятся на топливные и каналы СУЗ (система управления и защиты). Они имеют разные контуры охлаждения. В топливные каналы вставляют кассету (ТВС – тепловыделяющую сборку) со стержнями (ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент) внутри которых находятся урановые таблетки в герметичной оболочке. Понятно, что именно от них получают тепловую энергию, которая передается непрерывно циркулирующему снизу вверх теплоносителю под большим давлением – обычной, но очень хорошо очищенной от примесей воде.
Рис.14
Вода, проходя по топливным каналам, частично испаряется , пароводяная смесь поступает от всех отдельных топливных каналов в 2 барабан-сепаратора, где происходит отделение (сепарация) пара от воды. Вода снова уходит в реактор с помощью циркуляционных насосов (всего из 4 на петлю), а пар по паропроводам идет на 2 турбины. Затем пар конденсируется в конденсаторе, превращается в воду, которая снова идет в реактор.
Тепловой мощностью реактора управляют только с помощью стержней-поглотителей нейтронов из бора, которые перемещаются в каналах СУЗ. Вода, охлаждающая эти каналы идет сверху вниз.
Как вы могли заметить, я еще ни разу не сказал про корпус реактора. Дело в том, что фактически у РБМК нет корпуса. Активная зона про которую я вам сейчас рассказывал помещена в бетонную шахту, сверху она закрыта крышкой весом в 2000 тонн.
Рис.15
На приведенном рисунке видна верхняя биологическая защита реактора. Но не стоит ожидать, что приподняв один из блоков, можно будет увидеть желто-зеленое жерло активной зоны, нет. Сама крышка располагается значительно ниже, а над ней, в пространстве до верхней биологической защиты остается промежуток для коммуникаций каналов и полностью извлеченных стержней поглотителей.
Между графитовыми колоннами оставляют пространство для теплового расширения графита. В этом пространстве циркулирует смесь газов азота и гелия. По ее составу судят о герметичности топливных каналов. Активная зона РБМК рассчитана на разрыв не более 5 каналов, если разгерметизируется больше – произойдет отрыв крышки реактора и раскрытие остальных каналов. Такое развитие событий вызовет повторение Чернобыльской трагедии (тут я имею в виду не саму техногенную катастрофу, а ее последствия).
Рассмотрим плюсы РБМК:
—Благодаря поканальному регулированию тепловой мощности есть возможность менять топливные сборки, не останавливая реактор. Каждый день, обычно, меняют несколько сборок.
—Низкое давление в КМПЦ (контур многократной принудительной циркуляции), что способствует более мягкому протеканию аварий, связанных с его разгерметизацией.
—Отсутствие сложного в изготовлении корпуса реактора.
Рассмотрим минусы РБМК:
—В ходе эксплуатации были обнаружены многочисленные просчеты в геометрии активной зоны, устранить которые на действующих энергоблоках 1-го и 2-го поколений (Ленинград, Курск, Чернобыль, Смоленск) полностью не возможно. Энергоблоки РБМК 3-его поколения (он один – на 3 энергоблоке Смоленской АЭС) лишен этих недостатков.
—Реактор одноконтурный. То есть турбины вращает пар, полученный непосредственно в реакторе. А это значит, что он содержит радиоактивные компоненты. При разгерметизации турбины (а такое было на Чернобыльской АЭС в 1993 году) ее ремонт будет сильно усложнен, а, может быть, и невозможен.
—Срок службы реактора определяется сроком службы графита (30-40 лет). Затем наступает его деградация, проявляющаяся в его разбухании. Этот процесс уже вызывает серьезные опасения на старейшем энергоблоке РБМК Ленинград-1, построенном в 1973 году (ему уже 39 лет). Наиболее вероятный выход из ситуации – заглушение n-нного количества каналов для уменьшения теплового расширения графита.
—Графитовый замедлитель является горючим материалом.
—Ввиду огромного количества запорной арматуры, реактор сложен в управлении.
— На 1 и 2 поколениях существует неустойчивость при работе на малых мощностях.
В целом можно сказать, что РБМК – хороший реактор для своего времени. В настоящее время принято решение не строить энергоблоки с этим типом реакторов.
2) Реактор ВВЭР.
Рис. 16
На смену РБМК в настоящее время приходит ВВЭР. Он обладает значительными плюсами по сравнению с РБМК.
Активная зона полностью находится в очень прочном корпусе, который изготавливают на заводе и привозят железнодорожным, а затем и автомобильным транспортом на строящийся энергоблок в полностью готовом виде. Замедлителем является чистая вода под давлением. Реактор состоит из 2-х контуров: вода первого контура под большим давлением охлаждает топливные сборки, передавая тепло 2-му контуру с помощью парогенератора (выполняет функцию теплообменника между 2-ми изолированными контурами). В нем вода второго контура кипит, превращается в пар и идет на турбину. В первом контуре вода не кипит, так как она находится под очень большим давлением. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и снова идет в парогенератор. Двухконтурная схема обладает значительными плюсами по сравнению с одноконтурной:
-Пар, идущий на турбину не радиоктивен.
-Мощностью реактора можно управлять не только стержнями-поглотителями, но и раствором борной кислоты, что делает реактор более устойчивым.
-Элементы первого контура располагаются очень близко друг от друга, поэтому их можно поместить в общую защитную оболочку. При разрывах в первом контуре радиоактивные элементы попадут в гермооболочку и не выйдут в окружающую среду. Кроме того гермооболочка защищает реактор от внешнего воздействия (например от падения небольшого самолета или взрыва за периметром станции).
-Реактор не сложен в управлении.
Имеются так же и минусы:
—В отличие от РБМК, топливо нельзя менять при работающем реакторе, т.к. оно находится в общем корпусе, а не в отдельных каналах, как в РБМК. Время перезагрузки топлива обычно совпадает со временем текущего ремонта, что уменьшает воздействие этого фактора на КИУМ (коэффициент используемой установленной мощности).
—Первый контур находится под большим давлением, что потенциально может вызвать больший масштаб аварии при разгерметизации, чем РБМК.
—Корпус реактора очень сложно перевезти с завода-изготовителя на стройплощадку АЭС.
Что же, работу тепловых электростанций мы рассмотрели, теперь рассмотрим работугидравлических электростанций.
Рис.17
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию. ГЭС обладают очень высокой маневренностью вырабатываемой мощности, а также малой стоимостью вырабатываемой электроэнергии. Эта особенность ГЭС привела с созданию другого типа электростанции – ГАЭС. Такие станции способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (обычно ночью), гидроагрегаты ГАЭС работают как насосы, потребляя электрическую энергию из энергосистемы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность (в пики нагрузки), вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины. ГАЭС выполняют исключительно важную функцию в энергосистеме (регулирование частоты), но они не получают широкого распространения у нас в стране, т.к. в итоге они потребляют больше мощности, чем выдают. То есть станция такого типа убыточна для владельца. Например, на Загорской ГАЭС мощность гидрогенераторов в генераторном режиме 1200 МВт, а в насосном – 1320 МВт. Однако такой тип станции наилучшем образом подходит для быстрого увеличения или уменьшения вырабатываемой мощности, поэтому их выгодно сооружать около, например, АЭС, так как последние работают в базовом режиме.
Мы с вами рассмотрели как именно производится электрическая энергия. Пора задать себе серьезный вопрос: «А какой тип станций наилучшем образом отвечает всем современным требованиям по надежности, экологичности, а кроме этого, еще и будет отличаться малой стоимостью энергии?» Каждый ответит на этот вопрос по-разному. Приведу свой список «лучших из лучших».
1) ТЭЦ на природном газе. КПД таких станций очень высок, высока и стоимость топлива, но природный газ – один из самых «чистых» видов топлива, а это очень важно для экологии города, в черте которых обычно и располагаются ТЭЦ.
2) ГЭС и ГАЭС. Преимущества над тепловыми станциями очевидно, так как этот тип станции не загрязняет атмосферу и производит самую «дешевую» энергию, которая плюс ко всему является возобновляемым ресурсом.
3) ПГУ на природном газе. Самый высокий КПД среди тепловых станций, а так же малое количество потребляемого топлива, позволит частично решить проблему теплового загрязнения биосферы и ограниченных запасов ископаемого топлива.
4) АЭС. В нормальном режиме работы АЭС выбрасывает в окружающую среду в 3-5 раз меньше радиоактивных веществ, чем тепловая станция той же мощности, поэтому частичное замещения тепловых электростанций атомными вполне оправдано.
5) ГРЭС. В настоящее время на таких станциях в качестве топлива используют природный газ. Это является абсолютно бессмысленным, так как с тем же успехов в топках ГРЭС можно утилизировать попутный нефтяной газ (ПНГ) или сжигать уголь, запасы которого огромны, по сравнению с запасами природного газа.
На этом я завершаю первую часть статьи. В следующей части мы узнаем, как электрическая энергия приходит к потребителям.
Материал подготовил:студент группы ЭС-11б ЮЗГУ Агибалов Сергей.
operby.com
CCC-Энерго (группа компаний) - ORC-турбины "ИНФИНИТИ ТУРБАЙН УКРАИНА"
Тепловые балансы и схемы подключения ORC-турбины (Ренкина) производства компании "Инфинити Турбайн - Украина", варианты работы в тепловой сети и в автономном режиме (нажмите рисунок, чтобы его увеличить):
мы подготовили ответы На Ваши наиболее часто задаваемые вопросы по применению ORC-турбин цикла (Ренкина) для утилизации низкопотенциального тепла:
1. Какую электрическую мощность может обеспечить турбина?
Основной проработанный нами вариант - турбина 250 кВт в блочно контейнерном исполнении (обычно расположенного в 20 футовом стандартном контейнере для морских перевозок), содержащего все оборудование, необходимое для работы энергоблока (теплообменники, трубную обвязку, насос, подающий рабочую жидкость, турбину, электрогенератор, управляющее и переключающее устройство).
Специальных сооружений и фундаментов не требуется.
2. Тепловая мощность необходимая для турбины 250 кВт и КПД процесса.
35 000 btu = 10 КВт тепловой мощности на 1 кВт эл. мощности при т-ре теплоносителя не менее 100 градусов С.
Т.е. около 2500 кВт т.м. на обеспечение 250 кВт турбины. При этом безвозвратно используется около 500 КВт тепловой мощности. Остальное тепло, выходящее из теплообменника может быть использовано на теплоснабжение.
3. Диапазон температур для рабочего тела турбины (если возможны варианты,перечислить).
Температурный диапазон: Как правило отработанное тепло утилизируется с помощью термического (например, трансформаторного) масла, воды или гликоля. Наша система способна использовать входящее тепло в диапазоне температур от 70 до 120 °С. Если температура меньше 100 °С, то тепловой поток должен быть не менее 42,000BTU/kWe. Уровень теплоотдачи увеличивается с ростом температуры.
Наше стандартное рабочее тело - органическая жидкость типа R 245fa (система Genetron) которая работает в диапазоне от 80 до 120 °С. КПД такой системы составляет 8 – 11 %. Общее тепловое и электрическое КПД - около 85 %.
Входящая жидкость: используя воду, гликоль или термическое масло, необходимо обеспечить уровень потока жидкости 11,4 л/мин. на 1 кВт установленный . То есть установке 250 кВт необходимо около 2140 л/мин.. При этом разница температур входящей и выходящей из испарителя жидкости составит 15 – 20 °С.
Конденсатор: В стандартной системе используется конденсатор, охлаждаемый водой. Разница температур входящей и выходящей из конденсатора воды – 10 °С.
ВНИМАНИЕ: в настоящий момент в Украинена базе компании «ССС-Энерго Инвест» (г. Киев) под торговой маркой “ИНФИНИТИ ТУРБАЙН– Украина” организован выпуск (узловая сборка) ORC-турбин производства американской компании «INFINITY TURBINE» мощностью 250 КВт и 50 КВт (в стадии проработки модель мощностью 400 КВт). www.cccenergo.com
Совместное производство позволяет достигнуть снижения цены для заказчиков до 50 % в зависимости от комплектации и условий финансирования, что делает ВЫСОКОРЕНТАБЕЛЬНЫМИ любые проекты по утилизации тепла и сопутствующей генерации электроэнергии с использованием ORC технологий. Обращайтесь за информацией!
4. Стоимость турбины,комплект поставки.
На данный момент наш ассортимент представлен следующими стандартными образцами (не забывайте, что входящая температура должна быть в диапазоне от 70 до 120 °С для стандартных турбин).
(1) Турбина IT10 5-12 кВт: небольшой экспериментальный образец. Включает в себя турбину с РМ генератором, испаритель, конденсатор для охлаждения воды, насос подачи воды и базовую систему контроля. Разработана для использования солнечного тепла, тепла выбрасываемого из двигателей и т.д. Цена $ 35 000 за единицу на условиях DDU.
(2) Турбина IT-50 кВт: стандартный образец в сборе с конденсатором для охлаждения воды. Цена - $ 150 000 на условиях поставки DDU.
(3) Турбина IT-250 кВт: стандартный блок в сборе. Возможна доставка в одном 20 ft контейнере. Входящая температура от 80 до 120 °С, поток жидкости – 2000-2100 литров/мин. Цена в стандартной конфигурации - ПРОИЗВОДСТВО И ПОСТАВКА США– $ 520 000 на условиях DDU.
ЦЕНА ПОСТАВКИ ТУРБИНЫ IT-250 производства (сборки) "ИНФИНИТИ ТУРБАЙН - УКРАИНА" - $ 350 000, включая НДС на условиях DDP (таможенно-очищенный товар, доставленный на площадку заказчика).
ОКУПАЕМОСТЬ НАШИХ ТУРБИН, КАК ПРАВИЛО, НЕ ПРЕВЫШАЕТ 1,5 ГОДА!
Возможна поставка с воздушным конденсатором.
Все перечисленные выше блоки поставляются в сборе и включают в себя теплообменник, испаритель, турбину, генератор, конденсатор, рециркуляционный насос и базовую панель управления. Обеспечивается частота генератора – 50 Гц.
5. Как это работает?
Органическая рабочая жидкость превращается в пар в испарителе, используя тепловой поток, проходящий в первичном теплообменнике. Рабочее тело проходит через турбину, обеспечивая необходимый крутящий момент для привода генератора, и затем конденсируется с помощью потока воды в кожухотрубном теплообменном аппарате (как вариант, также для охлаждения может использоваться атмосферный воздух). Конденсат нагнетается обратно в испаритель, таким образом, завершая термодинамический цикл. Тепловые и охлаждающие источники напрямую не соприкасаются с рабочим телом и с турбиной.
Для использования высокой температуры, например, при одновременном получении электроэнергии и тепла (когенерации) в котельных, работающих на биомассе, может применяться трансформаторное масло высокой температуры в качестве переносчика тепла, а также добавляется реверсивный теплообменник для дальнейшего увеличения производительности.
6. Гарантия,срок эксплуатации до капитального ремонта.
Срок эксплуатации до капитального ремонта – 7 лет. Гарантия – 12 месяцев.
7. Сроки проведения и перечень регламентных работ.
1 раз в год замена деталей или теплоносителя по мере необходимости.
Стоимость обслуживания данных установок существенно отличаются от дорогостоящего обслуживания газопоршневых агрегатов, требующих замены масла каждые 40-45 дней.
8. Тип рабочего тела.
При температуре свыше 170 °С используется этиленгликоль.
При температуре от 70 до 150 °С используется аналог фреона марки R245fa или 134а – по усмотрению заказчика.
В качестве теплоносителя может использоваться вода, пар, трансформаторное масло.
9. Требования к зданию,общие размеры земельного участка для размещения комплекса.
Турбина 250 кВт - в блочно-контейнерном исполнении. (обычно расположенного в 20 футовом стандартном контейнере для морских перевозок), содержащего все оборудование, необходимое для работы энергоблока (теплообменники, трубную обвязку, насос, подающий рабочую жидкость, турбину, электрогенератор, управляющее и переключающее устройство).Специальных сооружений и фундаментов не требуется.
10. Условия заказа, оплаты и поставки.
Цены уточняются и подлежат корректировке накануне отгрузки в ходе подписания контракта. Дополнительные услуги по консультированию проекта, обучению персонала и т.д. – подлежат обсуждению.
Условия оплаты: 50% - предоплата; 30% - через 8 недель после начала контракта; 20% - перед отгрузкой заказчику.
Срок поставки: 4-6 месяцев в зависимости от количества заказов в работе (возможна быстрая поставка в течении 11 – 16 недель).
Обращайтесь к нам за консультацией.
С уважением и надеждой на плодотворное сотрудничество,
ССС-Энерго
cccenergo.com
