Влажно-паровая микротурбинная установка

Научно-исследовательская работа «Разработка влажно-паровой микротурбинной установки для систем малой распределенной энергетики на основе комбинированного использования традиционных и возобновляемых источников энергии»

в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 – 2013 годы», мероприятие 1.6,
шифр «2011-1.6-516-021-041»

Цель работы:

Разработка микроэнергетического комплекса (МЭК) электрической мощностью от 5 до 30 кВт, и тепловой от 20 до200 кВт для систем автономного энергоснабжения на основе комбинированного использования традиционных и возобновляемых источников энергии.

Обеспечение энергоснабжения потребителя в зависимости от потребляемой мощности энергоснабжения, с возможностью регулирования суточной нагрузки от 5 % до 100 %.

Изготовление и апробация опытных образцов МЭК на базе влажно-паровых микротурбинных установок на реальных объектах социального назначения и ЖКХ, отдельных фермерских хозяйств и малоэтажного строительства

Результаты выполнения работ:

При выполнении ОКР были исследованы и проработаны различные варианты принципиального подхода к проектированию турбинной установки. Были рассчитаны, смоделированы и исследованы различные типы турбин: по организации рабочего процесса, по режимно-конструктивным параметрам, по типу рабочего тела, по типу и числу оборотов генератора электрической энергии, по области применения.

Проведен анализ используемых в настоящее время энергоустановок, выявлены преимущества паросиловой установки перед газопоршневыми и газотурбинными установками, проанализирован принцип работы установки. Особенностью паротурбинной установки является малый расход пара, его низкие начальные параметры, что определяет нестандартный подход к проектированию и конструктивному оформлению турбин.

Выполнены расчеты устройств паросилового цикла влажно-паровой микротурбинной установки: рабочего колеса, лопаток, соплового аппарата, конденсатора и др., выбрана центростремительная, одноступенчатая конструкция турбины. Для повышения эффективности работы микротурбины разработана комбинированная система пароприготовления на базе вакуумных солнечных коллекторов и резервного котла-парогенератора.

К отдельным работам по проекту, были привлечены специалисты 5-ти организаций. В разработке технологии и изготовлении узлов, агрегатов и деталей принимало участие 6 промышленных предприятий, сертифицированных по международным стандартам ИСО.

Разработана рабочая конструкторская документация (РКД) на микроэнергетические комплексы (МЭК) мощностью: электрической 5 и 30 кВт, тепловой 20 и 200 кВт. Отличительные особенности разработанной влажно-паровой микротурбины: совместная единая конструкция турбогенератора и конденсатора пара в вертикальном исполнении, генератор – высокооборотная (35000 об/мин) вентильная индукторная электрическая машина с воздушными газодинамическими подшипниками.

Для проверки принятых конструктивных решений изготовлен макет влажно-паровой микротурбинной установки электрической мощностью 5 кВт. Для проведения предварительных и приемочных испытаний изготовлены опытные образцы МЭК электрической мощностью 5 кВт и 30 кВт. Испытательный стенд смонтирован на специализированном энергетическом предприятии – завод нестандартного энергетического оборудования «Завод Стрим», г. Ростов-на-Дону. Результаты приемочных испытаний опытных образцов микроэнергетических комплексов электрической мощностью 5 и 30 кВт:

Анализ результатов испытаний позволил сделать вывод о правильности выбора конструкторско-технологических решений. Установлено: техническая документация на МЭК в техническом и патентно-правовом аспекте пригодна для постановки на производство и последующей реализации продукции, опытные образцы соответствуют всем требованиям, заданным ТЗ.

Разработанная технология изготовления микротурбинной установки изначально закладывалась применительно к возможностям отечественной промышленности и собственным ресурсам материалов. Исходные параметры влажного пара достаточно низкие, что позволило снизить температуру в парогенераторе ниже 200 °С. Это дало возможность применить для корпусных деталей нержавеющие, и даже обыкновенные стали, с дополнительными антикоррозионными покрытиями.

В перспективе возможно изготовление корпусных деталей, вала турбины, самого рабочего колеса из облегченных композитных материалов и изготавливать их по технологии литья под давлением. Возможно применение простых не дорогостоящих материалов с дополнительным нанесением упрочняющих покрытий. Это позволит снизить эксплуатационные затраты и при ремонте производить восстановление геометрических размеров изнашиваемых поверхностей до проектных. Данные работы требуют проведения отдельной ОТР для доведения каждой технологической операции до оптимальной.

Проведены маркетинговые исследования, анализ и оценка рынка, выявлены и определены конкуренты в данном сегменте экономики. По итогам 2012 года общий объем продаж компаний по производству паровых турбин в России вырос по сравнению с предыдущим годом на 20,5 %. Наибольший удельный вес в структуре заказов паровых турбин малой мощности в 2012 г. приходился на предприятия энергетики (58,9 % общего числа заказов). На предприятия химической и нефтехимической промышленности, а также металлургической промышленности приходилось по 13,8 % заказов, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, пищевой промышленности – по
7,9 %.

Проведена оценка перспектив коммерциализации полученных результатов. Установлено, что рынок находится в стадии формирования и возможен его охват в размере до 25 % в течение 5 лет после начала серийного производства продукции. Основные конкуренты — газотурбинная установка Capstone С30, производства США и газо-поршневая установка Yanmar, серии СР, производства Япония. Отечественные разработки в данном сегменте отсутствуют.

Согласно методике UNIDO(United Nations Industria lDevelopment Organization) разработан бизнес-план производства и продвижения созданной продукции на базе ОАО «Таганрогский завод «ПРИБОЙ». Предприятие принимает участие в данном проекте, осуществляло технологическую подготовку производства и изготавливало турбогенератор.

Результаты анализа эффективности инвестиций в производство МЭК можно считать приемлемыми, а рассматриваемый проект создания производства и организация серийного выпуска автономных микроэнергетических комплексов весьма эффективным в финансово-коммерческом плане. Бюджетная эффективность проекта определяется следующими показателями: чистый дисконтированный доход для бюджетов всех рангов (NPV) —
654,8 млн. руб., в том числе: чистый дисконтированный доход Федерального бюджета — 580,2 млн. руб.; чистый дисконтированный доход территориального бюджета — 74,6 млн. руб.; простой срок окупаемости бюджетных дотаций — 2,9 года; дисконтированный срок окупаемости — 4,9 года.

Для проверки надежности работы опытных образцов МЭК организована эксплуатация разработанной влажно-паровой микротурбинной установки на реальных энергетических объектах.

Потенциальные потребители:

Разработанный микроэнергетический комплекс на базе влажно-паровой микротурбинной установки малой мощности на основе комбинированного использования традиционных и возобновляемых источников энергии предназначен для автономного эффективного энергоснабжения, распределения электроэнергии, ее комплексного учета, контроля и управления в сетях энергообеспечения. Основными областями применения является: объекты ЖКХ, фермерские хозяйства, малоэтажный сектор строительства, удаленный от систем центрального энергообеспечения.

Фото продукции:

Фото 1 — Детали турбогенератора влажно-паровой микротурбинной установки	Фото 2 — Рабочее колесо влажно-паровой микротурбинной установки
Фото 3 — Электрогенератор влажно-паровой микротурбинной установки	Фото 4 —  Монтаж оборудования микроэнергетического комплекса на испытательном стенде

Более подробную информацию Вы можете прочитать в прикрепленной анкете проекта.

Рубрика: Завершенные НИР и ОКР