Geum.ru

Федеральное агентство по атомной энергии фгуп «цнииатоминформ» центр «атом-инновация» материалы инновационного форума росатома июнь, 2007 год москва партнеры форума

Вид материалаДокументы

Содержание


Разработка энергоустановок на твёрдооксидных топливных элементах
Блочно-комплектные устройства для ТЭК
Подобный материал:
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   ...   60

Разработка энергоустановок на твёрдооксидных топливных элементах


Чухарев В.Ф., ФГУП РФЯЦ–ВНИИТФ им. академ. Е.И.Забабахина

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) это устройства, которые трансформируют химическую энергию подаваемого в них водорода и CO (в составе синтез-газа) в электрическую энергию постоянного тока низкого напряжения. Электрохимическое взаимодействие топлива и окислителя (кислорода в составе воздуха) осуществляется на электродах ТОТЭ, разделенных слоем газонепроницаемого электролита, обладающим проводимостью по одному из видов ионов.

С 1990 года в РФЯЦ-ВНИИТФ проводятся работы по ТОТЭ. Работы начинались в рамках Целевой комплексной программы «Разработка энергоустановок на топливных элементах» Министерства по атомной энергии России. За годы работ по этой тематике выполнен комплекс научно-исследовательских работ по разработке лабораторных технологий изготовления всех компонентов ТОТЭ – твёрдого электролита, анода, катода, коммутирующих материалов. Разработан ряд конструкций ТОТЭ на несущем электролите с удельной электрической мощностью до 250 мВт/см2 при напряжении 0,6 В. На основе таких ТОТЭ разработаны конструкции батарей и модулей. Разработаны и освоены технологии, техническая и испытательная база, позволяющие изготавливать и испытывать в лабораторных условиях, как единичные топливные элементы, так и батареи, модули мощностью до 5 кВт. Сформировался коллектив специалистов, способный выполнять работы по данной тематике на высоком техническом уровне. На предприятии ОАО «ЧМЗ» г. Глазов создан участок опытно-промышленного изготовления твёрдого электролита в форме пробирки под задачи РФЯЦ-ВНИИТФ. В разработанных технологических процессах изготовления ТОТЭ и батарей используются только российские материалы, изготавливаемые в основном в Уральском регионе.

С 2001 года на основе достигнутых результатов РФЯЦ-ВНИИТФ приступил к разработке энергоустановки на ТОТЭ (ЭУ на ТОТЭ) малого класса мощности – до 5 кВт для стационарного применения.

Наиболее перспективными сегментами рынка для ЭУ на ТОТЭ являются:
  • Использование в качестве источников питания систем катодной защиты и телеметрии магистральных нефтегазопроводов;
  • Использование для энергоснабжения индивидуальных потребителей;
  • Использование в системах комплексной переработки сельскохозяйственных и бытовых отходов для получения тепла и электроэнергии.
  • Использование в технике специального назначения.

Эффективность применения ЭУ на ТОТЭ характеризуется:
  • высоким КПД – до 80% при использовании выделяемого тепла;
  • простотой автоматизации управления;
  • отсутствием вращающихся и подвижных деталей;
  • высоким ресурсом работы (более 10 тыс. часов);
  • низким воздействием на окружающую среду;
  • автономностью работы;
  • применением в широком диапазоне температурных и атмосферных условий, существующих в России.

Разработаны конструкция трубчатого единичного топливного элемента с несущим электролитом рабочей площадью 30 см2, не содержащая благородных металлов, конструкция батареи топливных элементов, блока батарей ТОТЭ и модуля ТОТЭ. Изготовлена и прошла неоднократные испытания демонстрационная ЭУ на ТОТЭ мощностью 2 кВт.

В рамках Госконтракта с Роснаукой в 2005 – 2006 годы разработан и испытан в составе демонстрационной энергоустановки опытный образец модуля мощностью 500 Вт с использованием в качестве топлива природного газа.

Проведены длительные испытания опытного образца модуля при работе на природном газе. Результаты выполненных работ свидетельствуют, что уровень полученных на ЭУ электрических характеристик (125 мВт/см2) соответствует уровню характеристик ведущих мировых компаний, специализирующихся в данной области.

Дальнейшие работы, планируемые в 2007-2009 годах, направлены на решение следующих ключевых задач:
  • разработка опытного образца (прототипа) ЭУ на ТОТЭ для стационарного применения в системах катодной защиты магистральных нефтегазопроводов;
  • создание инфраструктуры опытно-промышленного производства.

Зависимость мощности от времени при длительных испытаниях демонстрационной ЭУ на ТОТЭ на природном газе.

Блочно-комплектные устройства для ТЭК


Свинин С.В., ООО «ОЗЭУ»

Развитие производственной инфраструктуры сектора экономики закрытых городов оборонного комплекса в альтернативном или конверсионном направлении связан с многочисленными аспектами. Исторически весь комплекс научных, проектных, производственных организаций был направлен на выполнение политических задач оборонного комплекса. В город Озерск, как и в другие подобные города, приезжали лучшие ученые и специалисты со всего СССР. В итоге сформировались уникальные города с неизмеримо высоким научно-техническим потенциалом и возможностями, способными решать сложнейшие задачи обороноспособности страны. 90-е год существенно изменили отношение правительства к этим закрытым объектам. Всерьез встал вопрос о переосмыслении своего положения и места в государственном секторе. Принятая на государственном уровне программа «Конверсия оборонного комплекса» не дала ощутимых результатов. Альтернативные производства создавались без поддержки государства. Закрытая площадка города Озерска не позволяла привлечь сторонних инвесторов. В этих условиях, в подобных Озерск Челябинской области, могли выжить только производства, способные максимально удовлетворить рыночные требования, ориентированные на максимальные интеллектуальные возможности созданной ранее научно-технической базы и производственные возможности и силы. Учитывались также наличие необходимых производственных переделов на территории существующих градообразующих предприятий (в Озерске – это ФГУП ПО «Маяк»). ПО «Маяк» за годы своего существования организовал на своих производственных площадях металлообработку листового металла, электромонтаж, наладочные подразделения и т.д.

В период развития ПО «Маяк» они были необходимым условием выполнения качественных работ на закрытом оборонном комплексе. В настоящий период эти подразделения вынуждены до настоящего времени обеспечивать себя самостоятельно сторонними дополнительными заказами.

«Озерский завод энергоустановок» был создан в городе Озерске с учетом всех выше указанных обстоятельств. Основной рыночный сегмент для ОЗЭУ обычен для сегодняшней России – это нефтегазовый комплекс, единственный, который динамично развивается и обеспечивает работой заводы. Наличие научно-проектных организаций, институтов дала возможность ОЗЭУ выйти на путь создания новых изделий, необходимых для ТЭК. Производственные возможности ФГУП ПО «Маяк» позволили выполнить проектные решения на условиях аутсорсинга для ОЗЭУ. Для обеспечения этого руководство «Озерского завода энергоустановок» прошло длинный путь. Необходимо было в полной мере изучить специфику нефтегазового производства. Был выстроен диалог между рядом специализированных проектных организаций нефтяных компаний, специалистами служб эксплуатаций и проектно-технической службы завода. В ходе данных совещаний формировались технические задания на разработку новых изделий, способных по замыслу участников, представителей заинтересованных сторон получить новые продукты. Итогом этой работы является шесть патентов на изобретения и полезные модели. Авторами их стали в частности академик Малюшин Николай Александрович, президент института «Нефтегазпроект», академик Новоселов Юрий Борисович, заместитель главного инженера института «Гипротюменьнефтегаз», главный энергетик ОАО «Сибнефтепровод» Алиев Ариф Авхатович, руководитель электротехнического отдела Фрейштетер Виталий Петрович.

Почти во всех проектах принимал основное участие бывший руководитель электротехнического отдела института «Нефтегазпроект» Метельский Анатолий Никифорович – профессионал высочайшего уровня. Уровень и опыт авторов позволил новым изделиям ОЗЭУ получить реальную востребованность на рынке ТЭК в кротчайшие сроки.

Добыча углеводородов в России усложняется с каждым годом. Развивающиеся новые месторождения все глубже и дальше уходят в тайгу и север. В связи с динамичным развитием нефтегазодобывающей отрасли в условиях крайнего Севера возникла потребность в блочно-модульных устройствах, способных минимизировать затраты на обустройство. Эти изделия должны были решать новые задачи, и изготовлены в максимальной заводской готовности. Обеспечивать бесперебойную работу в условиях предельно низких температур с минимальным присутствием людей. Перечень применяемых в ТЭК технологий широк, поэтому ОЗЭУ направило свои силы в первую очередь на изделия, выполняющие свои функции по распределению электрической энергии и автоматизации технологических переделов.

Одним из изделий предприятия серии блочно-модульных зданий полной заводской готовности является блок линейных потребителей БЛП (патент №38792). Создание данного изделия, применение его в проектировании объектов нефтегазового комплекса, использование в строительстве и эксплуатации позволила существенного снизить затраты на обустройство новых месторождений и транспорт нефти. Изделие объединила в единый объект максимальной заводской готовности трансформаторную подстанцию, распределительное устройство высокого напряжения с обеспечением гарантированного питания и срабатывания АВР, устройство автоматизированной системы электрохимзащиты нефтепроводов, систему питания технологического оборудования с обеспечением системы автоматизированного управления с передачей сигнала на пульт дистанционного управления по системе «безлюдной технологии», принятой на АК «Транснефть». Блок линейных потребителей БЛП представляет блочно-модульное здание, выполненное в виде пространственной каркасно-панельной несущей конструкции. Боковые стены, крыша обшиты утепленными сэндвич-панелями различной толщины (от 40 до 300 мм), определенные на условиях теплового расчета. Обшивка утеплителя - тонколистовая оцинкованная сталь, покрытая полимерным покрытием. Основание БЛП выполнено из прокатных швеллеров, пол закрыт рифленым листом толщиной 4 мм. Крыша выполняется арочного типа для возможности установки проходных изоляторов при высоковольтном питании, для этого в конструкции крыши выполнен проем, на котором монтируется рама с отверстиями под проходные изоляторы. Внутри БЛП выполнен внутренний контур заземления из стальной полосы сечением 4x40 мм2, также выполняется главная заземляющая шина с выводом на внешний контур заземления. Сэндвич-панели крепятся на квадратные трубы 80x80 мм, которые, в свою очередь, привариваются к основанию модульного здания. В помещении дополнительно выполняется вентиляция на канальных вентиляторах. Двери - антивандального исполнения, снабженные внутренним замком и жалюзийными решетками, закрывающимися на время зимнего периода. Дверные проемы снабжены путевыми выключателями, позволяющими выполнить защиту от несанкционированного попадания внутрь помещения. При необходимости в помещении дополнительно устанавливаются пожарные датчики, сигнализирующие о возгорании внутри помещения. Интеллектуальная комплектация БЛП связана с техническими требованиями проектной организации и заказчика. Изделие получило на сегодня использование на объектах АК «Транснефть», ОАО «Транснефтепродукт», ОАО «Лукойл». В ближайшее время планируется расширение номенклатурной сетки БЛП с учетом появления новых требований заказчиков. На 7-ом Московском международном салоне инноваций в феврале 2007 г. данное изделие было отмечено серебряной медалью.

Блочно-модульные установки «Озерского завода энергоустановок» выпускаются различных модификаций: БНКУ - предназначен для установки низковольтных комплектных устройств серии ; БСКЗ - предназначен для установки станций катодной зашиты наземных и подземных металлических трубопроводов и сооружений от электрохимической коррозии; БКТП с НКУ - предназначена для установки встроенной КТП (одно- или двухтрансформаторной) и низковольтных комплектных устройств серии НКУ. БАПП - Станция автоматического пенного пожаротушения блочного исполнения. 2БКТП НП - Двухтрансформаторная комплектная подстанция блочного исполнения для питания насосов пожаротушения. БКРУН - Пункт секционирования ВЛ 6(10) кВ с однотрансформаторным распределительным устройством низкого напряжения блочного исполнения. БХЛ - 17 Химическая лаборатория для проведения экспресс – анализов состава нефти и воды. БНОНС - Станция насосная откачки нефтяных и конденсатных стоков блочного исполнения. БСЗГП – блок установки автоматизированного питания секущих задвижек водных переходов (Патент №2211515) и др.

Во всех случаях процесс постановки на производство этих изделий задействовал технические задания от эксплуатации нефтегазовой компании и научно-проектные возможности организаций Озерска. Менеджмент завода ОЗЭУ нацелен на использование пока еще конкурентных возможностей закрытого города. Это - наличие самостоятельных проектных групп, производственных возможностей

ФГУП ПО «Маяк» и интеллектуального потенциала города в целом. Деятельность предприятия поддерживается администрацией Озерского городского округа, Министерством экономического развития Челябинской области. У закрытых городов еще есть конкуренты преимущества. Важно их поддержать на стадии становления. Дать возможность развиться. Созидать могут не многие.