Проект №1210 Название проекта: "Автономная система Ведущий Институт: Центр Келдыша энергообеспечения на твердом топливе"

Вид материала

Документы

Содержание Возможное применение продукта Субсистема / Интегрированная система 2. Последовательность операций 3. Схематическое описание электро- и теплообеспечения на основе используемых энергоагрегатов Автономная система энергообеспечения на твердом топливе на основе двигателя Стирлинга

Подобный материал:

• Название проекта, 136.59kb.
• Автономная газификация – альтернативное решение энергообеспечения регионов, 154.2kb.
• В. П. Дмитриев Россия, Москва, Московский государственный институт электроники и математики, 83.43kb.
• Проект схема теплоснабжения Морозовского городского поселения Раздел Показатели перспективного, 1036.21kb.
• Г. Г. Малинецкий Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша ран, 1009.67kb.
• Адрес: Чувашская Республика, г. Чебоксары, 12.4kb.
• Инвестиционный проект, 13.19kb.
• А. Описание возможностей проекта > Название проекта, 89.63kb.
• Название проекта, 626.74kb.
• Название проекта, 29.66kb.

Дополнение “Частный сектор”

1. Возможное применение продукта

Автономная энергетическая система на твердом топливе мощностью по электрической энергии до 3 кВт и по тепловой от 30 до 50 кВт предназначена для организации автономного электро- и теплообеспечения жилых и промышленных помещений.

а) Код промышленного применения ожидаемого результата

27.100

b) Стадия цикла разработки

Разработан и отлажен прототип автономной энергетической установки

Субсистема / Интегрированная система

с) Описание известного технологического процесса автономного производства энергии

1.Физические принципы

Альтернативным развитым вариантом автономной системы электрообеспечения являются энергетические установки на основе двигателей внутреннего сгорания, скомпонованные в единую систему с электрогенератором и работающие на жидком топливе (существуют новые варианты установок такого типа на баллонном сжиженном газе). Альтернативные варианты теплообеспечения более разнообразны и включают широкий спектр хорошо отработанного оборудования: обогревательные печи и соответствующие системы обогрева на твердом (дрова, уголь, торф), газовом и жидком топливе, включающие водяной котел, системы распределения тепла и контроля. В рассматриваемом диапазоне мощности энергетической системы практически отсутствуют интегрированные энергетические системы с одновременным производством электрической и тепловой энергии.

2. Последовательность операций

Автономный энергоагрегат на основе двигателя внутреннего сгорания включает систему хранения запаса жидкого или газообразного топлива, систему подачи его в цилиндры двигателя для сжигания, систему выхлопа продуктов сгорания, электрогенератор и соответствующую систему контроля параметров и управления. Основными особенностями работы двигателей внутреннего сгорания является высокий уровень шума, создаваемого в результате импульсного режима сжигания топлива в цилиндрах двигателя при динамически меняющимся давлении и выхлопе продуктов сгорания, а также высокий уровень вредных компонент в выхлопе (содержание окиси углерода, окислов азота, углеводородов и др.). Значительным недостатком является относительно высокая цена топлива (бензин, соляр, сжиженный газ), в том числе стоимость его доставки к потребителю.

Высокий уровень вредных компонент также характерен для автономных систем теплобеспечения.

3. Схематическое описание электро- и теплообеспечения на основе используемых энергоагрегатов

Высокий уровень шумов, создаваемых двигателями внутреннего сгорания, не только исключает размещение энергоагрегата внутри помещения - потребителя, но и накладывают существенные ограничения на размещение энергоагрегата вблизи потребителя электроэнергии и других жилых или производственных объектов. Это также является принципиальным затруднением в комплексном использовании данного энергоагрегата как источника тепловой энергии, поскольку требует прокладки тепловых магистралей от энегоагрегата до потребителя значительной протяженности.

4. Возможное применение продукта в автономном энергообеспечении:

Автономная энергетическая система на твердом топливе мощностью по электрической энергии до 3 кВт и по тепловой от 30 до 50 кВт, разработанная в результате выполнения данного проекта, предназначена для организации автономного электро- и теплообеспечения жилых и промышленных помещений. Энергетическая система использует в качестве топлива древесную щепу, что обеспечивает ее применение для организации постоянного энергообеспечения в условиях отсутствия централизованных систем, например, в удаленных регионах с дефицитом поставок высококачественных жидкого или газового топлива, или в качестве резервного источника энергоснабжения.


1. Сравнительные характеристики предлагаемой системы энергообеспечения с альтернативными вариантами

Спецификации	Автономная система энергообеспечения на твердом топливе на основе двигателя Стирлинга	Конкурент 1 Автономные системы энергообеспечения на базе ДВС, например АД8С-Т400, и индивидуального отопления	Конкурент 2 Централизованное энергообеспечения на основе газотурбинной теплоэлектростанции ГТУ-2,5 на дизельном топливе или газе
Тип энергоагрегата	Двигатель внешнего сгорания по проекту № 1210	Стационарный электро-агрегат АД8С-Т400-1Р, мощность 7 кВт, ОАО "Электроагрегат" г.Курск.	Газотурбинная теплоэлектростанция ГТУ-2.5, мощность 2.5 МВт, ОАО "Рыбинские моторы", г. Рыбинск.
Эксплуата-ционные качества	 Интегрированная когенерационная система энергообеспечения.  Работает на дешевых и доступных местных топливных ресурсов.  Низкий уровень шума, допускающий размещение внутри здания.  Низкий уровень вредных дымовых выбросов.  Отсутствие необходимости подвода к зданию тепловых и топливных коммуникаций.  Удобство обслужива-ния установки в период, обепеченный ее ресурс-ными характеристиками, периодическое техниче-ское обслуживание.	 Неинтегрированная система энергообеспечения.  Работает на высококачественном привозном топливе.  Высокий уровень шума.  Высокий уровень вредных дымовых выбросов.  Необходим внешний подвод электроэнергии к зданию.  Контроль работы, управление, заправка топливом и обслужи-вание энергоустановки осуществляется вне здания на значитель-ном удалении, периодическое техни-ческое обслуживание.	 Интегрированная ко-генерационная система энергообеспечения.  Работает на высококачественном привозном топливе.  Высокий уровень шума.  Высокий уровень вредных дымовых выбросов.  Необходима развитая система коммуникаций и соответствующего оборудования.  Необходим постоян-ный коллектив обслу-живания квалифициро-ванных специалистов, включая специалистов по электрическим и тепловым сетям.
Эффектив-ность	Эффективность использования энергии топлива до 80%.	Эффективность испо-льзования энергии топ-лива для производства: электроэнергии - 20%; тепла - до 80%.	Эффективность использования энергии топлива до 80%. Потери энергии в тепловых магистралях.
Надежность и безопасность энергообеспе-чения	 При выходе из строя энергоагрегата без энер-гии остается одно здание  Оперативные ремонт или замена узла энергоагрегата.  Нерегламентированный ресурс топлива, простые способы пополнения его запаса.	 При выходе из строя энергоагрегата без энергии остается одно или несколько зданий.  Оперативные ремонт или замена узла энергоагрегата.  Регламентированный ресурс топлива, сложности его приоб-ретения и доставки.	 При выходе из строя энергоагрегата без энергии остается весь населенный пункт.  Угроза замерзания тепловых магистралей.  Длительные ремонт системы или замена узлов энергоагрегата.  Регламентированный ресурс топлива, сложно-сти его приобретения и доставки.
Удельные капитальные затраты при серийном производстве энергоагрегата на единицу установленной мощности.	от US$1,000 до US$2,500 на 1 кВт уста-новленной электричес-кой мощности, включая производимую тепловую энергию.	от US$800 до US$1,700 на 1 кВт установленной элект-рической мощности без учета затрат на коммуникации и при-обретение установки теплобеспечения.	от US$760 до US$1,000 на 1 кВт установленной электрической мощно-сти, включая произво-димое тепло, без учета затрат на соответствую-щие коммуникации.
Удельные расходы на топливо на единицу вырабатывае-мой энергии.	 Расход древесной щепы 5кг/(кВт-час) + 0.5 кг на 1Ккал тепла в виде горячей воды).  Стоимость древесного топлива - 0.2 р/кг.  Топливная доля в стоимости энергии: 1 руб - 1 кВт-час электр.; 0.12 руб - 1 Ккал.	 Расход дизельного то-плива: 0.35 кг/кВт-час. + Расход древесного топлива на отопление в количестве 0.6 кг на 1 Ккал тепла.  Стоимость топлива: дизельного - 9 р/кг; древесного - 0.2 р/кг.  Топливная доля в стоимости энергии: 3.15 руб - 1 кВт-час эл.; 0.12 руб - 1 Ккал.	 Расход дизельного топлива: 0.31кг/кВт-час.  Стоимость дизельного топлива - 9 р/кг;  Топливная доля в стоимости энергии: 2.8 руб - 1 кВт-час элек.

До существования созданного в результате выполнения проекта прототипа автономной энергетической установки на твердом топливе потребители электрической и тепловой энергии для коммунальных и производственных нужд, удаленные от источников централизованного энергообеспечения и высококачественных энергоресурсов население, предприятия, работающие в полевых условиях или имеющие потребность в резервном энергообесечении, специализированные передвижные транспортные средства и другие подобные потребители) решали проблему автономного электро- и теплообеспечения следующим образом. Для производства электрической энергии использовались передвижные или стационарные электрогенерирующие установки, работающие на жидком моторном топливе: бензин, соляр, керосин. Для обогрева жилищ и производственных помещений применялось индивидуальное отопление на основе теплогенерирующих установок различного типа, работающий как на широко распространенных древесном топливе или угле, так и на жидком и газовом топливе. Тем не менее, применение автономной энергетической системы, развитой в результате выполнения проекта, позволяет потребителю организовать автономное энергообеспечение с существенно (более чем в 3 раза) меньшими затратами на топливо, повысить надежность и качество энергообеспечения за счет широкого распространения древесного топлива, а также улучшить экологические параметры среды обитания.


2. Стоимость автономной энергетической установки с заявленными параметрами при серийном производстве оценивается затратами в пределах от US$1,000 до US$2,500 на один киловатт установленной электрической мощности. Стоимость зависит от объема предполагаемого производства установок и уровня технических характеристик, реализуемых в серийном образце в диапазоне от 2 до 10 кВт по электроэнергии, который может быть создан на основе разработанного и налаженного прототипа.

Особенностью разработанного прототипа энергетической установки является применение в ее составе двигателя внешнего сгорания, работающего по циклу Стирлинга, который является первой в России разработкой, доведенной до стадии действующего в демонстрационном режиме прототипа двигателя. Данная опытно-конструкторская разработка является уникальной, в которой применены принципиально новые конструктивные решения отдельных элементов и узлов. В России отсутствует опыт серийного производства аналогов такого типа двигателей. Все это требует значительных инвестиций в реализацию следующего этапа работ – создание опытного образца автономной энергетической установки.

Стоимость реализации этапа создания опытного образца оценивается величиной US$700,000. Планируемые работы включают: уточнение технических требований к опытному (серийному) образцу автономной энергетической установки; внесение в конструкцию новых технических решений обоснованных результатами испытаний прототипа; выпуск рабочей документации применительно к требованиям и применяемому технологическому оборудованию предприятия – изготовителя; изготовление основного оборудования и приобретение стандартного комплектующего оборудования; монтаж и наладку установки; проведение комплекса технологических и эксплуатационных испытаний; доработку документации по результатам этих испытаний и подготовку серийного производства.


3. Уровень экологических параметров автономной энергетической системы, установленный по результатам испытаний прототипа составляет:

 по выбросам оксида углерода не выше 50 ррм;

 выбросы NO_x - отсутствуют;

 выбросы углеводородов – отсутствуют;

 уровень шума по ИСО 3746-95 – не выше 76 дБ.

5. Состояние разработок в индустриально развитых странах

В последнее десятилетие за рубежом бурное развитие получило технологическое направление использования в энергетики процессов газификации твердых топлив. Созданы и проходят этапы опытной эксплуатации сотни разработок различных энергоагрегатов малой и средней мощности, работающих на различных видах местных топливных ресурсов (уголь, древесина, биомасса, сельскохозяйственные отходы) и твердых отходах. В качестве энергетических приводов используются, главным образом, двигатели внутреннего сгорания.

Серийно изготавливаемые энергетические установки рассматриваемого типа, включающие двигатели Стирлинга и работающие на биомассе (древесине) – отсутствуют. Анализ литературных источников по данной теме показывает, что в различных развитых странах осуществляются подобные проекты на уровне НИОКР, целью которых является создание действующих прототипов подобных энергетических установок. Например, на 10^th International Stirling Engine Conference (September 24, 2001), были представлены следующие доклады:

 Biomass combustion systems for combined heat and power applications with Stirling engines.

R. Berger, U. Zuberbuhler, K.R.G. Hem – University of Stuttgart, Germany,

C. Gaegauf – Centre of Appropriate Technology and Social Ecology.

 Development and testing results of biomass fired 1 kW Beta-Stirling cogeneration unit.

B. Kammerich – Dortmund, Germany.

 Test of 9 kW Stirling engine using biogas as fuel.

H. Carlsen, J. Bovin – Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark.

Анализ информации из различных источников по существу альтернативных проектов энергетических установок показывает, что в качестве энергоагрегатов используются в достаточно высокой степени отработанные двигатели Стирлинга. К настоящему времени в США, Швеции, Германии и ряде других стран разработаны и выпускаются малыми сериями ряд двигателей внешнего сгорания различного назначения. В связи с этим в зарубежных проектах создания энергетических установок на биомассе нет необходимости затрачивать усилия и средства на совершенствование конструкции двигателей. Основной проблемой является адаптация имеющейся конструкции на работу на новом виде топлива.

1. Компании и организации, занимающиеся созданием подобных энергетических систем.

 University of Stuttgart, Germany;

 Centre of Appropriate Technology and Social Ecology, Germany;

 Technical University of Denmark;

 Stirling Technology Co., USA;

 Stirling Engine Co., Ltd, Japan.


2. Основные направления НИОКР указанных компаний связаны с совершенствованием процессов переработки твердых топлив в горючий газ, сжиганием этого газа и других видов газового и жидкого топлива в камере сгорания двигателя Стирлинга, а также в организации комплексных автономных энергетических систем на этой основе. Основная форма финансирования работ – из государственных источников в рамках различного рода научно-технологических программ.

6. Компании, предоставляющие аналогичные продукты на такой же фазе производственного цикла

Компании, указанные выше в списке раздела а.1. Прямых научно-технических и деловых связей нет.

6. Компании России и СНГ, специализирующиеся в области производства автономных энергоагрегатов на основе двигателей внутреннего сгорания - альтернативных вариантов разработанной системы

 ОАО «Электроагрегат», г. Курск, РФ.

 ОАО «Автодизель», г. Ярославль, РФ.

 АО «Укрэнергоагрегат», г. Киев, Украина.

h) Характеристика отрасли

1. Предприятия – акционерные общества открытого типа.
   
2. Предприятия осуществляют сборку стационарных и передвижных автономных электростанций различной мощности от единиц до сотен кВт и продажу готовых изделий. Комплектация электростанций основным оборудованием: двигателями, электрогенераторами, колесными платформами и другими комплектующими осуществляется на основе суб-контрактов с производителями соответствующего оборудования.
   
3. Непосредственный контакт с покупателем оборудования.
   
4. Достигнутый в результате выполнения проекта результат позволяет выпустить на рынок принципиально нового оборудования, характеризующегося новым товарным качеством: существенно более низким уровнем воздействия на окружающую среду, низкими затратами на используемое топливо, высокой степенью надежности энергообеспечения.
   

2. "Стратегия образования"

1. Размер рынка

Более десяти тысяч экземпляров установок в год; быстрорастущий.

2. Характеристика разработки, если она будет внедрена:

• Прорыв (инновационный подход/решение традиционной проблемы).
  

3. Коммерциализация ожидаемых результатов

• Контрактный НИОКР

1. Компании - наиболее приемлемые кандидаты для комерциализации полученных Технологических Результатов:

1. Перечень компаний:
   

 ОАО «Электроагрегат», г. Курск, РФ.

 ОАО «Автодизель», г. Ярославль, РФ.

 Другие подобные компании с налаженными связями с поставщиками комплектующего серийного оборудования и опытом работы на данном рынке.


2. Предприятия - участники проекта могут организовать разработку и изготовление небольших серий основного оборудования, однако для удовлетворения потенциального рынка необходима организация более масштабного производства. Положительные примеры развития инновационных проектов данного типа в условиях современной России разработчикам не известны.

Дополнение “Государственный Сектор”

1. Какие типы Государственных организаций сохраняют интерес в развитии данной технологии?

• НИОКР – финансирующие организации для развития фундаментальных/прикладных наук.
  

2. Государственные организации, которые финансируют данные виды исследований

• Иностранные государственные организации (такие как Департамент Энергии США).
  
• Правительство Российской Федерации в рамках программ Министерства энергетики, Российской Академия Наук, специальных программ Министерства по Чрезвычайным ситуациям, Комитета по делам Севера и малочисленных народов и др.
  

3. Программы/организации, которые могут профинансированть будущее развитие исследований

Не известны. Уровень финансирования действующих программ НИОКР несопоставим с требуемыми на развитие результатов затратами.

4. Требования, процедуры по предложению

Известны формы представления заявок на финансирование в отдельных огранизациях, например в Министерство промышленности и науки.

5. Потенциальные государственные организации для финансирования развития технологии в вашем Институте

Поданы предложения в Комитет Совета Федерации по делам Севера и малочисленных народов.

6. Временные рамки для предоставления предложения/одобрения предложений о финансировании

Не известны.

7. Конкретные планы/обязательства/намерения.

Нет.

8. Есть ли у Вас все необходимое для достижения Ваших целей по развитию независимости вашей команды проекта по окончании проекта.

Нет.

9. Дополнительные услуги МНТЦ для достижения развития проекта.

Не известны.