Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Энергетика и промышленность России" - избранные материалы

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 1.155 RSS
←   Сентябрь 2009   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.eprussia.ru
Открыта: 02-03-2002

Автор
Энергетика и промышленность России

Статистика

1.155 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Двигатели Стирлинга - технологический прорыв в автономной энергетике


Энергетика и промышленность России - избранные материалы.

Двигатели Стирлинга – технологический прорыв в автономной энергетике

Быстрое истощение основных энергоресурсов и их стремительное удорожание требуют внедрения эффективных и экологически чистых энергосистем. Во всех развитых странах ставится задача перехода на новый технологический уровень, связанный с энергосбережением и сокращением использования традиционных ресурсов. В рамках этих задач перспективным направлением являются разработка, производство и широкое внедрение энергопреобразующих систем на основе двигателей Стирлинга.

Термодинамический цикл рассматриваемых двигателей был предложен в 1816 году шотландцем Робертом Стирлингом. Наличие двух изотерм определяет равенство термодинамической эффективности идеального цикла Стирлинга и цикла Карно. Поэтому теоретически двигатели, работающие по циклу Стирлинга, потенциально самые эффективные из всех существующих типов двигателей.



Что такое цикл Стирлинга?

Машины Стирлинга - это машины, работающие по замкнутому термодинамическому циклу, в котором циклические процессы сжатия и расширения происходят при различных уровнях температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема.

Конструктивно машины Стирлинга представляют собой удачное сочетание в одном агрегате компрессора, детандера и теплообменных устройств: теплообменника нагрузки (нагревателя или конденсатора), регенератора и холодильника. В качестве рабочего тела используется, как правило, гелий, а также азот и воздух.

К достоинствам машин, работающих по циклу Стирлинга, следует отнести высокую степень экологической чистоты как самих рабочих тел машин Стирлинга, так и отработанных сред, возникающих при их эксплуатации, а также энергетическую эффективность.

Энергетические установки с двигателем Стирлинга наиболее экологически чистые, так как концентрация вредных веществ в продуктах сгорания двигателя Стирлинга практически на два порядка ниже, чем у других поршневых и газотурбинных двигателей. Важнейшим потребительским свойством двигателей Стирлинга является самый низкий уровень шума по сравнению со всеми существующими двигателями других типов. В настоящее время этот показатель для двигателя Стирлинга колеблется на уровне 60-65 дБ. Это дает возможность устанавливать стирлинг-генераторы в непосредственной близости от потребителя, что позволит избавиться от потерь на передачу электроэнергии.



Области применения

Современная энергетика развивается в направлении децентрализации энергоснабжения, то есть создания автономных когенерационных установок и максимального использования возобновляемых источников энергии. Исключительное свойство двигателя Стирлинга как двигателя с внешним подводом теплоты позволяет применять не только традиционные виды топлива, но и все без исключения виды альтернативных топлив: биогаз, уголь, отходы деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства.

Высокая экологическая чистота и эффективность обеспечивают перспективность применения двигателей Стирлинга в когенерационных установках (КУ) мощностью до 100 кВт для одновременной выработки электроэнергии и тепла в местах их непосредственного потребления. Это новая технология для комбинированного производства электроэнергии и тепла на основе автономных двигателей и системы рекуперации тепла, в которой энергия охлаждающей воды и отработанных газов используется для нужд теплоснабжения потребителей. Эффективность применения двигателей Стирлинга в когенерационных установках по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и газовыми турбинами обусловлена особенностью его теплового баланса, выражающегося в разнице между потерями теплоты с отработанными газами и в охлаждающую воду. Для двигателя Стирлинга этот баланс составляет, соответственно, 10 процентов и 40 процентов, что с учетом более высокого КП
самого двигателя позволяет создавать компактные и высокоэффективные когенерационные установки. КПД современных зарубежных стирлинг-генераторов с учетом получения дополнительного тепла может достигать 95 процентов.

Применение КУ на основе двигателей Стирлинга позволяет на 40 процентов снизить расход топлива на производство электроэнергии и тепла по сравнению с централизованным энергоснабжением. Себестоимость 1 кВт-ч электроэнергии, выработанной в когенерационной установке, в 3-4 раза ниже, чем действующие тарифы централизованных энергосистем.



Двигатели Стирлинга в альтернативной энергетике

Одно из направлений применения местных биоресурсов - проект энергоснабжения небольшого населенного пункта с использованием двигателей Стирлинга, работающих на биогазе. Биогаз вырабатывается в метантенках на окраине поселка и подается по трубо-проводам к индивидуальным домам, в которых установлены когенерационные установки с двигателями Стирлинга.

Биогаз представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения, осуществляемого специфическим природным биоценозом анаэробных бактерий различных физиологических групп. Во время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных и метанобразующих бактерий превращаются в газообразные продукты - метан и углекислоту.

Перспективным направлением является и использование в двигателях Стирлинга в качестве топлива биогаза из городских твердых бытовых отходов (ТБО). Для производства биогаза из ТБО измельченные отходы в метантенке перемешивают с канализационным осадком из первичных и вторичных отстойников очистных сооружений. В 2005 году впервые в мире в Китае был создан экспериментальный энергетический модуль мощностью 250 кВт с 5 двигателями Стирлинга, работающими на биогазе из городских твердых бытовых отходов. Испытания прошли успешно в течение трех лет, и в настоящее время власти КНР рассматривают вопрос о создании таких энергетических модулей на свалках твердых бытовых отходов всех городов страны.

Автономные энергетические установки с двигателями Стирлинга (стирлинг-генераторы) незаменимы в нефтегазовой промышленности при освоении новых месторождений, особенно в условиях Крайнего Севера и шельфа арктических морей, где нужна серьезная энерговооруженность разведочных, буровых, сварочных и других работ.

В этих условиях в качестве топлива можно будет использовать неочищенный природный газ, попутный нефтяной газ, добываемый совместно с нефтью, и газовый конденсат. Столь широкий спектр топлив делает стирлинг-генераторы универсальными источниками энергии. Таким образом, исчезает проблема с обеспечением энергией буровых скважин, вахтовых поселков, узлов связи и других автономных систем.

В настоящее время только в России ежегодно теряется до 50 миллиардов кубометров попутного газа, который выходит вместе с нефтью. Собирать его сложно и дорого, использовать в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания нельзя из-за постоянно меняющегося фракционного состава, и, чтобы газ не загрязнял атмосферу, он попросту сжигается. Однако этот газ может быть приемлемым моторным топливом для энергетических установок с двигателями Стирлинга.

По предварительным расчетам, стирлинг-генератор мощностью 100 кВт, работающий на природном или попутном нефтяном газе, сможет обеспечить электроэнергией и теплом вахтовый поселок газовиков, нефтяников или геологов численностью до 50 человек. Отпадает необходимость завозить топливо с материка, и не наносится ущерба природе, поскольку минимизируются вредные выбросы.



Нужны ли двигатели Стирлинга России?

К сожалению, в России из-за общего экономического спада разработкой машин Стирлинга на государственном уровне никто не занимается, хотя до 1990 года исследования в этой области техники проводились в пятнадцати организациях военно-промышленного комплекса.

Учитывая, что в настоящее время в России практически отсутствует серийное производство конкурентоспособных энергетических установок мощностью от 1 до 50 кВт, производство высокоэффективных и экологически чистых машин Стирлинга - наиболее перспективное направление в развитии отечественного машиностроения. Маркетинговые исследования показывают, что емкость отечественного рынка энергетических установок данного мощностного ряда составляет до 60 тысяч установок в год. Основными областями применения энергетических установок с двигателями Стирлинга в России могут стать когенерация с использованием местного топлива; автономные источники для нефтегазового комплекса, включая катодную защиту; автономные источники для ЖКХ населенных пунктов; использование бросовой теплоты отработанных газов котельных установок и транспортных средств; анаэробные установки.

Наиболее перспективно серийное производство электрогенераторов небольшой мощности с модификацией двигателя Стирлинга под местное биотопливо: торф, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности. Новая технология открывает широкие возможности для снабжения электроэнергией и теплом негазифицированных сельских районов, поселков, фермерских хозяйств, животноводческих ферм, птицефабрик и т.д. Она также поможет решить многие проблемы жилищно-коммунальных хозяйств городов.

Серийное производство двигателей Стирлинга позволит обеспечить загрузку оставшихся высокотехнологичных предприятий отечественного машиностроения, конверсию ряда оборонных предприятий страны, экспорт наукоемких технологий в области автономной энергетики. С учетом имеющегося более чем сорокалетнего опыта серийного производства криогенных машин Стирлинга, высокого научно-технического потенциала отечественной науки в области проектирования машин Стирлинга Российская Федерация может занять лидирующее положение в мире по производству новой, конкурентоспособной и востребованной на внешнем рынке машиностроительной продукции.

Д. т. н. Николай КИРИЛЛОВ, заслуженный изобретатель России, академик Академии военных наук

С вопросами и предложениями обращайтесь по адресу ep@eprussia.ru



Информационный портал Энергетика и промышленность России - это:

Ежедневная новостная лента ТЭК и промышленности Новости ТЭК.

Уникальная бесплатная электронная библиотека для специалистов EPR-Library.

Электронная версия и архив газеты Энергетика и промышленность России.

Каталог сайтов российских компаний ТЭК и промышленности EPR-Каталог.

Новинки нормативно-технической литературы от издательств в разделе Книжный магазин.

Доска объявлений для предприятий, работающих в промышленно-энергетических отраслях.

Научные, технические, научно-популярные статьи в разделе Новые технологии.

Информация об отраслевых выставках, конференциях и семинарах в разделе Выставки.

Наш портал может предложить рекламодателям следующие Услуги:
Участие в "Каталоге ЭПР" (в том числе и регулярное размещение ваших новостей в ленте Новости компаний);
Размещение рекламных баннеров различных форматов на всех страницах портала;
Размещение рекламных статей.
В избранное