Сравнение и оценка паропоршневых электростанций с паротурбинными и газопоршневыми. Паропоршневые электростанции


Паропоршневые электростанции заслужили научное признание

Неторопливой и величественной поступью, словно космическая ракета, поднимающаяся над стартовой площадкой, паровые машины внедрились в энергетическую науку России XXI века.

В современной России защищена первая диссертация, тематика которой связана, в частности, с предложениями по возвращению поршневых паровых машин в отечественную энергетику на современном технико-технологическом уровне как паропоршневых двигателей с высокими эксплуатационными характеристиками. Историческое событие произошло 26 июня этого года в стенах главного отраслевого вуза страны – Московского энергетического института (МЭИ). 

Вообще, характер развития паровой машины в науке и практике как источника механической силы для энергетики представляется нелинейным: годы широкой применимости, периоды забвения и нового рождения. Автор этих строк попытался вспомнить такие эпизоды, ряд из которых незаслуженно забыт или малоизвестен. Однако после полувековой паузы техника пара и поршня снова возвратилась в отечественную науку и обретает реальность. Для российской энергетики нынешнего времени эти права сумел отстоять русский ученый и инженер Владимир Сергеевич Дубинин. 242 страничный труд «Совершенствование систем энергоснабжения в газифицированных регионах России на базе поршневых технологий» на соискание ученой степени кандидата технических наук выполнен им в Национальном исследовательском университете «МЭИ» на кафедре «Тепловые электрические станции» под руководством доктора технических наук, профессора МЭИ Альберта Александровича Беляева. 

Защищена работа по научной специальности 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы» в действующем при МЭИ диссертационном совете Д 212.157.14. Как официальные оппоненты соискателя выступили: доктор технических наук, профессор МЭИ Э. К. Аракелян и кандидат технических наук, ректор Московского института энергобезопасности и энергосбережения В. Д. Толмачев. Ведущую организацию представлял Институт энергетических исследований Российской академии наук (Москва). Необходимо особо подчеркнуть, что положительное решение упомянутого выше Совета было однозначным – ни одного голоса «против»! Примечателен и факт защиты этой научной работы именно в МЭИ, где шестьдесят лет назад была защищена последняя в нашей стране диссертация по поршневым паровым машинам (Кирсанов И. Н. Модернизация и реконструкция поршневых паровых машин: дис. канд. техн. наук / МЭИ. – М., 1953). 

Обстоятельный научно-технический труд по современной поршневой энергетике посвящен многим ее вопросам в рамках заявленной темы и доступен для свободного ознакомления в информационно-компьютерной сети Internet на «Энергетическом сайте В. С. Дубинина» . Автореферат диссертации выложен на интернет-портале МЭИ. Поэтому далее рассмотрим лишь некоторые новостные ее аспекты по части того, что имеет отношение к тепловым электростанциям с паропоршневыми двигателями. 

Во-первых, паропоршневые электростанции (см. многочисленные публикации в газетах «Энергетика и промышленность России» и «Тепловая энергетика» за 2012 2013 годы) заслужили «путевку» в российскую науку современности. Это следует из принятия положительного решения о защите работы на соискание ученой степени, являющегося, как известно, свидетельством признания научной общественностью результатов диссертационного исследования. А в последнем В. С. Дубинин как раз отводит паропоршневым электростанциям одно из центральных мест на арене энергетики страны. 

Во-вторых, основные сведения по вопросам целесообразности и эффективности внедрения паропоршневых двигателей опубликованы соискателем как автором и в соавторстве с коллегами на страницах отечественных журналов «Промышленная энергетика» (№ 9 11 / 2005; 1, 9 / 2006; 1, 6 / 2007; 3, 7, 8 / 2008; 1 / 2010) и «Энергобезопасность и энергосбережение» (№ 6 / 2010), признаваемых Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ ведущими научными рецензируемыми изданиями. Кроме этого, тематика паропоршневых электростанций неоднократно освещалась В. С. Дубининым с единомышленниками для обсуждений в рамках научных конференций международного уровня и даже – в докладе «Сравнительная оценка газопоршневых, паротурбинных и паропоршневых электростанций»  на секции «Малая и нетрадиционная энергетика» Научно-технического совета РАО «ЕЭС России» в Москве 23 октября 2007 года. 

В-третьих, диссертацию В. С. Дубинина следует рассматривать как настоящий свод знаний в области истории и современного применения поршневых двигателей именно парового класса. А список литературы является просто кладезем библиографической информации по становлению в России научно-практических идей создания мини-ТЭЦ особенно на базе котельных с использованием паровых двигателей: лопаточных, винтовых (обе разновидности коммерциализованы) и поршневых (разрабатываются). Поэтому, при необходимости, можно более подробно углубиться в изучение заинтересовавшего вопроса. 

В-четвертых, хотелось бы сказать о так называемом «методе В. С. Дубинина» по обеспечению высокоточного поддержания частоты напряжения (как в электрических розетках наших домов) на поршневых электростанциях при работе автономно от энергосистемы, в которой качество электроэнергии регламентируется ГОСТом Р 54149 2010. Автор диссертации разработал данный метод на основании подтвержденной им на практике собственной научной теории самостабилизации частоты вращения вала поршневого двигателя (турбина таким свойством не обладает) без (!) организации обратных связей. Одноименное с теорией явление в технике тоже было открыто В. С. Дубининым. Кстати, дальнейшим развитием этой теории занимается сегодня российский ученый Сергей Олегович Шкарупа (см. его статью в приложении 3 из монографии В. С. Дубинина «Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий», выпущенной «Издательством Московского института энергобезопасности и энергосбережения» в 2009 году). 

В-пятых, справедливости ради стоит заметить, что введенный в научно-технический оборот В. С. Дубининым термин «паропоршневой двигатель» (см. выше) является, по логике вещей, обобщающим по отношению ко всем работающим на паре поршневым двигателям. Например, если мы говорим об установке с паровым поршневым двигателем, равно как с паровой турбиной, то в лингвистически краткой форме выходит «паропоршневая установка» – по аналогии с «паротурбинной установкой». Поэтому уникализировать «двигатели от В. С. Дубинина и его коллег» было бы корректно известными в истории для достижения такой цели способами – назвать по фамилии конкретного изобретателя или месту, объединяющему создателей. Существовали же ракеты «ГИРД» (Группа изучения реактивного движения) и паровой двигатель «НАМИ-012» (Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт)… А у нас будут паропоршневые двигатели «Промтеплоэнергетика» (объединенная научная группа МАИ, ВИЭСХ, МЭИ, МИЭЭ, колледжа космического машиностроения и технологии Финансово-технологической академии). 

В-шестых, диссертационная работа В. С. Дубинина безусловно представляет ценность не только в научном плане, но, разумеется, и с точки зрения возможности практического внедрения ее результатов. Так, еще до ее защиты, 17 мая этого года в Москве на заседании круглого стола «Обеспечение выполнения целевых показателей объема производства электрической энергии за счет использования биоресурсов, предусматриваемых распоряжением правительства РФ № 1 р от 8 января 2009 года» уже было рекомендовано просить Министерство образования и науки РФ включить в план работы последнего паропоршневую тематику. По данным Комитета по энергетической политике и энергоэффективности Российского союза промышленников и предпринимателей, речь идет о перспективных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках по конверсии электростанций с двигателями внутреннего сгорания в многофункциональные энерготехнологические комплексы на базе гибридных энергоустановок: паропоршневой электростанции и малой ГЭС. Но путь от паропоршневой науки к практике в России – это тема отдельного рассказа. 

Иван ТРОХИН, eprussia.ru

Источник

russia-promportal.ru

Сравнение и оценка паропоршневых электростанций с паротурбинными и газопоршневыми

Международная научно- практическая конференция « Малая энергетика-2008»

Дубинин B.C., Глотов Н.В., Королевский колледж космического машиностроения и технологий, Королёв, Московской обл.,

Лаврухин К.М., Научная группа «Промтеплоэнергетика», Москва,

Хромченко П.А., Шкарупа С.О., МАИ, Москва,

Титов Д.П., Степанова Т.А., МГАУ им В.П. Горячкина, Москва,

Алханов Д.В., Погорельский Е.И., МЭИ, Москва,

Трохин И.С., Погорельский Е.И., ГНУВИЭСХ, Москва

В России более 1/7 части населения, то есть 22 млн. человек, проживают в районах автономного электроснабжения или ненадежного централизованного электроснабжения, занимающих более 70% территории России [1]. Поэтому задача создания источников электроэнергии работающих на дешевом местном топливе является актуальной. Это позволит исключить северный завоз и без того дорогого дизтоплива, а также повысит конкурентоспособность сельского хозяйства в условиях вступления России в ВТО. Это приведёт к повышению цен на природный газ до уровня близкого к мировым ценам к 2011 г. согласно постановлению Правительства РФ от 28 мая 2007 г. №333 [2]. Последнее означает рост тарифов на электроэнергию, так как основная ее часть вырабатывается в России на газовых электростанциях. Но ведь есть дешевое местное топливо - это, как правило, твердое топливо: дрова, отходы древесины, отходы сельхозпроизводства, бурый и каменный уголь. Для получения электроэнергии из такого топлива возможно несколько способов:

1. Получение горючего газа низкой калорийности в газогенераторе обращенного процесса с последующим использованием этого газа в газопоршневом двигателе приводящим электрогенератор.

2. Сжигание твердого топлива под паровым котлом и использование этого пара для работы паровой турбины, приводящей электрогенератор.

3. Сжигание твердого топлива под паровым котлом и использование этого пара для работы поршневого парового двигателя приводящего электрогенератор.

Такой двигатель может быть:

А) Классической паровой машиной;

Б) Паропоршневым двигателем (ПОД).

Далее проводится анализ и сравнение этих типов двигателей.

До середины 50-х годов широко применялись, как источники газообразного топлива для транспортных [3,4,5] и стационарных (привод электрогенератора) двигателей внутреннего сгорания слоевые газогенераторы на специально подготовленном топливе (высушенные чурки лиственных пород или древесный уголь). Низкая калорийность получаемого газа в таких газогенераторах объяснялась забалластированностью его азотом и углекислым газом, так как применялось воздушное дутье и азот воздуха переходил в генераторный газ. Кроме того, для уменьшения смолы в газе для работы на чурках применялся обращенный процесс [3,4,5], что дополнительно снижало калорийность газа примерно до 1000 ккал/куб.м.

Рассматривая использование генераторного газа, как топлива газопоршневых двигателей необходимо отметить, что падение мощности двигателя составляет 60 %. Это показано теоретически и подтверждено экспериментально в [3]. Там же говорится, что путём повышения степени сжатия можно снизить падение мощности до 35 %. Приведённые выше данные о падении мощности относились к довоенным двигателям с очень низкой степенью сжатия, например двигатель трактора "Фордзон" имел степень сжатия 3,94 [3]. Поэтому повышение степени сжатия до 7 давало заметный эффект [3]. Перевод серийно выпускаемых сейчас бензиновых и дизельных двигателей со степенью сжатия 7-15 на генераторный газ приведёт к падению мощности, которую уже нельзя компенсировать увеличением степени сжатия. Таким образом вывод, в работе [3], о тупиковое™ использования генераторного газа в серийных двигателях сейчас ещё более актуален, чем в 1934 г.

Если сопоставлять газопоршневой двигатель с паросиловой установкой использующей водяной пар, то по чисто термодинамическим причинам (цикл Карно) его экономичность будет выше, так как температура продуктов сгорания выше температуры пара, ограниченной теплостойкостью материалов котлов. Уже в 2000 г. зарубежные судовые дизели достигли КПД 58 % [6]. Однако, в работе газогенераторной установки горючий газ, имеющий высокую температуру, надо охлаждать перед подачей в поршневой двигатель. Это приводит к сбросу во внешнюю среду примерно 20 % теплоты сгорания твердого топлива и делает её не конкурентоспособной с паросиловой установкой на базе классической паровой машины с достаточно высокими параметрами пара. Достоинством паросиловых установок на базе классических паровых машин является практически постоянный удельный расход топлива при изменении нагрузки в широких пределах, в отличии от двигателей внутреннего сгорания при работе тех и других на синхронный электрогенератор, то есть при постоянной частоте вращения.

Это обеспечивает высокую экономичность электростанции при её работе автономно, так как электрическая нагрузка может меняться в очень широких пределах. Принципиальное отличие паросиловых установок от газовых двигателей является наличие накопителя значительной энергии в виде котла, выполняющего роль пароводяного аккумулятора, и стабильность рабочего тела. Это означает, что кратковременные нарушения в работе топки, например, при загрузке её топливом, не могут привести к остановке машины. Газогенераторный двигатель использует газ, состав которого меняется в процессе выгорания топлива или при загрузке газогенератора топливом, а это приводит к остановке двигателя. Прекращение выработки электроэнергии может привести к очень тяжелым последствиям. В [7]

указывается: «В отношении надежности газовая машина требует более тщательного ухода, чем паровая машина. По крайней мере, по данным профессора Mayer'a поршень газовой машины необходимо вынимать и чистить каждые полгода, а клапаны -притирать ежемесячно или через каждые два месяца».

Учитывая все вышесказанное, газопоршневые двигатели целесообразно применять для работы на высококалорийном газе в тех районах, где произведена газификация газом. Рассматривая же комбинированную выработку электро и тепловой энергии (когенерация) необходимо приводить технико-экономический анализ для каждого конкретного населенного пункта. Это обусловлено тем, что утилизировать тепловую энергию выхлопных газов газопоршневого двигателя гораздо сложнее, чем тепловую энергии выхлопного газа паровой машины. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стальной стенке в 10-100 раз выше, чем от выхлопных газов. Поэтому если для пара достаточно стандартного бойлера, то котел-утилизатор выхлопных газов должен иметь поверхность теплообменника в 10-100 раз большую и соответственно более высокую металлоемкость и сложность конструкции. Паровая машина или паропоршневой двигатель могут оказаться предпочтительней, если вне отопительного сезона максимальная электрическая мощность меньше чем произведение полного КПД паросиловой установки на сумму тепловой и электрической мощности. В этом случае весь пар будет полезно использован. Такой сравнительный технико-экономический анализ может провести научная группа МАИ «Промтеплоэнергетика».

Сопоставим теперь паровые турбины с поршневыми паровыми двигателями. Понятие «Паропоршневые двигатели» (ППД) было впервые введено в научный оборот научной группой «Промтеплоэнергетика» МАИ в 2003 г. [8] и опубликовано в научном журнале в 2006 г. [9]. Это высокооборотные паровые машины с частотой вращения более 1000 об/мин при этом ход и диаметр поршня ППД в несколько раз меньше чем у паровых машин равного рабочего объема. Это позволяет иметь сопоставимую с паровыми машинами скорость поршня при большей частоте вращения, а необходимый рабочий объем набирается путем применения нескольких одинаковых по геометрии и рабочему процессу цилиндров, пар через которые проходит параллельно.

Паропоршневые двигатели для энергетики, как правило, создаются на базе серийных двигателей внутреннего сгорания и являются паровыми машинами одностороннего действия. Использование изобретений сотрудников научной группы МАИ «Промтеплоэнергетика» позволяет сохранить практически всю конструкцию исходного двигателя, измению подлежит лишь механизм газораспределения. Это обеспечивает низкую стоимость в связи с тем, что исходные двигатели автомобилей и тракторов являются продукцией крупносерийного производства. С другой стороны такой подход сохраняет преемственность с паровыми машинами по рабочему процессу и дает возможность сравнивать параметры ППД с паровыми турбинами, опираясь на опубликованные результаты испытаний паровых машин.

Сравнение поршневого двигателя и турбины (обои внешнего сгорания) впервые было проведено в работе [10]. Оптимальная частота вращения ППД в 160 раз меньше турбины, что позволяет приводить им электрогенератор промышленной частоты и промышленное оборудование напрямую, без использования редуктора. Давление на выходе из турбин близко к нулю, в то время как давление на выходе этого ППД ~1,4 ат. То есть он может работать на водяном пару с противодавлением, осуществляя комбинированную выработку электроэнергии и тепловой энергии.

Сопоставляя в [11] удельный расход пара паровой машины постройки 1921 года и современных паровых турбин, составляющих в настоящее время основу энергетики России можно видеть, из таблицы 1, что они близки:

При автономной выработке электроэнергии, необходимо поддержание стабильной частоты тока 50 ± 0,2 Гц, то есть ± 0,4 % (ГОСТ 13109-9723). Для дизель-генераторы ГОСТ 13822-83 предусматривает отклонение частоты в установившихся режимах ± 1 %, а в переходных ± 5 %. В турбинах необходим автомат безопасности, так как при сбросе нагрузки они уходят в разнос. Паропоршневой двигатель может быть спроектирован так, чтобы «Разносная» частота вращения соответствовала максимальной частоте вращения исходного дизельного или бензинового двигателя. Одним из авторов статьи была предложена, возможность самостабилизации частоты вращения тепловых двигателей дискретного действия к которым относятся газопоршневые и паропоршневые двигатели [12, 13].

Вывод таков, что паропоршневые двигатели, работающие в составе паросиловой установки твердого топлива, имеют преимущества перед другими способами выработки электроэнергии из твердого топлива в значительном диапазоне параметров электропотребления.

Литература

  1. Безруких П.П. и др. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. СПб «Наука» 2002
  2. О совершенствовании государственного регулирования цен на газ. Постановление Правительства Российской Федерации № 333 от 28 мая 2007 г. // Российская газета, июнь 2007 г.
  3. Мезин И.С., Седов С.Л., Черномордик Б.М., Лёгкие газогенераторы автотракторного типа. ОНТИ НКТП, 1934, Госмашметиздат.
  4. Артамонов М.Д., Тизенгаузен П.Э. Газогенераторные автомобили на лесовывозке. Гослестехиздат М. 1939г.
  5. Чигирь Б.Г. Эксплуатация судовых газогенераторных установок на лесосплаве. Гослестехиздат М. Л. 1947.
  6. Конке Г.А., Лашко В.А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования анализ международного опыта. М. Машиностроение 2005.
  7. Дуббель Г. Конструирование и расчет паровых машин. СПб издание А.С. Суворина 1907.
  8. Дубинин B.C., Лаврухин К.М., Титов Д.П. Перспективы применения паропоршневых двигателей для привода вспомогательного оборудования котельных. - Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Малая энергетика 2003» 11-14 ноября 2003 г., г. Обнинск.
  9. Титов Д.П., Дубинин B.C., Лаврухин К.М. Паровым машинам быть! - Промышленная энергетика, 2006, №1.
  10. Вуд Г., Морган Н. Сравнительная оценка поршневых двигателей и турбин для криогенных энергетических установок. // В кн. «Преобразование тепла и химической энергии в электроэнергию в ракетных системах» / Пер. с англ., ред. В.А. Кириллин и А.Е. Шейдлин. - М.: Мир, 1963.
  11. Дубинин B.C., Лаврухин К.М., Титов Д.П. О возможности применения поршневых машин в тепловой и атомной энергетике. Промышленная энергетика, 2008, №3.
  12. Дубинин B.C. Способ стабилизации частоты вращения двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 4951328/06 (055248) МКИ 5 F 02 D 45/00.Дата подачи заявки 27.06.91
  13. Дубинин B.C. Способ работы поршневой расширительной машины. Положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 4951329/29 (055249) МКИ 5 F 02 В 25/02. Дата подачи заявки 27.06.91

www.combienergy.ru

Паропоршневые электростанции заслужили научное признание! - Энергетика и промышленность России - № 18 (230) сентябрь 2013 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 18 (230) сентябрь 2013 года

В современной России защищена первая диссертация, тематика которой связана, в частности, с предложениями по возвращению поршневых паровых машин в отечественную энергетику на современном технико-технологическом уровне как паропоршневых двигателей с высокими эксплуатационными характеристиками. Историческое событие произошло 26 июня этого года в стенах главного отраслевого вуза страны – Московского энергетического института (МЭИ).

Вообще, характер развития паровой машины в науке и практике как источника механической силы для энергетики представляется нелинейным: годы широкой применимости, периоды забвения и нового рождения. Автор этих строк попытался вспомнить такие эпизоды, ряд из которых незаслуженно забыт или малоизвестен. Однако после полувековой паузы техника пара и поршня снова возвратилась в отечественную науку и обретает реальность. Для российской энергетики нынешнего времени эти права сумел отстоять русский ученый и инженер Владимир Сергеевич Дубинин. 242‑страничный труд «Совершенствование систем энергоснабжения в газифицированных регионах России на базе поршневых технологий» на соискание ученой степени кандидата технических наук выполнен им в Национальном исследовательском университете «МЭИ» на кафедре «Тепловые электрические станции» под руководством доктора технических наук, профессора МЭИ Альберта Александровича Беляева.

Защищена работа по научной специальности 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы» в действующем при МЭИ диссертационном совете Д 212.157.14. Как официальные оппоненты соискателя выступили: доктор технических наук, профессор МЭИ Э. К. Аракелян и кандидат технических наук, ректор Московского института энергобезопасности и энергосбережения В. Д. Толмачев. Ведущую организацию представлял Институт энергетических исследований Российской академии наук (Москва). Необходимо особо подчеркнуть, что положительное решение упомянутого выше Совета было однозначным – ни одного голоса «против»! Примечателен и факт защиты этой научной работы именно в МЭИ, где шестьдесят лет назад была защищена последняя в нашей стране диссертация по поршневым паровым машинам (Кирсанов И. Н. Модернизация и реконструкция поршневых паровых машин: дис. канд. техн. наук / МЭИ. – М., 1953).

Обстоятельный научно-технический труд по современной поршневой энергетике посвящен многим ее вопросам в рамках заявленной темы и доступен для свободного ознакомления в информационно-компьютерной сети Internet на «Энергетическом сайте В. С. Дубинина» (). Автореферат диссертации выложен на интернет-портале МЭИ (;/ LANG / RUS / Publish / InfoAcadCncl / 2013 / DubininVS.pdf). Поэтому далее рассмотрим лишь некоторые новостные ее аспекты по части того, что имеет отношение к тепловым электростанциям с паропоршневыми двигателями.

Во-первых, паропоршневые электростанции (см. многочисленные публикации в газетах «Энергетика и промышленность России» и «Тепловая энергетика» за 2012‑2013 годы) заслужили «путевку» в российскую науку современности. Это следует из принятия положительного решения о защите работы на соискание ученой степени, являющегося, как известно, свидетельством признания научной общественностью результатов диссертационного исследования. А в последнем В. С. Дубинин как раз отводит паропоршневым электростанциям одно из центральных мест на арене энергетики страны.

Во-вторых, основные сведения по вопросам целесообразности и эффективности внедрения паропоршневых двигателей опубликованы соискателем как автором и в соавторстве с коллегами на страницах отечественных журналов «Промышленная энергетика» (№ 9‑11 / 2005; 1, 9 / 2006; 1, 6 / 2007; 3, 7, 8 / 2008; 1 / 2010) и «Энергобезопасность и энергосбережение» (№ 6 / 2010), признаваемых Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ ведущими научными рецензируемыми изданиями. Кроме этого, тематика паропоршневых электростанций неоднократно освещалась В. С. Дубининым с единомышленниками для обсуждений в рамках научных конференций международного уровня и даже – в докладе «Сравнительная оценка газопоршневых, паротурбинных и паропоршневых электростанций» (электронная копия доступна по ссылке ;/ sites / default / files / 2013 / 03 / doklad.pdf) на секции «Малая и нетрадиционная энергетика» Научно-технического совета РАО «ЕЭС России» в Москве 23 октября 2007 года.

В-третьих, диссертацию В. С. Дубинина следует рассматривать как настоящий свод знаний в области истории и современного применения поршневых двигателей именно парового класса. А список литературы является просто кладезем библиографической информации по становлению в России научно-практических идей создания мини-ТЭЦ особенно на базе котельных с использованием паровых двигателей: лопаточных, винтовых (обе разновидности коммерциализованы) и поршневых (разрабатываются). Поэтому, при необходимости, можно более подробно углубиться в изучение заинтересовавшего вопроса.

В-четвертых, хотелось бы сказать о так называемом «методе В. С. Дубинина» по обеспечению высокоточного поддержания частоты напряжения (как в электрических розетках наших домов) на поршневых электростанциях при работе автономно от энергосистемы, в которой качество электроэнергии регламентируется ГОСТом Р 54149‑2010. Автор диссертации разработал данный метод на основании подтвержденной им на практике собственной научной теории самостабилизации частоты вращения вала поршневого двигателя (турбина таким свойством не обладает) без (!) организации обратных связей. Одноименное с теорией явление в технике тоже было открыто В. С. Дубининым. Кстати, дальнейшим развитием этой теории занимается сегодня российский ученый Сергей Олегович Шкарупа (см. его статью в приложении 3 из монографии В. С. Дубинина «Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий», выпущенной «Издательством Московского института энергобезопасности и энергосбережения» в 2009 году).

В-пятых, справедливости ради стоит заметить, что введенный в научно-технический оборот В. С. Дубининым термин «паропоршневой двигатель» (см. выше) является, по логике вещей, обобщающим по отношению ко всем работающим на паре поршневым двигателям. Например, если мы говорим об установке с паровым поршневым двигателем, равно как с паровой турбиной, то в лингвистически краткой форме выходит «паропоршневая установка» – по аналогии с «паротурбинной установкой». Поэтому уникализировать «двигатели от В. С. Дубинина и его коллег» было бы корректно известными в истории для достижения такой цели способами – назвать по фамилии конкретного изобретателя или месту, объединяющему создателей. Существовали же ракеты «ГИРД» (Группа изучения реактивного движения) и паровой двигатель «НАМИ-012» (Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт)... А у нас будут паропоршневые двигатели «Промтеплоэнергетика» (объединенная научная группа МАИ, ВИЭСХ, МЭИ, МИЭЭ, колледжа космического машиностроения и технологии Финансово-технологической академии).

В-шестых, диссертационная работа В. С. Дубинина безусловно представляет ценность не только в научном плане, но, разумеется, и с точки зрения возможности практического внедрения ее результатов. Так, еще до ее защиты, 17 мая этого года в Москве на заседании круглого стола «Обеспечение выполнения целевых показателей объема производства электрической энергии за счет использования биоресурсов, предусматриваемых распоряжением правительства РФ № 1‑р от 8 января 2009 года» уже было рекомендовано просить Министерство образования и науки РФ включить в план работы последнего паропоршневую тематику. По данным Комитета по энергетической политике и энергоэффективности Российского союза промышленников и предпринимателей (), речь идет о перспективных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках по конверсии электростанций с двигателями внутреннего сгорания в многофункциональные энерготехнологические комплексы на базе гибридных энергоустановок: паропоршневой электростанции и малой ГЭС. Но путь от паропоршневой науки к практике в России – это тема отдельного рассказа.

www.teplovaya.ru

Паропоршневые электростанции заслужили научное признание! - Энергетика и промышленность России - № 18 (230) сентябрь 2013 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 18 (230) сентябрь 2013 года

В современной России защищена первая диссертация, тематика которой связана, в частности, с предложениями по возвращению поршневых паровых машин в отечественную энергетику на современном технико-технологическом уровне как паропоршневых двигателей с высокими эксплуатационными характеристиками. Историческое событие произошло 26 июня этого года в стенах главного отраслевого вуза страны – Московского энергетического института (МЭИ).

Вообще, характер развития паровой машины в науке и практике как источника механической силы для энергетики представляется нелинейным: годы широкой применимости, периоды забвения и нового рождения. Автор этих строк попытался вспомнить такие эпизоды, ряд из которых незаслуженно забыт или малоизвестен. Однако после полувековой паузы техника пара и поршня снова возвратилась в отечественную науку и обретает реальность. Для российской энергетики нынешнего времени эти права сумел отстоять русский ученый и инженер Владимир Сергеевич Дубинин. 242‑страничный труд «Совершенствование систем энергоснабжения в газифицированных регионах России на базе поршневых технологий» на соискание ученой степени кандидата технических наук выполнен им в Национальном исследовательском университете «МЭИ» на кафедре «Тепловые электрические станции» под руководством доктора технических наук, профессора МЭИ Альберта Александровича Беляева.

Защищена работа по научной специальности 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы» в действующем при МЭИ диссертационном совете Д 212.157.14. Как официальные оппоненты соискателя выступили: доктор технических наук, профессор МЭИ Э. К. Аракелян и кандидат технических наук, ректор Московского института энергобезопасности и энергосбережения В. Д. Толмачев. Ведущую организацию представлял Институт энергетических исследований Российской академии наук (Москва). Необходимо особо подчеркнуть, что положительное решение упомянутого выше Совета было однозначным – ни одного голоса «против»! Примечателен и факт защиты этой научной работы именно в МЭИ, где шестьдесят лет назад была защищена последняя в нашей стране диссертация по поршневым паровым машинам (Кирсанов И. Н. Модернизация и реконструкция поршневых паровых машин: дис. канд. техн. наук / МЭИ. – М., 1953).

Обстоятельный научно-технический труд по современной поршневой энергетике посвящен многим ее вопросам в рамках заявленной темы и доступен для свободного ознакомления в информационно-компьютерной сети Internet на «Энергетическом сайте В. С. Дубинина» (). Автореферат диссертации выложен на интернет-портале МЭИ (;/ LANG / RUS / Publish / InfoAcadCncl / 2013 / DubininVS.pdf). Поэтому далее рассмотрим лишь некоторые новостные ее аспекты по части того, что имеет отношение к тепловым электростанциям с паропоршневыми двигателями.

Во-первых, паропоршневые электростанции (см. многочисленные публикации в газетах «Энергетика и промышленность России» и «Тепловая энергетика» за 2012‑2013 годы) заслужили «путевку» в российскую науку современности. Это следует из принятия положительного решения о защите работы на соискание ученой степени, являющегося, как известно, свидетельством признания научной общественностью результатов диссертационного исследования. А в последнем В. С. Дубинин как раз отводит паропоршневым электростанциям одно из центральных мест на арене энергетики страны.

Во-вторых, основные сведения по вопросам целесообразности и эффективности внедрения паропоршневых двигателей опубликованы соискателем как автором и в соавторстве с коллегами на страницах отечественных журналов «Промышленная энергетика» (№ 9‑11 / 2005; 1, 9 / 2006; 1, 6 / 2007; 3, 7, 8 / 2008; 1 / 2010) и «Энергобезопасность и энергосбережение» (№ 6 / 2010), признаваемых Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ ведущими научными рецензируемыми изданиями. Кроме этого, тематика паропоршневых электростанций неоднократно освещалась В. С. Дубининым с единомышленниками для обсуждений в рамках научных конференций международного уровня и даже – в докладе «Сравнительная оценка газопоршневых, паротурбинных и паропоршневых электростанций» (электронная копия доступна по ссылке ;/ sites / default / files / 2013 / 03 / doklad.pdf) на секции «Малая и нетрадиционная энергетика» Научно-технического совета РАО «ЕЭС России» в Москве 23 октября 2007 года.

В-третьих, диссертацию В. С. Дубинина следует рассматривать как настоящий свод знаний в области истории и современного применения поршневых двигателей именно парового класса. А список литературы является просто кладезем библиографической информации по становлению в России научно-практических идей создания мини-ТЭЦ особенно на базе котельных с использованием паровых двигателей: лопаточных, винтовых (обе разновидности коммерциализованы) и поршневых (разрабатываются). Поэтому, при необходимости, можно более подробно углубиться в изучение заинтересовавшего вопроса.

В-четвертых, хотелось бы сказать о так называемом «методе В. С. Дубинина» по обеспечению высокоточного поддержания частоты напряжения (как в электрических розетках наших домов) на поршневых электростанциях при работе автономно от энергосистемы, в которой качество электроэнергии регламентируется ГОСТом Р 54149‑2010. Автор диссертации разработал данный метод на основании подтвержденной им на практике собственной научной теории самостабилизации частоты вращения вала поршневого двигателя (турбина таким свойством не обладает) без (!) организации обратных связей. Одноименное с теорией явление в технике тоже было открыто В. С. Дубининым. Кстати, дальнейшим развитием этой теории занимается сегодня российский ученый Сергей Олегович Шкарупа (см. его статью в приложении 3 из монографии В. С. Дубинина «Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий», выпущенной «Издательством Московского института энергобезопасности и энергосбережения» в 2009 году).

В-пятых, справедливости ради стоит заметить, что введенный в научно-технический оборот В. С. Дубининым термин «паропоршневой двигатель» (см. выше) является, по логике вещей, обобщающим по отношению ко всем работающим на паре поршневым двигателям. Например, если мы говорим об установке с паровым поршневым двигателем, равно как с паровой турбиной, то в лингвистически краткой форме выходит «паропоршневая установка» – по аналогии с «паротурбинной установкой». Поэтому уникализировать «двигатели от В. С. Дубинина и его коллег» было бы корректно известными в истории для достижения такой цели способами – назвать по фамилии конкретного изобретателя или месту, объединяющему создателей. Существовали же ракеты «ГИРД» (Группа изучения реактивного движения) и паровой двигатель «НАМИ-012» (Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт)... А у нас будут паропоршневые двигатели «Промтеплоэнергетика» (объединенная научная группа МАИ, ВИЭСХ, МЭИ, МИЭЭ, колледжа космического машиностроения и технологии Финансово-технологической академии).

В-шестых, диссертационная работа В. С. Дубинина безусловно представляет ценность не только в научном плане, но, разумеется, и с точки зрения возможности практического внедрения ее результатов. Так, еще до ее защиты, 17 мая этого года в Москве на заседании круглого стола «Обеспечение выполнения целевых показателей объема производства электрической энергии за счет использования биоресурсов, предусматриваемых распоряжением правительства РФ № 1‑р от 8 января 2009 года» уже было рекомендовано просить Министерство образования и науки РФ включить в план работы последнего паропоршневую тематику. По данным Комитета по энергетической политике и энергоэффективности Российского союза промышленников и предпринимателей (), речь идет о перспективных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках по конверсии электростанций с двигателями внутреннего сгорания в многофункциональные энерготехнологические комплексы на базе гибридных энергоустановок: паропоршневой электростанции и малой ГЭС. Но путь от паропоршневой науки к практике в России – это тема отдельного рассказа.

www.eprussia.ru

Паропоршневые электростанции заслужили научное признание! - Энергетика и промышленность России - № 18 (230) сентябрь 2013 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 18 (230) сентябрь 2013 года

В современной России защищена первая диссертация, тематика которой связана, в частности, с предложениями по возвращению поршневых паровых машин в отечественную энергетику на современном технико-технологическом уровне как паропоршневых двигателей с высокими эксплуатационными характеристиками. Историческое событие произошло 26 июня этого года в стенах главного отраслевого вуза страны – Московского энергетического института (МЭИ).

Вообще, характер развития паровой машины в науке и практике как источника механической силы для энергетики представляется нелинейным: годы широкой применимости, периоды забвения и нового рождения. Автор этих строк попытался вспомнить такие эпизоды, ряд из которых незаслуженно забыт или малоизвестен. Однако после полувековой паузы техника пара и поршня снова возвратилась в отечественную науку и обретает реальность. Для российской энергетики нынешнего времени эти права сумел отстоять русский ученый и инженер Владимир Сергеевич Дубинин. 242‑страничный труд «Совершенствование систем энергоснабжения в газифицированных регионах России на базе поршневых технологий» на соискание ученой степени кандидата технических наук выполнен им в Национальном исследовательском университете «МЭИ» на кафедре «Тепловые электрические станции» под руководством доктора технических наук, профессора МЭИ Альберта Александровича Беляева.

Защищена работа по научной специальности 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы» в действующем при МЭИ диссертационном совете Д 212.157.14. Как официальные оппоненты соискателя выступили: доктор технических наук, профессор МЭИ Э. К. Аракелян и кандидат технических наук, ректор Московского института энергобезопасности и энергосбережения В. Д. Толмачев. Ведущую организацию представлял Институт энергетических исследований Российской академии наук (Москва). Необходимо особо подчеркнуть, что положительное решение упомянутого выше Совета было однозначным – ни одного голоса «против»! Примечателен и факт защиты этой научной работы именно в МЭИ, где шестьдесят лет назад была защищена последняя в нашей стране диссертация по поршневым паровым машинам (Кирсанов И. Н. Модернизация и реконструкция поршневых паровых машин: дис. канд. техн. наук / МЭИ. – М., 1953).

Обстоятельный научно-технический труд по современной поршневой энергетике посвящен многим ее вопросам в рамках заявленной темы и доступен для свободного ознакомления в информационно-компьютерной сети Internet на «Энергетическом сайте В. С. Дубинина» (). Автореферат диссертации выложен на интернет-портале МЭИ (;/ LANG / RUS / Publish / InfoAcadCncl / 2013 / DubininVS.pdf). Поэтому далее рассмотрим лишь некоторые новостные ее аспекты по части того, что имеет отношение к тепловым электростанциям с паропоршневыми двигателями.

Во-первых, паропоршневые электростанции (см. многочисленные публикации в газетах «Энергетика и промышленность России» и «Тепловая энергетика» за 2012‑2013 годы) заслужили «путевку» в российскую науку современности. Это следует из принятия положительного решения о защите работы на соискание ученой степени, являющегося, как известно, свидетельством признания научной общественностью результатов диссертационного исследования. А в последнем В. С. Дубинин как раз отводит паропоршневым электростанциям одно из центральных мест на арене энергетики страны.

Во-вторых, основные сведения по вопросам целесообразности и эффективности внедрения паропоршневых двигателей опубликованы соискателем как автором и в соавторстве с коллегами на страницах отечественных журналов «Промышленная энергетика» (№ 9‑11 / 2005; 1, 9 / 2006; 1, 6 / 2007; 3, 7, 8 / 2008; 1 / 2010) и «Энергобезопасность и энергосбережение» (№ 6 / 2010), признаваемых Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ ведущими научными рецензируемыми изданиями. Кроме этого, тематика паропоршневых электростанций неоднократно освещалась В. С. Дубининым с единомышленниками для обсуждений в рамках научных конференций международного уровня и даже – в докладе «Сравнительная оценка газопоршневых, паротурбинных и паропоршневых электростанций» (электронная копия доступна по ссылке ;/ sites / default / files / 2013 / 03 / doklad.pdf) на секции «Малая и нетрадиционная энергетика» Научно-технического совета РАО «ЕЭС России» в Москве 23 октября 2007 года.

В-третьих, диссертацию В. С. Дубинина следует рассматривать как настоящий свод знаний в области истории и современного применения поршневых двигателей именно парового класса. А список литературы является просто кладезем библиографической информации по становлению в России научно-практических идей создания мини-ТЭЦ особенно на базе котельных с использованием паровых двигателей: лопаточных, винтовых (обе разновидности коммерциализованы) и поршневых (разрабатываются). Поэтому, при необходимости, можно более подробно углубиться в изучение заинтересовавшего вопроса.

В-четвертых, хотелось бы сказать о так называемом «методе В. С. Дубинина» по обеспечению высокоточного поддержания частоты напряжения (как в электрических розетках наших домов) на поршневых электростанциях при работе автономно от энергосистемы, в которой качество электроэнергии регламентируется ГОСТом Р 54149‑2010. Автор диссертации разработал данный метод на основании подтвержденной им на практике собственной научной теории самостабилизации частоты вращения вала поршневого двигателя (турбина таким свойством не обладает) без (!) организации обратных связей. Одноименное с теорией явление в технике тоже было открыто В. С. Дубининым. Кстати, дальнейшим развитием этой теории занимается сегодня российский ученый Сергей Олегович Шкарупа (см. его статью в приложении 3 из монографии В. С. Дубинина «Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий», выпущенной «Издательством Московского института энергобезопасности и энергосбережения» в 2009 году).

В-пятых, справедливости ради стоит заметить, что введенный в научно-технический оборот В. С. Дубининым термин «паропоршневой двигатель» (см. выше) является, по логике вещей, обобщающим по отношению ко всем работающим на паре поршневым двигателям. Например, если мы говорим об установке с паровым поршневым двигателем, равно как с паровой турбиной, то в лингвистически краткой форме выходит «паропоршневая установка» – по аналогии с «паротурбинной установкой». Поэтому уникализировать «двигатели от В. С. Дубинина и его коллег» было бы корректно известными в истории для достижения такой цели способами – назвать по фамилии конкретного изобретателя или месту, объединяющему создателей. Существовали же ракеты «ГИРД» (Группа изучения реактивного движения) и паровой двигатель «НАМИ-012» (Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт)... А у нас будут паропоршневые двигатели «Промтеплоэнергетика» (объединенная научная группа МАИ, ВИЭСХ, МЭИ, МИЭЭ, колледжа космического машиностроения и технологии Финансово-технологической академии).

В-шестых, диссертационная работа В. С. Дубинина безусловно представляет ценность не только в научном плане, но, разумеется, и с точки зрения возможности практического внедрения ее результатов. Так, еще до ее защиты, 17 мая этого года в Москве на заседании круглого стола «Обеспечение выполнения целевых показателей объема производства электрической энергии за счет использования биоресурсов, предусматриваемых распоряжением правительства РФ № 1‑р от 8 января 2009 года» уже было рекомендовано просить Министерство образования и науки РФ включить в план работы последнего паропоршневую тематику. По данным Комитета по энергетической политике и энергоэффективности Российского союза промышленников и предпринимателей (), речь идет о перспективных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках по конверсии электростанций с двигателями внутреннего сгорания в многофункциональные энерготехнологические комплексы на базе гибридных энергоустановок: паропоршневой электростанции и малой ГЭС. Но путь от паропоршневой науки к практике в России – это тема отдельного рассказа.

ruenergetica.ru

Сравнение и оценка паропоршневых электростанций с паротурбинными и газопоршневыми

1. /malenerg_1.docСравнение и оценка паропоршневых электростанций с паротурбинными и газопоршневыми

Сравнение и оценка паропоршневых электростанций с паротурбинными и газопоршневыми

Международная научно- практическая конференция « Малая энергетика-2008»Дубинин B.C., Глотов Н.В., Королевский колледж космического машиностроения и технологий, Королёв, Московской обл.,

Лаврухин К.М., Научная группа «Промтеплоэнергетика», Москва,

Хромченко П.А., Шкарупа С.О., МАИ, Москва,

Титов Д.П., Степанова Т.А., МГАУ им В.П. Горячкина, Москва,

Алханов Д.В., Погорельский Е.И., МЭИ, Москва,

Трохин И.С., Погорельский Е.И., ГНУВИЭСХ, МоскваВ России более 1/7 части населения, то есть 22 млн. человек, проживают в районах автономного электроснабжения или ненадежного централизованного электроснабжения, занимающих более 70% территории России [1]. Поэтому задача создания источников электроэнергии работающих на дешевом местном топливе является актуальной. Это позволит исключить северный завоз и без того дорогого дизтоплива, а также повысит конкурентоспособность сельского хозяйства в условиях вступления России в ВТО. Это приведёт к повышению цен на природный газ до уровня близкого к мировым ценам к 2011 г. согласно постановлению Правительства РФ от 28 мая 2007 г. №333 [2]. Последнее означает рост тарифов на электроэнергию, так как основная ее часть вырабатывается в России на газовых электростанциях. Но ведь есть дешевое местное топливо - это, как правило, твердое топливо: дрова, отходы древесины, отходы сельхозпроизводства, бурый и каменный уголь. Для получения электроэнергии из такого топлива возможно несколько способов:

1. Получение горючего газа низкой калорийности в газогенераторе обращенного процесса с последующим использованием этого газа в газопоршневом двигателе приводящим электрогенератор.

2. Сжигание твердого топлива под паровым котлом и использование этого пара для работы паровой турбины, приводящей электрогенератор.

3. Сжигание твердого топлива под паровым котлом и использование этого пара для работы поршневого парового двигателя приводящего электрогенератор.

Такой двигатель может быть:

А) Классической паровой машиной;

Б) Паропоршневым двигателем (ПОД).

Далее проводится анализ и сравнение этих типов двигателей.

До середины 50-х годов широко применялись, как источники газообразного топлива для транспортных [3,4,5] и стационарных (привод электрогенератора) двигателей внутреннего сгорания слоевые газогенераторы на специально подготовленном топливе (высушенные чурки лиственных пород или древесный уголь). Низкая калорийность получаемого газа в таких газогенераторах объяснялась забалластированностью его азотом и углекислым газом, так как применялось воздушное дутье и азот воздуха переходил в генераторный газ. Кроме того, для уменьшения смолы в газе для работы на чурках применялся обращенный процесс [3,4,5], что дополнительно снижало калорийность газа примерно до 1000 ккал/куб.м.

Рассматривая использование генераторного газа, как топлива газопоршневых двигателей необходимо отметить, что падение мощности двигателя составляет 60 %. Это показано теоретически и подтверждено экспериментально в [3]. Там же говорится, что путём повышения степени сжатия можно снизить падение мощности до 35 %. Приведённые выше данные о падении мощности относились к довоенным двигателям с очень низкой степенью сжатия, например двигатель трактора "Фордзон" имел степень сжатия 3,94 [3]. Поэтому повышение степени сжатия до 7 давало заметный эффект [3]. Перевод серийно выпускаемых сейчас бензиновых и дизельных двигателей со степенью сжатия 7-15 на генераторный газ приведёт к падению мощности, которую уже нельзя компенсировать увеличением степени сжатия. Таким образом вывод, в работе [3], о тупиковое™ использования генераторного газа в серийных двигателях сейчас ещё более актуален, чем в 1934 г.

Если сопоставлять газопоршневой двигатель с паросиловой установкой использующей водяной пар, то по чисто термодинамическим причинам (цикл Карно) его экономичность будет выше, так как температура продуктов сгорания выше температуры пара, ограниченной теплостойкостью материалов котлов. Уже в 2000 г. зарубежные судовые дизели достигли КПД 58 % [6]. Однако, в работе газогенераторной установки горючий газ, имеющий высокую температуру, надо охлаждать перед подачей в поршневой двигатель. Это приводит к сбросу во внешнюю среду примерно 20 % теплоты сгорания твердого топлива и делает её не конкурентоспособной с паросиловой установкой на базе классической паровой машины с достаточно высокими параметрами пара. Достоинством паросиловых установок на базе классических паровых машин является практически постоянный удельный расход топлива при изменении нагрузки в широких пределах, в отличии от двигателей внутреннего сгорания при работе тех и других на синхронный электрогенератор, то есть при постоянной частоте вращения.

Это обеспечивает высокую экономичность электростанции при её работе автономно, так как электрическая нагрузка может меняться в очень широких пределах. Принципиальное отличие паросиловых установок от газовых двигателей является наличие накопителя значительной энергии в виде котла, выполняющего роль пароводяного аккумулятора, и стабильность рабочего тела. Это означает, что кратковременные нарушения в работе топки, например, при загрузке её топливом, не могут привести к остановке машины. Газогенераторный двигатель использует газ, состав которого меняется в процессе выгорания топлива или при загрузке газогенератора топливом, а это приводит к остановке двигателя. Прекращение выработки электроэнергии может привести к очень тяжелым последствиям. В [7]

указывается: «В отношении надежности газовая машина требует более тщательного ухода, чем паровая машина. По крайней мере, по данным профессора Mayer'a поршень газовой машины необходимо вынимать и чистить каждые полгода, а клапаны -притирать ежемесячно или через каждые два месяца».

Учитывая все вышесказанное, газопоршневые двигатели целесообразно применять для работы на высококалорийном газе в тех районах, где произведена газификация газом. Рассматривая же комбинированную выработку электро и тепловой энергии (когенерация) необходимо приводить технико-экономический анализ для каждого конкретного населенного пункта. Это обусловлено тем, что утилизировать тепловую энергию выхлопных газов газопоршневого двигателя гораздо сложнее, чем тепловую энергии выхлопного газа паровой машины. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стальной стенке в 10-100 раз выше, чем от выхлопных газов. Поэтому если для пара достаточно стандартного бойлера, то котел-утилизатор выхлопных газов должен иметь поверхность теплообменника в 10-100 раз большую и соответственно более высокую металлоемкость и сложность конструкции. Паровая машина или паропоршневой двигатель могут оказаться предпочтительней, если вне отопительного сезона максимальная электрическая мощность меньше чем произведение полного КПД паросиловой установки на сумму тепловой и электрической мощности. В этом случае весь пар будет полезно использован. Такой сравнительный технико-экономический анализ может провести научная группа МАИ «Промтеплоэнергетика».

Сопоставим теперь паровые турбины с поршневыми паровыми двигателями. Понятие «Паропоршневые двигатели» (ППД) было впервые введено в научный оборот научной группой «Промтеплоэнергетика» МАИ в 2003 г. [8] и опубликовано в научном журнале в 2006 г. [9]. Это высокооборотные паровые машины с частотой вращения более 1000 об/мин при этом ход и диаметр поршня ППД в несколько раз меньше чем у паровых машин равного рабочего объема. Это позволяет иметь сопоставимую с паровыми машинами скорость поршня при большей частоте вращения, а необходимый рабочий объем набирается путем применения нескольких одинаковых по геометрии и рабочему процессу цилиндров, пар через которые проходит параллельно.

Паропоршневые двигатели для энергетики, как правило, создаются на базе серийных двигателей внутреннего сгорания и являются паровыми машинами одностороннего действия. Использование изобретений сотрудников научной группы МАИ «Промтеплоэнергетика» позволяет сохранить практически всю конструкцию исходного двигателя, измению подлежит лишь механизм газораспределения. Это обеспечивает низкую стоимость в связи с тем, что исходные двигатели автомобилей и тракторов являются продукцией крупносерийного производства. С другой стороны такой подход сохраняет преемственность с паровыми машинами по рабочему процессу и дает возможность сравнивать параметры ППД с паровыми турбинами, опираясь на опубликованные результаты испытаний паровых машин.

Сравнение поршневого двигателя и турбины (обои внешнего сгорания) впервые было проведено в работе [10]. Оптимальная частота вращения ППД в 160 раз меньше турбины, что позволяет приводить им электрогенератор промышленной частоты и промышленное оборудование напрямую, без использования редуктора. Давление на выходе из турбин близко к нулю, в то время как давление на выходе этого ППД ~1,4 ат. То есть он может работать на водяном пару с противодавлением, осуществляя комбинированную выработку электроэнергии и тепловой энергии.

Сопоставляя в [11] удельный расход пара паровой машины постройки 1921 года и современных паровых турбин, составляющих в настоящее время основу энергетики России можно видеть, из таблицы 1, что они близки:

При автономной выработке электроэнергии, необходимо поддержание стабильной частоты тока 50 ± 0,2 Гц, то есть ± 0,4 % (ГОСТ 13109-9723). Для дизель-генераторы ГОСТ 13822-83 предусматривает отклонение частоты в установившихся режимах ± 1 %, а в переходных ± 5 %. В турбинах необходим автомат безопасности, так как при сбросе нагрузки они уходят в разнос. Паропоршневой двигатель может быть спроектирован так, чтобы «Разносная» частота вращения соответствовала максимальной частоте вращения исходного дизельного или бензинового двигателя. Одним из авторов статьи была предложена, возможность самостабилизации частоты вращения тепловых двигателей дискретного действия к которым относятся газопоршневые и паропоршневые двигатели [12, 13].

Вывод таков, что паропоршневые двигатели, работающие в составе паросиловой установки твердого топлива, имеют преимущества перед другими способами выработки электроэнергии из твердого топлива в значительном диапазоне параметров электропотребления.Литература

  1. Безруких П.П. и др. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. СПб «Наука» 2002
  2. О совершенствовании государственного регулирования цен на газ. Постановление Правительства Российской Федерации № 333 от 28 мая 2007 г. // Российская газета, июнь 2007 г.
  3. Мезин И.С., Седов С.Л., Черномордик Б.М., Лёгкие газогенераторы автотракторного типа. ОНТИ НКТП, 1934, Госмашметиздат.
  4. Артамонов М.Д., Тизенгаузен П.Э. Газогенераторные автомобили на лесовывозке. Гослестехиздат М. 1939г.
  5. Чигирь Б.Г. Эксплуатация судовых газогенераторных установок на лесосплаве. Гослестехиздат М. Л. 1947.
  6. Конке Г.А., Лашко В.А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования анализ международного опыта. М. Машиностроение 2005.
  7. Дуббель Г. Конструирование и расчет паровых машин. СПб издание А.С. Суворина 1907.
  8. Дубинин B.C., Лаврухин К.М., Титов Д.П. Перспективы применения паропоршневых двигателей для привода вспомогательного оборудования котельных. - Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Малая энергетика 2003» 11-14 ноября 2003 г., г. Обнинск.
  9. Титов Д.П., Дубинин B.C., Лаврухин К.М. Паровым машинам быть! - Промышленная энергетика, 2006, №1.
  10. Вуд Г., Морган Н. Сравнительная оценка поршневых двигателей и турбин для криогенных энергетических установок. // В кн. «Преобразование тепла и химической энергии в электроэнергию в ракетных системах» / Пер. с англ., ред. В.А. Кириллин и А.Е. Шейдлин. - М.: Мир, 1963.
  11. Дубинин B.C., Лаврухин К.М., Титов Д.П. О возможности применения поршневых машин в тепловой и атомной энергетике. Промышленная энергетика, 2008, №3.
  12. Дубинин B.C. Способ стабилизации частоты вращения двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 4951328/06 (055248) МКИ 5 F 02 D 45/00.Дата подачи заявки 27.06.91
  13. Дубинин B.C. Способ работы поршневой расширительной машины. Положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 4951329/29 (055249) МКИ 5 F 02 В 25/02. Дата подачи заявки 27.06.91

ОАО "Малая энергетика", www.energetica.ru

ex.kabobo.ru

Русский дизель может стать паропоршневым - № 03 (12) июнь 2014 года - Тепловая энергетика - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 03 (12) июнь 2014 года

В ходе многолетних дискуссий о необходимости такого производства между Владимиром Дубининым и ОАО «Холдинговая компания «Коломенский завод», ОАО «РУМО» (Нижний Новгород) и ОАО «Волжский дизель им. Маминых» (Балаково) наметились положительные тенденции. Важно отметить, что речь идет о создании и выпуске паропоршневых двигателей не только для генерирующих объектов распределенной энергетики (например, мини-ТЭЦ), но и для нужд российских АЭС и крупных ТЭС.

Почему не турбина?

То, что тепловые поршневые двигатели характеризуются меньшим удельным расходом рабочего тела на единицу полезной мощности, не секрет. По этому показателю лидируют поршневые приводы при их мощностях до единиц мегаватт. Здесь имеются в виду газопоршневые и дизельные двигатели мини-электростанций и мини-ТЭЦ. Если же в качестве рабочего тела будет использоваться не газовая смесь, а водяной пар, то свойство большей энергетической эффективности, по сравнению с паровыми турбинами, у паропоршневых двигателей принципиально сохраняется. Паровые турбины в наши дни производят для крупных энергоблоков (к примеру, 200 или 300 МВт) ТЭС, АЭС и конденсационных либо теплофикационных мини-ТЭС с единичными электрическими мощностями от сотен киловатт до единиц мегаватт. А поршневые паровые двигатели – паровые машины – в нашей стране не выпускают уже более полувека. Получается, что в определенном диапазоне мощностей может быть выгодно использовать в энергетике поршневые двигатели, работающие по циклу Ренкина, вместо паровых турбин, но такой отечественной техники пока нет.

Кстати, стоит сказать и о так называемых паровинтовых машинах. Они, в сущности, относятся к паротурбинной технике, так как под паровыми машинами исторически следует понимать именно поршневые паровые двигатели. У паровинтовых машин, идейно являющихся конверсией винтовых компрессоров, расширение рабочего тела происходит не с использованием профилированных лопаток, как у турбин традиционных конструкций, а с помощью винтообразных роторов, внешне напоминающих винт Архимеда. Паровинтовые машины занимают по удельному расходу пара, в общем‑то, промежуточное или даже «поршневое» место, если сравнивать их с лопаточными паровыми турбинами и зарубежными поршневыми паровыми моторами Шпиллинга (Spilling dampfmotor. – нем.) в диапазоне единичных мощностей, в частности от сотен киловатт и до мегаватта. Крупные паровинтовые машины ни в России, ни за рубежом сегодня не выпускают, ведь их область применения – это чаще всего именно мини-ТЭЦ. Паропоршневые же двигатели на базе дизелей принципиально возможно изготавливать в более широком диапазоне единичных мощностей – вплоть до пары десятков мегаватт!

АЭС и паровые ТЭС

Речь идет о перспективном использовании предложений Владимира Дубинина по конверсии дизелей типа Д49 (они выпускаются Коломенским заводом, в частности, для тепловозов и стационарных дизельных электростанций) в паропоршневые двигатели в практике главного конструктора Коломенского завода, заслуженного конструктора Российской Федерации, лауреата Государственной премии Валерия Рыжова. С их помощью можно обеспечивать непосредственный привод питательных и сетевых насосов, дымососов, дутьевых вентиляторов ТЭС.

Кроме применения таких паропоршневых двигателей на ТЭС, принципиально возможна их работа на насыщенном паре для привода главных циркуляционных насосов АЭС. Рассматриваемые паропоршневые двигатели могут быть предназначены и для привода электромашинных генераторов собственных нужд ТЭС или АЭС, вырабатывающих электрическую энергию, в частности, на питание нагрузки систем станционной автоматики и освещения.

Стоит заметить, что все сказанное об областях применения паропоршневых двигателей на базе дизелей типа Д49, предлагаемых Владимиром Дубининым, принципиально распространяется и на парогазовые ТЭС. Только рассматривать здесь нужно паросиловую часть таких ТЭС.

Паровые мини-ТЭС

Предложения Владимира Дубинина по конверсии дизелей в паропоршневые двигатели с точки зрения их целевого использования касаются, помимо АЭС и крупных паровых ТЭС, еще и генерирующих объектов распределенной энергетики России. Учитывая, что имеются в виду энергетические установки, в которых используется пар, к таковым относятся, в частности, мини-ТЭЦ и котельные с паровыми котлами. При этом внедрение паропоршневых двигателей в котельных подразумевает перевод последних в режим когенерации тепловой и электрической энергии.

В энергетической стратегии ЗАО «Трансмашхолдинг» (куда входит ряд ведущих предприятий транспортного машиностроения России – Коломенский завод, Брянский машиностроительный завод, «Пензадизельмаш» и другие), утвержденной 4 октября 2008 года, запланирована разработка генерирующих систем распределенной энергетики. В частности, речь идет о проекте создания паропоршневых машин (двигателей) на основе дизелей Коломенского завода для паросиловых установок, работающих на твердом топливе. В таких источниках электрической и тепловой энергии остро нуждаются потребители в регионах России, удаленных от газовых магистралей и находящихся в зонах децентрализованного электроснабжения.

Предложения Владимира Дубинина, касающиеся конверсии отечественных дизелей в паропоршневые двигатели для таких паросиловых установок (мини-ТЭЦ), принципиально поддержаны специалистами еще двух двигателестроительных заводов России. Так, директор по разработке и конструированию двигателей и электрических агрегатов – главный конструктор ОАО «РУМО» Александр Лимонов в 2013 году одобрил такие предложения при использовании дизелей, выпускаемых этим предприятием, в качестве конверсионной основы для паропоршневых двигателей. «Волжский дизель» поддержал предложение Дубинина по замене выбывающих из эксплуатации генерирующих мощностей большой энергетики и воздушных линий электропередачи на распределенные когенерационные поршневые установки, работающие автономно от централизованных электрических сетей без протяженных электрических и тепловых сетей. На этом предприятии приняты решения о создании инженерной группы по разработке паропоршневых двигателей на базе дизелей собственного производства и о выпуске когенерационных энергетических комплексов на основе этих паропоршневых двигателей.

Примеры

На рис. 1 показан фрагмент упрощенной электротепловой схемы включения паропоршневого двигателя ППД, управляемого по сигналам системы автоматического управления ССАУ, на паровой ТЭС для привода электрогенератора ЭГ, питающего нагрузку собственных нужд НСН потребителей электростанции. Выхлоп из ППД утилизируется в конденсатор отработавшего пара КОП. Система высокоточной стабилизации электрической частоты СВСЭЧ, как возможный вариант, классическая, с выпрямителем ВН и инвертором ИН напряжения. Имеется в ее составе и резервная аккумуляторная батарея АБ. Пунктирной линией условно показана байпасная электрическая цепь.

На рис. 2, где ряд обозначений совпадает с указанными на рис. 1, приведен фрагмент упрощенной электротепловой схемы включения паропоршневого двигателя ППД на паровой мини-ТЭЦ, питающей внешнюю нагрузку ВН и НСН потребителей, с самостабилизацией частоты вращения выходного вала ППД по методу Владимира Дубинина без обратных связей (положительное решение о выдаче патента России на изобретение по заявке № 4951329 / 29 (055249), поданной 27 июня 1991 года). ППД здесь питается импульсами источника свежего пара ИИСП. Отработавший пар от ППД поступает в пароводяной теплообменник ПВТ.

www.eprussia.ru


Видеоматериалы

24.10.2018

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Подробнее...
23.10.2018

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

Подробнее...
22.10.2018

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Подробнее...
22.10.2018

Столичный Водоканал готовится к зиме

Подробнее...
17.10.2018

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Подробнее...

Актуальные темы

13.05.2018

Формирование энергосберегающего поведения граждан

 

Подробнее...
29.03.2018

ОТЧЕТ о деятельности министерства энергетики, ЖКХ и тарифной политики Кабардино-Балкарской Республики в сфере государственного регулирования и контроля цен и тарифов в 2012 году и об основных задачах на 2013 год

Подробнее...
13.03.2018

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

Подробнее...
11.03.2018

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

 
Подробнее...

inetpriem


<< < Ноябрь 2013 > >>
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
        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  

calc

banner-calc

Карта Сайта