Микротурбинные установки

 

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

_____________________________________________________

Казанский  государственный 

энергетический  университет

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Электрические станции»

 

 

 

 

 

 

 

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

На Тему:

МИКРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ.

 

 

 

 

Выполнил:Галеев Р.И

Группа Э-1-08

Проверил:Федотов Е.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань  2012

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. Введение.
2. Передовые микротурбинные технологии Capstone.
3. Ключевые свойства микротурбин Capstone.
4. Преимущества автономных электростанций на базе микротурбин.
5. Области применения в энергетике
6. Принцип работы микротурбины
7. Режим работы
8. Устройство микротурбинной установки
9. Топливная система
10. Камера сгорания
11. Система контроля и управления
12. Схема управления микротурбины
13. Варианты комплектации
14. Мировой опыт практичевкого применения микротурбин
15. Примеры применения микротубин в мире
16. Вывод
17. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Долгое время в России централизованная энергетика не имела  достаточного финансирования, и, как  следствие, применяемое оборудование и технологии морально и физически  устарели. Механизм реформирования энергетической отрасли был запущен совсем недавно. Для устранения существующих проблем потребуются огромные инвестиции и не менее 5 лет для получения первых ощутимых результатов.

В сложившейся ситуации первостепенную роль играет выработка нового подхода  к энергообеспечению потребителей, способного поддержать отрасль в  период реформ и, в последствии, стать  качественным дополнением энергетической инфраструктуры страны. Малая энергетика и автономная генерация вполне могли  бы стать такой опорой. Но для  оптимизации электро- и теплоснабжения необходимо применение инновационных  технологий и оборудования.

Такие технологии существуют! Современные источники выработки  энергии — микротурбины Capstone — компактные, надежные и экономичные, позволяют осуществлять энергоснабжение на основании концепции распределенной энергетики, которая уже давно и эффективно используется во многих странах мира. В соответствии с этой концепцией производители электроэнергии и тепла максимально приближены к потребителю и сбалансированы с ним по нагрузке. Трансфер ведущих мировых достижений в области теплоэнергоснабжения и приход на российский рынок нового поколения генерирующего оборудования, такого как Capstone, дали мощный импульс к развитию малой энергетики в России, сдерживаемому слабой отечественной материально-технической базой. Новейшие технические разработки и более чем 100 патентов позволяют выделить микротурбины Capstone в отдельный класс энергетических установок.

Как и любая знаковая инновация  — микротурбины, придя на мировой  рынок, столкнулись с консерватизмом потребителей и скепсисом конкурентов. Но уже через несколько лет стали очевидны их преимущества, и энергоустановки Capstone получили широкое распространение во всем мире. Микротурбины Capstone сродни персональному компьютеру, их система управления максимально проста для пользователя и подчинена главному принципу «включи и работай». Пройдет еще несколько лет и микротурбины, как в свое время компьютерные технологии, станут незаменимым атрибутом глобальной экономической инфраструктуры, снабжая качественной энергией всевозможные объекты: муниципальные образования, торговые и развлекательные центры, школы и больницы, стадионы и аквапарки, предприятия транспорта и связи, частные жилые дома, промышленные предприятия самых различных отраслей экономики.

Рыночные механизмы в  российской энергетике подталкивают потребителей к разумному инвестированию, повышению надежности и отдачи от каждого вложенного рубля, стремлению к экономии, прежде всего, в долгосрочной перспективе. Учитывая низкие эксплуатационные расходы, совокупные затраты на внедрение микротурбин сравнимы, а в ряде случаев даже ниже традиционных решений.

Интегрированная инжиниринговая компания БПЦ Инжиниринг, являясь  эксклюзивным представителем оборудования Capstone на территории России, стран СНГ и Прибалтики с 2002 года, накопила значительный опыт в области построения и эксплуатации распределенных энергетических систем. Издание, которое вы держите в руках, позволит подробно ознакомиться со всеми преимуществами микротурбин, техническими характеристиками и мировой практикой. В России на сегодняшний день функционирует более 700 микротурбинных установок Capstone. Об отечественном опыте их применения Вы можете узнать на страницах специального издания «Успешные отраслевые решения».

Количество проектов энергообеспечения  на базе микротурбин ежегодно растет. Мы надеемся, что наш опыт и передовые  технологии Capstone помогут в решении и Ваших энергетических задач!

Передовые микротурбинные технологии Capstone.

 

Микротурбины Capstone — это современное оборудование для автономного теплоэнергоснабжения потребителей, сочетающее в себе отличные технические и эксплуатационные характеристики. Непревзойденные потребительские свойства и тщательная проработка всех элементов с применением инновационных технологий Capstone Turbine Corporation, защищенных более чем 100 патентами, позволяют выделить микротурбины в отдельный класс энергогенерирующего оборудования. Микротурбины идеально отвечают нуждам современной распределенной энергетики, прежде всего, за счет своих конструктивных особенностей.

Микротурбинный двигатель  состоит всего из одной движущейся детали — вращающегося вала, на котором соосно расположены электрический генератор, компрессор и непосредственно турбина. В установке не используются редукторы или другие механические приводы. Уникальной конструктивной особенностью двигателя является применение воздушных подшипников, за счет которых достигается рекордная скорость вращения вала — 96 000 оборотов в минуту. Эта инновация дает возможность отказаться от использования масла, высокий расход которого у других видов оборудования составляет значительную часть эксплуатационных затрат.

Низкие рабочие температуры  снижают уровень эмиссии окислов  азота, благодаря чему уровень выбросов СО и NO_х не превышает 9 ppm, что позволяет отнести микротурбины к одному из самых экологически чистых источников генерации энергии.

Другой уникальной особенностью турбин Capstone является компоновка основных узлов агрегата. В компактном корпусе размещены компрессор, камера сгорания, рекуператор, непосредственно турбина и постоянные магниты электрогенератора. Генератор охлаждается набегающим потоком воздуха, что исключает необходимость организации системы жидкостного охлаждения и повышает надежность и экономичность оборудования в процессе эксплуатации. Благодаря использованию воздухо-воздушного теплообменника (рекуператора) в конструкции турбодвигателя, микротурбины имеют высокий для турбогенераторов электрический КПД — до 35%. Рекуператор использует тепловую энергию выхлопа для предварительного нагрева воздуха в камере сгорания, что позволяет снизить объем потребляемого топлива практически в два раза.

Благодаря высокой степени  автоматизации энергосистема на базе микротурбин может функционировать  без постоянного присутствия  обслуживающего персонала. Контроль над  работой турбин осуществляется посредством микропроцессорной системы автоматического управления через GSM модем, координирующий работу установок вне зависимости от их расположения. Это позволяет размещать установки в труднодоступных районах на необслуживаемых объектах, таких как радиорилейные станции и линейная часть газопроводов.

В совокупности эти свойства обеспечивают надежную работу оборудования и позволяют минимизировать время  технического обслуживания. Срок до капитального ремонта микротурбин при соблюдении условий эксплуатации составляет 60 000 часов, а периодические сервисные работы производятся каждые 8000 часов, т. е. не чаще 1 раза в год. Различные модификации микротурбинных установок дают возможность индивидуального подхода к решению задач автономного энергоснабжения различных групп потребителей.

 

 

Ключевые свойства микротурбин  Capstone.

-Простая конструкция и отсутствие трущихся деталей, обеспечивающие высокую надежность; быстроту и легкость монтажа, подключения к топливным и электрическим коммуникациям; возможность сервисного обслуживания и капитального ремонта на месте эксплуатации в течение 1 дня.

-Уникальные воздушные  подшипники, исключающие необходимость  использования моторного масла,  охлаждающей жидкости и лубрикантов.

-Низкий уровень шума (до 60 dBA) и вибраций дающие широкие  возможности для выбора места  размещения.

-Периодическое сервисное  обслуживание каждые 8000 часов, не  чаще 1 раза в год.

-Удобная система дистанционного  мониторинга и контроля параметров  работы микротурбины через GSM модем.

-Эластичность к нагрузкам,  способность работать в диапазоне  нагрузки от 0 до 100% без остановок  и снижения ресурса.

-Потребление широкого  спектра топлива, в том числе  с нестабильными характеристиками  состава и содержанием сероводорода  до 7%.

-Непрерывность работы  в автономном режиме или параллельно  с централизованной сетью.

-Ресурс до капитального  ремонта — до 60 000 часов.

-Высокий КПД в режиме  когенерации и тригенерации —  до 92%.

-Компактные размеры, надежная  опорная поверхность.

-Интегрированная система  синхронизации и защиты энергомодуля.

-Одни из лучших в  мире экологических показателей  — уровень выбросов парниковых  газов не превышает 9 ppm.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества автономных электростанций на базе микротурбин.

Высокая экономическая эффективность.

Окупаемость инвестиций в  среднем 2-4 года, доходность проектов свыше 30%, себестоимость выработки электроэнергии в 2 раза ниже сетевых тарифов.

Высокая энергоэффективность и энергосбережение

Получение максимальной отдачи за счет когене-рации и тригенерации, коэффициент использования топлива свыше 90%.

Низкие  затраты на строительство

Не требуется больших  финансовых и трудовых затрат на проектные, строительные и монтажные работы за счет легкости установки и запуска микротурбин в работу. Отсутствие дополнительных затрат на создание высоких дымовых труб и специального фундамента.

Низкие  эксплуатационные затраты

Отсутствие охлаждающей  жидкости, смазок и лубрикантов, потребность  в сервисном обслуживании не чаще 1 раза в 8000 часов, ресурс до капитального ремонта — до 60 000 часов.

Компактность  и мобильность

Небольшие размеры, возможность  быстрого подключения дополнительных энергоблоков к уже работающей станции.

Короткие  сроки ввода в эксплуатацию

Средний срок ввода электростанции в эксплуатацию — 9-15 месяцев.

Высокая степень автоматизации

Возможность работы в автоматическом режиме, не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, программирование режимов работы на любой период времени, возможность удаленного управления (например, через интернет) работой любого количества микротурбин из любой точки земного шара.

Масштабируемость  и модульность

Широкий диапазон мощностей  от 30 кВт до 20 М Вт, поставка блоками  необходимой мощности.

Высокая надежность

За счет внутреннего резервирования, модульности, возможности резервирования от централизованной сети.

 

Области применения в энергетике

Цели применения:

-Создание дополнительных энергетических мощностей для удовлетворения спроса на энергию в условиях реформирования централизованной энергетики.

-Оптимизация затрат на строительство энергосетей.

-Обеспечение собственных нужд объектов централизованной энергетики.

-Резервирование.

Эффект применения:

-Снятие проблемы транспортных потерь и энергодефицита на местном уровне.

-П овышение надежности энергоснабжения.

-Ускорение отдачи капиталовложений за счет быстрого ввода мощностей.

-С нижение себестоимости энергии.

 

Принцип работы микротурбины

Рис.1     Энегетический цикл

Принцип работы микротурбин Capstone схематично показан на рис.1. Перед подачей в микротурбину внешний воздух проходит через входной воздушный фильтр малого сопротивления, использующийся для очистки воздуха, а также для снижения потери мощности двигателя. Отфильтрованный внешний воздух проходя через генератор охлаждает обмотки статора, что позволяет отказаться от использования дополнительных устройств охлаждения генератора. Уменьшение числа компонентов двигателя ведет к упрощению конструкции, сведению к минимуму риска поломки отдельной составной части и, как следствие, повышению надежности всей системы. Компрессор увеличивает давление воздуха, откуда сжатый воздух поступает в рекуператор. Использование рекуператора повышает электрический КПД двигателя и позволяет в 2 раза снизить объем потребляемого топлива за счет использования тепловой энергии выхлопа для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания. Нагретый сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где смешивается топливом, и происходит возгорание смеси. Горение топливно-воздушной смеси происходит при постоянном давлении и низких рабочих температурах, что приводит к снижению вредных атмосферных выбросов. Камера сгорания и колесо турбины выполнены из специальных высокотемпературных материалов, что дает возможность использовать широкий диапазон топлива с различной теплотворной способностью. Специальные антикоррозийные материалы, примененные в составе системы подвода топлива к форсункам, позволяют микротурбине работать на высокосернистом топливе с содержанием сероводорода (H2S) до 7%. Условно низкие температуры сгорания топлива (510-954 °С), при которых достигается минимальный уровень вредных выбросов в атмосферу, являются достаточными для сжигания высокосернистого газа без нанесения вреда двигателю. Температура выхлопных газов (260-309 °С) препятствуют образованию конденсата серной кислоты и, как следствие, быстрому износу деталей турбины. Это также является одним из факторов увеличения ресурса до капитального ремонта.