УДК 62-97/-98(608.4)

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Шеберов Павел Андреевич1, Фирсова Екатерина Васильевна2
1Оренбургский государственный университет, студент кафедры теплоэнергетики
2Оренбургский государственный университет, ассистент кафедры теплоэнергетики

Аннотация
В настоящее время представлено большое количество разработок комбинированных источников энергий, которые основаны на доработке уже существующих. Для определения области рассмотрения и изобретения подобных установок нами представлена сравнительная характеристика микротурбин на мировом рынке.

Ключевые слова: когенерация, Микротурбина, миротурбинные двигатели, тригенерация., турбина, энергосбережение, энергоэффективность


ANALYSIS OF MODERN MIKROTURBINNYH ENGINES

Sheberov Pavel Andreyevich1, Firsova Ekaterina Vasilievna2
1Orenburg State University, student of the Department of power engineering
2Orenburg State University, assistant Department of heat power engineering

Abstract
Currently, a large number of development of combined energy sources that are based on refining existing ones. To define the area of consideration and the invention of such installations we presented the comparative characteristic of the micro-navigation in the world market.

Библиографическая ссылка на статью:
Шеберов П.А., Фирсова Е.В. Анализ современных микротурбинных двигателей // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3657 (дата обращения: 26.05.2017).

В связи с принятием Федерального Закона № 261 от 23 ноября
2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», стало необходимым получать электрическую и тепловую энергию с меньшими затратами энергоресурсов, чем в предыдущий отчетный период. Благодаря чему на рынке появились энергоэффективные генерирующие установки новых типов.

Разновидностью таких установок являются микротурбинные двигатели (МТД). Они работают на разных видах топлива:

  • Природный газ высокого или низкого давления по ГОСТ Р 5542-87
    • Биогаз: мусорный газ; газ, получающийся при очистке сточных вод; анаэробный газ;
  • Попутный нефтяной газ, факельный газ;
    • Жидкие виды топлива: керосин, дизельное топливо, биодизельное топливо;
  • Низкокалорийные газы;
  • Газы с нестабильными характеристиками состава;
  • Сжиженный газ: природный газ (метан), пропан-бутан;
  • Шахтный метан, метан угольных пластов;
  • Коксовые газы;
  • Сингаз (синтез-газ);

Данный двигатель представляет собой компактное модульное устройство, производящие как электроэнергию, так и тепло низкого и высокого потенциала.

Микротурбина по сравнению с газопоршневыми установками (ГПУ) имеет ряд преимуществ:

- возможность работы в течение длительного времени при низких нагрузках,

- низкий уровень выбросов, вибраций, шума,

- работа без смазок и моторного масла,

- низкая стоимость эксплуатационных расходов

- длительный ресурс до капитального ремонта,

- возможность работы на различных видах топлива

- высокая надежность.

Несмотря на свою компактность и простоту в эксплуатации, микротурбина может выступать как полноценный автономный источник энергии, способный обеспечить теплом и электроэнергией разные объекты: детские сады, образовательные учреждения, торговые центры.

Из групп микротурбин разных моделей и размеров можно смонтировать мини-ТЭЦ мощностью 3-5 МВт.  Что позволяет сократить размеры выделенных бюджетных средств по сравнению с возведением и реконструкцией ТЭЦ и организацией сетевого подключения.

Микротурбины используются в качестве резервного источника энергии на специальных объектах (больницы, военные и стратегические объекты),относящихся к первой категории энергопотребления.

Конструкцию микротурбины придумал и воплотил в жизнь Томас Генри почти 100 лет назад. Но, несмотря на это, в энергетических установках они стали появляться буквально 20-30 лет назад. Использование микротурбин позволило сделать установки энергоэффективными.

В настоящее время на рынке представлено около двадцати производителей установок на базе микротурбинного двигателя. Нами были проанализированы десять лидирующих фирм: Alstomс, Calnetix, Turbec, Centrax, Hitachi, Capstone, Turbec, Pratt&Whitney, Siemens, OPRA.

В данной работе представлены три компании с самыми подходящими, по нашему мнению, для потребителей нормативными параметрами. За основу взяты турбины мощностью  до 100 кВт.

1. Микротурбины Capstone — это оборудование, представляющее собой газовые турбины малой мощности для автономного теплоэнергоснабжения потребителей. Модель Capstone С65, имеющая электрическую мощность 65 кВт. (Таблица 1)

Достоинства

Недостатки

  • малые габариты (1956/762/2110 мм);
  • малый вес установки (1121 кг);
  • использование современных технологий в конструкции узлов (воздушных подшипников);
  • низкий уровень шума
    (не более 60 дБ на10 м);
  • автономный режим работы;
  • высокий КПД когенерационной системы (до 90%).
  •  Низкий КПД по электричеству (29%)

Таблица 1- Capstone С65

2.Микротурбины итальянской фирмы Turbec серии T100. Электрическая мощность 100 кВт. Представляют собой модульные системы, которые предназначены для выработки электроэнергии и тепла. Достоинства и недостатки которой представлены в таблице 2.

Достоинства

Недостатки

  • эксплуатация в автономном режиме;
  • возможность работать в широком диапазоне нагрузок;
  • отсутствие большого количества трущихся и вращающихся частей;
  • возможность работы на низкокалорийных топливах с минимальной концентрацией метана
    (до 30%);
  • практически полное отсутствие вибраций.
  • вредные вещества в выхлопе
    (<15 ppm);
  • низкий КПД когенерационной системы (77%);
  • средние габаритные размеры (2770х900х1810 мм);
  • самая шумная установка среди образцов (70 дБ на1 м);
  • низкий электрический КПД (32%).

Таблица 2- Turbec серии T100

3. Микротурбина Calnetix – Elliott TA-100. Она выпускается с 2004 года и по настоящее время. Основное их применение приходится на малые офисные комплексы, развлекательные и торговые центры. Микротурбина TA-100 – это блочная микротурбинная когенерационная установка, электрической мощностью – 100 кВт.( Таблица 3).

Достоинства

Недостатки
  • высокая тепловая мощность
    (158-172 кВт);
  • низкий выброс вредных веществ
    (< 9 ppm);
  • эксплуатация в автономном и параллельном с сетью режиме;
  • низкий уровень шума
    (75 dB на10 м).
 

  • самые большие габариты (3100х850х1930 мм)
  • низкий электрический КПД (28%)
  • большой расход топлива
    (газа 39 м3/час).

Таблица 3- Calnetix-Elliott TA-100

Микротурбина Capstone С65 рассмотрена мощностью на 35 кВт меньше, чем остальные. По своим параметрам она не уступает установкам в100 кВт.

Главное преимущество всех микротурбин заключается в возможности каскадного использования. Использование каскада МТД дает следующие преимущества:

1. проводить их сервисное обслуживание, не прерывая подачу вырабатываемых энергий на объект;

2. плавно увеличивать и уменьшать тепловую мощность в весенний и осенний периоды отопительного сезона соответственно.

Самыми распространенными недостатками современных установок на базе микротурбинных двигателей являются:

  • отсутствие соотношение массогабаритных характеристик и возможности выработки одновременно трех видов энергий;
  • в случае малых габаритов, либо низкого выброса вредных
    веществ – коэффициент полезного действия меньше, чем у других моделей;
  • высокая стоимость технического обслуживания.

Библиографический список
  1. http://www.capstone.ru/ – официальный сайт Capstone Turbine Corporation.
  2. http://www.turbec.com/ – официальный сайт Turbec.
  3. http://www.calnetix.com/ – официальный сайт Calnetix.
  4. Фирсова Е.В., Соколов В.Ю., Чичирова Н.Д. / Особенности выбора микротурбинного двигателя для тригенерационных циклов / Труды Академэнерго. 2013. № 1. стр. 85-94.


Все статьи автора «PavelSheberov»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: