ВТЭС-1 - первая модель проекта "КРОПАТ"

Первой энергоустановкой, разработанной в рамках проекта "КРОПАТ", стала всетопливная автономная электростанция (модель ВТЭС-1). По общепринятой терминологии, ВТЭС-1 является когенерационной установкой (сокращенно КГУ), так как она наряду с электроэнергией вырабатывает полезную тепловую энергию, которую, как правило, потребитель использует для отопления или горячего водоснабжения. Иногда такие установки называют микро- или мини-ТЭЦ.

ВТЭС-1 "КРОПАТ" предназначена для обеспечения частных домов (и прочих небольших строений) электрической и тепловой энергией, используя в качестве топлива различные виды топлива, в том числе газ, пеллеты, дрова, уголь, нефтепродукты, отходы сельхозпродукции и деревообработки и т.д.

Основные технические характеристики ВТЭС-1 приведены в таблице ниже. Приведенные параметры являются ориентировочными и основываются на данных прототипа ВТЭС-1.

CHP KROPAT.jpeg

На фото : опытный образец ВТЭС-1 "КРОПАТ", проходящий испытания.

%D0%A2%D0%B0%D0%B1%D0%BB%20%D0%A0%D1%83%

По устройству ВТЭС делится на несколько основных функциональных агрегатов, работающих следующим образом. Из водяного бака в паровой котел подается вода при помощи питательного насоса. При сгорании топлива в горелочном устройстве в паровом котле вода нагревается, испаряется и доводится до рабочего давления в виде водяного пара. Далее пар подается в паровой двигатель, который под действием пара совершает полезную работу, вращая электрогенератор. Генератор вырабатывает ток, который направляется потребителю. Отработавший пар поступает в конденсационные теплообменники, где конденсируется в воду, отдавая тепло охлаждающей жидкости. Эта нагретая жидкость далее передает свою тепловую энергию потребителю для отопления и ГВС. Конденсатная вода снова поступает в котел, замыкая рабочий цикл ВТЭС.

Выше приведена схема основных элементов ВТЭС и перетоков энергии, пара и воды между ними. Все элементы ВТЭС заключены в моноблочный корпус, кроме радиаторов отопления. Радиаторы отопления, изображенные на схеме, не входят в ВТЭС, и могут быть заменены на другое устройство распределения тепла по дому. Например, в случае воздушного отопления это может быть АВО (аппарат воздушного отопления), снабженный вентилятором и водяным калорифером.

Размеры корпуса ВТЭС примерно соответствуют габаритам большого бытового холодильника. Размещение ВТЭС - напольное, в отдельном помещении в доме, предназначенном под котельную.

 

На входе в ВТЭС - устройство подачи топлива, ввод охлажденной воды или антифриза из отопительного контура дома; на выходе ВТЭС - дымовая труба, вывод горячей воды или антифриза для отопления дома, электрическая розетка 220 Вольт для подключения к электрическим приборам.

ВТЭС в принципе может работать на любом топливе, но для этого может понадобиться разное оснащение парового котла. Поэтому модель ВТЭС-1 может быть в нескольких вариантах изготовления, предназначенных под разное топливо - дрова, уголь, пеллеты и т.д. Если потребитель захочет перейти, например, с дров на уголь, то нужно будет поменять на ВТЭС ее котел на другой, специально адаптированный под соответствующее топливо. Но в случае жидкого топлива, газа или пеллет котел является универсальным, и например, в случае использования пеллет вместо газа - достаточно поменять блок горелочного устройства и устройство подачи топлива, а сам котел останется прежним.

Паровой котел ВТЭС - прямоточного типа, представляющий собой систему из нескольких трубчатых теплообменников, по которым проходят вода и пар. Котел данного типа является взрывобезопасным, в отличие от обычного парового котла (в виде большой емкости). В случае разрыва трубки прямоточного котла (при превышении давления или аварии), из места разрыва начинает выходить содержимое в виде небольшой струи, которая остается внутри корпуса ВТЭС. При этом система управления останавливает ВТЭС и блокирует подачу топлива.

В качестве теплоносителя в системе отопления и теплообменнике «пар-вода» может использоваться антифриз.

ВТЭС является полностью энергонезависимой от внешней электрической сети, так как все электрические системы, включая вентилятор камеры сгорания, подключена к ее электрогенератору. Для потребителя ВТЭС выдает электрический ток напряжением 220 В синусоидальной формы (схема электрогенерации приведена ниже).

Система управления ВТЭС — полностью автоматическая, что исключает необходимость постоянного участия пользователя в работе ВТЭС. Все необходимые показатели по работе ВТЭС выводятся на дисплей и могут контролироваться пользователем.

ВТЭС оснащен многоуровневой системой безопасности: на утечку теплоносителя или воды из системы котел-бак, на перегрев в корпусе, на превышение электрических параметров, на остановку двигателя, на отсутствие подачи газа, на отсутствие тяги в камере сгорания, и другие.

Система генерации и аккумулирования электроэнергии ВТЭС-1

На иллюстрации справа приведена схема генерации и преобразования электрической энергии, которая разработана для модели ВТЭС-1.  Как показано на схеме, для выработки электроэнергии паровой двигатель приводит в действие генератор, который выдает постоянный ток напряжением 12 или 24 Вольта. Двигатель работает в режиме постоянной мощности и обеспечивает выходную мощность 1 КВт, которая является самой эффективной и экономичной по потреблению топлива на выработанный КВт*час. Также потребитель может увеличить или уменьшить текущую мощность двигателя и, соответственно, генератора путем изменения настроек системы управления ВТЭС. При этом также изменится потребление топлива.

%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D0%AD%D0%

Блок силовой электроники управляет распределением тока, вырабатываемого генератором. Когда текущее потребление электричества в доме меньше выработки от генератора, то избыток направляется в аккумулятор. Если же домовые потребители требуют большей электрической мощности, чем поступает от генератора, то нехватка восполняется аккумулятором. А если аккумулятор заряжен полностью, а текущее домашнее потребление электричества все равно меньше, чем производит генератор, то блок управления направляет избыток электроэнергии в блок балластных ТЭНов, которые нагреваются и рассеивают тепло в атмосфере. Чтобы не расходовать топливо на бесполезную работу этих нагревателей, система управления ВТЭС сразу уменьшает подачу топлива и снижает мощность двигателя. Вместе с этим снижается электрическая мощность генератора и баланс потоков электроэнергии между потребителями и аккумулятором восстанавливается. Аналогично по команде блока управления происходит увеличение подачи топлива, мощности двигателя и выработки электричества, когда запас энергии аккумулятора подходит к концу, а потребление электричества остается выше текущего уровня мощности генератора.

После блока силовой электроники постоянный ток поступает в инвертор, где преобразуется в переменный ток напряжением 220 Вольт, который потребитель получает через электрические розетки, установленные на корпусе ВТЭС.

В настоящий момент модель ВТЭС-1 существует в виде прототипа и проходит различные испытания и доработки. Посмотреть видеоматериалы об испытаниях можно на странице: