Где и как могут применяться технологии, лежащие в основе ВТЭС?

В процессе развития нашего проекта были разработаны несколько инновационных технологий, главной из которых является паровой двигатель КРОПАТ. На базе этого двигателя создан прототип ВТЭС и запланирована разработка целого модельного ряда таких электростанций различной мощности. Но паровой двигатель КРОПАТ может приводить в действие не только электростанцию, но и другие механизмы, агрегаты и средства транспорта, используя твердое топливо (и любое другое). На этой странице рассказывается, в каких сферах деятельности человека может применяться двигатель КРОПАТ, исходя из его технических особенностей, и в составе других технологий, разработанных для ВТЭС.

 

Эта информация будет интересна не только инвесторам и промышленным компаниям, интересующимся новыми типами двигателей на твердом топливе, но и всем желающим узнать перспективы развития различных видов всетопливной техники.

Команда проекта КРОПАТ предлагает сотрудничество в разработке любого из нижеперечисленных видов техники, адаптации для нее всетопливного парового двигателя и внедрении ее в серийное производство

"Домашние" автономные электростанции

Одна из самых актуальных задач малой энергетики - это создание автономной электростанции, способной полностью обеспечить частный дом электричеством и отоплением, независимо от погоды, времени суток и сезона года. В этом случае можно говорить о полноценной микрогенерации - производстве энергии самими домовладельцами, которое можно поставлять другим потребителям в рамках одного поселения или района. Тогда можно внедрить модель "распределенной энергетики" и отказаться или сократить поставки энергии от "больших" электростанций, работающих на общую электросеть в масштабах страны или региона.

 

Именно эту задачу решает первая модель проекта КРОПАТ - ВТЭС-1. В отличие от прочих малых электростанций на газе и дизельном топливе, ВТЭС-1 способен работать на недорогом твердом топливе. Кроме того, ВТЭС-1 параллельно с электричеством обеспечивает дом отоплением и горячей водой, не увеличивая потребление топлива.

Промышленные электростанции

Конструктивно технологии КРОПАТ позволяют создавать и мощные всетопливные электростанции на основе парового двигателя, с электрической мощностью десятки и сотни киловатт. ВТЭС такой мощности уже могут обеспечивать электричеством и теплом достаточно большие предприятия, жилые поселения, и другие удаленные объекты. И если рядом есть доступный источник недорогого твердого топлива (дрова, щепа, уголь), то пользователи смогут экономить не только на самом топливе, но и на его доставке, стоимость которой в условиях северных регионов Сибири и Дальнего Востока может в разы превысить стоимость самого топлива.

Котельные с генерацией электричества

В России многие жилые поселения (микрорайоны, поселки, малые города и т.д.) отапливаются не городскими ТЭЦ, а местными котельными, работающими на самом разном топливе. В отличие от ТЭЦ, котельные не производят электричество, а дают только горячую воду. Это связано с тем, что котельные имеют гораздо меньшую тепловую мощность, чем ТЭЦ, и применение паровых турбин, как на ТЭЦ, неэффективно ни технически, ни экономически.

А если котельную оснастить ВТЭС с нужной тепловой мощностью вместо обычного отопительного котла, то помимо отопления, жилье будет обеспечено "своей" электроэнергией. Причем объем вырабатываемого электричества будет превосходить обычное потребление жилого сектора, и его можно будет направлять на продажу внешним потребителям. Применение ВТЭС в котельной можно осуществлять на том же топливе, которое использовалось и в отопительном котле.

Гибридные дизель-паровые электростанции

Обычные дизель-электрические станции (ДЭС), часто используемые в качестве автономных электростанций, имеют "электрический" КПД от 30 до 40%. Это значит, что больше половины тепловой энергии, образующейся при работе дизельного двигателя, уходит в "атмосферу" в виде выхлопных газов и тепла, выделяемого системой охлаждения. Но эту тепловую энергию вполне можно использовать для нагрева воды и создания пара для работы парового двигателя и выработки электричества. Таким образом, ДЭС можно оснастить дополнительным модулем с ВТЭС подходящей мощности и добиться суммарного КПД по электричеству свыше 50%. Это резко повысит эффективность работы ДЭС и снизит расход топлива на каждый вырабатываемый киловатт-час.

В настоящее время существуют аналогичные решения для "больших" ТЭЦ в виде ПГУ (парогазовые установки). В них сначала топливо сжигается в газовых турбинах, а потом отходящее тепло используется для работы паровых турбин. ПГУ обладают самым большим КПД среди всех способов выработки электричества путем сжигания топлива, но имеют ограничение по мощности снизу - не менее 100 МВт. Создание гибридных установок ДЭС-ВТЭС может распространить такое эффективное решение на мощности от единиц киловатт до мегаватт.

Когенерационные установки

Практически ВТЭС уже является когенерационной установкой, если вырабатываемое ею тепло не рассеивать в атмосфере, а использовать на пользу потребителю, например, для отопления. Технически это осуществить очень просто, так как тепло от ВТЭС исходит в виде горячей воды. Работа ВТЭС в режиме когенерации (например, зимой) особенно выгодна пользователю, так как он получает "бесплатное" отопление, не затрачивая дополнительное топливо.

Тригенерация

(когенерация + кондиционер)

Когда ВТЭС работает в режиме когенерации (например, зимой), то ее общий КПД приближается к 100%, так как почти все энергия от сжигания топлива используется потребителем - в виде электричества и тепла (для отопления). Если же ВТЭС работает летом, то ее КПД не превысит 15-20% из-за того, что используется только электричество, а выделяемое тепло приходится рассеивать в атмосфере.

Но существует технология, которая позволяет использовать выделяемое тепло и в летний период, называемая "тригенерация". Это значит, что если при когенерации совместно вырабатываются электричество и тепло (для отопления), а при тригенерации - электричество, тепло и холод (например, для кондиционирования помещений).  Технически тригенерационная установка (ТГУ) представляет собой когенерационную установку, в которую интегрирована АБМ - абсорбционная холодильная машина. АБМ - это по сути холодильник испарительного типа, работающий на тепловой энергии, которая может быть в виде горячей воды, пара, или просто извлекаться из сгорания газа. ТГУ работает следующим образом: после выработки электричества система охлаждения отводит горячую воду от двигателя и направляет ее либо либо в систему отопления (когенерация), либо в АБМ для выработки холодной воды (тригенерация). А уже эта холодная вода может использоваться либо для кондиционирования помещений, либо для каких-то технологических нужд.

В настоящее время ТГУ выпускаются на основе КГУ, в которых используются газопоршневые двигатели. Технологии проекта КРОПАТ предлагают альтернативное решение - при оснащении

ВТЭС модулем АБМ получается ТГУ, способная работать на любом, даже самом доступном твердом топливе. Таким образом, можно получить рекордно низкую стоимость охлаждения помещений и агрегатов. Кроме того, решается задача использования тепла, выделяемого ВТЭС при работе в летний период - главным образом, это кондиционирование помещений.

Солнечные паровые электростанции

Сегодня уже созданы и эксплуатируются солнечные тепловые электростанции (СТЭС), использующие пар в своей работе. Принцип работы СТЭС прост - на земле размещены солнечные коллекторы в виде зеркал параболической формы, которые направляются управляющим механизмом на Солнце так, чтобы отраженный световой поток сконцентрировался и попал точно на паровой котел, размещенный на высокой башне. Управляющий механизм каждого зеркала постоянно отслеживает положение Солнца, и котел в течение всего дня способен нагревать воду и вырабатывать пар, который затем направляется в паровую турбину для выработки электроэнергии.

До недавнего времени практически все крупные солнечные электростанции были теплового типа, так как у СТЭС есть несколько больших преимуществ перед СЭС на фотоэлектрических панелях. Во-первых, КПД по выработке электричества свыше 20%, в то время как у солнечных панелей он едва превышает 10%. Во-вторых, СТЭС может работать круглые сутки, не останавливаясь ночью в отсутствие Солнца. Это достигается использованием резервуара с расплавом соли, через который циркулирует теплоноситель, днем получающий тепло от парового котла. Расплав соли способен эффективно накапливать тепловую энергию при очень высокой температуре. Ночью теплоноситель возвращает накопленное тепло из резервуара для работы парового котла и генерации электричества. Стоимость такой аккумуляции энергии на каждый запасенный киловатт-час очень невелика, и действующие СТЭС способны работать на полную мощность (а это порой десятки сотни мегаватт электричества) до 10 часов. Для фотоэлектрических СЭС большой мощности аккумуляторов подобной емкости еще не создано. И в-третьих, производство солнечных панелей очень вредно в плане экологии, и их пока невозможно полноценно переработать для вторичного использования. А СТЭС изготавливается из простых материалов, которые хорошо поддаются переработке, и этот аргумент важен для экологически сознательных потребителей, на которых, собственно, и рассчитаны СЭС всех типов.

У СТЭС есть ограничение по мощности снизу - использование паровых турбин мощностью меньше 10 МВт не имеет экономического смысла. Поэтому сегодня СТЭС существуют только в виде станций большой мощности.

Но теперь есть возможность создания СТЭС любой мощности, даже на 1 КВт. Для этого достаточно адаптировать ВТЭС, а именно модифицировать ее паровой котел, чтобы солнечное излучение от зеркал попадало на испарительные паровые трубки. При этом остается возможность организовать недорогую многочасовую аккумуляцию энергии - достаточно разместить рядом с "солнечной" ВТЭС подходящий солевой резервуар.

Приводы промышленных механизмов (насосы и т.д.)

Обычно промышленные механизмы приводятся в действие электродвигателями. Но иногда необходимо обеспечить работу различных агрегатов в отсутствие электрической сети - иногда из-за аварийной ситуации, но чаще такие задачи возникают на сельхозработах, при строительстве удаленных объектов, на добыче различных ископаемых и т.д. Самая распространенный вид подобной техники - насос, откачивающий воду для орошения или водоснабжения. Как правило, для привода техники, работающей "без электричества", используются дизель- или бензогенераторы. Но стоимость топлива для них получается довольно высокой, особенно если требуется достаточно продолжительная работа техники.

 

Но если использовать ВТЭС подходящей мощности для привода нужных механизмов, то стоимость обеспечения их работы можно снизить в несколько раз за сет более доступного твердого топлива. Причем если исключить генератор из ВТЭС и соединить паровой двигатель напрямую с механизмом, то потери на преобразование энергии в электричество и обратно сократятся и общий КПД даже вырастет.

Особенно выгодным может быть использование ВТЭС в сельхозустановках, например в насосах для орошения, если в качестве топлива использовать "бесплатные" отходы сельхозпроизводства (жмых, солому и т.д.).

Использование избыточного тепла от промышленного оборудования

Многие промышленные процессы сопровождаются выделением большого количества тепла - в виде пара, горячей воды, воздуха с большой температурой и т.д. Как правило, это тепло рассеивается в атмосфере при помощи различных охлаждающих установок, которые потребляют энергию. Иногда это тепло удается использовать для выработки энергии, но до настоящего времени эффективно (и рентабельно) это можно было осуществить только при помощи паровых турбин. А это значит, что избыточная тепловая мощность должна быть на уровне десятков мегаватт.

Но теперь "утилизацию" тепла можно реализовать при помощи ВТЭС любой нужной мощности. В этом случае в горелке и системе подачи топлива нет необходимости, и стоимость самой установки даже снизится. Паровой котел будет вырабатывать пар, используя нагрев питающей воды от источника избыточного тепла. Такая ВТЭС может вырабатывать электричество для потребления в других промышленных процессах, или приводить в действие какие-то механизмы. Учитывая, какие объемы тепловой энергии выделяются на объектах таких отраслей, как металлургическая, химическая, нефтегазовая и т.д., то экономия на "дополнительной" выработке энергии может достигать огромных величин.

Средства транспорта

ВТЭС способна приводить в действие не только стационарные механизмы, но и различные виды транспорта. Сегодня подавляющая доля транспортных средств в мире используют двигатели внутреннего сгорания, которые, помимо достоинств, имеют один неустранимый недостаток - высокую стоимость жидкого (и газового) топлива. Технологии проекта КРОПАТ предлагают альтернативу - паровой двигатель, способный работать на любом доступном твердом топливе. При работе на подобном топливе текущие расходы на траспорт могут снизиться в несколько раз, в зависимости от местных цен и логистики доставки топлива потребителям.

Но масса ВТЭС намного больше, чем аналогичный по мощности бензогенератор. Поэтому применение ВТЭС в качестве привода транспорта ограничивается теми его видами, которые не сильно чувствительны к весу двигателя. Это грузовые и специальные автомобили, сельскохозяйственная техника (тракторы, комбайны и т.д.), водный транспорт (водоизмещающие лодки, катера и суда), железнодорожный транспорт, строительная техника и т.д.