Регистрация / Вход
Прислать материал

Микрокогенерационная установка на базе газовой турбины измененной очередности процессов

Сведения об участнике
ФИО
Липихин Евгений Геннадьевич
Вуз
Калужский филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Энергоэффективное производство и преобразование энергии на органическом топливе
Тема
Микрокогенерационная установка на базе газовой турбины измененной очередности процессов
Резюме
Рассмотрена микрокогенерационная установка (микро ТЭЦ) на базе газовой микротурбины измененной очередности процессов в цикле. Проведены исследования термодинамической эффективности микро ТЭЦ и газодинамические расчеты проточной части турбоустановки в зависимости от степени понижения давления в турбине. Выбраны оптимальные параметры цикла с точки зрения лучших технико-экономических показателей микро ТЭЦ . Произведена оценка масштабируемости и пример практической реализации установки. По результатом исследований сделан вывод, что установка может иметь достаточную тепловую (70-135 кВт) и электрическую мощность (2-4 кВт) для энергоснабжения индивидуальных жилых домов.
Ключевые слова
когенерация, микро ТЭЦ, газовая микротурбина, энергоснабжение, измененная очередность процессов
Цели и задачи
Цель: разработка когенерационной установки на базе газовой турбины измененной очередности процессов для одновременного производства тепловой и электрической энергии.
Задачи:
1. Обоснование необходимости создания когенерационной установки малой мощности (микро ТЭЦ);
2. Исследование термодинамической эффективности различных схем микрокогенерационных установок, выбор оптимальной схемы;
3. Решение оптимизационной задачи по выбору оптимальных параметров цикла газовой микротурбины, при которых достигаются высокие удельные энергетические и массогабаритные показатели микро ТЭЦ как комплекса состоящего из турбоустановки и теплообменного оборудования;
4. Термогазодинамический расчет и проектирование проточной части турбоустановки;
5. Термогазодинамический расчет и проектирование теплообменных аппаратов микро ТЭЦ;
6. Исследование течения рабочего тела в элементах микро ТЭЦ методами CFD-моделирования, анализ полученных результатов, оптимизация элементов проточной части.
Введение

В рамках технологической платформы «Малая распределенная энергетика», при поддержке правительства РФ, активно развивается направление автономных энергоустановок (микро ТЭЦ). Причем для энергоснабжения жилых домов относительно большой площади, расположенных в центральной части РФ, номинальными параметрами для микро ТЭЦ будут 3 кВт электрической мощности и 70-110 кВт тепловой. В настоящее время, представленные на рынке микро ТЭЦ,  не удовлетворяют в полной мере заявляемым требованиям  данной категории пользователей (недостаточная тепловая мощность, малый ресурс и т.д.). В работе предложена схема микро ТЭЦ с газовой микротурбиной измененной очередности процессов в цикле, которая лишена недостатков существующих решений микро ТЭЦ. 

Методы и материалы

Термодинамические и газодинамические расчеты, численный эксперимент (CFD моделирование),  ГОСТы и СНиПы на теплоэнергетическое оборудование и расчеты.  (СНиП 23-02 «Тепловая защита зданий» и СНиП 23-01 «Строительная климатология» и т.д.)

Описание и обсуждение результатов

Результаты выполненной работы обсуждались на научно-технических конференциях:

  • Липихин Е.Г., Шевелев Д.В. Когенерационная установка с газовой микротурбиной на базе водогрейного котла // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы региональной научно-технической конференции, 21-23 апреля 2015 г. Т. 1. – Калуга: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – с. 176-183. http://conference.bmstu-kaluga.ru/uploads/userfiles/april_2015_tom_1.pdf
  • Липихин Е.Г., Шевелев Д.В., Шашкин А.В. Установки распределенного производства тепловой и электрической энергии // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы региональной научно-технической конференции, 21-23 апреля 2015 г. Т. 1. – Калуга: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – с. 211-214. http://conference.bmstu-kaluga.ru/uploads/userfiles/april_2015_tom_1.pdf
  • Липихин Е.Г., Шевелев Д.В. Когенерационная установка с газовой микротурбиной измененной очередности процессов// Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы региональной научно-технической конференции, 24-26 ноября, 2015 г. Т. 1. – Калуга: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – с. 190-194. http://conference.bmstu-kaluga.ru/uploads/userfiles/december_2015_1.pdf
  • Липихин Е.Г. Шевелев Д.В. Микро-ТЭЦ с газовой микротурбиной измененной очередности процессов // Труды всероссийской научно-практической конференции «Энергетика-Экология-Энергосбережение» 16-18 мая 2016 года, с. 133-136.

По результатам выполненной работы опубликованы статьи:

  • Липихин Е.Г., Шевелев Д.В. Когенерационная установка с газовой микротурбиной на базе водогрейного котла. Электронный журнал: «Наука, техника и образование». Выпуск №3. 30.10.2015. http://nto-journal.ru/catalog/mashinostroenie/49/
  • Липихин Е.Г., Шевелев Д.В. Когенерационная установка с газовой микротурбиной измененной очередности процессов. Электронный журнал: «Наука, техника и образование». Выпуск №1. 26.03.2016. http://nto-journal.ru/catalog/mashinostroenie/111/ 
Используемые источники
1. Аметистов Е.В., Клименко А.В., Леонтьев А.И., Мильман О.О., Фаворский О.Н., Федоров В.А. и др. Приоритетные направления перехода муниципальных образований на самообеспечение тепловой и электрической энергией. М.: Наука, Известия РАН, Энергетика №1, 2003г.
2. Фаворский О.Н., Леонтьев А.И., Федоров В.А., Мильман О.О. Эффективные технологии производства электрической и тепловой энергии с использованием органического топлива, Теплоэнергетика, 2003, № 9.
3. Инновации в России. Технологическая платформа «Малая распределенная энергетика» http://innovation.gov.ru/node/3459.
4. Small and micro combined heat and power (CHP) systems. Robert Beith. Woodhead Publishing limited, 2011.
5. Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф., Радько В.М., Кузьмичёв B.C. Проектный термогазодинамический расчёт основных параметров авиационных лопаточных машин; Самара, 2006.
Information about the project
Surname Name
Lipikhin Evgeny Gennadyevich
Project title
Micro-СНР system based on the inverted gas microturbine
Summary of the project
The micro-CHP unit with an inverted Brayton cycle gas microturbine is considered. Investigations of thermodynamic efficiency of the micro-CHP unit and gas dynamic calculations of the turbine flow part were carried out in the range of a turbine expansion ratio 1,3..2,5. The optimal parameters of the cycle in terms of the best technical and economic performance of the micro CHP were selected. The estimation of scalability and an example of the practical realization of the installation were carried out. The conclusion is drawn that the presented micro CHP unit has sufficient heat (70-135 kW) and electric power (2-4 kW) to private residential houses power supply.
Keywords
cogeneration, micro CHP, inverted Brayton cycle, gas microturbine, distibuted energy