Проект «Создание автономной электростанции «ИМПЛАЗ» (далее АВТЭС «ИМПЛАЗ»), предусматривает создание опытно-промышленной партии автономных электростанций мощностью до
10 МВт и организации серийного промышленного производства АВТЭС «ИМПЛАЗ».
В основе создания АВТЭС «ИМПЛАЗ» используется принципиально новая технология управления накоплением и преобразованием внутренней энергии исходного вещества. Это позволяет с большей эффективностью, чем при обычном сгорании, использовать энергию газообразного, жидкого или твердого видов топлив.
Физический процесс состоит в глубоком неравновесном плазменном возбуждении структуры исходного равновесного энергонесущего молекулярного вещества, создание упорядоченных динамических наноструктур и организации
процесса преобразования энергии неравновесного вещества в полезную работу необходимого потребительского качества и количества.
1. Актуальность,
основа и новизна проекта.
Сегодня остро стоит вопрос экономии природных ресурсов и получения дешёвой электроэнергии. Даже незначительное улучшение этих показателей на 10-20% принимается как революционное. При этом мы наблюдаем колоссальные ресурсные вложения в модернизацию существующей технологии. Такой количественный путь развития электроэнергетики, особенно для масштабов России,
более недопустим. Единственный путь для решения этой проблемы состоит в создании высокоэффективной и дешевой автономной энергетики. То есть создание
локальных источников электроэнергии, максимально приближенных к потребителю, с целью обеспечения
энергичного развития сельских (АПК) и промышленных зон, в том числе
в удаленных и малодоступных регионах.
В основу создания автономной электростанции «ИМПЛАЗ» положено использование принципиально новой технологии управления накоплением и преобразованием внутренней энергии исходного вещества. Это позволяет с большей эффективностью, чем при обычном сгорании, использовать энергию газообразного, жидкого или твердого видов топлив.
Проект предлагает кардинальное решение поставленных вопросов – создать источники электроэнергии, использующие новую технологию получения электроэнергии с увеличенным, более чем в 2 раза, коэффициентом полезного действия. Использование новой прогрессивной технологии преобразования и получения энергии радикальным образом улучшает экономические, эксплуатационные и экологические параметры таких электростанций, позволяя достигнуть лидирующего положения на потребительском рынке в сравнении с существующими промышленными
аналогами.
2. Описание технологии.
Понимание динамики процессов управления энергореакциями на наноразмерном уровне создает реальную возможность радикального повышения КПД тепловой машины путем увеличения полезной работы термодинамического цикла такой машины за счет тех самых 50-60 % теплотворной способности топливной смеси, которая традиционно безвозвратно выбрасывается за пределы энергосиловой установки в виде теплового и экологически грязного шлейфа. У новой установки такие отрицательные факторы отсутствует. Применяемая технология также относится к энергосберегающей.
Технология базируется на организации управляемого процесса полиморфных термодинамических фазовых превращений в рабочем веществе с высокой плотностью энергии путем нанодисперсного распада и сильного ударноволнового сжатия вещества. Первая стадия процесса, являющаяся энергонакопительной, основывается на открытой авторами в 1998 году и экспериментально исследованной реакции микроимплозии. Вторая стадия процесса, которая является энергопреобразовательной, основывается на хорошо известных в теории и практике процессах адиабатического, ударноволнового, детонационного сжатия вещества.
На основе многолетних теоретических и экспериментальных изысканий авторов сформулирована и апробирована в лабораторных условиях импульсная технология высокоэффективного преобразования внутренней энергии энергонесущей молекулярной газообразной или жидкой среды (вещества, топлива) в полезную работу и электроэнергию (рисунок 1).
В качестве энергонесущего исходного топлива могут использоваться исходные промышленные вещества (газообразные, жидкие)
в смеси с атмосферным воздухом (углеводородные
топлива -
пропан, бутан, метан,
бензин, спирты, эфир и др.
Рисунок 1. Экспериментальные образцы электрогенераторов,
использующие новую технологию «ИМПЛАЗ»
3. Описание конструкции электростанции
Проект предусматривает создание опытно-промышленного образца пионерного автономного модуля АВТЭС «ИМПЛАЗ» мощностью до 10МВт, как единого функционального
агрегата.
3.1. Конструктивный состав электростанции. Рисунок 2.
а) Пульсирующие резонансные тепловые двигатели прямой тяги, с радикально высоким КПД, установленные на вращающемся диске-роторе создают крутящий момент на выходном валу, к которому присоединен электрогенератор необходимой мощности. Количество роторов и двигателей определяется требуемой мощностью электростанции;
б) Электросистемные блоки формируются по технологиям стандартной электротехники и электроники:
-стартового пуска, возбуждения, преобразования, форматирования электроэнергии в соответствии с требованием потребителя;
-автоматического программного управления режимами, диагностики эксплуатационной безопасности и средств предотвращения аварийных состояний.
в) Внешние системы (стандартное оборудование и система питания):
- топливная емкость или магистральный источник природных жидких или газообразных углеводородов;
- стандартная арматура подачи рабочей
смеси газового или жидкого топлива на электростанцию.
Рисунок 2. Компоновочная схема модуля электростанции
3.2. Основные качественные показатели электростанции
АВТЭС «ИМПЛАЗ».
- низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии;
- высокая экономичность по топливу (низкий удельный расход);
- оптимальная регулировка мощности в зависимости от потребной нагрузки;
- экологическая чистота продуктов выброса при работе электростанции;
- широкий диапазон используемых
видов топлив;
- низкая строительная стоимость и металлоемкость;
- уровень промышленного производства электростанции вполне обеспечивается уровнем развития современных технологий: машиностроительной, электротехнической, электронной и т.д.
4. Сравнение с аналогами
Проблема обеспечения потребителей централизованной электроэнергией обостряется. В связи с этим необходимость разработки и развертывания массового производства автономных источников дешевой и экологически чистой электрической энергией становится реально рыночно востребованной, Особенно для
широкомасштабного сельского (АПК), индивидуального и военного жилого строительства.
Маркетинговые исследования указывают на наличие развитого, и по типажу и по масштабу, рынка автономных электростанций с бензиновыми или дизельными ДВС мощностью до 10 МВт, производимых фирмами ведущих зарубежных стран. Производство продукции такого уровня в России практически отсутствует.
Анализ показывает наличие преимущества электростанции АВТЭС «ИМПЛАЗ» по сравнению
с централизованными теплоэлектростанциями (ТЭЦ), бензиновыми, дизельными и газо-поршневыми теплоэлектростанциями по параметрам экономичности (удельному расходу), эксплуатационной стоимости электроэнергии и строительной стоимости электростанции, который представлен на рисунке 3.
Рисунок 3. Сравнение электростанций малой мощности
Анализ и расчеты показывают преимущества электростанции АВТЭС «ИМПЛАЗ»:
- по экономичности (удельному расходу) в 2 раза (88-95 грамм удельного топлива на кВт∙ч против 160–265 гр.у.т./кВт∙ч);
- по эксплуатационной стоимости электроэнергии (цене 1 кВт∙ч) более чем в 2 раза (0,5-1 руб./кВт∙ч против 2,0-8,5 руб./кВт∙ч);
- по строительной (установочной) стоимости электростанции более чем в 1,5-2 раза (200-300$/кВт против 600-700$/кВт).
5. Перспективы развития
Как показывает опыт, централизованный традиционный способ электроснабжения обладает системной громоздкостью, является крайне капиталоемким в создании и затратным в эксплуатации.
Обстановка требует создания источников электроэнергии, которые максимально приближенны к потребителю, особенно в рассредоточенных, сельских и глубинных малодоступных областях поселения. Единственный путь для решения этой проблемы, это создание автономной, высокоэффективной и дешевой малой энергетики. Практически - энергетики индивидуального пользования. Очевидно, что для России с ее неоглядными и не освоенными просторами этот путь должен являться одним из приоритетных. Если говорить о рынке, то он в России «безмерен» по масштабу.
Предлагаемый проект на принципах высокой энергетической технологии создает условия для успешного решения этой проблемы радикальным способом, не имеющим аналогов в зарубежной практике. Автономная электростанция обладает очень высокой энергетической эффективностью и экологической чистотой и высоким уровнем эксплуатационной и бытовой безопасности.
Пионерный промышленный модуль электростанции будет создан мощностью до 10 МВт, исходя из масштаба потребления электроэнергии малыми промышленными потребителями. В дальнейшем планируется производство семейства электростанций с размерным шагом через ~10 МВт для наращивания мощности путем модульного агрегатирования или путем масштабирования единичного агрегата. Причем, стоимость установочной мощности (цена/кВт) будет
в 2-3 раза ниже в сравнении с традиционными серийными электростанциям, а потребительская стоимость 1 кВт электроэнергии
в 1,5-2 раза ниже, чем при централизованном электроснабжении. Дальнейшее развитие направлено на полную электроавтономизацию локальных жилищных, хозяйственных объектов и промышленных зон.
