Согласно мировой практике, к малой энергетике в настоящее время относят электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт отопительные устройства и котлы единичной мощностью до 5 Гкал/ч и котельные обшей производительностью до 20 Гкал/ч.
Энергетическая безопасность (ЭБ) является важной компонентой национальной безопасности страны и трактуется как состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от обусловленных внутренними и внешними факторами угроз дефицита всех видов энергии и энергетических ресурсов. В территориальном отношении рассматривают ЭБ на разных уровнях: федеральном, региональном (ведомственном) и местном (локальном). По ситуативному признаку при анализе ЭБ выделяют три основные варианта, соответствующие: 1) нормальным условиям функционирования, 2) критическим ситуациям и 3) чрезвычайным ситуациям.
Проблемы ЭБ России обостряются в связи острым дефицитом инвестиционных ресурсов, недофинансирование капиталовложений в топливно-энергетический комплекс. В связи со значительной выработкой технического ресурса энергооборудованием все большее влияние на ЭБ оказывают аварии, взрывы, пожары техногенного происхождения, а также стихийные бедствия.
Весьма уязвимыми являются централизованные системы энергоснабжения, и это показывает опыт агрессии НАТО в Югославии, который показал, что с помощью сравнительно недорогих боевых блоков, разбрасывающих проводящие нити или графитовую пыль, всего за двое суток было выведено из строя до 70 % электроэнергетических систем страны. Уязвимыми являются централизованные системы энергообеспечения и для террористических актов.
Очевидно, что потеря электроснабжения не допустима для большого ряда различных объектов, таких как промышленные объекты с непрерывным производством, объекты городской инфраструктуры, обеспечивающие жизненно важные потребности города, объекты связи, телевидения и радиовещания, некоторые объекты транспорта, медицинские учреждения и т. п. Следует иметь в виду, что потеря электроснабжения часто грозит и авариями в системах теплоснабжения, что особенно опасно в зимнее время. Вместе с тем опасность потери энергоснабжения вследствие указанных выше причин весьма значительна. Устранить ее средствами централизованного энергоснабжения по тем же причинам затруднительно. Вместе с тем, задача повышения энергетической безопасности ответственных объектов может быть решена средствами малой энергетики.
В связи с этим одной из важных задач должно быть всемерное содействие освоению и обобщению лучшего зарубежного опыта, его активному внедрению в практику нашей промышленности с целью переориентировки на поставки современной энергетической техники для нашей страны преимущественно отечественными производителями,
Однако, еще большего внимания требуют вопросы развития дизельные электростанций (ДЭС), которые являются основой малой электроэнергетике и в ней абсолютно преобладают, а также проведению комплекса мероприятий, направленных на повышение их эффективности применения.
Из 50 тысяч малых электростанций России примерно 47 тысяч являются именно дизельными. Такое широкое применение ДЭС определяется рядом важных их преимуществ перед другими типами электростанций:
высокий к. п.д. (до 0,35–0,4) и, следовательно, малый удельный расход топлива (210–260 г/кВт.ч);
быстрота пуска (единицы-десятки секунд), полная автоматизация всех технологических процессов, возможность длительной работы без технического обслуживания (до 250 часов и более);
малый удельный расход воды (или воздуха) для охлаждения двигателей;
компактность, простота вспомогательных систем и технологического процесса; позволяющие обходится минимальным количеством обслуживающего персонала;
малая потребность в строительных объемах (1,5–2 м3 /кВт), быстрота строительства зданий станции и монтажа оборудования (степень заводской готовности 0,8–0,85).
Не смотря на наличие ряда проблемных вопросов, в последние годы все большее внимание малой энергетики привлекают рабочие дизельные электротепловые станции (ДЭТС), обеспечивающее комбинированную выработку электрической и тепловой энергии за счет утилизации тепловых потерь.
В настоящее время дизели, газовые двигатели и энергетические установки, их агрегаты, узлы, элементы и детали выпускаются более чем на двадцати дизелестроительных и двенадцати специализированных предприятиях России, при этом общий типаж двигателей охватывает мощностной диапазон от 2 до 25000 кВт.
Несмотря на сложное положение, дизелестроительная отрасль России может сегодня создать конкурентоспособные двигатели и обеспечить почти все количественные и номенклатурные потребности народного хозяйства страны, а также экспортировать часть своей продукции.
Так с целью повышения эффективности энергетического комплекса на базе поршневых ДВС выполнен анализ состояния исследований по проблемам использования его вторичных энергоресурсов и разработке систем утилизации теплоты.
Окончательное решение о применении того или иного способа утилизации теплоты необходимо принимать только после всестороннего анализа, целей использования теплоты, а также экономических затрат по их реализации на конкретных ДВС с учетом назначения объекта.
Выполненные [1] исследования по разработке системы внутренней утилизации теплоты для улучшения воздухоснабжения ДВС с турбонаддувом при их функционировании на режимах номинальной нагрузки и перегрузки. Данная система получила название улучшенной системы воздухоснабжения (УСВ). Суть данной системы заключается в том, что на выделенный участок соплового аппарат турбокомпрессора подается пар, полученной от системы утилизации теплоты.
Для оценки влияния подачи пара из системы утилизации на параметры ДВС разработана методика расчета. Реализация данного алгоритма выполнена с использованием пакета прикладных программ Mathсad и расчеты для двух нагрузочных режимов.
Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что подача в турбину небольших количеств пара (6…7 % по массе от расхода газов) позволяет увеличить расход воздуха, подаваемого турбокомпрессором на 4…6 %, что приводит к снижению расхода топлива на 1…1,5 %.
Для проверки достоверности методики расчета параметров работы ДВС с УСВ проведены экспериментальные исследования на специально созданном испытательном стенде. В основе стенда лежит разработанная технологическая схема ДВС с УСВ.
Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по параметрам ДВС 6ЧН 21/21 свидетельствует о достаточной достоверности разработанной расчетной методики и позволяет рекомендовать её для расчетов других нагрузочных режимов и других типов ДВС.
Указанный положительный эффект от применения УСВ объясняется тем, что подача пара на участок соплового аппарата турбины эквивалентна уменьшению пропускной способности последней, что приводит к увеличению среднего избыточного давления газов перед турбиной, степени расширения рабочего тела в ней и частоты вращения ротора турбокомпрессора. С ростом мощности агрегата наддува улучшается воздухоснабжение дизеля и его индикаторные и эффективные показатели.
На сновании вышеизложенного, есть основания считать, что одним из мероприятий повышении эффективности ДВС и в целом всего энергетического комплекса может быть применена улучшенная система воздухоснабжения. Данная система предназначена для работы в основном на режимах номинальной и максимальной нагрузки на двигатель — генератор и позволяет в критических ситуациях на объектах гражданского или специального назначения обеспечить надежное энергоснабжение объекта, что в свою очередь обеспечивает повышение энергетической безопасности объекта в целом и объектов АЭС в частности.
Кроме того, это мероприятие обеспечивает решение актуальной на сегодня задачи — повышение надежности и эффективности энергетики.
Литература:
- Агафонов А. Н., Слесаренко И. В., Гудзь В. Н., Горланов А. В., Пчельников Д. П., Разуваев А. В. Экспериментальные исследования работы ДВС с усовершенствованной системой воздухоснабжения // Двигателестроение. — 2007.- № 2.- С. 11–15.
- Разуваев А. В. Поршневые двигатели внутреннего сгорания с высокотемпературным охлаждением. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т.- 2001.- 128 с.
- Агафонов А. Н., Разуваев А. В. Совершенствование характеристик энергетических установок на базе двигателей ЧН 21/21 объектов малой энергетики. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т.- 2006.- 148 с.
- Разуваев А. В. Экономическая эффективность эксплуатации ДВС с системой утилизации тепла // Двигателестроение.- 2000.- № 3.- С. 37–38.
- Терехин А. Н., Слесаренко И. В., Горланов А. В., Пчельников Д. П., Разуваев А. В. Перспективы развития автономных источников энергоснабжения на базе газопоршневых и газотурбинных двигателей // Двигателестроение.- 2007.- № 1.- С. 30–33.
- Сайданов В. О., Путятинский В. А., Агафонов А. Н., Разуваев А.В и др.Ведомственный свод правил ВСП 43–02–05/МО РФ: Правила проектирования стационарных электростанций с двигателями внутреннего сгорания объектов военной инфраструктуры. — М.: Изд-во Минобороны.- 2005.- 93 с.
