Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка и создание типового ряда мини-ТЭЦ на базе газопоршневых агрегатов

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.526.12.6007
Организация
НГТУ
Руководитель работ
Лоскутов Алексей Борисович
Продолжительность работ
2007 - 2009, 24 мес.
Бюджетные средства
145 млн
Внебюджетные средства
150 млн

Исследования и разработка новых схемных и технологических решений по созданию типового ряда мини-ТЭЦ на базе отечественных газопоршневых агрегатов мощностью до 0,5 МВт, 1,0 МВт, 2,0 МВт и 4,0 МВт позволяющих адаптировать генерирующие мощности агрегатов к узлам присоединений на любом напряжении (0,4 кВ, 6,3 кВ или 10 кВ) с теплообменниками нового поколения в 2-2,5 раза большей интенсивностью теплообмена, защищенных от осаждения солей жесткости.

Соисполнители

Организация
ООО "НПО ТЕРМЭК"
Организация
ОАО "РУМО"
Организация
ОИВТ РАН

Этапы проекта

1
03.10.2007 - 07.12.2007
Разработаны модели и алгоритмы функционирования систем управления газопоршневого двигателя и генератора. Проведены патентные исследования. Разработаны технические требования и технические решения для систем управления газопоршневым агрегатом, тепломеханической части и генератора. Разработаны технические требования и техническая документация на стенд для проведения испытаний опытных образцов мини-ТЭЦ. Проведен анализ рабочих процессов ГПА мощностью 600-1000 кВт. Проведены расчеты и предложены методики, позволяющие довести характеристики ГПА до уровня передовых зарубежных фирм. Разработаны алгоритмы управления агрегатами газового двигателя и генератора. Разработаны схемные решения для конструкций экспериментальных образцов водогрейных модулей теплогенераторов. Разработаны технологические решения теплообменного оборудования и водогрейных модулей для автономного теплоснабжения. Произведены комплектация и монтаж экспериментальных образцов теплообменных и водогрейных блоков для автономного теплоснабжения. Проведены оценочные расчеты эффективности схемных решений для опытных образцов интенсифицированных теплообменников и водогрейных модулей теплогенераторов. Разработан руководящий документ по условиям подключения мини-ТЭЦ к энергосистеме. Разработаны схемы защит электрогенератора от аварийных режимов. Сформирована электронная база данных по стандартным типовым комплектующим элементам для газопоршневых мини-ТЭЦ ряда мощностей. Проведен экономический анализ себестоимости выработки электрической и тепловой энергии на мини-ТЭЦ различных параметров. Проведен анализ влияния фактора выравнивания нагрузки на эффективность работы мини-ТЭЦ. Разработан программный комплекс «Расчет показателей мини-ТЭЦ по параметрам: максимальная мощность, объем выработки энергии, объем потребляемого топлива, эффективность и оптимальные схемы использования мини-ТЭЦ».
Развернуть
2
01.01.2008 - 30.06.2008
1. Разработаны схемные решения системы управления и синхронизации генератора.
Сформулированы требования к системам управления генераторов. Установлено, что основным элементом системы управления является система возбуждения, которая состоит из обмотки ротора генератора, источника постоянного напряжения и коммутационной аппаратуры. Во всех системах возбуждения генераторов одним из важнейших элементов является автоматический регулятор возбуждения (АВР). Проанализированы типы систем возбуждения генераторов ведущих фирм мира. Установлено, что для диапазона мощностей от 100 до 2000 кВА наиболее перспективны синхронные генераторы с постоянными магнитами с бесщеточной системой возбуждения.
Имеется три варианта исполнения таких генераторов:
а) синхронные генераторы со вспомогательной катушкой;
б) синхронные генераторы со вспомогательным возбудителем;
в) синхронные генераторы без вспомогательной катушки и без вспомогательного возбудителя.
Проанализированы основные характеристики и технико-экономические показатели бесщеточных систем возбуждения синхронных генераторов и установлено, что наиболее перспективным является первый вариант.
В этом варианте схемы питание к регулятору напряжения подается от вспомогательной катушки главного статора генератора. Поэтому напряжение питания не зависит от колебаний нагрузки генератора. Получая питание от вспомогательной катушки, регулятор напряжения является источником питания для главного возбудителя генератора, он также обеспечивает компенсацию между фактическим и опорным напряжением. Это позволяет контролировать возбуждение генератора, поддерживая напряжение на требуемом уровне.
Выполнен анализ систем АВР генераторов, выпускаемых различными фирмами. Установлено, что в последние годы все большее распространение получают так называемые регуляторы сильного действия АРВ – СД. В этих регуляторах используется пропорционально-интегральное-дифференциальное (ПИД) регулирование, которое реагирует не только на знак и величину отклонения напряжения и тока, но также на скорость и ускорение их изменения. Учет этих дополнительных факторов делает АРВ-СД способными с опережением выявлять тенденцию дальнейшего протекания процесса и оказывать сильное воздействие на системы возбуждения генераторов в самом начале изменения режима.
Развернуть
3
01.07.2008 - 07.12.2008
Разработаны системы управления, автоматики и релейной защиты для параллельной работы мини-ТЭЦ с внешней энергосистемой, на базе контроллера Dardanos фирмы Heinzmann (Германия). Данный контроллер позволяет полностью автоматизировать работу мини-ТЭЦ и создать типовой ряд мощностей мини-ТЭЦ, удовлетворяющий современным требованиям энергоэффективности, надежности и безопасности обслуживания на уровне ведущих мировых производителей.
Разработана технология и средства противоаварийного управления в электрических и тепловых сетях при параллельной работе с мини-ТЭЦ. Данные средства предотвращают нарушение параллельной работы мини-ТЭЦ с энергосистемой, обеспечивают автоматический переход на изолированную работу в аварийных режимах, а также предотвращают лавинообразное снижение частоты и напряжения при различных аварийных ситуациях в электроэнергетической системе.
Разработаны альбомы конструкторской документации на: испытательный стенд для моделирования режимов управления генераторами; экспериментальный образец системы автоматики мини-ТЭЦ мощностью до 0,5 МВт; опытные образцы водогрейных модульных теплогенераторов; экспериментальный стенд для исследования и испытаний основных теплогидравлических модулей; систему глубокой утилизации тепла.
Разработаны альбомы технологической документации на: средства противоаварийного управления; выбор вариантов технологических решений и их отработки при серийном изготовлении интенсифицированных турбулентных теплообменников для блоков мини-ТЭЦ.
Разработан альбом проектной документации на систему комплексной автоматики, регулирующей режимные параметры электрогенератора и газового двигателя с системой утилизации тепла, обеспечивающей согласование работы с сетью.

Разработан бизнес-план для типовых проектов мини-ТЭЦ.
Проведено экспериментальное исследование рабочих процессов теплообмена в аппаратах для утилизации тепла от конструкции и системы смазки газо-поршневой машины, а также тепла отходящих от мини-ТЭЦ газов.
Все полученные на 3-ем этапе результаты соответствуют требованиям технического задания.
Развернуть
4
01.01.2009 - 30.06.2009
Разработана конструкторская документация на систему автоматики для мини-ТЭЦ с газопоршневыми агрегатами мощностью 0,25 и 1,0 МВт. Проведены опытные испытания и отработаны оптимальные режимы работы мини-ТЭЦ мощностью 0,5 МВт; проведены предварительные испытания газопоршневых агрегатов единичной мощностью 1,0 МВт; выбор оборудования и испытание электростартерной системы пуска. Разработаны проектная документация на блоки мини-ТЭЦ мощностью до 0,5 МВт и 1,0 МВт, техническая документация, конструкторская документация на электрический генератор для мини-ТЭЦ мощностью 1,0 МВт.Выполнены разработка и анализ технологических решений по серийному изготовлению модульных теплогенераторов для мини-ТЭЦ; подготовка и проведение предварительных испытаний теплогенераторов мини-ТЭЦ. Разработана программа расчета мощности мини-ТЭЦ для питания бытовых и промышленных потребителей на электронных носителях, а также книга описания электронных документов для пользователей. Произведен расчет воздействия мини-ТЭЦ различных мощностей на окружающую среду и разработаны рекомендации по строительству мини-ТЭЦ в жилых районах. Выполнен расчет воздействия генерирующей мощности мини-ТЭЦ на качество электроэнергии в точке подключения и выработаны рекомендации для сетевых компаний. Разработаны схемы подключения мини-ТЭЦ к тепловым сетям. Выполнена разработка концепции и технологических схем мини-ТЭЦ с режимами тригенерации.
Развернуть
5
01.07.2009 - 31.10.2009
- проведены исследования и разработаны технические решения по повышению энергоэффективности силового теплотехнического и электротехнического оборудования для мини-ТЭЦ отечественного производства (коэффициент использования топлива соста-вил 0,80 и 0,85, а соотношение производства электрической и тепловой энергии 1:1,3 и 1:1,5 для агрегатов электрической мощностью 0,3 и 1,0 МВт соответственно) и по ком-плектации мини-ТЭЦ оборудованием защиты и автоматики, необходимым для работы па-раллельно с сетевой компанией;- разработаны и изготовлены опытные образцы и проведены стендовые испытания газопоршневых агрегатов, теплогенераторов, теплообменных аппаратов, систем автома-тического управления и защиты;- разработана проектная конструкторская документация на типовой ряд мини-ТЭЦ напряжением 0,4; 6,3 и 10,5 кВ и электрической мощностью 0,5; 1,0; 2,0 и 4,0 МВт, вклю-чающая тепломеханические и архитектурно-строительные решения, размещение силового теплового и электрического оборудования, системы газоснабжения, теплоснабжения, го-рячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления и вентиляции, связи и сигна-лизации, комплексную автоматизацию;- разработана технологическая документация на изготовление газопоршневых агре-гатов, теплогенераторов и теплообменного оборудования;- конструкция мини-ТЭЦ обеспечивает срок службы не менее 200 000 часов;- удельная стоимость оборудования по проекту не превышает 19 000 руб/кВт;- срок окупаемости строительства мини-ТЭЦ составляет не более 3-х лет.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

2.6 Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Разработка и создание типового ряда мини-ТЭЦ на базе газопоршневых агрегатов.
Продолжительность работ
2007 - 2009, 25 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов анализа и снижения риска возникновения аварийных ситуаций в гидроэнергетических машинных агрегатах большой единичной мощности при воздействии ударов и вибрации.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 15 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка и создание типового ряда трансформаторно-тиристорных регуляторов напряжения и мощности с расщепленной первичной обмоткой трансформатора и ключами однонаправленного тока.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
210 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка научно-технических решений по повышению энергоэффективности основных технологических и транспортных агрегатов для переработки минерального и техногенного сырья в горно-добывающих и металлургических производствах.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 18 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
4
Тема
Проведение комплекса научно-исследовательских работ по моделированию, созданию и использованию систем сбора и передачи данных энергетических сетей и генерирующего оборудования с использованием современных систем наземной и спутниковой связи.
Продолжительность работ
2013, 6 мес.
Бюджетные средства
50 млн
Количество заявок
6