Итак, в прошлых статьях мы увидели, что большая энергетика- это царство гигантских паросиловых установок и почти 80% мирового производства электроэнергии получается от гигантских паровых турбин, которые питают паром не менее гигантские паровые котлы. А что греет котел и заставляет кипеть воду- сжигание газа, угля, мазута или тепло расщепления ядерного топлива, это уже вопрос второй. При этом автор этих слов считает, что в данный момент есть очень реальные возможности уже малым и средним паросиловым установкам закрепиться в области техники для генерации электричества в мощностях от 10 квт до 500 квт. Т.е. в тех областях автономной электрогенерации, где сейчас доминирует дизельгенераторы. Ну, и конечно, где сейчас активно закрепляются «зеленые» источники возобновляемой энергии- солнечные батареи и ветряки.
Почему такая распространенная в области автономной генерации дизельная техника сегодня может сдать свои позиции? Ответ один, но он предельно понятный- дороговизна и продолжающийся рост цены на дизельное топливо. У солнечных батарей есть такое неприятное свойство- что они очень сильно зависят от погоды и времени суток, да еще полупроводниковые панели постепенно теряют свою мощность и через 5-7 лет их надо менять, и не факт что при этом они окупятся за такой срок эксплуатации.
А что в активе малых паросиловых установок? Что они могут предложить сегодня на данном уровне развития техники и технологических возможностей? Ответ на этот вопрос таков: предложить они могут многое, что для большинства даже технически эрудированных читателей будет большой неожиданностью.
Итак - главные особенности малых паросиловых установок, известные широкой технической общественности:
ГЛАВНЫЙ ПЛЮС: - возможность работать на дешевом твердом местном топливе, а порой даже на бесплатных отходах и просто на горючем мусоре. В любом случае цена такого топлива может быть в 8- 10 -15 раз дешевле, чем дизельного топлива. И такие установки могут прекрасно работать и полярной ночью, и в затяжной штиль, и в ураганные ветер, когда солнечные панели или ветряки на 100% бездействуют.
ГЛАВНЫЙ МИНУС: - КПД таких установок (все критики используют данные старых паровозных систем) – лишь 4 - 5 %... При этом они тяжелые, громоздкие и неуклюжие.
Давайте же разберемся во всех этих положениях.
ПЛЮСЫ: - по вопросу возможности работать на дешевом твердом топливе, мусоре и отходах – все именно так. Более того топка котла может быть много топливной и туда можно загружать все что есть под рукой - сегодня одно, а завтра другое топливо. Кроме того – при сгорании твердого топлива при относительно умеренных температурах и при атмосферном давлении в топке, в качестве продуктов сгорания не образуется двуокись азота, а это один из главных загрязнителей воздуха при работе традиционного ДВС, особенно дизельного.
МИНУСЫ: - а вот тут начинается интересное. Действительно, великий минус в КПД в 4-5%, оказывается тяжелым недостатком. Но этот минус характерен для малой паросиловой системы паровозного типа, конструкции первой трети 20-го века. А вот большие паросиловые установки «большой энергетики» с мощными паровыми турбинами имеют КПД в 34 – 38 %, что вполне достойно, особенно при применении дешевого топлива. И этот показатель сравним с КПД современного 4-х тактного бензинового инжекторного ДВС мотора.
Итак - поставим Главный Вопрос: может ли малая паросиловая установка иметь КПД как современный бензиновый двигатель, и при этом потреблять топливо по цене в 8 – 12 раз дешевле, чем бензин???
Наш ответ – МОЖЕТ!!!
И чтобы разложить все «по полочкам» давайте создадим структурный текст- схему, где распишем цифры, тех- характеристики и прочие четкие параметры. И наложим это на временную шкалу исторических этапов развития паросиловой техники. Сразу отметим, что повышение давления и температуры пара (перегрев пара) – ведет к повышению КПД паросиловой установки.
КОНЕЦ 19-го НАЧАЛО 20-го ВЕКОВ
Основные конструкции котлов – жаротрубно-дымогарные котлы «паровозного типа» для малых и средних установок. Только на флоте и электростанциях появляются большие водотрубно - барабанные котлы с естественной циркуляцией. Давление пара 12-14 атм с небольшим перегревом до 300 град С. В конце 19-го века появляются паровые турбины, но на малых параметрах пара они крайне тяжелые и громоздкие и малооборотистые. Конструкция двигателей паровых машин малых размерностей- тихоходные поршневые двигатели с золотниковым парораспределением и двойного хода. Конденсаторов на паровозах нет- отработавший пар идет на выхлоп. КПД таких малых установок 4-5%.
20-е и 30-е ГОДЫ 20-го ВЕКА
За счет прогресса котельной техники и появления качественных сталей в больших водотрубно - барабанных котлах с естественной циркуляцией на электростанциях повышается давление до 26-28 атм. КПД таких установок поднимается до 16-18 %. Появляются большие котлы прямоточной компоновки.
В средних мощностях машин создаются экспериментальные образцы - паровозы высокого давления с мощностью машины в 2-3 тыс л.с., где давление в котле доходит до 100 атм, устанавливаются мощные пароперегреватели и эффективные конденсаторы. Перегрев пара доходит до 450 град С. КПД таких установок подходит к значению в 25%. Но эти паровозы оказываются крайне дорогими в производстве и сложными, затратным в эксплуатации. Поэтому основная масса паровозов строиться устаревших, но простых и недорогих конструкций.
В совсем малых установках лидером оказывается паровой автомобиль Добля (США), где давление в котле от 25 до 40 атм – в зависимости от модификации. Установлен прямоточный котел, конденсатор, автоматическая керосиновая горелка, и двигатель двойного расширения с клапанным парораспределением. КПД такой установки примерно 18-20% в щадящих режимах движения. Машина весом более 2-х тонн разгонялась до 120 км/час.
