В прошлой статье мы с вами коротко перечислили современных производителей паровых машин, которые на сегодняшний момент выпускают малые паросиловые установки для выработки электричества в разных странах.
В этой статье я подробно расскажу о современной малой паросиловой установке американского производства. Небольшую американскую производственную компанию уже в 21 веке основал американский инженер Карл Биленберг. К этому времени Билинберг имел большой опыт с объектами теплоснабжения и с малыми котельными и тепловыми установками, как в США, так и в странах Западной Африки. Параллельно с этим он с 80-х годов прошлого века изучал вопрос, как использовать растительные масла местного производства в качестве дешевой замены дизельного топлива, на котором в в мире работает большинство сельхоз машин и электрогенераторов. Но, ни одна из технологий, которые он разрабатывал, не оказалась эффективной и рентабельной в деле замены дизельного топлива. Поэтому, будучи инженером- теплотехником, он решил изменить направление поиска и задумался, что стоит применить его опыт эксплуатации малых котельных на местном дешевом твердом топливе для выработки электричества через применение паровых машин.
Размышления, как использовать биомассу в качестве источника энергии для слаборазвитых районов планеты появилась у Биленберга благодаря 40 годам работы в Западной Африке и его долгой карьере в сфере производства теплоэнергии в Соединенных Штатах. В США он был профильным специалистом, монтируя и эксплуатируя коммерческие котельные на местной горючей биомассе. Биленберг вспоминал, что “Основным рынком сбыта этих котельных является Новая Англия, где зимы длинные, и вокруг в лесах у нас много древесины. Мы устанавливаем такие котельные на биомассе в школах и больницах, и они производят очень дешевое тепло и горячую воду для больших зданий и учреждений”.
В 2008 году, используя современные материалы и усовершенствованную термодинамику, Биленберг разработал маломасштабную паровую установку, работающую на горючей биомассе, которая преобразует энергию горения древесины и сельскохозяйственных отходов в полезную энергию. Он назвал и прототип устройства, и основанное им предприятие по его коммерческому выпуску Village Industrial Power (сельская индустриальная энергия), или сокращенно VIP.
Нужно сказать, что Карл Биленберг оказался вполне грамотным и прогрессивно мыслящим инженером- разработчиком. Он понимал, что конструкции малых паровых машин замерли в своем развитии около ста лет назад и что прямолинейно копировать устройство паровых машин столетней давности нет никакого смысла. И для достижения успеха и для повышения эффективности малых паровых машин он решил сделать ставку на применении современных конструкционных материалов и небывалых прежде в паровых машинах узлов и механизмов.
Первым новаторским решением, которое создала команда разработчиков во главе с Биленбергом, была установка самодействующих впускных клапанов. Такие компактные клапана пришли на замену золотникам-ползунам паровых машин паровозного типа, которые требовали для своей работы громоздких приводных механизмов и имели невысокую эффективность. “Они находятся под давлением, работают сами по себе от этого давления и делают именно то, что им нужно, не требуя для их перемещения какого-либо внешнего механизма”, - объясняет Биленберг работу своего устройства.
Еще одним важным нововведением в конструкцию VIP машины является отказ от традиционной смазки трущихся поверхностей цилиндров и поршней машинным (цилиндровым) маслом. В качестве решения команда Биленберга использовала современные углеграфитовые материалы для поверхности скольжения пары трения «цилиндр – поршень» и поршневых уплотнений. Поршни и уплотнения, изготовленные из этой мелкокристаллической и прочной формы углерода, являются самосмазывающимися и это позволяет паровому двигателю легко и эффективно работать без применения смазки маслом вообще.
Паровой котел так же оказался весьма новаторским и хорошо работал от сжигания любого твердого местного топлива, развивая рабочее давление до 20 атм. При этом он отвечал всем нормам кодекса ASME , а это весьма строгий набор инженерных американских стандартов, который был сформирован в США еще в первой трети 20 -го века, с появлением коммерческого производства электроэнергии на пару высокого давления.
Первая партия таких машин была отправлена в Африку в конце 2014 года и оплачена через грантовое финансирование премии USAID 2013 “Энергетика сельского хозяйства” . Пять установок мощностью по 10 кВт были отправлены в Африку: два в Танзанию для электроснабжения больницы и деревенской микросети, и три установки - на деловые плантации масличной пальмы в Бенине.
После всех испытаний опытно-коммерческой эксплуатации было установлено, что КПД установки про электричеству составляет около 10% Работая по восемь часов в день, он может вырабатывать 80 кВт-часов, чего достаточно для обеспечения 100-200 домов электричеством для точечного освещения и основных бытовых приборов, таких как небольшой холодильник и электровентилятор. Это также заменяет ежедневные расходы на дизельное топливо (если рассматривать альтернативное решение с дизель-генерацией) на 32-40 долларов. Нужно сказать что стоимость диз-топлива в большинстве районов Африки составляет около 1 доллара США за литр, что является очень дорогим для большинства местного сельского населения..
При КПД в 10% по электричеству, установка превращает еще 60 процентов полученной энергии от сжигания топлива в тепловую энергию. Это тепло можно использовать для таких целей, как общественное потребление для подогрева воды на бытовые нужды, приготовление пищи, обработка или сушка урожая или медицинская стерилизация.
Уже на фабрике производства в США каждый агрегат собран как единое целое, которое можно переместить на грузовике в нужное место, там выгрузить и закрепить на фундаменте внутри нужного помещения или под навесом. Как только VIP паровая установка смонтирована, все, что нужно сделать оператору, это залить в нее воду, загрузить и поджечь топливо. После этого сразу паровая машина начнет вырабатывать электроэнергию.
Теперь от трудностях этого производства. При том, что такие паровые установки (паровые машины) с электрогенераторами производятся уже около 10 лет, они так и не получили массового спроса. Основная трудность тут заключается в их высокой цене. Ибо это дорогостоящее оборудование, созданное с применением современных технологий, производится в стране с очень высокой стоимостью рабочей силы и материалов. Общий вес паровой установки составляет примерно одну тонну. В настоящее время паровые машины с генераторами на фирме Билинберга изготавливаются в условиях ручной сборки при их штучном производстве в городе Братфорд, штат Вермонт, и отправляются в конечные пункты назначения, готовые к эксплуатации по прибытии.
В настоящее время стоимость для потребителя в Африке или в Индии этих паровых машин назначена в 20 000 долларов за один экземпляр. По мере того, как компания переходит на более расширенное производство и увеличивает объемы производства, ожидается, что через определенный период цена может снизиться примерно до 15 000 долларов за одну паровую машину.
Для сравнения, дизель-генераторные установки, мощность которых может соответствовать электрической мощности VIP, и которые массово применяются во всем мире для автономной электрогенерации, стоят от 4000 до 10000 долларов (но при этом текущие расходы на дизельное топливо составляют отдельную статью расходов) . Биленберг в одном из интервью для прессы сообщал: «Таким образом, производство нашего двигателя с генератором примерно в два раза дороже дизельных электрогенераторов. Добавьте к этому стоимость доставки из США в порты Африки, которая составляет около 2500 долларов за машину, еще от 100 до 500 долларов тратиться за транспортировку из порта на конечную площадку и до 300 долларов за установку, и VIP – машина становится довольно дорогим оборудованием для сельских общин с низким доходом, за которое приходится платить авансом или надеяться на оплату через гранты зарубежных Фондов развития».
Тут еще стоит добавить, что паросиловая установка с паровой машиной и электрогенератором производства одной индийской компании стоит в 2 раза дешевле. – 10 000 долларов. Однако такая индийская паровая машина гораздо примитивнее по конструкции и имеет меньший КПД использования тепла сжигаемого топлива.
Вот об этом производителе паровых машин из Индии мы и поговорим в следующей статье на моем канале.
А потом поговорим о производстве таких паровых машин в России,
об этом смотри здесь- http://alter-mini-energy.ru
