В ряде случаев возникает задача генерации недорогой электроэнергии при условии доступного источника недорогого бросового топлива, например, древесных опилок на лесопильных цехах. При этом частым требованием к решению такой задачи является выполнение требования минимизации капитальных затрат на электростанцию, даже с учетом приемлемого падения КПД электрогенерации (22-27%, это меньше, чем у дизельных двигателей, но вполне сопоставимо с бензиновыми и турбинами малой мощности). Учитывая условие малой стоимости топлива, решение поставленной задачи становится экономически оправданным, особенно в случае, когда еще есть внутреннее потребление тепла на технологические цели, поскольку КПД в режиме когенерации вполне может быть равным 85-96%.
Все ранее известные решения не являются решением поставленной задачи, поскольку в большинстве случаев для малых мощностей в диапазоне 50-500 кВт их стоимость существенно выше, чем просто ГПУ, а при чрезмерном упрощении КПД электрической генерации падает до тех значений, когда постройка такой электростанции нецелесообразной по технико-экономическим соображениям.
Разработанное решение основано на применении ранее разработанного (2018 г.) в НИИЭПФ радиального двигателя с эффектом экранного слоя и по типу конструкции, относящегося к радиально-пластинчатым машинам. Двигатель может работать на давлениях даже менее 10 атм, сохраняя хороший КПД на валу. Другим важным преимуществом двигателя является его частота оборотов – 1500 мин-1, что идеально для применения типовых альтернаторов и большой ресурс непрерывной работы (годы или даже десятилетия) без какого-либо обслуживания.
Разработанная схема электростанции включает два радиальнолопастных аппарата, расположенных на одном валу вместе с альтернатором. В качестве рабочего газа используется воздух, без системы градирен и охлаждения.
Упрощенно, работа электростанции может быть описана следующим образом. Радиальнолопастной аппарат (лопастная турбина) приводит во вращение вал, на котором размещен альтернатор, вырабатывающий электроэнергию, и второй радиальнолопастной аппарат, работающий в режиме компрессора и сжимающий холодный воздух. Сжатый воздух поступает в камеру нагрева, отапливаемую топочными газами, в результате чего происходит его изобарическое расширение с увеличением объема. Расширенный горячий воздух поступает на первый радиальнолопастной аппарат, работающий в режиме турбины и приводящий в действие питающий его компрессор и альтернатор. Отработанный воздух сбрасывается в атмосферу или используется в качестве сушильного агента, или его тепло рекуперируется для нагрева жидкого теплоносителя, например, термомасла или горячей воды.
Электростанции по разработанной схеме включают более чем проверенные и отработанные инженерные решения, обладают относительно небольшой стоимостью (на уровне хороших ГПУ), длительным сроком службы и периодичностью обслуживания. Таким образом, они могут получить достаточно широкое распространение во всех тех случаях, когда необходима генерация дешёвой электроэнергии при наличии источника бросового или недорогого топлива.
Видеокоментарий к публикации