Серьезной технико-экономической задачей, которую необходимо решать при создании малых электростанций в диапазоне номинальной электрической мощности, условно от 30 кВт до 5 МВт, является выбор технических решений, оптимально сочетающих стоимость электростанции, высокий ресурс работы, низкую стоимость обслуживания и приемлемый КПД. Особо остро необходимость такого выбора стоит для электростанций, работающих на твердом топливе: отходах древесины, пеллетах, RDF-топливе, угле, торфе и прочих видах твердых топлив. По существу, выбор сводится к трем возможным решениям:
- Использование паровых машин (ПМ), отличных от паровых лопастных турбин. В отличие от турбин, они малой мощности имеют хорошие значения КПД (30–44%), не требуют обслуживания и обладают значительным ресурсом (30 и более лет до капремонта). Их основной недостаток – высокая стоимость, определяемая в первую очередь сложностью конструкции и трудоемкостью изготовления самой ПМ и печи с проточным парогенератором для генерации питающего пара.
- Использование готовых ORC-сборок. Основное преимущество – хороший КПД. Недостатки: требуется ежегодное дорогостоящее обслуживание, высокая стоимость, не столь высокий ресурс, требования к чистоте дымовых газов.
- Использование связки газогенератора и ГПУ-электростанции на генераторном газе. Преимущества – простота! Газогенераторы – простейшие аппараты; чертежи и сведения по расчету конструкции находятся в свободном доступе. Количество услуг от частных лиц по изготовлению газификаторов, количество видеороликов на эту тему – лишнее подтверждение сказанному. ГПУ, работающее на генераторном газе, по сути представляет собой газовый ДВС на базе типовых моторов. Отсюда главными преимуществами связки газогенератора и газификатора являются их относительно низкая стоимость и приемлемый КПД. Недостатки, по сути, недостатки ГПУ, особенно на предельно малых номинальных мощностях генерации до 250 кВт: низкий ресурс (до 5 лет, чаще не более 2 лет до капремонта) и необходимость ежемесячного обслуживания. Решение использовать дефорсированные моторы для ГПУ решает эти проблемы отчасти, но далеко не полностью.
Вместе с тем создание специализированной недорогой ГПУ, практически не требующей обслуживания и с ресурсом, сопоставимым с ПМ, было бы оптимальным решением, снижающим стоимость малых электростанций и стоимость получаемой электроэнергии (от условно бесплатной при наличии собственных отходов до 10 копеек и менее за кВт·ч при текущей (50 р/м³) стоимости RDF-топлива).
Найденные НИИЭПФ решения позволяют создавать ГПУ, отвечающие вышеобозначенным требованиям, даже в мелкосерийном и единичном производстве. В основе этих решений – использование технологии жидкого поршня, что позволяет избежать проблем износа уплотнений, износа блока цилиндров и собственно поршней, а также радикально упростить систему охлаждения. Использование технологии жидкого поршня не требует смазки, а значит, и не требует замены масла. При этом существует возможность для снижения себестоимости в условиях единичного производства использовать часть деталей от типовых ДВС. Более подробная информация содержится в видеоприложении к публикации. На момент выхода публикации полностью завершены расчетные работы и проверка найденных решений в условиях стендовых испытаний, завершается процедура патентования, а компания-разработчик готова к поставке первых электростанций на специальных льготных условиях.