Резюме проекта (ПНИЭР)

выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

по этапу № 3 (итоговое)

Номер Соглашения Электронного бюджета: 075-11-2018-206.

Внутренний номер соглашения 14.579.21.0148.

Тема: "Разработка и экспериментальная апробация научно-технических решений по созданию конкурентоспособных модульных энергоустановок на геотермальных источниках в регионах с ограниченными водными ресурсами".

Приоритетное направление: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная техника.

Критическая технология: Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе.

Период выполнения: 26.09.2017 г. – 30.06.2020 г.

Плановое финансирование проекта: 128 000 000 (сто двадцать восемь миллионов) рублей.

Бюджетные средства: 75 000 000 (семьдесят пять миллионов) рублей.

Внебюджетные средства: 53 000 000 (пятьдесят три миллиона) рублей.

Исполнитель: Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон".

Индустриальный партнер: Акционерное общество "Борисоглебский ордена Трудового Красного Знамени завод химического машиностроения".

Ключевые слова: ИСПАРИТЕЛЬ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, ВОЗДУШНЫЙ КОНДЕНСАТОР, ТУРБИНА, ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ, ГЕОТЕРМАЛЬНОЕ ТЕПЛО, ТЕПЛООБМЕННИК, ОРГАНИЧЕСКИЙ ЦИКЛ РЕНКИНА.

1. Цель проекта
   1. Разработка и экспериментальная апробация научно-технических решений для создания на геотермальных электростанциях с ограниченными водными ресурсами конкурентноспособной энергоустановки повышенной эффективности и маневренности, работающий на высокотемпературных (до 170 °С) и среднетемпературных (90÷120 °С) теплоносителях.
   2. Применение результатов ПНИЭР для проектирования модульных энергоустановок мощностью 0,5÷4 МВт для утилизации тепла широкого спектра источников с КПД до 14 % на высокотемпературных и до 11 % на среднетемпературных теплоносителях с воздушным конденсатором, обеспечивающим коэффициент теплопередачи не менее 35 Вт/м²·K.
2. Основные результаты проекта

   На этапе 1 (2017 г.) выполнен анализ научно-технической, нормативной и патентной литературы, обоснованы направления исследований и принципиальные научно-технические решения по созданию опытной модульной энергоустановки (далее ОМЭ) электрической мощностью 0,5÷4 МВт с воздушным охлаждением для среднетемпературных (90÷120 °С) геотермальных и высокотемпературных (до 170 °С) источников тепла.

   Проведено обследование Верхнемутновской геотермальной электростанции и Новокомсомольской газокомпрессорной станции ООО «Газпром Трансгаз Югорск», получены экспериментальные данные по химическому составу сепарата на выбранной геотермальной станции.

   Выполнен анализ схем, параметров и рабочих тел для энергоустановки на органических теплоносителях с учетом современных требований к экологической и промышленной безопасности, их стоимости и доступности, наилучшие показатели имеют два рабочих тела: н-Пентан для высокотемпературных источников и хладон R134А для средне- и низкотемпературных источников.

   Выполнены расчеты и разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы парогенератора с компактным перегревателем (ПГ) и воздушного конденсатора (ВК).

   На этапе 2 (2018 г.) проведена корректировка эскизной конструкторской документации экспериментальных образцов ПГ и ВК, разработаны алгоритмы управления стендами для их исследований, методики обобщения экспериментальных данных, расчета и проектирования модульных энергоустановок. Выпущена эскизная конструкторская документация на стенды для исследований экспериментальных образцов и систему хранения теплоносителей. Оформлено техническое предложение на модуль турбогенераторной энергоустановки мощностью 0,5÷4 МВт, выполнены 3D-моделирование и расчет проточной части турбины.

   Приобретены материалы и оборудование для изготовления стендов, изготовлены экспериментальные образцы ПГ (рисунок 1), ВК и стенд для исследований экспериментальных образцов (рисунок 2).

   

   Рисунок 1 – Экспериментальный образец парогенератора (сухая масса 346 кг, рабочее давление до 4 МПа, температура до 200 °С)

   

   Рисунок 2 – Комплексный стенд для исследований экспериментальных образцов теплообменных аппаратов ОЦР

   На этапе 3 (2019 г.) выполнены предварительные испытания экспериментальных образцов ПГ и ВК с верификацией показателей систем измерения. На основании этих испытаний была произведена корректировка конструкторской документации экспериментальных образцов.

   Проведены экспериментальные исследования процессов испарения и перегрева пара в компактном пароперегревателе. Получены уникальные результаты при кипении хладонов в трубном пучке в диапазоне тепловых нагрузок до 90 кВт/м² и при конденсации в трубе до 85 кВт/м². Экспериментальные данные обобщенные в виде зависимости коэффициентов теплоотдачи от плотности теплового потока α = Аqⁿ для кипения в трубном пучке, приведены на рисунке 3. Результаты исследований в таком широком диапазоне плотности теплового потока являются новыми в мировой практике, разброс данных относительно аппроксимирующей кривой не превышает ±10 %.

   

   Рисунок 3 – Теплоотдача при кипении в трубном пучке

   На основании этих данных произведена апробация и подтверждена правильность научно-технических решений, направленных на повышение эффективности энергоустановок.

   На базе проведенных испытаний и обобщения их результатов разработан проект технического задания на ОКР по теме: "Создание и испытание опытной модульной энергоустановки электрической мощностью 0,5÷4 МВт с воздушным охлаждением…". Определены технико-экономические показатели и разработано ТЭО энергоустановки мощностью 1 МВт с воздушным охлаждением для среднетемпературного (90÷120 °С, КПД 11 %) и высокотемпературного (до 170 °С, КПД 17 %) источников тепла.

   С использованием этих материалов разработано техническое задание на проектно-изыскательские работы для внедрения опытного образца модульной энергоустановки на действующих объектах, расположенных в регионах с ограниченными водными ресурсами, и эксплуатационная документация для энергоустановок мощностью 1 МВт.

   За счет внебюджетного финансирования проведены дополнительные патентные исследования, результаты ПНИЭР представлены на 8 мероприятиях, 4 из них – в 2019 г.

   Большой объем работ выполнен за счет средств индустриального партнера: приобретено оборудование и материалы, проведены пуско-наладочные работы на стендах, разработаны технические требования к производству теплообменного оборудования модульной установки.

3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

   Полезная модель, патент № 182819 от 04.09.2018 г. "Теплоутилизационная установка с герметичным замкнутым контуром", РФ.

   Полезная модель, патент № 185511 от 07.12.2018 г. "Секционная конденсационная установка", РФ.

   Полезная модель, патент № 185915 от 24.12.2018 г. "Воздушный конденсатор пара избыточного давления", РФ.

   Полезная модель, патент № 185977 от 25.12.2018 г. "Устройство поддержания уровня в замкнутой газожидкостной системе", РФ.

   Полезная модель, патент № 191837 от 26.08.2019 г. "Геотермальная электростанция", РФ.

   Полезная модель, патент № 192073 от 03.09.2019 г. "Турбогенератор для органического цикла Ренкина", РФ.

   Полезная модель, патент № 191940 от 28.08.2019 г. "Двухпоточный турбогенератор для органического цикла Ренкина", РФ.

4. Назначение и область применения результатов проекта

   Технические решения предназначены для создания конкурентоспособного импортозамещающего оборудования, обеспечивающего повышение на 15-30 % (относительных) эффективности действующих и проектируемых энергоблоков ГеоЭС за счет утилизации тепла сепарата и повышения потенциала пара, устройств комплексной утилизации тепла и полезных компонентов геотермальных источников с использованием новых технологических решений, защищенных патентами, для внедрения в ПАО «Русгидро», ОАО «Геотерм», ПАО «Геотерм», а также на промышленных предприятиях России и зарубежья.

5. Эффекты от внедрения результатов проекта

   Экспериментальные данные и их обобщение, полученные в процессе работ по соглашению, являются надежной базой для расчета процессов кипения и конденсации хладонов и проектирования аппаратов модульных энергетических установок мощностью 0,5÷4 МВт с плотностью тепловых потоков q = 40÷190 кВт/м² и воздушным охлаждением конденсатора.

   Полученные результаты ПНИЭР обеспечат масштабирование предлагаемых технических и технологических решений для промышленной реализации в условиях геотермальных месторождений и промышленных объектов различного температурного уровня.

   Разработанные прототипы технических решений являются конкурентоспособными на российском и международном рынках и защищены патентами.

   Разрабатываемые модульные энергоустановки электрической мощностью 0,5÷4 МВт с воздушным охлаждением предназначены для работы на термальных источниках тепла со следующими параметрами: с температурой воды до 120 °С и КПД 11 %, с температурой до 170 °С, КПД 17 % и удельным расходом греющего теплоносителя 2,48 кг/кВт·час, коэффициентом теплоотдачи в ВКУ α = 36÷37 Вт/м²·К.

   Наличие новых решений создаёт базу для экспортного внедрения этих установок.

6. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта

   Коммерциализация проекта будет осуществляться индустриальным партнером в виде поставки модульной энергоустановки на органическом теплоносителе, производство которой технологически обеспечено отечественными заводами (ОАО «КТЗ», АО «Борхиммаш» и др.), а потребители определены программой развития энергетики РФ до 2035 г., принятой ПАО «Газпром» программой внедрения теплоутилизационных установок и планами крупных корпораций («Лукойл», «Роснефть» и т.д.).

   Только в России рынок для внедрения разрабатываемых энергоблоков превышает 250 млрд. руб. (геотермальные и утилизационные электростанции в газовой, нефтеперерабатывающей отраслях, металлургии, сельском хозяйстве и др.). Срок окупаемости теплоутилизационных электростанций на базе ОЦР не превышает 6 лет.

7. Наличие соисполнителей
   • ИТ СО РАН им. С.С. Кутателадзе (2018 и 2019 гг.);
   • ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ" (2018 и 2019 гг.);
   • КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана (2017 – 2019 гг.);
   • КГУ им. К.Э. Циолковского (2018 г.);
   • ООО НПВП "Турбокон-н" (2017 и 2018 гг);
   • АО "Борхиммаш" – индустриальный партнер (2017 и 2019 гг.).

Наверх

ЗАО НПВП "Турбокон"
Россия, 248010, г.Калуга, ул.Комсомольская роща, д.43, E-mail: turbocon@kaluga.ru
© 2015-2024г. Все права защищены