Микроэнергокомплекс на базе влажно-паровой турбины, солнечного коллектора и теплового насоса

• Автор: Папин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ АВТОНОМНОЙ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ГЕНЕРАЦИИ, РАСПРЕДЛЕНИЯ, ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛА И ЭЛЕКРОЭНЕРГИИ В ОБЛАСТИ МАЛОЙ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
1.1 Аналитический обзор информационных источников в области автономных энергетических комплексов
1.2 Исследование существующих способов автономной децентрализованной генерации тепла и электроэнергии, анализ эффективности существующих решений

1.2.1 Традиционные решения автономного энергоснабжения

1.2.2 Зарубежные решения автономного энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии
1.2.3 Российские решения автономного энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии

1.2.4 Определение категории разрабатываемого энергокомплекса

1.3 Постановка задачи

Выводы по главе
Глава 2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ МИКРОЭНЕРГОКОМПЛЕКСА
2.1 Выбор и обоснование направления исследований
2.1.1. Перспективы использования ВИЭ в МЭК для Российской Федерации..
2.1.2 Использование энергии низкопотенциальных источников тепла
2.1.3 Использование механической энергии сред
2.1.4 Использование энергии солнца
2.2 Разработка концепции микроэнергокомплекса
2.3 Сравнение предлагаемого микроэнергокомплекса с современными когенерационными установками
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ МИКРОЭНЕРГОКОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТЬЮ 5 КВТ НА БАЗЕ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА, ВЛАЖНО-ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ И ТЕПЛОВОГО НАСОСА
3.1 Разработка системы пароприготовления
3.1.1 Разработка принципиальной схемы системы пароприготовления МЭК .
3.1.2 Повышение эффективности работы системы пароприготовления
3.1.3 Разработка конструкции парогенератора-сухопарника
3.1.4 Составление развернутой тепловой схемы системы пароприготовления
3.2 Паросиловая часть микроэнергокомплекса
3.3 Разработка системы охлаждения конденсатора паровой турбины
3.3.1 Разработка принципиальной схемы охлаждения конденсатора паровой турбины
3.3.2 Отопительные приборы микроэнергокомплекса

3.4 Разработка общей схемы микроэнергокомплекса базе солнечного
коллектора, влажно-паровой турбины и теплового насоса
Выводы по главе
Глава 4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ МИКРОЭНЕРГОКОМПЛЕКСА
4.1 Расчет основных элементов системы пароприготовления
4.1.1 Влияние солнечных нагревателей на экономичность МЭК
4.1.2 Расчет количества вакуумных солнечных коллекторов системы пароприготовления
4.1.3 Расчет аккумулирующего объема парогенератора
4.1.4 Тепловой расчет аккумулятора-парогенератора
4.2 Расчет турбины
4.2.1 Выбор конструкции турбины
4.2.2 Оптимизация частоты вращения ротора турбины
4.2.3 Расчет параметров влажно-паровой центростремительной турбины
4.2.4 Расчет расширяющегося сопла
4.3 Расчет конденсатора влажно-паровой турбины
Выводы по главе
ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСА, ОТРАБОТКА ФУНКЦИЙ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСА НА ЕГО ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТАХ
5.1 Внедрение систем отопления, кондиционирования и горячего водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии, по южному
региону РФ
5.2. Демонстрационный Центр
5.3 Проект «Умный дом» в жилом микрорайоне
5.4 Проект «Умный Дом» в жилом здании повышенной комфортности
5.5 Испытательный стенд влажно-паровой микротурбинной установки..
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Акты о внедрении результатов диссертационной работы
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Копии патентов

ВВЕДЕНИЕ
В России централизованные электрические системы, работающие от крупных ГРЭС и ТЭЦ, в большинстве своем уже отслужили проектный ресурс и требуют вывода их из эксплуатации. Строительство новых тепловых электростанций в ближайшее время трудно осуществить, так как для этого требуются большие капитальные затраты. Выход из сложившейся ситуации заключается в ускоренном развитии распределенной электрической системы, состоящей из множества преимущественно мелких источников энергии, находящихся в непосредственной близости от потребителей. На рынке энергоснабжения отсутствуют микроэнергетические комплексы (МЭК) малых мощностей для автономных индивидуальных, малоэтажных энергопотребителей, удаленных от централизованных сетей. Такие потребители вынуждены использовать установки раздельного производства тепловой (водогрейные котлы) и электрической энергий (дизельные, бензо- или газопоршневые и газотурбинные установки). В связи с тем, что доля малоэтажного строительства уже к 2015 году планируется довести до 60% (что составляет около 54 млн. м2 жилья в год) потребность в микроэнергокомплексах с каждым годом будет расти. В настоящее время разработаны конструктивные решения малоэтажных зданий различных классов энергоэффективности. Однако энергетические комплексы для обеспечения их как в автономном децентрализованном режиме, так и в комбинированном с традиционными и нетрадиционными технологиями отсутствуют. Такие системы должны обеспечивать дополнение и резервирование централизованных систем.
В диссертации изложена разработка влажно-паровой микротурбинной установки для систем малой распределенной энергетики на основе комбинированного использования традиционных и нетрадиционных источников энергии для объектов малоэтажного строительства.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением ФГБОУ ВПО ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям

При достаточной тепловой емкости накопителя и мощности солнечных коллекторов данную систему можно использовать для отопления и горячего водоснабжения круглосуточно. Для круглосуточного отопления с помощью накопленной солнечной энергии лучше всего подходят тепловые аккумуляторы с глауберовой солью, при условии применения в качестве отопительных приборов теплых полов, потому что температура фазового перехода глауберовой соли ниже 35°С.
Современные солнечные коллектора обеспечивают температуру до 270°С, что делает возможным использование их в паросиловых циклах для выработки электроэнергии. Преимущество паросиловых циклов для выработки электроэнергии по сравнению с фотопреобразовательной выработкой состоит в большей эффективности, потому как в паросиловом цикле теплота, не пошедшая на производство электричества, может быть использована для отопления и горячего водоснабжения.
2.2 Разработка концепции микроэнергокомплекса
Для автономного децентрализованного энергоснабжения необходимо использовать систему, способную производить тепловую и электрическую энергию круглосуточно, в количестве необходимом для обеспечения автономного объекта. На основании проведенного выше анализа, достижение поставленной задачи возможно комплексным использованием приведенных выше способов преобразования возобновляемых источников энергии в тепловую и электрическую.
Наиболее оптимальный вариант направления исследования это комплексное использование различных вариантов преобразования возобновляемых источников энергии в тепловую и электрическую [44-46, 48]. Принципиальная структура и схемы использования возобновляемых источников энергии в энергокомплексе показана в таблице 2.1 и на рисунке 2.8.