Разработка многоцелевого экологически чистого газотурбинного двигателя для энергетических установок различного назначения

Разработка многоцелевого экологически чистого газотурбинного двигателя для энергетических установок различного назначения

Тема ПНИ: «Разработка многоцелевого экологически чистого газотурбинного двигателя для энергетических установок различного назначения»

Заказчик: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Цели выполнения ПНИ: Разработка, изготовление и испытание макета энергоэффективной микротурбины мощностью 25-75 кВт, конкурирующей по топливной экономичности с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Аннотация: Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников энергии; создание новых способов транспортировки и хранения энергии в Российской Федерации, а именно: разработка, изготовление и испытания макетного образца многоцелевого экологически чистого газотурбинного двигателя мощностью 25-75 кВт для энергоустановок различного назначения, предназначенных для транспортных средств (в том числе увеличения запаса хода транспортного средства), судов и судовых платформ, автономных источников питания превосходящих мировой уровень по основным технико-экономическим характеристикам (удельный расход топлива, удельная мощность, простота обслуживания), использующих различные виды топлива, в том числе попутный нефтяной газ, обеспечивающий большую эффективность в области использования экологически чистых источников энергии. В результате реализации проекта будет получен полезный научно-технический, технологический и социальный эффект, который будет обеспечен использованием полученных результатов в части вывода на рынок современной научно-технической продукции и технологий мирового уровня, а также импортозамещения.

На первом этапе был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы по проблемам создания микротурбин для энергоустановок, а также выполнены патентные исследования с целью формирования патентных заявок.

Были определены и обоснованы основные параметры и компоновка микротурбины.

Разработаны 3D модели компонентов микротурбины и проведено математическое моделирование течения потоков в газовоздушных патрубках теплообменника, в патрубках, соединяющих камеру сгорания и микротурбину, а также в затурбинном диффузоре.

Проведены оптимизационные расчеты КПД и ресурса компрессора турбины по теплонапряженному состоянию и течению газовоздушных потоков.

На втором этапе проведено математическое моделирование теплового состояния композитных подшипников микротурбины и теплонапряженного состояния корпусных элементов микротурбины. Также проведены оптимизационные расчеты КПД и ресурса компрессора и турбины по теплонапряженному состоянию и течению газовоздушных потоков. После расчетных работ были разработаны 3D-модели макетов композитных подшипников микротурбины, а также разработана программа и методика их испытаний. По разработанной конструкторской документации на макеты композитных подшипников были изготовлены макеты. С целью проведения испытаний макетов подшипников произведен монтаж и подготовка стенда ИП.

По разработанной конструкторской документации изготовлен макет микротурбины с целью проведения дальнейших испытаний.

На третьем этапе были разработаны и утверждены программы и методики испытаний макетов микротурбины, а также проведена разработка КД стенда ИМТ для испытаний макетов микротурбины с последующим производство и монтажом данного стенда. После подготовки и отладки стенда были проведены испытания макетов микротурбины, которые показали высокий эффективный КПД разработанного образца — 35,5%. Мощность, достигнутая микротурбиной, составила 52 кВт.

Полученная величина КПД является меньше проектной (37-38%), но не ниже установленной в требованиях Соглашения (34%). Полученная мощность несколько превышает проектную — 52 кВт (проектная 50 кВт).

При испытаниях макета малотоксичной камеры сгорания получена величина выбросов окислов азота равная 10,5 ppm (проектное значение 7,8 ppm).

Также были разработаны техническое задание на проведение ОКР по созданию микротурбины, работающей со сверхвысокой степенью регенерации тепла выходных газов, и предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов проекта, вовлечению их в хозяйственный оборот.

Уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI62518X0045

Номер соглашения: № 075-11-2018-233

Дата начала: 20.12.2018

Дата окончания: 31.12.2020

Директор проекта: к.т.н., доцент Карпухин К.Е.

Научный руководитель: д.т.н. Козлов А.В.

Ответственный исполнитель: к.т.н. Надарейшвили Г.Г.

Руководитель направления «Комбинированная энергоустановка»: к.т.н., Колбасов А.Ф.

Руководитель направления «Испытания: Попов В.С.

Программа: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

Головной исполнитель: Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ»»

Индустриальный партнер: Акционерное общество «Научно-производственное объединение «Турботехника».

План-график проведения ПНИ

«Ростех» собрался выкупить доли «Интер РАО» и «Роснано» в проекте турбины ГТД-110М

Москва. 10 июля. INTERFAX.RU — ГК «Ростех» может выкупить доли ПАО «Интер РАО» и «Роснано» в проекте турбины ГТД-110М. Это следует из материалов «Интер РАО».

Работа над созданием отечественного газотурбинного двигателя ГТД-110М началась в конце 2013 года, напоминает «Интер РАО» в своей презентации. Основными инвесторами выступили «Интер РАО» (1,26 млрд руб.) и «Роснано» (1 млрд руб.). «Ростех» вложил в проект 0,1 млрд руб., еще 5 млн руб. инвестировало НП ЦИЭТ. Общая стоимость проекта, включая субсидию Минпромторга в размере 0,57 млрд руб., составила 2,93 млрд руб.

В 2017 году проект перешел в стадию проведения модельных и стендовых испытаний опытно-промышленного образца турбины. В декабре того же года произошла авария опытного образца. По состоянию на 2020 год турбина работает в условиях конкурентного рынка на Ивановских ПГУ. Основные этапы реализации проекта завершены. На данный момент турбина наработала около 5000 часов, говорится в материалах компании.

Как следует из презентации «Интер РАО», генерирующая компания может выручить за свою долю сумму в размере номинала вклада в уставный капитал проекта, плюс доля инвестиций в течение 2013-2020 гг. и плюс премия за риски и успехи (оценена в 4,5 млрд руб.). Стоимость доли «Роснано» рассчитана по аналогичной формуле, но с большей суммой премии за риски и успехи (3,8 млрд руб.)

Также в «Интер РАО» предлагают «Ростеху» купить две турбины ГТД-110М за 2,6 млрд руб.

Дальнейшие планы по доработке проекта включают в себя необходимость проведения испытаний ГТД-110М с малоэмиссионной камерой сгорания. Это возможно в рамках поставки для ТЭС Ударная, конкурс на строительство которой на Таманском полуострове выиграла структура «Ростеха» «Технопромэкспорт», допускает «Интер РАО» в презентации.

В рамках проекта остается несколько открытых вопросов, отмечают в «Интер РАО». Во-первых, представленные «Ростехом» типовые компоновочные решения дают отрицательный финансовый результат при оценке инвестиционной привлекательности строительства генерирующих активов на базе ГТД-110М.

В презентации перечисляется четыре типовых компоновочных решения: ГТЭ-110М (мощность 115 МВт, КПД 36%), ПГУ-170 (мощность 170 МВт, КПД 52,5%), ПГУ-325 (мощность 325 МВт, КПД 51,7%) и ПГУ-495 (мощность 495 МВт, КПД 52%).

Во-вторых, предоставляемые гарантии на ГТД-110М значительно хуже предложений с использованием иностранных ГТУ, отмечают в «Интер РАО».

В «Интер РАО» подтвердили «Интерфаксу» подлинность материалов (ранее они были опубликованы в телеграм-канале, специализирующемся на освещении энергорынка), но подчеркнули, что это рабочие материалы, которые даже ещё не финализированы. «Никаких решений не принималось и даже не обсуждалось», — сказал представитель компании.

«Интерфакс» ожидает комментарии со стороны «Роснано» и «Ростеха».

В начале февраля 2020 г. стало известно, что в составе ГК «Ростех» появилась новая дочерняя компания ООО «ОДК — турбины большой мощности».

Как сообщили «Интерфаксу» в «Ростехе», новая специализированная компания была создана по решению госкорпорации в составе «ОДК» для организации серийного производства и вывода на энергетический и газовый рынок страны турбины ГТД-110М.

Ранее первый замгендиректора «Ростеха» Владимир Артяков заявлял, что старт серийного производства российской газовой турбины ГТД-110М планируется в 2020 г.

В то же время правительство РФ в начале 2019 года утвердило программу модернизации ТЭС. По ее условиям, в России до 2031 г. должно быть модернизировано 40 ГВт ТЭС за счет платежей оптовых потребителей энергии. Это обеспечит инвесторам возврат средств с доходностью 14% годовых.

В рамках этой программы также планируется провести дополнительный отбор до 2 ГВт проектов для локализованных или отечественных турбин мощностью от 65 МВт с вводом этих проектов в эксплуатацию в 2026-2028 гг.

Применение в нефтегазовой отрасли

Благодаря проверенным технологиям проектирования Kawasaki, у газовых турбин Kawasaki превосходный КПД и сверхнизкие выбросы NOx. Они подходят для работы в базовой нагрузке, резервной генерации, а также как механический привод.

Нефтегазовое месторождение Ивафунэ-оки (предоставлено JAPEX)

Выработка энергии

Модельный ряд

*Номинально, условия ISO при 15ºC (59ºF) на уровне моря
Нет потерь на всасе / выхлопе
Относительная влажность 60 %
Природный газ (100%-ый CH4, низшая теплотворная способность =35,8 МДж/Нм 3 (960 бте/стандартный кубический фут))
Диффузионная камера сгорания без инжекции воды

Газотурбинный генератор GPB15 класса 1,5 МВт

Генераторный пэкедж GPB15

Газотурбинный двигатель серии M1A

*Номинально, условия ISO при 15ºC (59ºF) на уровне моря
Нет потерь на впуске / выхлопе
Относительная влажность 60 %
Природный газ (100%-ый CH4, низшая теплотворная способность =35,8 МДж/Нм 3 (960 бте/стандартный кубический фут))
Диффузионная камера сгорания без инжекции воды
Номинальная производительность на клеммах генератора (КПД генератора 96,5 %)

*Без впускной и вентиляционной системы

Газотурбинный генератор GPB80 класса 8 МВт

Пэкедж GPB80, для выработки энергии

Газотурбинный двигатель серии M7A

*Номинально, условия ISO при 15ºC (59ºF) на уровне моря
Потери на всасе: 0,98 КПа, Потери на выхлопе: 1,96 КПа
Относительная влажность 60 %
Природный газ (100%-ый CH4, низшая теплотворная способность =35,8 МДж/Нм 3 (960 бте/стандартный кубический фут))
Диффузионная камера сгорания без инжекции воды
Номинальная производительность на клеммах генератора (КПД генератора 97,8%)

*Без впускной и вентиляционной системы

Газотурбинный генератор GPB180 класса 18 МВт

Газотурбинный двигатель L20A

Газотурбинный генератор GPB300 класса 30 МВт

Газотурбинный двигатель L30A

Механический привод

Газотурбинный двигатель L30A

*Номинально, условия ISO при 15ºC (59ºF) на уровне моря
Нет потерь на впуске / выхлопе
Относительная влажность 60 %
Природный газ (100%-ый CH4, низшая теплотворная способность =35,8 МДж/Нм 3 (960 бте/стандартный кубический фут))
Диффузионная камера сгорания без инжекции воды

Механический привод L30A

• Загрузить брошюру(1,4 Мб)

Контакты

Если вам нужна дополнительная информация о нашем бизнесе, пожалуйста, свяжитесь с нами.

• Информация о компании
• Статьи
• Новости и события
• Устойчивое развитие
• Инвесторы
• Контакты

Наша продукция

• Главная

• 
  Транспортные средства
• 
  Энергетика
• 
  Промышленное оборудование
• 
  Досуг

Powering your potential. Компания Kawasaki стремится предоставлять клиентам уникальные бизнес-решения с использованием наших инновационных технологий для удовлетворения разнообразных общественных потребностей во всем мире. Kawasaki «работает как единое целое на благо планеты».

• Карта сайта
• Политика конфиденциальности
• Политика сайта
• Политика ведения социальных СМИ

Copyright © 2018 Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Все права защищены.

Что такое кпд газотурбинного двигателя

Преимущества газовых турбин в мобильности и высокой степени автоматизации

Основное назначение газотурбинных электростанций — автономная работа в местах разработки новых месторождений полезных ископаемых, чаще всего — нефти, в поисковых буровых установках, на строительстве железных дорог, на лесозаготовках, на строительстве объектов удаленных от линий электропередач. Одним из основных плюсов газовых турбин является их мобильность. Кроме того, автономные электростанции, созданные на основе газовых турбин, имеют, как правило, высокую степень автоматизации и дистанционное управление.

Периодически газовым турбинам предрекают постепенный уход с рынка автономного энергоснабжения, ввиду того, что на смену старой технологии пришла новая — парогазовая. С другой стороны, несмотря на то, что во всем мире парогазовые электростанции нашли самое широкое применение и активно выпускаются, они недалеко ушли от своих предшественников и имеют множество недостатков.

Прежде всего, это высокий уровень шума, требующий их монтажа и установки в специально оборудованных контейнерах и помещениях, дающих также влагозащищенность — этот минус существенно повышает их себестоимость и снижает фактор мобильности. Кроме того, КПД подобных электростанций ниже, чем у поршневых двигателей. Еще больше он снижается при снижении нагрузки, повышении температуры окружающей среды, а также низком качестве топлива. Кстати, топливо для газовых турбин требуется подготовить — произвести очистку, осушку и компрессию. При несоблюдении правильных условий эксплуатации предстоит пройти сложный и очень дорогой капитальный ремонт.

Конструкция и назначение

Газовая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, преобразующий энергию газа в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в газовотурбинном двигателе процессы происходят в потоке движущегося газа. Качество газовой турбины характеризуется эффективностью КПД, то есть соотношением работы, снимаемой с вала, к располагаемой энергии газа перед турбиной.

Конструкция нынешних газовых турбин прошла многолетнюю обкатку, и на сегодняшний день представляет собой четко сгенерированный агрегат, весьма эргономичный в работе. И все же, КПД современной многоступенчатой парогазовой турбины составляет всего 25%-35%, в зависимости от параметров работы конкретной модели турбины и характеристик топлива.

Основное назначение газотурбинных электростанций — автономная работа в местах разработки новых месторождений полезных ископаемых, чаще всего — нефти, в поисковых буровых установках, на строительстве железных дорог, на лесозаготовках, на строительстве объектов удаленных от линий электропередач. Одним из основных плюсов газовых турбин является их мобильность, ведь конструктивно такие электростанции могут размещаться на железнодорожных платформах, прицепах, в гусеничном вездеходе, на самоходных шасси и т.д. Кроме того, автономные электростанции, созданные на основе газовых турбин, имеют, как правило, высокую степень автоматизации и дистанционное управление. Требуется совсем мало персонала для обслуживания. И пуск станции, приём нагрузки, работа вспомогательного оборудования (например, пополнение топливных и масляных баков) автоматизированы. Кроме того, в состав автономных газотурбинных электростанций помимо первичного двигателя и электрического генератора, входит дополнительное оборудование — распределительное устройство, комплект кабельной сети, комплект запасных частей, система сигнализации.

Газовая ретроспектива

Первая газовая турбина была изобретена еще в 1791 году, патент на нее получил англичанин Джон Барбер. Но, как это часто бывает с техническим прогрессом, он вдруг сделал крутой вираж в сторону паровых двигателей, более удобных для производства и установки. Газовые турбины начали производить только в конце XIX века. Тогда они использовались в качестве части газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению были близки к паровой турбине. В 1900 году Петр Кузычинский, инженер из России, впервые в мировой истории попробовал установить газовую турбину на морской крейсер. Однако дальше опытного образца дело не пошло — корабль так и не был спущен на воду.

Первая стационарная газовая турбина была создана в Швейцарии в 1939 году. Разработку словака Аурелия Стодолы разместили в альпийской пещере. Мощность газовой электростанции Стодолы составляла всего 4 МВт. Кстати, она работает по сей день, что говорит не столько о гениальности конструктора, сколько об отличных эксплуатационных качествах газовых турбин в целом. Мировая война активно подталкивала техническую мысль в борьбе за превосходство над противником, и в мае 41-го британский инженер Фрэнк Уиттл придумал, как оснастить газовой турбиной истребитель. Аналогичную технологию взяли на вооружение и силы Вермахта. История умалчивает, была ли это собственная разработка немцев, или им удалось похитить перспективную технологию.

В мирное время газотурбинные двигатели нашли свое применение в энергетике. Случилось это уже в 50-60-х гг. И сегодня в США и Великобритании ТЭЦ мощностью свыше 500 МВт, как правило, снабжаются газотурбинными установками в 25—35 МВт для покрытия нагрузок в «пиковые» часы.

Первые газовые турбины в СССР стали производиться в 60-х годах. Согласно конструкторской мысли, Шатская буроугольная подземногазовая электростанция должна была работать на продуктах подземной газификации углей и существенно снизить объемы потребляемой электроэнергии. Но впоследствии оказалось, что экономически данное решение не обосновано — в связи с быстрым износом лопаток газовых турбин под воздействием частиц угля, которыми был насыщен шахтный газ.

Параллельно развивались и парогазотурбинные установки, о которых так много говорят сегодня — как об одном из наиболее перспективных направлений развития энергоснабжения — в том числе и автономного. Впервые практическое применение парогазовая турбина получила еще в 1932 в высоконапорных парогенераторах «Велокс» фирмы «Броун, Бовери унд компани» (Швейцария). Газовая турбина работала на отходящих газах парогенератора и приводила в действие дутьевой турбокомпрессор, осуществляющий наддув топки, что позволило существенно интенсифицировать теплообмен. Парогенераторы типа «Велокс» получили распространение и в СССР. Первая в нашей стране парогазотурбинная установка общей мощностью 16 МBт была пущена в 1964 на Ленинградской ГЭС-1 в качестве надстройки над существующей паровой турбиной (30 МBт). Вслед за этой установкой был создан проект парогазовой установки мощностью 200 МBт. Впоследствии парогазовые турбины, в основном, нашли применение в энергетике крупных ТЭЦ.

В 90-е годы благодаря повсеместному переходу на использование природного газа в качестве основного топлива для электроэнергетики, газовые турбины заняли существенный сегмент рынка. Мировая энергетика активно развивается в этом направлении. На газовые и парогазовые установки приходится до 70% вводимых в мире генерирующих мощностей.

Будущее газотурбинных электростанций

Дальнейшее развитие газотурбинных электростанций конструкторы, прежде всего, связывают с созданием новых жаропрочных материалов и надёжных систем охлаждения лопаток, а также совершенствования проточной части. Правда, мало кто верит, что в этой области случится серьезный прорыв. Скорее стоит ожидать перспектив от парогазовых установок. А в области автономного энергоснабжения — в первую очередь, от дизеля.

Установка даже самого современного парогазотурбинного комплекса, говорят профессионалы, сегодня далеко не всегда оправдана в силу целого ряда факторов. Прежде всего, необходимо учесть климатические условия, в которых будет работать электростанция, нагрузку, наличие топливных ресурсов и цены на них в заданном регионе, местные тарифы на электроэнергию и так далее. Но, даже просчитав все до мелочей, не стоит надеяться на быструю прибыль. Статистика утверждает, что в среднем срок окупаемости газотурбинной установки с учетом амортизации составляет 3-4 года. На сегодняшний день передвижные дизельные электростанции серьезно потеснили передвижные электростанции на основе газовых турбин. Они имеют более высокий КПД и, самое главное, их стоимость гораздо ниже. Именно по этой причине сегодня наиболее широкое распространение получили дизельные электростанции малой мощности и энергопоезда с дизель-электрическими агрегатами большой мощности.

Правда, отдельные специалисты полагают, что рано списывать газовые турбины со счетов. Ведь существуют экономичные разработки передвижных парогазотурбинных установок, способные составить конкуренцию даже дизельным электростанциям. Вот и российское правительство, если судить по публикациям в прессе, при перестройке старых ТЭЦ решило делать упор на инновациях в области парогазовых установок. Правда, по мнению экспертов, в области автономного энергоснабжения имеются пока только отдельные, пусть порой и весьма перспективные, разработки, которые еще требуется проверить временем. А что касается оптимизма, источаемого предприимчивыми продавцами новых решений, то их обещаниям не всегда стоит верить.