Когенерация. Тепло-электроэнергия и инновационные решения в этой области

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

РЕФЕРАТ

Когенерация. Тепло-электроэнергия и инновационные решения в этой области

Предмет: Основы научных исследований

Подготовил : Семёнов Н.Н. 14 ХТЗ

2016г

Основные определения и терминология

Энергетика -- область хозяйственно-экономической деятельности человека. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию.

Инновация представляет собой материализованный результат, полученный от вложения капитала в новую технику или технологию, в новые формы организации производства труда, обслуживания и управления, включая новые формы контроля, учета, методов планирования, анализа и т.п. (многие организационно-технические, управленческие и экономические решения производственного, финансового, коммерческого и административного характера). Инновацию можно назвать также инновационным продуктом. С понятием «инновация» тесно связаны понятия «изобретение» и «открытие».

Практическое использование новшества с момента технологического освоения производства и масштабного распространения в качестве новых продуктов и услуг является нововведением (инновацией) (англ. innovation - нововведение, новшество, новаторство, «инвестицию в новацию», «введение новшества»).

Инженемр- специалист задачей которого является разработка новых и/или оптимизация существующих инженерных решений. Например, оптимизация проектного решения в т. ч. вариантное проектирование), оптимизация технологии, менеджмент и планирование, управление разработками и непосредственное контролирование производства. Новые инженерные решения зачастую выливаются в изобретения.

Прикладные исследования -- научные исследования, направленные на практическое решение технических и социальных проблем.

Когенерация - (название образовано от слов Комбинированная генерация электроэнергии и тепла) -- процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии.

Синхронная машина -- это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Турбогенератор -- работающий в паре с турбиной синхронный генератор. Основная функция в преобразовании механической энергии вращения паровой или газовой турбины в электрическую.

Инновационные решения и прогресс науки - не делимое

В любом современном государстве ключевую роль в его существовании играют энергоресурсы. Электроэнергия и тепло энергия неотъемлемая часть любого современного производства и первая необходимость любого современного потребителя в быту. Задачу в получении этих ресурсов решали со времен появления цивилизованного общества, что требовало постоянных инновационных решений и прикладных исследований в этой области. Решение данной задачи как правило возлагалось на инженерно-технически образованную часть общества.

Водяной пар.

Пожалуй, рискованно утверждать, что великая промышленная революция началась с чайника. Очень уж трудно поставить рядом грандиозные перемены, сотрясавшие Европу, и… чайник. Но, говорят, что такое сопоставление правомерно. Как утверждает легенда, за кипящим чайником пристально наблюдал английский мальчик Джеймс Уатт. Став взрослым, он «научил» микроскопические пузырьки, заставлявшие дребезжать крышку чайника, выполнять полезную работу. Неукротимая энергия этих пузырьков перевернула судьбы десятков тысяч людей. XIX век стал веком пара. Купцы понимая, что не стоит держать деньги в сундуках. Деньги должны делать деньги. И они охотно вкладывают капитал в производство. Происходило то ,что и должно происходить если человек хочет получить инновационный продукт (финансовое, вложение в те или иные исследования касательно той или иной области инновации неизбежны). Заработали станки на заводах. Промышленность стала выпускать больше продукции.

Фабрику пара подарил миру врач и сын врача француз Дени Папен. Высокое давление, под которым готовился пар в «Папеновом котле», грозило взрывами. Чтобы избежать опасности, Папен сконструировал остроумный предохранительный клапан. Двести пятьдесят лет применяется этот клапан в технике.

Через пятнадцать лет после Папена англичанин Томас Севери запатентовал устройство «для подъема воды и приведения в движение разного рода мельниц силой огня». И наконец, третий изобретатель -- английский кузнецТомас Ньюкомен -- соединил паровой котел с паровым насосом, тем самым человечество дало начало повсеместного использования паровой энергии. Что и по сей день широко используется в современной промышленности.

Паровой котел на твердом топливе

Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором (рис.4), способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Ипполит Пикси в 1832.

(рис.4)Электрогенератор Пиксе

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Синхронная машина -- это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор -- на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щётка-кольцо), в маломощных, к примеру, в двигателях жёстких дисков -- постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор -- на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.)

Турбогенератор (рис. 5) -- работающий в паре с турбиной синхронный генератор. Основная функция в преобразовании механической энергии вращения паровой или газовой турбины в электрическую. Скорость вращения ротора от десятков тысяч оборотов в минуту (у синхронных турбогенераторов с возбуждением от постоянных магнитов "НПК "Энергодвижение") до 3000, 1500 об/мин (у синхронных турбогенераторов с возбуждением ротора). Механическая энергия от турбины преобразуется в электрическую посредством вращающегося магнитного поля ротора в статоре. Поле ротора, которое создается либо установленными на ротор постоянными магнитами, либо током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, приводит к возникновению трёхфазного переменного напряжения и тока в обмотках статора. Напряжение и ток на статоре тем больше, чем сильнее поле ротора, т.е. больше ток протекающий в обмотках ротора. У синхронных турбогенераторов с внешним возбуждением напряжение и ток в обмотках ротора создает тиристорная система возбуждения или возбудитель - небольшой генератор на валу турбогенератора. Турбогенераторы имеют цилиндрический ротор установленный на двух подшипниках скольжения, в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля.

(рис. 5) синхронный турбогенератор.

Выше описанные технологии получения пара и электричества стали фундаментом для решения проблем энергоносителей в современном мире, и благодаря инновационным решениям появилась новая технология получения тепло-электроэнергии - это Когенерация.

Когенерация-(название образовано от слов Комбинированная генерация электроэнергии и тепла) -- процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. В советской технической литературе распространён термин теплофикация -- централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентралях. Отличием от теплофикации является утилизация тепла после получения электроэнергии (фактически использование вторичного энергоресурса - тепла после отработки в установках по производству электроэнергии). При теплофикации процесс выработки электроэнергии и тепла идет параллельно. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ (теплоэлектроцентралях), где рабочее тепло после использования в выработке электроэнергии применяется для нужд теплоснабжения. Тем самым значительно повышается КИТТ -- до 90 % и даже выше.

Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергии создаётся возможность утилизировать попутное тепло.

Дальнейшим развитием когенерации является тригенерация, в которой тепло также используется для создания холода, например для использования в системах кондиционирования воздуха.

Когенерационные установки (когенераторы) широко используются в малой энергетике. И для этого есть следующие предпосылки:

Тепло используется непосредственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;

Потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.

Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки» первую очередь для производственной отрасли и наряду с этим в быту - жилое хозяйство, ЖКХ и т.д.). Непосредственно данная технология используется на предприятии ОАО « НАФТАН».

Продуктом когенерации является КГТУ - когенерационная газотурбинная установка.

Технические усредненные характеристики базовой КГТУ производственного масштаба с двумя энергоблоками ( используемых для крупных предприятий):

Вид топлива - природный газ

Номинальные показатели мощности

- электрическая - 40 Мвт/ч.

- тепловая 66,69 Гкалл.

Напряжение - 6,3 Кв.

Производительность пара - 90 т/ч.

Давление пара - 1,45 Мпа

Температура пара - 330 0С

Состав КГТУ :

Пункт подготовки топлива (газа) включающий в себя систему предварительной механической очистки газа при помощи фильтров, сепарация и его подогрев до необходимых температур.

Воздухоочистительное устройство - предназначено для очистки воздуха поступающего в Газогенератор для смешения с газом (в следствии получается газо-воздушное топливо).

Блок газотурбинного привода в котором располагается непосредственно сам газотурбинный привод, который состит из модуля газогенератора и модуля свободной турбины. В качестве газогенератора (рисунок 3) используется реактивный самолетный двигатель, который служит сердцем энергоблока. Газогенератор и свободная турбина соединены в единый модуль (рисунок 2).

Блок синхнного турбо генератора который вырабатывает электро энергию частотой 50 Гц.

Блок автоматической система управления.

Кателутелизатор предназначенный для подогрева воды, получения перегретого пара и утилизации отработанных газов СО2.

Данная установка подразумевает сложный технологический процесс который заключается в следующем:

Природный газ проходит систему очистки, после чего подается к воспламенителям находящимся внутри газогенератора. После пуска турбостартера который приводит в движение компрессор высокого и низкого давления, в камеру сгорания начинает поступать сжатый атмосферный воздух засасываемый вращающимися лопатками газогенератора и попадая в камеру сгорания смешивается с природным газом в итоге получается газо воздушная смесь которая несет в себе высокую кинетическую энергию при сжигании. Химическая энергия топлива (газ, воздух )при сгорании в газогенераторе преобразуется в тепловую а затем в механическую энергию . Выходящий из турбины газовый поток поступает в модуль свободной турбины, а затем в газо сборник из газо сборника в котёлутилизатор. Газовый поток поступающий в модуль свободной турбины приводит ее в движение которая в свою очередь преобразует энергию газового потока в механическую, используемую для вращения промежуточного вала передающего крутящий момент на электро генератор вырабатывающий переменный трех фазный ток 50 Гц . Таким образом мы получаем тепло-электроэнергию (пар и электричество). Принципиальная схема приведена ниже (рисунок - 1).

( рис.1) Когенерационная газотурбинная установка

(рис.2) Модуль Газогенератора (включает в себя газотурбинный привод и модуль свободной турбины с газо сборником.)

Лемниската с первой ступенью спрямляющих лопаток газогенератора.

(рисунок 3) Газогенератор (реактивный двигатель)

В двигателестроении также как и везде постоянно требовались научные исследования и инновационные решения которые на протяжении десятилетий с момента появления турбореактивных двигателей позволяли двигаться дальше к вершинам научного прогресса. Ниже в таблице приведена картина развития производства турбореактивных двигателей.

когенерация турбореактивный пар инновационный

В заключении можно смела сказать что современный мир насыщен сполна изобретениями и открытиями высокого уровня значимости для человечества и только совместная работа инженеров, конструкторов, ученых, из различных областей науки позволит получить действительно инновационный продукт 21 века.

Размещено на Allbest.ru