Актуальность применения микротурбинных установок в качестве автономных источников энергии

В статье автор подчеркивает важность принятия всех возможных мер для поддержания экологии на приемлемом уровне. В этом ключе автономные источники энергии должны быть усовершенствованы с применением доступных технологий в области микротурбинных установок.

Ключевые слова: турбины, энергия, экология, генератор, ГТУ.

Тема статьи тесно связана с проблемами энергетики, которые злободневны на данный момент. В современном мире происходят изменения технических требований в сторону повышения экологичности, экономичности, подавления уровней теплового и шумового загрязнений. Что вполне логично и соответствует первоочередной проблематике наших дней. В связи с чем целесообразно уделить внимание перспективным разработкам указанного выше направления.

Господствующий тип автономных малоразмерных энергоустановок — это дизельные генераторы, которые слабо удовлетворяют вышеперечисленным требованиям, а для соответствия этим требованиям приходится усложнять конструкцию двигателя, что связано с большим объёмом применяемых технологий и, конечно же, ощутимо увеличивает финальную стоимость двигателя. В сравнение тривиальным дизельным генераторам может быть противопоставлена газотурбинная установка, которая при соответствующей мощности в 600 кВт, ещё может быть названа малоразмерной, в то время как дизельный генератор уже не попадает под критерий малоразмерности, хоть этот критерий и субъективен.

Рис. 1. Габариты идентичных по мощности дизельной силовой установки (слева) и микротурбинной (справа)

Понятие «микротурбина» было сформировано при непосредственном участии маркетологов и применяется сейчас в том числе и к установкам, которые по мощности близки к 0,5МВт, так как они действительно очень малы по сравнению с параметрами высокомощных установок для крупной энергетики, но, конечно же, речь о приставке «микро» уже не идёт.

Стоит упомянуть об актуальности направления разработки газотурбинных двигателей, сравнивая ГТД с привычным дизель-генератором. В контексте вопроса экологии, важно заметить, что газотурбинная установка имеет малое звуковое давление и при этом практически отсутствуют вибрации за счёт того, что в установке происходит только вращательное движение ротора и отсутствуют возвратно-поступательные перекладывающиеся движения элементов, как это происходит в поршневых двигателях.

Рис. 2. Простейшая тепловая схема одновальной ГТУ

Обсуждая удобство использования, безотказность, ресурс и требовательность в обслуживании, невозможно упустить тот факт, что газотурбинный двигатель при использовании на холостом режиме не подразумевает каких-либо рисков износа и поломок и лишь требует своевременного обслуживания и замены фильтров и прочих расходных элементов, в то время как использование дизель генератора на холостом режиме недопустимо из-за высокого износа внутренних узлов. Большинство дизельных генераторов не может похвастаться большим моторесурсом, в отличии от ГТУ. Данное преимущество обеспечивается именно за счёт простоты установки, малого количества трущихся элементов и меньших нагрузок на подшипники. Из чего вытекает очередное преимущество, а именно отсутствие необходимости подогревать масло и комфортную для двигателя работу при низких температурах.

Как упоминалось ранее, габариты газотурбинной установки в значительной мере меньше дизель-генератора при соотносимой мощности, за счёт отсутствия возвратно-поступательных элементов. Это повышает удобство размещения установки и облегчает общую компоновку. Так же следует отметить меньшую массу всей установки, что в свою очередь облегчает установку и монтаж двигателя на рабочем месте, так как и силовая рама, на которую данная установка монтируется будет иметь меньшие габариты и вес соответственно.

Ну и конечно же, невозможно не упомянуть об экологии — на сегодняшний день данный аспект выходит на первый план. Газотурбинный двигатель более экологичен за счёт использования теплообменного аппарата, а также по причине того, что сгорание топлива в камере сгорания происходит при высоких коэффициентах избытка воздуха, что способствует уменьшению эмиссии углеводородов и монооксида углерода СО.

Рис. 3. Конструкция микротурбины одного из популярных производителей

По данным ТАСС запасов нефти в России, при сохранении объемов добычи и экспорта, хватит примерно на 23 года, а общемировых запасов примерно на 53 года. Оба этих временных отрезка крайне малы в масштабах истории. Это свидетельствует о том, что тенденция перехода на альтернативные источники энергии является не только мерой сохранения экологии, но и попросту единственным вариантом продолжения активного развития промышленности, а соответственно и развития цивилизации.

Рис. 4 .Запасы нефти по данным ТАСС

В контексте названных выше сроков будет уместно указать на многотопливность газотурбинных установок. Хоть название и указывает на прямое использование газа в силовых агрегатах данного типа, при распылении в форсунках под большим давлением любого рода энергоноситель из класса «стандартных» будет находиться в «газообразном» состоянии. Переоборудование газотурбинной установки с работы на дизельном топливе для работы на природном газе не подразумевает глобальных изменений в конструкции и может быть реализовано в масштабах одной установки, уже побывавшей в эксплуатации. В том числе среди экологически чистых и набирающих популярность альтернативных источников энергии можно выделить биогаз. В сочетании, например, с фермерскими хозяйствами, которые зачастую находятся на удалении от крупных сетей электроснабжении и переносят периодические перебои в электропитании, будет крайне уместным использование установок по сбору и накоплению биогаза, выделяемого продуктами жизнедеятельности животных в процессе своего естественного распада, и микротурбинной установки, работающей на биогазе в качестве энергоносителя, что поможет обеспечить автономность объекта и нулевой уровень загрязнения окружающей среды. Подобных примеров использования энергоустановок на базе ГТУ множество: промышленные предприятия, жилые коттеджные комплексы, предприятия, требующие источник резервного энергоснабжения, торгово-развлекательные центры и прочие объекты.

В заключение хочется напомнить о необходимости перехода на более совершенные источники энергии, потому как каждый день использования тривиальных способов получения необходимой энергии несёт в себе лишь негативное воздействие: ухудшение экологии и сокращение запаса ресурсов.

Литература:

1. А. А. Андреенков, А. А. Дементьев, А. В. Костюков «Поршневые и газотурбинные энергетические установки. — М.: Московский Политех, 2017.

2. ТАСС Инфографика «На сколько лет хватит запасов нефти и газа». (https://tass.ru/infographics/7061)