Реферат: Технико-экономическое обоснование реализации венчурного пилотного проекта свободно-поточной станции по получению энергии из безнапорного потока воды

Технико-экономическое обоснование реализации венчурного пилотного проекта свободно-поточной станции по получению энергии из безнапорного потока воды.


Назначение:


Настоящий венчурный пилотный проект предлагается для реализации в рамках программы внедрения инновационных технологий в производство в соответствии с постановлением Президента Республики Узбекистан №ПП-916 от 15.07.2008 г. «О дополнительных мерах по стимулированию внедрения инновационных проектов и технологий в производство».


Предварительный анонс настоящей разработки представлен в «Каталоге инновационных разработок Национального Университета Узбекистана им. Мирзо Улугбека» и представляет собой теоретическое обоснование высокоэффективного способа получения энергии из потока текущей жидкости с использованием специальных высокоэффективных свободно-поточных турбин.


Описание:


В качестве сравнительного варианта по техническо-экономическим показателям принята разработка Ташкентского Политехнического института по патентной заявке IAP2004 0384 от 11.10.2007

Эта разработка представляет собой свободно-поточные нижнебойные водяные колёса, расположенные на одном валу и размещенные на понтоне в русле реки или канала (рис. 1)


Рис. 1




Отличительной особенностью и новизной настоящего пилотного проекта является то, что рабочие колёса расположены не параллельно на одном валу, а последовательно и соединены гибкой связью (тросом, цепью, ремнём), так, что второе колесо вращается несколько быстрее первого, за счёт чего возникает гидродинамический эффект увеличивающий мощность установки ( рис. 2) Рис. 2


Отличие этого метода от аналогичных установок (бесплотинных ГЭС), использующих для получения мощности только кинетическую энергию движущегося безнапорного потока текущей среды, заключается в том, что этот метод позволяет использовать также потенциальную энергию потока. По сравнению с плотинными ГЭС, где потенциальная энергия разницы уровней энергоносителя (воды) создается при помощи плотины, перегораживающей русло реки, в настоящем изобретении разница уровней энергоносителя (текущей среды) создается за счет положительной обратной связи между энергией входящего и выходящего потока текущей среды. При оптимизации всех параметров турбины этот способ позволяет получить из горизонтального потока воды в 5 - 10 раз больше энергии, чем при используемых в настоящее время, традиционных способах. Ознакомиться с описанием этого метода можно в опубликованной статье в журнале «Экономика и производство» (Москва 2008 г.)


Отбор энергии от турбины возможен при помощи электрогенератора. Однако вследствие нестабильности частоты вращения свободно-поточной турбины при работе на выделенную нагрузку возникает сложность в поддержании стабильных выходных параметров генератора (частоты и амплитуды выходного напряжения). Для стабилизации этих параметров требуется использование специальных и дорогостоящих устройств (преобразователей, инверторов, мощных стабилизаторов, автоматических регуляторов частоты и т.п.), а это существенно повышает стоимость проекта.

В связи с этим в настоящем пилотном проекте принято решение использовать для отбора мощности водяной насос для закачки воды, что зачастую даже более востребовано в народном хозяйстве, нежели чем выработка электроэнергии. Насос размещается на турбине или рядом с ней и для отбора мощности соединяется с выходным валом турбины при помощи цепной, ременной или карданной передачи.

После отработки технологии, в перспективе возможно адаптирование турбины для подключения к ней электрогенератора и производства электроэнергии.


^ Приблизительный расчёт экономического эффекта (по первому варианту, предложенному Политехническим институтом).


Ориентировочные габариты установки:

- полная высота рабочего колеса D = 3 м

- активная высота рабочей части (величина заглубления под воду) H = D / 2 = 1.5 м

- погонная ширина турбины поперек потока L = 2 м

- активная площадь сечения рабочей части L * H = 3 м2

- скорость потока воды 1.5 - 2.5 м/с

- мощность на валу турбины по формуле

где

V - скорость входящего потока

S - площадь эффективного сечения турбины

p - плотность воды (1000 кг/м3).

K - постоянный коэффициент, зависящий от типа турбины, принимаемый 0.2 - 0.3

То есть, мощность турбины равна P = от 2 до 10 кВт

Объем закачиваемой воды

Q = P / (h * 9.8)

где

Q - подача насоса

P - мощность насоса (равная мощности передаваемой ему турбиной)

h - высота закачивания воды


Следовательно, даже при самом неоптимальном режиме (не более 2 кВт) турбина сможет закачивать приблизительно 10 литров воды в секунду на высоту 20 м, что составляет более 800 кубометров воды в сутки


Электроэнергия, которая может быть затрачена для закачки такого же количества воды на ту же высоту, составит: 2 кВт * 24 часа = 48 кВт часов в сутки

При стоимости электроэнергии в 300 сумов за кВт*час экономия составит за месяц:

48 кВт час * 30 дней * 300 сум = 432 тыс сум, Следовательно, за год около 5 миллионов сум.


^ Приблизительный расчёт экономического эффекта (по варианту, предложенному в рамках настоящего пилотного проекта).


Оптимизированная турбина, предлагаемая для реализации в настоящем венчурном проекте, использующая гидродинамический эффект, описанный в статье в журнале «Экономика и производство» при тех же условиях, по предварительным подсчётам может выдавать от 8 до 25 кВт мощности, то есть является в 2-3 раза более эффективной и, соответственно, более рентабельной.

Следовательно, с учётом этого, минимальная экономия электроэнергии за год составит более 60 тыс кВт*часов, что при стоимости электроэнергии в 300 сумов за кВт*час составит в денежном выражении 18 млн сум экономии в год.


^ Реализация проекта


Изготовление турбины может быть поручено какому-либо специализирующемуся производственному предприятию, например Ташкентскому тракторному заводу. Стоимость изготовления турбины предварительно оценивается от 5 до 10 млн сум. Уточнённую стоимость может дать только изготовитель, с учётом того, что данный проект турбины является экспериментальным и многие технические детали могут решаться только в процессе изготовления.

Для производства испытаний необходимо наличие участка реки или канала с достаточным свободным участком берега для монтажа-демонтажа турбины, установке её в русло, монтажа трубопроводов для подачи воды Глубина участка русла реки (канала) в месте испытаний должна быть не менее 1.5 – 2 метров. Участок прилегающего берега должен иметь удобный подход, подъезд и инфраструктуру для беспрепятственного проведения монтажных и наладочных работ и желательно должен быть охраняемым.


^ Средства и механизмы


Грузоподъёмные механизмы и инструменты для такелажа и транспортировки турбины в разобранном и собранном состоянии и установки её на место испытаний:

- тельфер или лебёдка (2 шт.).

- передвижной автокран (1 шт.)

- грузовик (1 шт.)

- сварочный аппарат (1 шт.)

- инструменты (гаечные ключи и пр.).


Для погрузки, транспортировки, сборки, монтажа-демонтажа турбины и трубопроводов на месте производства испытаний требуется трое-четверо рабочих.


Примечание:

1. В процессе реализации проекта возможно применение другой конструкции турбины, менее металлоёмкой, но технологически несколько более сложной в исполнении.

2. Статью с описанием гидродинамического эффекта и ориентировочными техническими расчётами для ознакомления можно загрузить по следующей ссылке в Интернете http://erg.glb.net/high-performance-method.pdf


Разработчик:

Трещалов Герман Владиславович.
тел: 2790590 web: http://erg.glb.net/high-performance-method.pdf

http://erg.glb.net/hydrodynamic-effect+e.doc