Повышение коэффициента использования теплоты топлива микро-ТЭС на основе ДВС с воздушным охлаждением за счет когенерации

На рынке широко представлен ряд микро-ТЭС (бензогенераторов) на основе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с воздушным охлаждением, которые широко применяются в быту, профессиональными строителями, геологами, военными и спасателями в зоне чрезвычайных ситуаций, на территориях с отсутствием инфраструктуры. Повышение эффективности таких установок позволит сократить объем поставок топлива для их эксплуатации. В работе представлены основные положения методики исследования опытной когенерационной теплоэнергетической установки на базе карбюраторного ДВС с воздушным охлаждением, в основе которой лежит механизм энергобалансов. Показана эффективность методики на различных нагрузках работы установки. Сформулированы условия определения эффекта, которые заключаются в приведении сравниваемых вариантов к одинаковому энергетическому потенциалу по отпуску продукции. В качестве вариантов сравнения необходимо рассматривать обеспечение электроэнергией от бензогенератора, а теплотой – от тепловой пушки, в которой в качестве первичного энергоносителя может использоваться газ, жидкое топливо или электроэнергия. Представлены принципиальные схемы реализации когенерации в условиях приведения к одинаковому энергетическому эффекту. Показано, что применение когенерации, за счет использования теплоты охлаждающего головку цилиндра потока воздуха, для микро-ТЭС на базе ДВС карбюраторного типа с воздушным охлаждением повышает коэффициент использования теплоты топлива  в 1,52 раза, при этом установка мощностью в 2,4 кВт за 3035 минут способна повысить температуру воздуха в помещении объемом 150 м3 (например, штабная или медицинская палатка) на 3 С при  = 0,3. Показано, что когенерация для мини-ТЭС на базе ДВС с воздушным охлаждением после установки специального теплообменника для утилизации теплоты уходящих газов позволит повысить коэффициент использования теплоты топлива до 0,5. Установлено, что бензогенератор с когенерацией эффективнее бензогенератора в сочетании с тепловой пушкой и за счет экономии затрат на топливо может обновляться каждые четыре года.

микро-ТЭС, когенерация, двигатель внутреннего сгорания, воздушное охлаждение, тепловая пушка, методика, экономический эффект, коэффициент полезного действия, экономия, карбюратор, метод теплового баланса, коэффициент теплоотдачи, эксперимент, бензогенератор

1. Анализ рынка генераторов электроэнергии (электрогенераторов) бензиновых в России [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.giac.ru/PressRelease/PressReleaseShow.asp?id=523511. – (Дата обращения: 20.05.2015).

2. Филиппов, С.П. Малая энергетика в России / С.П. Филиппов // Теплоэнергетика. – 2009. – № 8. – С. 38–44.

3. Кожуховский, И.С. Роль и перспективы деятельности технологической платформы «Малая распределенная энергетика» в развитии распределенной энергетики: презентация доклада / И.С. Кожуховский, О.А. Новоселова // Круглый стол ТП «Малая распределенная энергетика», 23 октября 2013 г. – Российское энергетическое агентство; ТП «Малая распределенная энергетика». – М., 2013. – 23 с.

4. Судавный, А.С. Развитие когенерации в контексте концепции интеллектуального распределения / А.С. Судавный // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2014. – Вып. 8. – С. 117–120.

5. Ахтулова, Л.Н. Интеграционные технологии при создании малых электротехнических систем и комплексов на основе методологии когенерации / Л.Н. Ахтулова [и др.] // Омский научный вестник. – 2014. – № 2 (130). – С. 145–150.

6. Денисов-Винский, Н.Д. Мини-ТЭЦ как надежное средство решения проблемы энергообеспечения / Н.Д. Денисов-Винский // Энергобезопасность в документах и фактах. – 2007. – № 2 (14). – С. 10–18.

7. Ерофеев, В.Л. Термодинамические пределы энергоэффективности теплоэнергетических устано вок / В.Л. Ерофеев, А.С. Пряхин // Журнал университета водных коммуникаций. – 2013. – Вып. 2 (18). – С. 33–38.

8. Казаков, А.В. Современное состояние когенерации в России: обзор публикаций, перспективные направления исследований / А.В. Казаков [и др.] // Теплофизические основы энергетических технологий: сборник научных трудов IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 10–12 октября 2013 г. – Томск: Изд-во ТПУ, 2013. – С. 104–106.

9. Разуваев, А.В. Оптимизация эффективности газопоршневых энергетических установок в энергетическом комплексе / А.В. Разуваев, Д.А. Костин // Проблемы теплоэнергетики: сборник научных трудов по материалам XII международной научнотехнической конференции, г. Саратов, 28–31 октября 2014 г. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2014. – Вып. 3. – С. 155–161.

10. Баласанян Г.А., Дубровский В.А. Эффективность аккумулирования тепла для интегрированных систем энергоснабжения на базе установок когенерации малой мощности / Г.А. Баласанян, В.А. Дубровский // Труды Одесского политехнического университета. – 2008. – Вып. 1 (29). – С. 129–132.

11. Тонкошкур, А.Г. Обоснование принципов тригенерации на основе комбинирования ГТУ с АБХМ / А.Г. Тонкошкур, Е.И. Муслимов // Проблемы теплоэнергетики: сборник научных трудов по материалам XII международной научно-технической конференции, Саратов, 28–31 октября 2014 г. – Саратов, 2014. – Вып. 3. – С. 203–206.

12. Тепловая электростанция на базе ДВС: методические указания № 3204 / составители: Г.В. Ноздренко, Ю.И. Шаров, И.В. Бородихин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. – 39 с.

13. Щинников, П. А. Методические особенности исследования микро-ТЭС на базе двигателей внутреннего сгорания и когенерацией / П.А. Щинников, Д.С. Синельников // Теплофизика и аэромеханика. – 2017. – Т. 24. – № 1(103). – С. 161–166.

14. Щинников, П.А. Энергоснабжение при малоэтажном строительстве при отсутствии инфраструктуры / П.А. Щинников, Д.С. Синельников // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2015. – № 7. – С. 58–64.

15. Mikhaylenko, A.I. Experimental estimation of surface heat transfer coefficient for air-cooled internal combustion engine / P.A. Shchinnikov, A.I. Mikhaylenko, D.S. Sinelnikov // Proceedings of IFOST-2016. – 11th International Forum on Strategic Technology. – 2016. – P. 227–229.

16. Григорьева, О.К. Расчет тепловых схем теплофикационных паротурбинных установок [Текст]. Методические указания / О.К. Григорьева, О.В. Боруш. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – 63 c.

17. Леонтьев В.В. Избранные статьи: монография / науч. ред. Н.П. Литвинова. – СПб.: Невское время, 1994. – 366 с. – ISBN5-88260-008-1.

18. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов / руководители разработки: В.В. Коссов, В.Н. Лившиц, А.Г. Шахназаров. – М.: Экономика, 2000. – 422 с. – ISBN5-212-01987-6.

19. Ноздренко, Г.В. Эксергетический анализ новых котельных технологий в составе энергоблоков ТЭС / Г.В. Ноздренко [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. – 2009. – Т. 16. – № 2. – С. 331–340.

20. Томилов, В.Г. Повышение техникоэкономической эффективности ТЭЦ путем перехода на новые режимы работы с внутриквартальными теплонасосными установками / В.Г. Томилов [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. – 2000. – Т. 7. – № 4. – С. 581–589.