Энергетика и промышленность России - избранные материалы.
ВЫПУСК 225.

Автономная электростанция для ЖКХ

Сегодня в нашей стране проблема снабжения электроэнергией стоит очень остро. Катастрофически не хватает мощностей.

Руководство предприятий, вырабатывающих и поставляющих электроэнергию, постоянно ставит вопрос о повышении тарифов за пользование электроэнергией, объясняя это необходимостью вложения больших средств на введение новых мощностей, а также на ремонт и модернизацию существующих электростанций и передающих сетей.

Я считаю этот путь безнадежным, это выбрасывание денег на ветер, т. к. общая длина линий напряжением 35-1150 Кв в стране достигла многих сотен тысяч километров, а протяженность воздушных линий меньшего номинального напряжения исчисляется несколькими миллионами километров. К ним нужны понижающие подстанции, которых уже насчитывается сотни тысяч. Все это требует обслуживания и ремонта, а соответственно огромных затрат. Стоимость строительства новых котельных сегодня составляет 6-8 млн рублей на 1 МВт мощности. Стоимость 1 МВт электростанций еще больше.

Возможен ли другой выход?

Выход подсказывает опыт других стран. Например, Дании. Там стали удовлетворять потребности предприятий и населения в тепле и электричестве за счет ввода мини-электростанций. Опыт оказался настолько удачным, что теперь национальная энергетическая сеть состоит в основном из малых объектов. Их продукция для потребителей обходится дешевле за счет экономии на затратах по передаче электричества и тепла.

И у нас многие вновь строящиеся здания имеют индивидуальные котельные, в некоторых зданиях они устанавливаются рядом со зданием, в некоторых в подвальном помещении, а в некоторых даже на крыше.

Но почему в этих котельных не установить и автономные электростанции на паровых турбинах, благо пар для них можно получать в этой котельной?

«Автономная электростанция на паровой турбине» наиболее просто и дешево может удовлетворить потребности предприятий и населения в тепле и электричестве, т. к. она может быть установлена непосредственно на предприятии или у каждого вновь строящегося дома и обеспечить их теплом и электричеством, при этом не нужно никаких подводящих теплотрасс и линий электропередач, ни трансформаторных подстанций.

Автономная электростанция состоит из радиальной паровой турбины с колесами встречного вращения и двух электрогенераторов, заключенных в один корпус.

Такие турбины могут перерабатывать в 4 раза больше пара, чем осевая турбина с таким же количеством ступеней, при этом отсутствуют неподвижные направляющие лопатки, т. к. направляющими лопатками являются лопатки предыдущей ступени другого колеса, это делает турбину очень компактной, такая турбина называется турбиной Юнгстрема.

В 1912 г. в Швеции братьями Юнгстрем была разработана турбина, которая являлась оригинальным типом реактивной паровой турбины, состоящая из двух дисков, вращающихся в противоположные стороны.

На диски посажены горизонтальные лопатки, образующие концентрические кольца, входящие одно в другое. Свежий пар подводится в среднюю часть турбины, откуда распространяется в радиальном направлении к периферии.

Проходя через суживающиеся каналы, образованные первым рядом лопаток, пар увеличивает свою скорость протекания, создавая реактивное действие на лопатки левого диска, а приобретенная паром скорость используется за счет изменения направления движения струи в следующем ряде лопаток, прикрепленных к правому диску. Проходя между этими лопатками, пар продолжает расширяться, а следовательно, оказывать реактивное действие на лопатки правого диска. Приобретенная при этом скорость используется на следующем ряде лопаток левого диска и т. д. Таким образом в паровой турбине Юнгстрема кажджый ряд лопаток является одновременно и направляющим и рабочим, а следовательно, и степень реактивности будет равна единице. Вследствие вращения дисков в разные стороны относительная окружная скорость равняется сумме окружных скоростей отдельных дисков, и при заданном отношении «u/c1» эта турбина сможет использовать в два раза большие скорости «с1», что ведет к небольшому числу ступеней, а следовательно, и к незначительным размерам ее.

На мировом рынке турбина Юнгстрема появилась в 1913 г. в продукции завода «Сталь» в Финспонге (Швеция). Высокий КПД турбины, оригинальность и смелость конструкции сразу привлекли внимание широких технических кругов. Вскоре лицензию на право постройки этих турбин приобрели заводы Sautter-Harle во Франции и The Electrical Engineering Co в Англии. Несколько позже к ним присоединился завод MAN (Maschinen-fabrik Augsburg-Nurnberg) в Германии.

Факты безупречной эксплуатации турбин Юнгстрема, данные их испытаний и компактность всей установки говорят в пользу этих машин. О том же говорит приобретение в то время лицензий почти всеми ведущими турбо-строительными фирмами.
Изготавливались такие турбины и в нашей стране.

Однако быстрое развитие сетей высоковольтных линий по всей стране, диспетчеризация снабжения электроэнергией всей страны, переброска излишней электроэнергии с востока на запад и обратно заставили остановить эксплуатацию всех малых и средних паровых турбин, а развивать только мощные, мегаваттные турбины.

Так к концу 70-х годов XX века уже забыли, что такое турбина Юнгстрема.

Мною были разработаны турбомашины, подобные турбине Юнгстрема, и получены патенты на «Турбину без выходного вала» (см. патент № 2156864) и «Радиальная турбомашина» (см. патент № 2189450).

Предложенные мною турбомашины, как и турбина Юнгстрема, имеют колеса встречного вращения, но турбина не имеет выходных валов, генераторы располагаются внутри самой турбины, при этом магнитная система ротора генератора крепится к самому колесу, магнитная система одного генератора крепится к одному колесу, магнитная система другого к другому, а катушки статора генераторов крепятся к корпусу турбины, каждое колесо с ротором своего генератора вращается в подшипниках на статоре, которым является неподвижная труба, по этой трубе и осуществляется подвод пара к колесам турбины.

Подобная конструкция, сохраняя все преимущества турбины Юнгстрема, позволяет существенно уменьшить потери пара, а соответственно увеличить внутренний КПД турбины, также существенно уменьшаются габариты и вес турбомашины.

Разработанные мною «Турбомашины» могут быть изготовлены на мощности от 200 кВт и выше при КПД получения электроэнергии от 20% на самых малых мощностях до 30-35% при мощности 500 кВт и выше, но, поскольку при этом могут быть использованы существующие паровые котлы малой мощности, КПД которых в настоящее время доходит до 90% и выше, и при использовании тепла конденсации пара для отопления жилья общий КПД использования энергии топлива может быть около 90%.

Такие «Турбомашины» очень просто установить в существующих котельных ЖКХ, где есть пар давлением 3-4 атм и температурой 160-350оС, и использовать для электроснабжения, снабжения горячей водой и отопления зданий Стоимость такой электростанции около 5000 рублей за 1 кВт мощности.