ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ АВТОНОМНЫЕ 03.12.09

Э Н Е Р Г О Э Ф Ф Е К Т И В Н А Я А В Т О Н О М Н А ЯЭНЕРГОУСТАНОВКА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

РЕАЛЬНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА КОММУНАЛЬНЫМ СЕТЯМ

НАУЧНЫЕ КОНСУЛЬТАНТЫ ПРОЕКТА:

Академик РАН Г.Ф. Терещенко – конверсия углеводородного топлива

Энергоэффективная автономная энергоустановка нового поколения – реальная альтернатива коммунальным сетям

ВВЕДЕНИЕ

Теплоэлектроэнергетика один из самых капиталоемких секторов экономики. Построенная по сетевому «коммунальному» принципу она ведет себя как единый организм. Разделение энергетических мощностей, для создания конкурентной среды, на генерирующие, транспортирующие и сбытовые компании, по сути, для потребителей ничего не изменило, тарифы растут, оборудование стареет, технологическое отставание нарастает.

Проблема создания конкурентной среды в теплоэлектроэнергетике не решается только организационно. Потребителю нужна реальная альтернатива «коммунальному» принципу поставки энергии. Никакое разделение монополиста при технологически отсталой базе и критическом износе основных фондов проблемы не решает. Нужен реальный технологически продвинутый конкурент, способный предложить свой товар по лучшим ценам и лучшего качества.

Разработанная РАО ЕЭС «Концепция технической политики в электроэнергетике до 2030 г.» определяет место малой энергетики как альтернативу ТЭЦ для территорий и объектов, на которых не существует эффективных «коммунальных» решений. В тоже время упомянутая концепция признает, что «малая энергетика может быть использована и в зонах централизованного энергоснабжения, играя важную роль в покрытии пиковой части нагрузки и обеспечивая маневренность генерирующих мощностей».

По большому счету такая энергетика уже существует. В изолированных районах электроэнергия вырабатывается на дизель-генераторных установках, домашние хозяйства и предприниматели активно используют энергию солнечных батарей. Ведутся работы по созданию высокоэффективных генерирующих мощностей на базе двигателей с внешним подводом тепла, позволяющих вырабатывать электроэнергию и тепло для отопления (когенерация). Вопрос состоит только в том, какое оборудование в ближайшие 3–4 года можно предложить потребителю, для того чтобы создать реальную конкурентную среду на энергетическом рынке.

В настоящем докладе предлагаются новые высокоэффективные автономные энергетические установки на базе двигателя с внешним подводом тепла роторно-лопастного типа (РЛДВПТ). Безусловный приоритет в виде патентов принадлежит РФ. По своим экономическим, эксплуатационным, техническим и экологическим параметрам эти установки превосходят зарубежные установки с внешним подводом тепла. Эскизная проектная документация на эти установки находится в достаточной степени готовности для проведения опытно-конструкторских работ. При достаточном объеме финансирования через 2–3 года на мировом рынке

3


может появиться энергетическое оборудование, превосходящее по параметру цена\стоимость эксплуатация\качество все известное и разрабатываемое за рубежом.

РАЗРАБОТЧИКИ ПРОЕКТА

В 2007-2008 годах ГОУ ВПО «Псковский политехнический институт» (ППИ) успешно выполнил НИР в рамках Федеральной целевой программы по теме «Разработка математической модели протекания термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, позволяющей создать экологически чистый двигатель роторно-лопастного типа». Работа получила высокую оценку Миннауки РФ, занесена в каталог ЦЭРТ результатов работ по приоритетному направлению Энергетика и Энергосбережение, награждена медалью ВВЦ 2008 г., защищена кандидатская диссертация, молодые ученые отмечены дипломами и грамотами, получила поддержку на 1-ой международной конференции «Эффективная муниципальная энергетика» (г. Псков, ноябрь 2009 г.), признана в научном сообществе.

Для реализации проекта создания высокоэффективных энергоустановок нового поколения был создан консорциум научно-исследовательских организаций в составе:

ФГУП «Федеральный ядерный центр»; ФГУП «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша»; Санкт-Петербургский научный центр РАН; Институт катализа им. Г.К.Бореского СО РАН; Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН; ОАО «Электропривод», г. Киров; ООО «Газомотор-Р», г. Рыбинск.

ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Необходимость изменений в способах генерации, распределения и доставки электрической и тепловой энергии потребителям зрела на протяжении второй половины 20 века. В России экономическая неэффективность тепловых электростанций и котельных усугубляется критическим износом тепловых и

4


электрических сетей, расходы на поддержание которых, составляют значительную часть энергетического тарифа.

На сегодняшний день электроэнергетика России составляет 205 млн. кВт установленной мощности, из которых в режиме максимальной нагрузки работают станции на 140 млн. кВт. Если в 1940–1950 гг. вводилось в эксплуатацию 5–8 млн. кВт установленных мощностей в год, а в 1970–1980 гг. – по 7–10 млн. кВт, то за 1990–2004 гг. темп обновления в среднем составил 1,22 млн. кВт. К 2010 г. 55,5% (115 млн. кВт) установленных мощностей полностью выработают свой ресурс.

На сегодняшний день износ основного оборудования по разным оценкам составляет: генерирующих станций – 50–80%; магистральных сетей – 70% и увеличивается на 2% в год; реальный срок службы теплотрасс, в среднем, 50–55 лет при норме 35–40 лет.По официальным прогнозам электропотребление к 2015 г. составит 1426 млрд. кВт·ч электроэнергии в

год. Прогнозы роста спроса на уровне 4,1% в год легли в основу разработанной РАО «ЕЭС России» инвестиционной программы на общую сумму 3 трлн. руб., из которых 1,2 трлн. руб. приходится на тарифные источники. Строительство новых ТЭЦ – это капиталоёмкие проекты со сроками строительства 7–10 лет, окупаемости 15 лет. По статистике, потери при передаче электроэнергии равны 12% от объема производства, а потери при передаче тепла по существующим теплотрассам достигают 70%.

По мнению американского эксперта по энергетике Тома Кастена США понадобится к 2010 г. около 137 млн. кВт новых мощностей. Это, в свою очередь потребует 84 млрд. долларов для строительства новых электростанций и 220 млрд. долларов для новых средств передачи и распределения электроэнергии, то есть суммарно 304 млрд. долларов. Достижение такого прироста мощностей с применением распределённой энергетики основанной на малых автономных электростанциях потребует всего 168 млрд. долларов при нулевых расходах на линии электропередач.

Таким образом, избегая передачи тепла и электроэнергии на дальние расстояния (а тепло может производиться только рядом с потребителем), можно не только сократить потери, но и снизить риск зависимости от магистральных сетей. Поэтому малая энергетика характеризуется не столько уровнем мощности, сколько близостью к потребителям.

5


УПРАВЛЯЕМОСТЬ

Одной из главных стала проблема нарушения управляемости крупных сетей электроснабжения, охватывающих многие часовые пояса и огромные территории с высокой концентрацией производств и населения. Неравномерность нагрузки, скачки и пики все труднее парировать даже самым современным системам диспетчеризации и управления.

Разбалансированность потребностей в электроэнергии по территории и времени приводит к возникновению экономических проблем. Из-за особых свойств электроэнергии как товара – она должна поставляться в момент спроса на неё, так как она не может складироваться, и поэтому должна быть продана и поставлена потребителю здесь и сейчас.

Поставки тепловой энергии ограничиваются небольшими территориями вокруг генерирующих мощностей.

НАДЕЖНОСТЬ

Важной проблемой является надежность теплоэлектроснабжения, особенно в критически важных областях жизнедеятельности. В современном мире становится всё труднее обеспечивать устойчивое функционирование больших систем энергетики.

ЗАВИСИМОСТЬ

Любое предприятие, производство, домохозяйство становится зависимым от действий энергоснабжающих и энергогенерирующих компаний. Неблагоприятные воздействия факторов внешней среды, особенно в нашей стране, периодические отключения электроэнергии и теплоснабжения, а также неудовлетворительное качество энергии, делают актуальной задачу минимизации этой зависимости.

ИНЕРЦИОННОСТЬ

Быстрое наращивание генерирующих и передающих мощностей с помощью современных технологий невозможно. Большие электростанции строятся годами. Дефицит электроэнергии встает непреодолимым барьером на пути экономического роста. Спрос на электроэнергию значительно опережает прирост генерирующих мощностей, особенно на территориях, не охваченных ранее энергосетями.

6


АЛЬТЕРНАТИВА

Фундаментальной альтернативой существующей «коммунальной» системе поставки электрической и тепловой энергии потребителям, является индивидуальная поставка энергии от источников, расположенных в непосредственной близости или внутри инфраструктуры потребителей. До настоящего времени автономные электрогенерирующие установки использовались только в отдаленных районах, а также как резервный или аварийный источник электрического и теплового снабжения.

Существенным недостатком выпускаемых серийно автономных источников электроэнергии является их невысокая топливная эффективность, недостаточный ресурс и невысокие экологические параметры по выбросам и шуму из-за применения в них двигателей внутреннего сгорания. Главной причиной недостаточной востребованности потребителем таких автономных источников является низкая приспособляемость к работе в автономном режиме при динамически изменяющемся графике энергопотребления. Конструктивно двигатель внутреннего сгорания принципиально не в состоянии эффективно отрабатывать значительные перепады нагрузки.

В настоящее время в развитых странах активно ведутся разработки высокоэффективных автономных источников энергии на базе поршневых двигателей с внешним подводом тепла. Эти двигатели существенно превосходят существующие двигатели автономных энергогенерирующих установок по всем упомянутым выше параметрам. Принципиальным преимуществом энергоагрегатов на базе двигателей с внешним подводом тепла является их высокая топливная эффективность практически во всем диапазоне генерируемых мощностей.

К недостаткам поршневых двигателей с внешним подводом тепла относится их высокая стоимость вследствие конструктивных особенностей, а также сложности в эксплуатации, связанные с применением в качестве рабочего тела гелия или водорода высокого давления. Избавиться от этих недостатков позволяет принципиально новый двигатель роторно-лопастного типа с внешним подводом тепла (РЛДВПТ) разработанный сотрудниками Псковского государственного политехнического института. Созданная на его базе энергоустановка значительно превзойдет по всем важнейшим параметрам двигатели поршневого типа. Простота конструкции роторно-лопастного двигателя и использование в качестве рабочего тела атмосферного воздуха позволяют значительно снизить его стоимость и расходы на техническое обслуживание.

7


ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Автономная энергоустановка на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепла может быть использована для решения следующих задач:

Таблица 1. Области применения

Область применения Цель применения Эффективность применения

Промышленность – Устойчивое снабжение электрической и тепловой энергией.

– Уменьшение зависимости от внешних электрических сетей.

– Сглаживание пиковых нагрузок.

– Получение дешевой тепловой и электрической энергии. Снижение себестоимости продукции.

Сельское хозяйство – Надежное снабжение тепловой и электрической энергией.

– Использование бросовых ресурсов для получения тепловой и электрической энергии.

– Отсутствие затрат на строительство ЛЭП.

– Снижение затрат на энергию в структуре себестоимости продукции.

Коттеджи

Коттеджные поселки

Населенные пункты

– Автономное или резервное снабжение тепловой и электрической энергией.

– Улучшение условий жизнедеятельности.

– Получение дешевой тепловой и электрической энергии.

Энергетика – Повышение надежности электро- и теплоснабжения.

– Дополнительные мощности, снижение пиковых нагрузок.

– Резервирование.

– Ускорение отдачи капиталовложений.

– Уменьшение затрат на строительство электросетей.

– Уменьшение затрат на строительство теплосетей.

– Увеличение доходов.

8


Коммунальное хозяйство

– Дополнительные мощности.

– Снижение пиковых нагрузок.

– Аварийное снабжение жизненно важных объектов.

– Использование бросовых ресурсов (мусор, сточные воды) для получения тепловой и электрической энергии.

– Решение проблем утилизации отходов.

– Повышение устойчивости функционирования городского хозяйства.

– Снижение себестоимости тепловой и электрической энергии.

– Уменьшение расходов на приобретение электрической энергии.

– Уменьшение экологических проблем больших городов.

Медицина

Связь

Банки

– Автономное и независимое снабжение тепловой и электрической энергией.

– Бесперебойное решение профессиональных задач.

– Устойчивость связи.

– Независимость от внешних электросетей.

Малые предприятия

(Магазины, кафе, прачечные и т.д.)

– Решение проблемы энергоснабжения в условиях недоступности или невозможности подключения к сетям.

– Повышение конкурентоспособности за счет снижения себестоимости энергии.

Чрезвычайные ситуации – Оперативное снабжение энергией мобильных подразделений.

– Мобильность. Быстрое развертывание. Низкие эксплуатационные затраты.

– Применение местных природных ресурсов в качестве топлива.

Утилизация попутного газа

– Решение проблемы энергоснабжения в условиях недоступности или невозможности подключения к сетям

– Получение дополнительного источника электроэнергии

9


ПРЕИМУЩЕСТВА

Автономные энергоустановки на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепла могут выпускаться серийно с циклом производства порядка 30 дней. В зависимости от комплектации эти установки монтируются на объекте из отдельных стандартных блоков. Их существенным преимуществом перед теплоэлектростанциями являются:

Энергосбережение достигается значительная экономия топлива за счет оптимальной работы на переменную нагрузку и использование тепла для отопления (когенерация).

Многотопливность заключается в возможности использования широкого спектра первичных энергоносителей (любые газообразные, жидкие и твердые топлива, а также возобновляемые источники энергии).

Экологичность заключается в значительно меньших уровнях шума, вибрации и вредных выбросов (может быть установлена в жилой зоне).

К дополнительным преимуществам относятся: Легкость монтажа и запуск в работу без больших финансовых и трудовых затрат на проектные,

монтажные и строительные работы. Простота в обслуживании, малые габариты, большой моторесурс, который значительно

превышает ресурс лучших Российских и зарубежных дизельных генераторов.

ЭКОЛОГИЯ

Автономные энергоустановки на базе двигателей внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу токсичные окислы азота, угарный газ и углеводородные соединения. Для оценки уровня токсичности двигателя с внешним подводом теплоты в таблице 2 приведены удельные выбросы токсичных веществ в газовой турбине, дизельном и бензиновом двигателях.

10


Таблица 2. Выбросы вредных веществ для автономных источников энергии

Тип приводного двигателя Токсичность, г/(кВт·ч)

NOx CO CxHy

Двигатель с внешним подводом теплоты

0,5–1 0,25–1 0,01–0,05

Газовая турбина 3,5–10 10–20 0,06–0,35

Дизельный двигатель 2–10 1–25 3–60

Бензиновый двигатель 3–10 200–100 70–600

СБЕРЕЖЕНИЕ

Автономные энергоустановки не требуют капитальных вложений для прокладки тепловых и электрических сетей к потребителю и, следовательно, расходов на их содержание. Они предоставляют возможность одновременной выработки электроэнергии и тепла (когенерация), повышая общую эффективность всей энергетической системы.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Выгода достигается за счет экономии топлива, низких затрат на обслуживание, продажи избыточной электроэнергии, повышенной точности учета потребления тепла и электроэнергии.

Помимо генерации электричества автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ вырабатывает тепло, которое при помощи дополнительного устройства может быть использовано для обогрева жилых и производственных помещений, а также для обеспечения горячей водой. Применение дополнительных теплообменников резко повышает эффективность применения (до 90%) энергоустановок на базе РЛДВПТ и решает проблемы теплоснабжения в холодное время года.

Эффективность РЛДВПТ с экономической точки зрения определяется низкой стоимостью капитальных затрат на единицу установленной мощности, малым сроком внедрения, и небольшим периодом окупаемости

11


(таблица 3). Кроме того не требуется затрат на прокладку коммуникаций, т. к. энергоустановка находится в непосредственной близости от потребителя. Сравнительные характеристики автономной энергоустановки для обеспечения электричеством и теплом приведены в таблице 4.

Таблица 3. Сравнение автономных энергоустановок

Автономные энергоустановки

Стоимость, руб. за 1 кВт

установленнойэлектрической

мощности

Сроквнедрения,

месяцев

Срок окупаемости,

лет

КПД, %

Уровень

шума, дБА

Ресурс до капремонта,

часов

Периодичность

технического обслуживания,

часов

Бензо-генераторы

(1–20 кВт)5 000–7 000 1–2 Не окупается 20–30 60–80 5 000–10 000 200–500

Дизель-генераторы

(30–300 кВт)

8 000–10 000 1–2 6–10 25–35 80–120 10 000–25 000 250–600

Газопоршневые

(500–4000 кВт)20 000–24 000 10–14 4–5 30–40 90–110 40 000–50 000 800–1 200

Газотурбинные

(2000–10000 кВт)16 000–20 000 12–18 6–7 22–37 80–110 20 000–30 000 1 000–2 000

Микротурбинные

(30–60 кВт)32 000–36 000 10–14 4–5 30–35 70–90 50 000–60 000 8 000

РЛДВПТ

(1–1000 кВт)20 000–25 000 1–2 2–3 30–45 45–60 50 000–60 000 8 000

12


Таблица 4. Сравнительный расчет обеспечения электрической и тепловой энергией в Псковской области с использованием автономной энергоустановки на базе РЛДВПТ.

Генерирующиестанции

Установочныемощности

Производствоэлектроэнергии

Производствотепла

Потери Потребление

газа

ГРЭС 430 МВатт1 480 млн.кВатт час

– 10-15% 600 млн. м3

Котельные 4 076 Гкал/час – 2 700 тыс. Гкал До 50% 300 млн. м3

Автономные, на базе РЛДВПТ

100 шт ×1 МВатт =100 МВатт

1 620,3 млн.кВатт час

2 500 тыс. Гкал 5-7% 500 млн. м3

МНОГОТОПЛИВНОСТЬ

Автономная энергоустановка на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом теплоты может использовать следующие виды топлива: природный газ, сжиженный газ, биогаз, попутный газ, любое твердое топливо, а также использование тепла возобновляемых источников энергии и вторичного тепла технологических процессов в промышленности.

МОЩНОСТНОЙ РЯД

ГОСТ 13822–82 устанавливает следующий мощностной ряд электроагрегатов и передвижных электростанций (кВт): 8, 16, 30, 60, 100, 200, 315, 500, 630, 1000. Учитывая перегрузочную способность, автономные энергоустановки на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепла позволяют обеспечить полный диапазон мощностей пятью типами агрегатов с номинальными мощностями 16, 100, 315, 1000 кВт. Сокращение позиций мощностного ряда приводит к увеличению экономической эффективности при производстве.

13


ВЫВОДЫ

Малая энергетика, конечно, не решает всех глобальных проблем энергетики России. По разным оценкам потребность в новых мощностях, в связи с выбытием старых и увеличением потребления электроэнергии составляет 7–10 ГВт. установленной мощности в год. Однако в ближайшие 7–10 лет занять 10–15% энергетического рынка высокоэффективными и менее капиталоемкими автономными энергоустановками вполне возможно, дополнив на этом рынке тепловые станции и коммунальные сети.

Доклад подготовлен: ГОУ ВПО «Псковский государственный политехнический институт»; ФГУП «Федеральный ядерный центр»; ФГУП «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша»; Санкт-Петербургский научный центр РАН; Институт катализа им. Г. К. Бореского СО РАН; Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН; ООО «Газомотор-Р», г. Рыбинск.

14


Приложение 1

ЭНЕРГОАГРЕГАТ НА БАЗЕ РЛДВПТ

Энергоагрегат на базе РЛДВПТ может работать: в длительном автономном режиме, в одиночном режиме с двухкратными перегрузками. При необходимости возможна параллельная работа с внешней электросетью.

КОМПОНОВКА

15


Автономная электростанция на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом теплоты состоит: из двухмодульного роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепла 1, соосно связанного с электрогенератором 2, системы управления 3, нагревателя с теплообменником 4 и охладителя с теплообменником 5. При использовании различных видов топлива в конструкцию могут входить: устройство для получения синтез-газа, аккумуляторные батареи или конденсаторы, реакторы для получения биогаза, пиролизные установки и т. д.

РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА

Двигатель представляет собой два модуля с общим выходным валом. Каждый модуль состоит из роторно-лопастной группы и механизма преобразования движения. В корпусе роторно-лопастной группы предусмотрены окна для соединения трубопроводами с нагревателем и охладителем. Механизм преобразования движения осуществляет преобразование колебательно-вращательного движения роторов с лопастями в равномерное вращение выходного вала.

Поддержание частоты вращения обеспечивается автоматической системой управления регулированием давления рабочего тела в роторно-лопастной группе.

Конструкция роторно-лопастного двигателя защищена патентами Российской Федерации.

НАГРЕВАТЕЛЬ

В зависимости от назначения РЛДВПТ и вида используемого топлива возможны несколько способов организации нагрева. Также конструкция нагревателя зависит от теплотворной способности топлива. С целью повышения эффективности двигателя предпочтительно использовать нагреватели каталитического горения.

ТЕПЛООБМЕННИК НАГРЕВАТЕЛЯ

Теплообменник нагревателя предназначен для подвода тепла, образующегося при сгорании топлива, к рабочему телу. Характерными особенностями данного элемента являются высокая температура и повышенное давление рабочего тела.

16


ТЕПЛООБМЕННИК ОХЛАДИТЕЛЯ

Система охлаждения предназначена для принудительного отвода теплоты от деталей двигателя, омываемых горячими газами и охлаждения рабочего тела, циркулирующего по замкнутому контуру и обеспечения оптимально стабильного теплового состояния для достижения максимального КПД термодинамического цикла.

В зависимости от назначения РЛДВПТ возможны три способа организации отбора теплоты у рабочего тела: система воздушного охлаждения с принудительной вентиляцией, система жидкостного охлаждения (встраивание системы жидкостного охлаждения в систему отопления помещения) и комбинированная система, состоящая из систем воздушного и жидкостного охлаждения.

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

Контроль и управление автономной электростанцией осуществляются микропроцессорной системой автоматического управления. Благодаря высокой степени автоматизации и высококачественной и надежной системе управления установка работает в автоматическом режиме, не требуя постоянного присутствия персонала при нормальном режиме работы. В случае критической ситуации система автоматически выключает установку и запоминает причину аварийного отключения. Система управляет режимами автоматического пуска, остановки, контролирует параметры работы, поступающие с датчиков расхода топлива, температуры, скорости вращения, электрической нагрузки и т. д.

В цифровой системе управления реализованы сложные алгоритмы управления, которые поддерживают устойчивую работу установки и многофунциональность применения с точки зрения пользователя. Система управления обеспечивает работу в полностью автономном варианте и в режиме совместной работы с сетью для снятия пиковых нагрузок и передачи дополнительной электроэнергии в сеть.

Система управления оснащена пультом оператора для ручного управления и программирования различных режимов функционирования. Достоинством системы является функция удаленного управления через каналы связи и сети интернет/интранет, которая наряду с другими, решает задачу координированного управления группами установок, расположенными в разных местах, но работающими как единое целое.

17


ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

В качестве генератора электрической мощности используется стандартный электрогенератор, который может быть как синхронного, так и асинхронного типа. Использование типового электрогенератора не требует специальных преобразующих элементов для электрогенерирующей установки.

Перспективным является использование вентильно-индукторных генераторов встроенных в конструкцию РЛДВПТ. При использовании подобных генераторов электроустановка может быть выполнена в капсульной компоновке (полностью герметичной).

ВАРИАНТЫ КОМПЛЕКТАЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ТОПЛИВА

В зависимости от типа используемого топлива базовая конструкция энергоустановки практически не изменяется. Для обеспечения работы на разных видах топлива требуются изменения только системы подачи топлива и конструкции нагревателя.

18


Приложение 2

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТА СОЗДАНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ АВТОНОМНОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА БАЗЕ ДВИГАТЕЛЯ РОТОРНО-ЛОПАСТНОГО ТИПА С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Производство основных частей энергоустановок планируется осуществлять на предприятиях авиационного моторостроения, как самых технологически продвинутых в России и знакомых с производством энергооборудования. Проектирование основных частей энергоустановок планируется осуществить в КБ авиационного моторостроения на тендерной основе. Заказчиками проектирования будут участники консорциума, разработчики соответствующих частей энергоустановок. Большая часть (около 60%) стоимости оборудования автономных энергоустановок производится серийно в России или за рубежом. Унификация конструкции автономной энергоустановки должна обеспечивать возможность ее сборки из узлов и агрегатов непосредственно на месте монтажа.

Лимитная цена базовой комплектации автономной энергоустановки определена в 700$ за кВт установленной электрической мощности при межремонтном ресурсе 60 000 часов.

19


ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

Управление проектом

Консорциум научных организаций в составе: ГОУ ВПО «Псковский государственный политехнический институт»; ФГУП «Федеральный ядерный центр»; ФГУП «Исследовательский центр имени М.В. Келдыша»; Санкт-Петербургский научный центр РАН; Институт катализа им. Г.К. Бореского СО РАН; Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН; ОАО «Электропривод», г. Киров; ООО «Газомотор-Р», г. Рыбинск

с участием частных инвесторов создает управляющую компанию. Управляющая компания организует и проводит тендеры на:

разработку технической, технологической, эксплуатационной и другой документации; производство отдельных компонентов и всей энергоустановки.

Управляющая компания ведет всю финансовую документацию проекта и осуществляет расчеты с участниками проекта и подрядными организациями.

Управляющая компания готовит организационные мероприятия по созданию юридических лиц, которые будут заниматься производством, техническим обслуживанием и сбытом продукции.

Участники консорциума осуществляют сопровождение производства по своим направлениям: проектной документации; опытных образцов; испытаний; доработок и изменений в проектной документации, а также участвуют в сертификации продукции.

20


Исполнители проекта

Таблица 5. Распределение видов работ между исполнителями

Организация Вид работГОУ ВПО «Псковский государственный политехнический институт»

Проектирование и разработка роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепла

Институт катализа им. Г.К. Бореского СО РАН

Каталитические беспламенные горелки, генераторы синтез-газа

ФГУП «Федеральный ядерный центр»

Теплообменники для нагревателя и охладителя

Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН

Испытания надежности и долговечности энергоустановки

ФГУП «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша»

Математическое моделирование конструкций и процессов

Санкт-Петербургский научный центр РАН

Li – ионные аккумуляторы

ОАО «Электропривод», г. Киров

Электрогенераторы

ООО «Газомотор-Р» Система газовой автоматики

21


Финансирование проекта

Для реализации проекта планируется привлечь финансирование в размере 2 610 млн. руб. (87 млн. $).В том числе: частных инвестиций – 2 100 млн. руб. (70 млн. $); бюджетных инвестиций – 510 млн. руб. (17 млн. $).

За счет средств бюджета финансируются опытно-конструкторские работы, включая разработку проектной документации (литера О) и изготовление опытных образцов.

За счет частных инвестиций финансируется испытания опытных образцов корректировка конструкторской документации под серийное производство, технологическая и техническая подготовка производства сертификация продукции, организация технического обслуживания, рекламы и сбыта продукции, оборотные средства основного и вспомогательных производств.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Оценка рынка

В основу экономических ориентиров заложена генеральная схема размещения объектов энергетики РАО ЕС до 2020 года. Суммарная мощность вводимых мощностей тепловой генерации (газ и уголь) за период 2011–2020 годы составит 92,1 ГВ. По пессимистическому варианту оценки спроса число потребителей, для которых присоединение к энергетическим сетям РАО ЕС нерентабельна, составляет 10%, что равно 9,2 ГВт установленной мощности или около 1 ГВт в год. В топливном балансе РАО ЕС значительную часть занимают неэффективные котельные, бойлерные и т.д., работающие в основном на газе, угле и мазуте. Замещение их на высокоэффективные автономные энергоустановки, позволит увеличить топливный баланс в пользу эффективных генерирующих мощностей.

Еще одним сегментом рынка сбыта продукции обладают территории, на которых нет сетей РАО ЕС. На этих территориях генерация электроэнергии осуществляется в основном дизельными и газопоршневыми установками. Эти установки существенно уступают по всем важнейшим параметрам автономным

22


энергоустановкам на базе РЛДВПТ. Прежде всего, по техническому и межремонтному ресурсу, топливной эффективности и экологии. Более того автономные энергоустановки на базе РЛДВПТ обладают многотопливностью, что позволяет ввести в топливный баланс этих территорий местные ресурсы такие как торф, нефтяные попутные газы, геотермальные источники, бытовые отходы, отходы сельскохозяйственного производства и т.д. Емкость этого рынка по разным оценкам составляет 5–7 ГВт установленной мощности к 2020 году.

Особенно привлекательным с точки зрения сбыта продукции является внешний рынок. За рубежом давно ведутся работы по созданию энергоустановок на базе двигателя с внешним подводом тепла. Однако, все предложенные решения, не позволяют создать такай двигатель с приемлемыми параметрами цена\стоимость эксплуатация\качество. Предлагаемая к проектированию и производству разработка, несомненно, такими параметрами обладает. Емкость этого рынка сейчас трудно оценить, однако она значительно превышает внутренний рынок России.

Стратегия сбыта продукции.

Стратегия сбыта продукции может быть построена по комплексному принципу. Предметом сбыта может быть как само оборудование, так и электроэнергия и тепло. Сбыт электроэнергии и тепла особенно эффективен в инфраструктуре ЖКХ. В себестоимости квадратного метра жилья и социальной инфраструктуры (детских садов, школ, больниц и т.д.), уже заложены расходы на подключение к тепловым и электрическим сетям, которые в среднем составляют до 15 000 руб. (500$) на квадратный метр, а в некоторых районах более 60 000 руб. (2 000$). Эти расходы можно значительно (примерно в два раза) уменьшить за счет поставки части оборудования, которое в последствии станет неотъемлемой частью инфраструктуры здания, что приведет к снижению себестоимости строительства. Привлекательность такого решения для потребителя очевидна. Средняя окупаемость вложений для производителя – около двух лет, при техническом ресурсе оборудования до капитального ремонта – семь лет. Стратегия сбыта оборудования должна быть гибкой – от лизинга до прямой поставки с безусловной привязкой к производителю по техническому обслуживанию оборудования.

Рекламная компания в полном объеме может начаться после завершения испытаний опытных образцов автономных энергоустановок на базе РЛДВПТ, для определения параметров производственной программы.

23


Производственная программа

Исходя из, сделанных выше, оценок емкости рынка производственная программа с 2012 года должна быть ориентирована на выпуск оборудования суммарной установленной мощностью 1 ГВт. в год. Параметры производственной программы по технологическому ряду мощностей автономных энергоустановок будут определены по результатам рекламной компании. Однако корректно предположить, что основная доля заказов придется на энергоустановки мощностью 100 кВт. и 300 кВт. Также будут широко востребованы и установки для индивидуальных потребителей мощностью 10 кВт. Если в оценочном приближении ранжировать рейтинг сбыта в соотношении 10% – 10 кВт.; 50 % – 100 кВт.; 30% – 300 кВт.; 10% – 1000 кВт., то производственная программа, ориентированная на суммарную установленную мощность 1 ГВт., будет выглядеть следующим образом:

энергоустановки мощностью 10 кВт. – 10 000 штук; энергоустановки мощностью 100 кВт. – 5 000 штук; энергоустановки мощностью 300 кВт. – 1 000 штук; энергоустановки мощностью 1000 кВт. – 100 штук.Реализация такого заказа потребует гибкости при его размещении на предприятиях авиационного

моторостроения и правильной оценки себестоимости продукции. Во всяком случае, это достойный заказ для предприятий этой отрасли.

Оценка окупаемости инвестиций

Оптимистический вариант Рентабельность бизнеса, без учета рентабельности

производителей оборудования 10% Выход на заявленный объем производства и сбыта продукции 3 года Развертывание производства и сбыта нарастающим итогом

равными долями. Объем производства и сбыта первого года 30% Прибыль до налогообложения на конец 3 года производства 3 750 млн. руб. (125 млн. $)

24


Реалистический вариант Рентабельность бизнеса, без учета рентабельности

производителей оборудования 10% Выход на заявленный объем производства и сбыта продукции 4 года Развертывание производства и сбыта 1 год – 10%; 2 год – 30%;

3 год – 60%; 4 год – 100% Объем производства и сбыта первого года 10% Прибыль до налогообложения на конец 4 года производства 5 200 млн. руб. (140 млн. $)

Пессимистический вариант Рентабельность бизнеса, без учета рентабельности

производителей оборудования 7% Выход на заявленный объем производства и сбыта продукции 5 лет Развертывание производства и сбыта 1 год – 10%; 2 год – 20%;

3 год – 50%; 4 год – 70%; 5 год –100%

Объем производства и сбыта первого года 10% Прибыль до налогообложения на конец 5 года производства 3 666 млн. руб. (122,2 млн. $)

*Оценка окупаемости инвестиций не является бизнес-планом. Это упрощенный расчет, не учитывающий стратегию сбыта продукции, а только предусматривающий прямую продажу продукции потребителю.

25


СЕТЕВОЙ ГРАФИК РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА

Наименование этапа/Cроки реализации проекта (мес.)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Проектирование опытных образцов

Изготовление опытных образцов

Испытание опытных образцов

Корректировка технической документации

Изготовление опытно промышленной партии

Корректировка технической документации

Подготовка серийного производства

Организация сбыта продукции

26

Documents

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ АВТОНОМНЫЕ 03.12.09