Мы раccкажем здеcь o парoтурбoгенератoрах c замкнутым циклoм и гидрoдинамичеcких теплoгенератoрах. Они предназначены для разных задач, нo еcть у этих уcтанoвoк и нечтo oбщее. Их главные дocтoинcтва – кoмпактнocть при выcoкoй oтдаче и полная незавиcимоcть.
Алекcандр КЛОЧКОВ
Преобразователь энергии ОРМАТ, извеcтный также как «паротурбогенератор c замкнутым циклом», – единcтвенная в cвоем роде энергетичеcкая уcтановка мощностью 200 – 6000 Вт, надежно работающая без обслуживания в отдаленных районах. Уже сотни таких интегрированных энергосистем успешно действуют в системе радиосвязи Байкало-Амурской железнодорожной магистрали (БАМ), на трубопроводах Газпрома и радиорелейных линиях компании ООО «РН-Югорскнефтегаз» в России, трубопроводной системе HBJ в Индии, на трубопроводе Транс-Аляска в США и многих других объектах.
Основными факторами экономичности здесь являются отсутствие необходимости в обслуживании и длительный срок службы энергетической установки. Известно, что затраты на обслуживание автоматизированного дизель-генератора значительно превосходят его начальную стоимость.
Расходы на оплату труда и доставку в отдаленные регионы обслуживающего персонала составляют основную статью общих эксплуатационных расходов. Потери в результате простоев дизель-генераторов тоже серьезно увеличивают затратную графу. Использование установок ОРМАТ позволяет всего этого избежать и сэкономить значительные средства.
Дело принципа
Паротурбогенератор с замкнутым циклом – полностью автономная, испытанная и официально одобренная энергетическая установка. Она состоит в основном из системы сжигания топлива, парогенератора, турбогенератора переменного тока, конденсатора с воздушным охлаждением, выпрямителя, сигнализации и систем управления, размещенных в укрытии. На протяжении почти 20 лет ОРМАТ круглосуточно вырабатывает отфильтрованное напряжение постоянного тока мощностью 200 – 3000 Вт, фактически не требуя обслуживания.
В системе использован герметизированный генераторный блок, действующий по принципу цикла Ренкина и имеющий всего одну движущуюся деталь, а именно – плавно вращающийся вал, несущий на себе колесо турбины, бесщеточный ротор генератора и насос обратной подачи. Вал установлен на подшипниках, смазываемых пленкой рабочей жидкости, что исключает трение металла о металл и обеспечивает многолетнюю безаварийную работу.
Одной из наиболее оригинальных особенностей установки является ее способность работать от различных источников тепла, поскольку рабочий цикл замкнут и требуется лишь внешний подогрев. Для питания удаленных микроволновых релейных станций, действующих непрерывно без какого-либо обслуживания, на энергетических установках ОРМАТ наиболее часто в качестве топлива благодаря его чистоте используют сжиженный нефтяной (попутный) газ. Вместе с тем в качестве топлива могут использоваться также природный газ, керосин, а также авиационное и дизельное топливо.
Работает пар
Горелка нагревает органическую рабочую жидкость в парогенераторе, часть жидкости испаряется, и пар, расширяясь, приводит во вращение колесо турбины и соединенный с ним ротор генератора. Затем пар поступает в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется, а полученная жидкость возвращается насосом в парогенератор, охлаждая на своем пути электрогенератор и смазывая подшипники.
Цикл повторяется непрерывно до тех пор, пока происходит нагрев парогенератора. Поскольку корпус из нержавеющей стали для пара и жидкости герметичен, никаких потерь рабочей жидкости не происходит. Кроме того, она абсолютно не зависит от внешних климатических условий.
Турбогенератором вырабатывается трехфазный переменный ток, который затем выпрямляется и фильтруется. Выход постоянного тока регулируется, в зависимости от нагрузки, путем автоматического изменения количества топлива, подаваемого на горелку.
Установка имеет средства защиты от каких-либо отклонений, включая перегрев.
Надежность
Это главный принцип работы компании ОРМАТ. Благодаря использованию термодинамического проектирования и технологии авиационных двигателей, предприятие смогло добиться надежности, ранее не досягаемой в области производства автономных энергетических установок.
Герметичный контейнер с рабочей жидкостью изготавливается из нержавеющей стали. Дуговая сварка в гелиевой среде проводится дипломированными авиационными сварщиками, а затем с помощью радиографического контроля проверяется на наличие дефектов и гелиевым масс-спектрометром – на утечки. Готовый к работе энергоблок испытывается в заводских условиях как автономная установка с обкаткой в течение 100 ч.
Ее весьма важной особенностью является отсутствие необходимости в эксплуатационном обслуживании. Поскольку единственная движущаяся деталь – это плавно и без трения вращающийся на подшипниках с жидкостной пленкой вал, герметизированный в контейнере из нержавеющей стали, для надежной работы установки требуется лишь незначительный уход. Например, кроме заправки топливом, уход за установками, работающими на газе, заключается только в ежегодной проверке и очистке горелки и пластин конденсатора.
Интегрирование в систему
Энергоустановки ОРМАТ могут как выполнять функции автономных источников энергии, так и входить в состав объединенных энергетических систем и систем поддержки. Эти функции включают в себя:
- - питание поставляемых фирмой ОРМАТ высокоэффективных кондиционеров воздуха для укрытий;
- - неэлектрический обогрев с использованием отходящего тепла;
- - питание вспомогательного оборудования.
Конструктивные решения преобразователей электроэнергии ОРМАТ обеспечивают, в зависимости от конкретных требований и местных условий, возможность конфигурации установки как в качестве основного, так и резервного источников питания. Варианты применения преобразователей:
- - сети на базе цифровых УПАТС (каждая станция питается от двух установок ОРМАТ);
- - узлы сетей оптических волокон;
- - РРС (микроволновые радиоповторители, радиостанции);
- - спутниковые сети и системы;
- - сотовые сети;
- - катодная защита магистральных трубопроводов;
- - железнодорожная сигнализация;
- - дистанционные измерительные системы;
- - системы управления и сбора данных (SCADA);
- - дистанционное управление клапанами.
Опыт эксплуатации установок показывает 95%-ную вероятность того, что турбогенератор, имея всего одну вращающуюся деталь, наработает за время службы не менее 200 тыс. ч. В то же время справочник Международного Телекоммуникационного Союза (CCITT) в разделе «Первичные источники энергии для удаленных телекоммуникационных систем» констатирует, что средняя наработка за все время службы для устройств, работающих на жидком топливе, должна составлять не менее 20 тыс. ч, а работающих на газе – не менее 30 тыс. ч. Как говорится, есть с чем сравнить.
Тепло «ниоткуда»
Тепловые установки под названием гидродинамические теплогенераторы (ГТГ) экономичны и имеют коэффициент преобразования энергии более 100%. Это не рекламное заявление, а подтвержденный многократными официальными испытаниями факт. Его нельзя оспорить, поскольку созданием совершенно аналогичных по принципу получения тепла устройств уже много лет занимаются ученые и изобретатели многих стран мира: России, Украины, Молдовы, Японии, Австрии, США и др. Практически во всех случаях фиксируется превышениеполучаемой тепловой энергии над потребляемой для их привода электрической энергией.
На практике технология выглядит так. Нет ни тепловых электронагревателей (ТЭНов), ни каких-то иных нагревателей, а только электронасос (он здесь единственный потребитель энергии). Он гонит холодную воду через вертикально поставленную трубу, и на выходе получается горячая вода. Это похоже на фокус, но, как говорится, и «кролики в шляпе мага когда-нибудь кончаются», а здесь процесс может длиться сколько угодно.
Впрочем, сами исследователи откровенно говорят, что отсутствуют четкие, неоспоримые объяснения этого загадочного и противоречащего, на первый взгляд, фундаментальным законам физики явления, поскольку очень сложно проследить всю динамику происходящих при этом процессов. Ясно только, что для получения тепла удалось обуздать и использовать два взаимосвязанных и, казалось бы, разрушительных явления: турбулентность и кавитацию. А это и высокое давление, и температура в зоне схлапывающихся кавитационных пузырьков, и сонолюминесценция, и разложение молекулы воды H2O на атомы H2 и O2 с последующим объединением (сгоранием), и многое другое.
Как это происходит?
Приведем всего одну из научных версий. Явление заключается в том, что при пропускании через жидкость мощной ультразвуковой волны (она порождается завихрением) возникают кавитационные пузырьки, которые при схлапывании дают вспышку света. Происхождение света – тепловое, т.е. на короткое время в жидкости возникают сверхгорячие области с температурой в тысячи и даже десятки тысяч кельвинов.
В самом грубом приближении стандартная картина сонолюминесценции такова. В фазе разряжения ультразвуковой волны в определенном месте жидкости (в месте максимальной пучности ультразвука) создается большое по модулю отрицательное давление («растянутая» жидкость). При превышении критического значения амплитуды волны в фазе разряжения начинается кавитация – разрыв сплошной жидкости с образованием полости, заполненной парами этой жидкости. Образуется и растет кавитационный пузырек.
Через полпериода, в фазе сжатия, звуковая волна создает сильное положительное давление в жидкости. Вкупе с силами поверхностного натяжения оно приводит к быстрому сжатию пузырька. В процессе этого сжатия происходит нагрев паров, находящихся внутри пузырька (разумеется, для более аккуратной картины нам надо включить ударные волны, процессы конденсации и т.д.). Именно при таком сжатии и достигаются столь высокие температуры.
А практики действуют
Загадочность данного явления и его практическое применение вызвали оживленные дискуссии в прессе, Интернете, а также в научных кругах. Но практики не собираются ждать, пока ученые выяснят, почему у гидродинамических теплогенераторов коэффициент преобразования энергии больше 100%. Эти компактные установки они уже производят, и агрегаты надежно работают в системах отопления, горячего водоснабжения и технологических процессах во всех сферах народного хозяйства.
Всего один пример. Компания ОДО «ЮРЛЕ-К» уже второй десяток лет работает над созданием гидродинамических теплогенераторов. За эти годы ею введено в эксплуатацию более 250 объектов, на которых работают свыше 500 единиц различного типа тепловых насосных установок.
