The object of research, development or design (in Russian) : Микро тепловая электростанция когерационного типа с рекуперацией тепла

The object of research, development or design (in Kazakh) : Жылуды қалпына келтіретін микро когенерациялық электр станциясы

Aim of work (in Russian) : Целью является проведение комплексных научных исследований для создания опытных образцов микро тепловой электростанции когерационного типа с рекуперацией тепла для энергоснабжения автономных потребителей с возможностью коммерциализации технологии

Aim of work (in Kazakh) : Мақсат - технологияны коммерцияландыру мүмкіндігімен автономды тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ету үшін жылуды қалпына келтіретін когерентті типтегі микро жылу электр станциясының тәжірибелік үлгілерін құру бойынша кешенді ғылыми зерттеулер жүргізу.

Методы исследования (на русском) : Использованы методы математического и компьютерного моделирования. Для расчета прочности конструкции МТЭС использован метод конечных элементов. Использованы методы обработки и планирования экспериментов. Использованы методы обработки статистических данных с регрессивной оценкой. При проведении экспериментов использован метод Стьюдента. Использованы основные законы термодинамики и газодинамики. Все выдвинутые гипотезы были проверены на практике, путем проведения лабораторных экспериментов. Расчеты тепловых процессов выполнены по методу Шмидта и Ротта, с учетом законов термодинамического цикла Карно и Стирлинга. Моделировании параметров тепловых двигателей и построение PV диаграмм выполнено в программе Microsoft Office Excel

Методы исследования (на казахском) : Математикалық және компьютерлік модельдеу әдістері қолданылды. МАЭС конструкциясының беріктігін есептеу үшін соңғы элементтер әдісі қолданылды. Эксперименттерді өңдеу және жоспарлау әдістері қолданылды. Регрессивті бағалаумен статистикалық деректерді өңдеу әдістері қолданылды. Эксперименттер жүргізу кезінде студент әдісі қолданылды. Термодинамика мен газодинамиканың негізгі заңдары қолданылды. Барлық гипотезалар зертханалық тәжірибелер жүргізу арқылы тәжірибеде сыналды. Жылу процестерін есептеу Карнот пен Стирлингтің термодинамикалық циклінің заңдарын ескере отырып, Шмидт және Ротта әдісімен жүргізілді. Microsoft Office Excel бағдарламасында жылу қозғалтқыштарының параметрлерін модельдеу және PV диаграммаларын құру

Obtained results and novelty (in Russian) : Научная новизна заключается: в новых научно обоснованных результатах и оригинальных инженерных решений, имеющих важное значение для развития альтернативной энергетики в целом, в новом техническом решении, подтверждённом разработанным техническим заданием, эскизом и конструкторской документацией. Разработанная автоматизированная программа позволяет получить новые данные, которые можно использовать при создании новых лабораторных образцов МТЭС. Научные исследования основаны на системном подходе и направлены на достижение положительных результатов и ликвидации недостатков зарубежных аналогов, техническом и конструктивном решении, позволяющем комплексно производить практически из любого вида топлива или энергии тепловых потерь производственных циклов различные виды энергии для местного потребления без транспортных потерь; в возможности параллельной работы с возобновляемым источником энергии на общий накопитель и интеграцией с сетью; в развитии технологии создания многоцилиндрового поршневого двигателя внешнего сгорания. Решена задача по использованию энергии солнца и геотермальных вод или энергии тепловых потерь производственных циклов. Использованы основные законы термокаустики и эффект Релей. Для моделирования териоакустических процессов использованы возможности программ DeltaEC.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Ғылыми жаңалық: жалпы баламалы энергетиканы дамыту үшін маңызы бар жаңа ғылыми негізделген нәтижелерде және бірегей инженерлік шешімдерде, әзірленген техникалық тапсырмамен, эскизмен және конструкторлық құжаттамамен расталған жаңа техникалық шешімде. Әзірленген автоматтандырылған бағдарлама МТЭС-тің жаңа зертханалық үлгілерін жасау кезінде пайдалануға болатын жаңа деректерді алуға мүмкіндік береді. Ғылыми зерттеулер жүйелі тәсілге негізделген және оң нәтижелерге қол жеткізуге және шетелдік аналогтардың кемшіліктерін жоюға, өндірістік циклдердің жылу ысырабының кез келген түрінен іс жүзінде көліктік шығынсыз жергілікті тұтыну үшін энергияның әртүрлі түрлерін кешенді түрде өндіруге мүмкіндік беретін техникалық және конструктивті шешімге; жалпы жинақтағышқа жаңартылатын энергия көзімен қатар жұмыс істеу және желімен бірігу мүмкіндігіне; сыртқы жанудың көп цилиндрлі поршеньді қозғалтқышын жасау технологиясын дамытуға бағытталған. Күн энергиясын және геотермалдық суларды немесе өндірістік циклдердің жылу жоғалту энергиясын пайдалану мәселесі шешілді. Термокаустиканың негізгі заңдары және релелік эффект қолданылады. Териоакустикалық процестерді модельдеу үшін DeltaEC бағдарламаларының мүмкіндіктері қолданылды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Предложенная нами конструкция обладает важным преимуществом по сравнению с другими видами альтернативных источников, при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах. Создание простого двигателя внешнего сгорания (отсутствие системы зажигания, газораспределения, впрыска топлива). МТЭС должна быть адаптированной к климатическим условиям Республики Казахстан, способной аккумулировать произведённую тепловую, электрическую энергию в течение суток. МТЭС способна рекуперировать тепловые потери металлургического производства и энергообеспечения автономных потребителей сельской местности Общий КПД МТЭС варьируется от 70 до 90 % в зависимости от калорийности топлива и ее конструкции. Так как двигатель внешнего сгорания, работающий по тепловому циклу Стирлинга, не критичен к топливу, он способен преобразовывать механическую энергию в коксовый и полукоксовый газ, отходы деревоперерабатывающей промышленности, мусор. В завершении проекта будет предложена конструкция МТЭС, способная выдавать на 1 кВт электрической мощности до 7 кВт тепловой энергии [2…4], которая может быть использована на отопление и горячее водоснабжение. Оригинальная конструкция внешнего сгорания позволяет использовать его до 120 тыс. часов без капитального ремонта. КПД при производстве электрической энергии составляет 45%, что в три раза выше стандартных поликристаллический солнечных модулей.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Біз ұсынған дизайн минималды күрделі және пайдалану шығындарымен балама көздердің басқа түрлерімен салыстырғанда маңызды артықшылыққа ие. Қарапайым сыртқы жану қозғалтқышын құру (тұтану, газ тарату, отын бүрку жүйесінің болмауы). МТЭС өндірілген жылу, электр энергиясын тәулік ішінде жинақтауға қабілетті Қазақстан Республикасының климаттық жағдайларына бейімделген болуға тиіс. МТЭС металлургиялық өндірістің жылу шығындарын қалпына келтіруге және ауылдық жерлердегі автономды тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз етуге қабілетті, МТЭС-тің жалпы пәк отынның калориялылығына және оның конструкциясына байланысты 70-тен 90% - ға дейін түрленеді. Стирлингтің жылу циклі бойынша жұмыс істейтін сыртқы жану қозғалтқышы отын үшін маңызды емес болғандықтан, ол механикалық энергияны Кокс пен жартылай кокс газына, Ағаш өңдеу өнеркәсібінің қалдықтарына, қоқыстарға айналдыра алады. Жоба соңында 1 кВт электр қуатына 7 кВт дейін жылу энергиясын [2...4] беруге қабілетті, оны жылытуға және ыстық сумен жабдықтауға пайдалануға болатын МТЭС конструкциясы ұсынылатын болады. Сыртқы жанудың түпнұсқа дизайны оны күрделі жөндеусіз 120 мың сағатқа дейін пайдалануға мүмкіндік береді. Электр энергиясын өндіру кезіндегі пәк 45% - ды құрайды, бұл стандартты поликристалды күн модульдерінен үш есе жоғары. Дизайндың қарапайымдылығы жоғары техникалық және экономикалық көрсеткіштерді қамтамасыз етеді.

Level of implementation (in Russian) : Разработано 11 опытных образцов МТЭС с различными типами двигателей. Имеются заинтересованные лица в коммерциализации технологии. Альтернативный источник энергии мощностью от 1 до 100 кВт для энергообеспечения автономных потребителей, в том числе фермерских хозяйств, который способен комплексно производить электрическую и тепловую энергию с высоким коэффициентом преобразования энергии, полученной от сгорания любого вида топлива, отходов, подверженных горению, геотермальных вод или тепловых потерь промышленных предприятий. Основной эффект заключается в когенерации энергии для сокращении стоимости энергонасителей до 3 раз для автономных потребителей и замены дизельных электрогенераторов.

Level of implementation (in Kazakh) : Қозғалтқыштардың әртүрлі типтері бар МТЭС-тің 11 тәжірибелік үлгісі әзірленді. Технологияны коммерцияландыруға мүдделі тұлғалар бар. Автономды тұтынушыларды, оның ішінде фермерлік шаруашылықтарды энергиямен қамтамасыз ету үшін қуаттылығы 1-ден 100 кВт-қа дейінгі баламалы энергия көзі, ол отынның кез келген түрінің, жануға ұшыраған қалдықтардың, геотермалдық сулардың немесе өнеркәсіптік кәсіпорындардың жылу ысыраптарының жануынан алынған энергияны түрлендірудің жоғары коэффициентімен электр және жылу энергиясын кешенді түрде өндіруге қабілетті. Негізгі әсер Автономды тұтынушылар үшін энергия шығынын 3 есеге дейін азайту және дизельді электр генераторларын ауыстыру үшін энергияны когенерациялау болып табылады.

Efficiency (in Russian) : В результате проведенного анализа можно сформировать ряд преимуществ использования когенерационных МТЭС с двигателями внешнего сгорания на местном топливе в сельской местности Республики Казахстан, для энергообеспечения автономных потребителей: независимость от цены на углеводородное топливо, а также отказ от затрат на его хранение и транспортировку. Значительное сокращение расходов региональных бюджетов на закупку привозного топлива; многотопливность и использование доступного топлива для данной местности, а также перспектива создания предприятий по его переработке; отказ от прокладки электрических линий и затрат, связанных с их обслуживанием; стоимость 1 кВт/ч производимой электроэнергии с помощью когенерационной установки будет составлять от 3 до 5 тенге, что в 2–3 раза дешевле существующих тарифов; примерно в 2 раза увеличивается ресурс преобразователя прямого цикла когенерационной установки, по сравнению с ДВС, значительный моторесурс от 80000 до 120 000 часов; при сгорании топлива содержание СО в отработанных газах в 3 раза ниже, чем у ДВС и значительно ниже содержание NO и СH, высокие экологические показатели Евро – 5 и выше, что соответствует самым жестким мировым экологическим стандартам; срок окупаемости когенерационных установок 2 - 3 года; оригинальное конструктивное решение позволяет добиться комплексного КПД более 80 % (электричество + тепло).

Efficiency (in Kazakh) : Жүргізілген талдау нәтижесінде дербес тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ету үшін Қазақстан Республикасының ауылдық жерлерінде жергілікті отынмен сыртқы жану қозғалтқыштары бар когенерациялық МТЭС - ті пайдаланудың бірқатар артықшылықтарын қалыптастыруға болады: көмірсутек отынының бағасынан тәуелсіздік, сондай-ақ оны сақтау мен тасымалдау шығындарынан бас тарту. Әкелінетін отынды сатып алуға арналған өңірлік бюджеттер шығыстарының едәуір қысқаруы; көп отындық және осы елді мекен үшін қолжетімді отынды пайдалану, сондай-ақ оны қайта өңдеу жөніндегі кәсіпорындарды құру перспективасы; электр желілерін төсеуден және оларға қызмет көрсетуге байланысты шығындардан бас тарту; когенерациялық қондырғы көмегімен өндірілетін электр энергиясының 1 кВт/сағ құны 3-тен 5 теңгеге дейін құрайды, бұл қолданыстағы тарифтерден 2-3 есе арзан; когенерациялық қондырғының тікелей цикл түрлендіргішінің ресурсы ІЖҚ-мен салыстырғанда шамамен 2 есе артады, айтарлықтай моторесурсы 80 000-нан 120 000 сағатқа дейін; отын жанған кезде пайдаланылған газдардағы СО мөлшері ІЖҚ-ға қарағанда 3 есе төмен және no мен ҚН – ның құрамы едәуір төмен, Еуро-5 және одан жоғары экологиялық көрсеткіштер, бұл ең қатаң әлемдік экологиялық стандарттарға сәйкес келеді; когенерациялық қондырғылардың өтелу мерзімі 2-3 жыл; бірегей конструктивті шешім 80% - дан астам (электр + жылу) кешенді тиімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Альтернативная энергетика децентрализованные системы энергоснабжения. Возможность адаптации к преобразованию возобновляемой энергии солнечного излучения.. Способность работать на любом виде топлива или отходах подверженных горению, а также способность рекуперировать тепловые потери циклов производства. Когенерентный источник энергии для автономных потребителей. Может быть использован как привод насоса для орошения полей отдаленных сельских районов и пастбищ, также можно использовать для подачи воды скату.

Field of application (in Kazakh) : Баламалы энергетика орталықтандырылмаған энергиямен жабдықтау жүйелері. Күн сәулесінің жаңартылатын энергиясын түрлендіруге бейімделу мүмкіндігі.. Жануға ұшыраған отынның немесе қалдықтардың кез келген түрінде жұмыс істеу қабілеті, сондай-ақ өндіріс циклдерінің жылу шығындарын қалпына келтіру қабілеті. Автономды тұтынушылар үшін когенерентті энергия көзі. Шалғайдағы ауылдық жерлер мен жайылымдарды суару үшін сорғы жетегі ретінде пайдалануға болады, сондай-ақ көлбеу суды беру үшін пайдалануға болады.