textarchive.ru

Главная > Документ


Проект I.23. «Создание демонстрационных образцов нового оборудования для энергоэффективных технологий водородного аккумулирования электроэнергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки в энергосистемах европейской части РФ»

Системы водородного аккумулирования электроэнергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки на АЭС и угольных ТЭС предложены специалистами ОИВТ РАН в 80-е гг. В таких системах ядерный реактор и основные парогенераторы АЭС и ТЭС работают постоянно в базовом режиме с высоким КИУМ (~ 0,8-0,9), в часы провала графика нагрузки путем электролиза воды под давлением производятся водород и кислород, которые поступают в хранилища и затем используются для производства пиковой мощности путем сжигания водорода в кислороде и дополнительного перегрева пара в водородо-кислородных парогенераторах-пароперегревателях для увеличения мощности турбоустановки электростанции в часы пик примерно на 10%, что допускается установленными на тепловых электростанциях паровыми турбинами, или в автономных пиковых водородоаккумулирующих электростанциях (ВАЭС). Коэффициент рекуперации электроэнергии в такой системе меньше, чем для ГАЭС и составляет от 40 до 50%, но и капиталовложения в водородоаккумулирующие надстройки к АЭС или угольные ТЭС для генерации пиковой и полупиковой мощности (при работе < 500 ч в году) по предварительным оценкам составляют около 400-500 долл. (2000)/кВт, т.е. существенно меньше, чем в ГАЭС, которые оцениваются в 1000-1200 долл.(2000)/кВт. Экономическая эффективность маневренных и особенно пиковых энергоустановок определяется в основном удельными капиталовложениями. Поэтому маневренные и пиковые ВАЭУ являются весьма перспективным средством замыкания баланса мощности и повышения эффективности системы энергообеспечения страны наряду с ГАЭС и ГТУ. Эта технология особенно актуальна для европейской части страны. Важным достоинством технологии является отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.

Ключевыми новыми элементами водородных турбоустановок и систем аккумулирования электроэнергии являются водородо-кислородные парогенераторы-пароперегреватели, характеристики которых определяются графиком нагрузки энергосистемы и характеристиками электростанции.

При их использовании практически снимаются ограничения на температуру перегретого пара, определяемые материалами котельных агрегатов и паропроводов (540-560)С, и оказывается возможной модернизация энергоустановок, позволяющая полностью использовать резервы мощности имеющегося оборудования и снизить удельные расходы теплоты на выработанный киловатт-час электроэнергии. Например, турбогенераторы турбин К-160-130, К-200-130, К-300-240 и ряда других имеют запас по номинальной и максимальной мощности  10%, т.е. модернизация энергоустановки с целью повышения мощности на  10% за счет повышения температуры перегрева пара от 540С до 565С и его расхода может осуществляться с минимальными затратами путем включения в схему Н22-парогенератора как надстройки к турбине, а сами турбина и турбогенератор могут оставаться без изменений. При этом удельные расходы теплоты топлива снижаются на (1,2-1,3)%. Расчетные исследования термодинамической эффективности модернизированных паротурбинных энергоустановок с водородным перегревом пара для производства пиковой мощности показывают, что КПД использования водородного топлива может достигать 60% и более. Расчетный КПД автономных водородных паротурбинных энергоустановок при параметрах пара до 1200 К и 10 МПа превышает 45%.

Ожидаемый народно-хозяйственный эффект от создания и использования водородных систем аккумулирования электроэнергии и автономных систем энергообеспечения складывается из следующих составляющих:

  • увеличения КИУМ АЭС и угольных ЭС до 0,9, что приведет к снижению капитальной составляющей в себестоимости электроэнергии не менее чем на 10%;

  • снижения удельных капиталовложений в создание маневренных мощностей на ~ 300-400 долл. (2000)/кВт по сравнению с прогнозируемым решением этой задачи за счет строительства новых ГАЭС, что при введении (2-5) ГВт водородных систем аккумулирования энергии в европейской части РФ к 2030 г. приведет к экономии суммарных капиталовложений как минимум на (20ч50)·млрд. руб.;

  • снижения потребления электроэнергии автономными потребителями, имеющими ресурсы водорода как побочного продукта, за счет создания автономных систем энергообеспечения предприятий (при мощности энергоустановки 10 МВт это соответствует экономии более 200 млн. руб./год и сроку окупаемости энергоустановки менее 2 лет);

  • повышения надежности энергообеспечения предприятий за счет создания резервных систем и снижения потерь у потребителей, связанных с аварийными отключениями от сетей;

  • повышения КПД и уменьшения удельных выбросов ТЭС за счет обеспечения возможности их работы в наиболее экономичном и безопасном базисном режиме с КИУМ более 0,65;

  • повышения качества продукции и снижения удельного электропотребления у потребителей электроэнергии за счет повышения качества электроэнергии в сетях;

  • создания новых рабочих мест на предприятиях высокотехнологичных отраслей;

  • экономии природного газа в энергетическом секторе за счет внедрения водородоаккумулирующих энергоустановок, использующих «провальную» электроэнергию от АЭС и угольных ТЭС, и снижения вредного воздействия пиковых и маневренных мощностей на окружающую среду.

Современное состояние НИОКР. В результате выполнения госконтрактов на НИР по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» в 2007-2008 г. ОИВТ РАН и ОАО «КБХА» разработаны и созданы экспериментальные водородо-кислородные парогенераторы на параметры пара до 1200 К и 7 МПа тепловой мощностью до 25 МВт, проведены их успешные испытания, выполнен комплекс экспериментальных исследований процессов генерации пара и экспериментальное моделирование автономной водородной паротурбинной энергоустановки мощностью до 5 МВт. В результате созданы научно-технические основы и экспериментальное обеспечение развития опытно-конструкторских и опытно-технологических разработок водородных энергоустановок паротурбинного и парогазового циклов и водородных систем аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки в энергосистемах европейской части страны.

Цель проекта. Разработка и создание демонстрационных образцов нового оборудования для энергоэффективных систем аккумулирования электроэнергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки в энергосистемах европейской части РФ.

Содержание проекта:

- Разработка и создание демонстрационных образцов водородо-кислородных парогенераторов и пароперегревателей тепловой мощностью до 30 МВт с параметрами пара до 1200 К и 10 МПа, включая системы топливообеспечения и АСУ ТП.

- Разработка и создание демонстрационной автономной водородной энергоустановки паротурбинного цикла мощностью до 5 МВт(э).

Сроки выполнения проекта: 3 года.

Необходимое финансирование – 240 млн. руб.

Проект I.24. «Повышение надежности работы энергосистем за счет применения сверхпроводниковых индуктивных накопителей»

Экономическое развитие связано с развитием электроэнергетических сетей с соответствующим ростом электрических нагрузок, увеличением генерирующих мощностей, усиления связей с соседними электроэнергетическими системами и созданием крупных объединенных систем, что ведет к снижению надежности работы энергосистемы, ухудшению ее статической и динамической устойчивости.

Применение накопителей энергии в электроэнергетике позволяет снизить затраты на производство электроэнергии, увеличить надежность энергосистем в целом, обеспечить защиту электротехнического оборудования на электростанциях и у потребителей.

Используемые в настоящее время емкостные накопители (аккумуляторы и емкостные батареи) в силу их малой энергоемкости имеют ограниченные области применения, а гидроаккумулирующие электростанции требуют больших капитальных затрат, отчуждения больших территорий и не всегда возможно их расположить географически.

Сверхпроводниковые накопители энергии запасают энергию в магнитном поле индукционной катушки, ток в которой циркулирует без потерь. Важнейшим преимуществом такого накопителя является его быстродействие (единицы миллисекунд), что позволяет реагировать на самые внезапные аварии в энергосистемах. Обмотки магнитных систем выполняются из низкотемпературных сверхпроводников.

В Российской Федерации накоплен большой опыт по созданию сверхпроводниковых накопителей энергии с запасенной энергией от 15 МДж до 100 МДж. Имеется производственная база для создания таких накопителей и получения сверхпроводника.

Создание опытно-промышленного образца потребует привлечения специалистов ОИВТ РАН, ФГУП «ВЭИ», ОАО «Криогенмаш», ОАО «НТЦ Электроэнергетики», ОАО «Энергосетьпроект», ОАО «ВНИИКП», ОАО «Электромеханика». Срок изготовления опытно-промышленного образца с запасенной энергией 30 МДж – 2 года.

На основе испытаний опытно-промышленного образца возможно дальнейшее серийное производство сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии, общий объем рынка которых в России прогнозируется на период 2010-2020 г.г. в объеме порядка 30 млрд. руб. Такой рынок для сбыта ожидается в странах СНГ, восточной Европы и Азии.

Применение сверхпроводниковых индуктивных накопителей особенно перспективно для так называемых ответственных потребителей. К их числу относятся нефтехимические предприятия, газодобывающие станции и насосные железные дороги, атомные станции , металлургические предприятия, алюминиевые производства и т.д. То есть все те производства, где установка сверхпроводниковых накопителей емкостью дл 30 МДж позволит в течение 10-15 сек., необходимых для запуска аварийных дизель-генераторов, предотвратить обесточивание производства.

Для энергосистем применение сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии повысит надежность энергосистем, что приведет к снижению потерь как на стадии транспорта и распределения электроэнергии, так и при ее потреблении.

Срок создания опытно-промышленного образца быстродействующего токоограничителя для сетей напряжением 110 (220) кВ – 1-1,5 года.

На основе испытаний опытно-промышленного образца возможно дальнейшее серийное производство быстродействующих ограничителей тока.

Применение быстродействующих токоограничителей перспективно как в электроэнергетике, так и для электросетей переменного тока железных дорог с напряжением 27,5 кВ, где количество коротких замыканий составляет в год в среднем 40-50 на питающую линию (фидер) в год. Потенциальный рынок для быстродействующих ограничителей тока и электросетей переменного тока ОАО «РЖД» оценивается в несколько тысяч штук в год.

Совместная работа сверхпроводникового индуктивного накопителя и быстродействующего ограничителя тока позволяет повысить надежность работы энергосистемы за счет улучшения их статической и динамической устойчивости. При этом энергоемкость накопителя может быть снижена в 2-2,5 раза, что снижает стоимость накопителя и уменьшает его габариты и вес. Так, если для обеспечения динамической устойчивости электростанции мощностью 2400 МВт требуется накопитель с запасенной энергией 100 МДж, то включение на генерирующей стороне и на стороне потребителя быстродействующих ограничителей тока позволяет снизить запасенную энергию сверхпроводникового накопителя до 40 МДж, обеспечивая динамическую устойчивость энергосистемы.

Проект I.25. «Создание и испытание демонстрационных мобильных установок конверсии попутного газа в синтетическую нефть и моторные топлива»

1. Задачи проекта.

Создание типовой малогабаритной блочной установки конверсии попутного газа в синтетическую нефть или моторные топлива.

Разработка модулей с различным целевым назначением - синтеза нефти, моторных топлив, диметилового эфира.

Эффективное решение в проблемы утилизации попутного нефтяного газа, резкое снижение выбросов в окружающую среду на промыслах.

2. Состояние проблемы.

В настоящее время в РФ на нефтяных промыслах по различным данным сжигается от 15 до 50 млрд. попутного газа в год. Единого решения для данной проблемы не существует, так как в зависимости от удаленности промыслов от транспортной и энергетической инфраструктуры, обьема и состава получаемого в данной точке попутного газа экономически эффективными и технически реализуемыми могут оказаться различные процессы. Так в ряде случаев целесообразно производство электроэнергии, в других случаях необходимы нефть для закачки в нефтепровод, моторные топлива для удовлетворения местных нужд или ценные химические продукты при близости железной дороги и т.д.

Несмотря на многолетние исследования ведущих научных центров мира до настоящего времени нет эффективных решений, обеспечивающих решение указанных задач. Имеющиеся разработки несовершенны, низкопроизводительны и громоздки.

Фундаментальные исследования ИНХС РАН, ИПХФ РАН, ИОХ РАН, ИК СО РАН, ИППУ СО РАН позволяют решить эту чрезвычайно сложную научно-техническую задачу. Реализация новейших исследований по парциальному окислению углеводородов, полного подавления сажеобразования, резкого повышения качества синтезируемых моторных топлив, прямого производства диметилового эфира из синтез-газа позволяет обеспечить создание модульных установок многоцелевого назначения. Предлагаемые инновационные технологии переработки попутного газа позволят обеспечить экономически разумные затраты на их утилизацию с получением ценных продуктов, рационально использовать ресурсы углеводородного сырья и защитить окружающую среду от громадных выбросов углекислого газа.

  1. Этапы и сроки работы.

Данная работа состоит из нескольких этапов и включает в себя:

опытные испытания и разработка регламентов на проектирование по процессам:

-высокоскоростного получения синтез-газа из попутного нефтяного газа;

-очистки синтез-газа;

-конверсии синтез-газа в высококачественную синтетическую нефть;

-конверсии синтез-газа в диметиловый эфир;

-конверсии диметилового эфира в моторные топлива.

Срок: 2009-2010годы.

Разработку регламента и технических условий на получение опытно-промышленных партий гетерогенных катализаторов

Срок: 2009-2010 годы.

Разработку регламента на проектирование первой модульной установки.

Срок: 2009 – 2010 годы

разработка конструкторской документации на нестандартное оборудование.

Срок: 2010 – 2011 годы.

Разработку рабочих чертежей первой промышленной установки.

Срок: 2010 – 2011 годы.

Строительство первой модульной установки и ввод ее в эксплуатацию.

Срок: 2011 – 2012 годы.

4. Исполнители.

Головные организации: ИНХС РАН, ИПХФ РАН

Соисполнители: ИХФ РАН, ИОХ РАН.

Проект I.26. «Разработка научных основ и промышленная реализация не имеющей аналогов новой безотходной технологии синтеза изопарафинов с использованием молекулярных сит для обеспечения эффективного перехода к производству высокооктановых автобензинов «Евро-4» и «Евро-5»

  1. Задачи проекта.

Создание первой промышленной установки экологически чистого синтеза концентрата изопарафинов - алкилата мощностью 100 000 - 200 000 тонн в год с использованием наностуктурированных молекулярных сит (цеолитов).

Резкое улучшение бензинового фонда страны и обеспечение перехода к производству высокооктановых автобензинов «Евро-4» и «Евро-5».

Обеспечение приоритета страны в области новых технологий производства высокооктановых компонентов автобензинов.

2. Состояние проблемы.

В настоящее время мировое производство алкилата, представляющего из себя концентрат насыщенных углеводородов изостроения (преимущественно изооктанов) с температурой кипения 40-180ОC, составляет 10-15% суммарного потребления компонентов автобензинов и достигает 100 млн. т/год.

В России производство алкилата находится на уровне 700 - 800 тыс. т/год (т.е. менее 1% от мирового) что крайне недостаточно для выполнения показателей технического регламента "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту", предусматривающего переход к стандартам «Евро-4» и «Евро-5». Существующий бензиновый фонд страны совершенно неудовлетворителен.

Традиционная технология получения алкилата предусматривает применение в качестве фтористого водорода или серной кислоты, что создает чрезвычайно серьезные экологические и эксплуатационные проблемы: образование кислых отходов и газов, требующих специальных блоков их нейтрализации и регенерации, коррозия оборудования, что повышает вероятность техногенной катастрофы. Изложенные проблемы обусловили многолетние (более 70 лет) исследования, направленные на создание процесса алкилирования с применением экологически безопасных твёрдых гетерогенных катализаторов ведущих научных центров мира, в том числе в институтах РАН.

Имеются демонстрационные установки фирм Haldor Topsoe совместно с Kellog Co. в Дании (процесс “ FBA ”), UOP в США (процесс “Alkylene”), а также Albemarle Cataysts совместно с Lummus на НПЗ фирмы Neste Oil в Финляндии (процесс “AlkyClean”). Испытываемые ими технологии несовершенны, так как на используемых гетерогенных катализаторах для поддержания постоянной активности вводятся «суперкислоты» - хлористый алюминий (процесс “Alkylene”), трифторметансульфоновая кислота СF3SO3H на носителе (процесс “FBA”), что в конечном итоге требует защиты оборудования от возможной коррозии. В процессе “AlkyClean” для поддержания постоянной активности катализатора предлагается частая (практически ежечасовая) регенерация катализатора водородом, растворенном в изобутане в режиме опыта и еженедельная - в более жестком режиме одним водородом. Такой короткоцикловый вариант довольно громоздок и ненадежен.

Фундаментальные исследования ИНХС РАН, ИОХ РАН, ИППУ СО РАН реакции алкилирования изобутана олефинами с применением наноструктурированных катализаторов - молекулярных сит (цеолитов), позволили наметить основные пути решения этой чрезвычайно сложной научной задачи. Проведенные совместно с отраслевыми институтами пилотные и демонстрационные испытания подтвердили результаты исследований ИНХС РАН и являются исходной позицией для завершения разработки научных основ процесса и создания первой промышленной установки.

Предлагаемая инновационная технология гетерогенного алкилирования изобутана бутенами и разработанная для этого процесса технология приготовления гетерогенных катализаторов, позволит достичь лидирующего положения по сравнению с зарубежными фирмами.

3. Этапы и сроки работы.

Данная работа состоит из нескольких этапов и включает в себя:

разработку регламента и технических условий на получение опытно-промышленных партий гетерогенного катализатора. Срок: 2009-2010 годы.

разработку технологической схемы алкилирования в стационарном слое гетерогенного катализатора. Срок: 2009 – 2010 годы.

разработку технологии регенерации гетерогенного катализатора алкилирования. Срок: 2009 – 2010 годы.

разработка базового проекта первой промышленной установки. Срок: 2009 – 2010 годы

разработка конструкторской документации на нестандартное оборудование. Срок: 2009 – 2010 годы.

разработка рабочих чертежей первой промышленной установки. Срок: 2010 – 2011 годы.

Строительство первой промышленной установки и ввод ее в эксплуатацию. Срок: 20011 – 2012 годы.

4. Исполнители.

Головная организация: ИНХС РАН.

Соисполнители: ИПХФ РАН, ИППУ РАН.

Проект I.27. «Газотурбинные расширительные станции»

Опираясь на накопленный опыт, имеющийся научный задел и промышленную базу Урала Институт теплофизики УрО РАН предлагает комплексный проект, направленный на широкомасштабное внедрение технологии ГТРС на ТЭС России, а также развертывание на этой базе новых подходов, направленных на повышение энергоэффективности и энергосбережение в энергетике, использующей природный газ.

Обоснование проекта:

По традиционным схемам промышленное использование природного газа в качестве основного топлива на ТЭС связано со снижением давления газа от магистральных газопроводов до горелок котлов, для чего на газопроводах предусматривается две системы редуцирования газа:

– на ответвлениях от магистрали газораспределительная станция (ГРС), снижающая давление газа до 1.2 МПа;

– перед котлами – газорегуляторный пункт (ГРП), снижающий давление газа с 1.2 МПа до 0.2 МПа.

Процесс редуцирования газа сопровождается потерей энергии избыточного давления газа.

Для утилизации энергии избыточного давления природного газа с дополнительной выработкой электроэнергии целесообразно предусматривать установку газовых утилизационных турбин (ТГУ), которые служат приводом турбогенераторов.

ТГУ является основным элементом газотурбинной расширительной станции (ГТРС) и встраивается в систему газоснабжения ТЭС параллельно газорегулирующему пункту, который при работающей ГТРС является резервным элементом газоснабжения электростанции.

Институтом теплофизики УрО РАН совместно с АО «Уралтехэнерго», АООТ «Уралтеплоэлектропроект», АО ЭиЭ «Свердловэнерго» была разработана газотурбинная расширительная станция электрической мощностью 11.5 МВт и был реализован пилотный проект по сооружению опытно-промышленной ГТРС-1 на Среднеуральской ГРЭС. ГТРС-1 введена в эксплуатацию 22 декабря 2002 г. Все основные элементы ГТРС-1 спроектированы и изготовлены на предприятиях Свердловской области. С 2003 по 2009 гг. ГТРС-1 выработала 250 ГВтч электроэнергии, обеспечив тем самым экономию 85 тыс. тут. Опытно-промышленная установка ГТРС-1 на Среднеуральской ГРЭС убедительно продемонстрировала свою эффективность и перспективность в решении задач по экономии энергоресурсов.

Проект позволит:

  1. Создать усовершенствованные ГТРС, рассчитанные на использование повышенного перепада давления газа 2.5/0.17 МПа, которые при том же расходе газа 210·103 м3/ч, что и ГТРС-1, будут иметь мощность 17 МВт и обеспечат экономию топлива более 35·103 тут/год при сроке окупаемости капиталовложений 2–4 года.

Перспективное количество ГТРС, которые могут быть установлены на ТЭС России в ближайшие годы оценивается в 110 единиц с суммарной мощностью 1500-2000 МВт. Кроме дополнительной выработки более 1 млрд. кВтч электроэнергии в год может быть получена годовая экономия топлива от 2.7·106 тут до 3.5·106 тут.

  1. Осуществить выпуск миниэлектростанций (в том числе и передвижных) мощностью до 5 МВт, использующих перепад давлений газораспределительных станций. Сооружение таких миниэлектростанций потребует разработки новых газовых утилизационных турбин на повышенное давление газа.

  2. Создать комбинированные системы по использованию избыточного давления природного газа с целью получения наряду с электроэнергией нового вида топлива – сжиженного природного газа (СПГ).

Исполнитель: ИТФ УрО РАН.

Соисполнители: ОАО «Инженерный центр энергетики Урала», ЗАО ИЦ «Уралтехэнерго», Уральский турбинный завод и др.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (3)

    Документ
    ... отождествляющие себя с полученными дляучастия в спектакле формами-скафандрами ... направление полёта, не создавая пилотам перегрузок. Мир стоит на пороге таких технологических ... ” РоссийскойАкадемииНаук. Проект Федеральный закон российской федерации ...
  2. Российской академии наук промышленная политика

    Документ
    ... РОССИЙСКОЙАКАДЕМИИНАУК ИНСТИТУТ ЕВРОПЫ РАН ПРОМЫШЛЕННАЯ ПОЛИТИКА ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАН МОСКВА 2010 Учреждение Российскойакадемиинаук ... направлениятехнологической ... средств дляреализациипроекта. Кроме ... дляучастия в финансировании интересных проектов, ...
  3. Российской академии наук великобритания перед

    Документ
    ... Российскойакадемиинаук ... технологическим ... дляреализации исследовательских проектов, открытие фонда поддержки специалистов для исследования ключевых аспектов российско ... дляучастия в мероприятиях в области культуры, образования и искусства; проекты ...
  4. Российской академии наук великобритания перед

    Документ
    ... Российскойакадемиинаук ... технологическим ... дляреализации исследовательских проектов, открытие фонда поддержки специалистов для исследования ключевых аспектов российско ... дляучастия в мероприятиях в области культуры, образования и искусства; проекты ...
  5. Отчетный доклад президиума российской академии наук

    Автореферат диссертации
    ... высокий уровень российскойнауки в этой сфере составляет основу дляучастия в международных проектах по созданию уникальных ...

Другие похожие документы..