Основні наукові напрями Інституту проблем машинобудування (ІПМаш) Національної академії наук України ім. А. М. Підгорного – оптимізація процесів в енергетичних машинах і удосконалення їх конструкцій; енергоощадні технології і об’єкти нетрадиційної енергетики; прогнозування надійності, динамічної міцності і ресурсу енергетичного обладнання; моделювання і комп’ютерні технології в енергетичному машинобудуванні.

За цим переліком величезний обсяг завдань, який вирішують 330 спеціалістів (з них 128 – наукові працівники) у 14 відділах, а також спеціальному конструкторсько-технологічному бюро і дослідному виробництві. Останнє має особливе значення оскільки сприяє скороченню шляху наукових розробок до практичного втілення. Ось, наприклад, є тут універсальний гідродинамічний стенд для випробувань гідромашин (гідротурбін, насосів, агрегатів мікроГЕС та їх елементів), який дає змогу проводити енергетичні, кавітаційні та інші спеціальні дослідження моделей гідромашин, визначати зовнішні характеристики і досліджувати потік у проточній частині. Стенд обладнаний комплектом первинних датчиків і вимірювально-обчислювальним комплексом на базі ПЕОМ, завдяки чому забезпечується випробування відповідно до вимог МЕК 60193.

Інститут є активним учасником формування Енергетичної стратегії України до 2030 року. Але на цей раз говоритимемо не про глобальні проекти, а про приземлені прості справи, необхідність реалізації яких продиктована вимогами часу.

Отже, в ІПМаш розроблені конструкції і схеми гідроагрегатів мікроГЕС, призначених для вироблення електроенергії внаслідок використання малих природних і промислових водотоків, забезпечення енергоощадності в системах комунального господарства, а також у технологічних системах з надлишковими перепадами тиску робочої рідини.

Ефект від використання пропонованих конструкцій полягає у корисному застосуванні водотоків, які раніше витрачалися намарне, здешевленні електроенергії, екологічній чистоті.

У зв’язку з різноманіттям технічних параметрів (напір, потужність тощо) й умовами їх застосування в конструкціях гідроагрегатів розроблено кілька типів гідротурбін. Це, зокрема, агрегати мікроГЕС на основі осьової прямоточної гідротурбіни, горизонтальної капсульної, гідротурбіни типу Банки і Дар’є та інших залежно від конкретних параметрів потоку і умов застосування при потужності від 5 до 50 кВт.

Деякі з розробок дають змогу реалізувати досі не освоювані напори 1–3 метри. На гідроагрегати мікроГЕС прямоточного типу у моноблочному виконанні з генератором і системою збудження на висококоерцитивних магнітах і ортогональній типу Дар’є та їх випробовують на згаданому вище гідродинамічному стенді.

Розробки розраховані на автономних споживачів – фермерські господарства, санаторії, гірські селища, а також на системи міського комунального господарства.

І важливо наголосити, що вартість пропонованого обладнання у 1,5 разу нижча від рівня світових цін.

Розглянемо докладніше розробку автономної мікроГЕС з генератором на висококоерцитивних магнітах. Як уже зазначалося, при створенні сучасного устаткування для мікроГЕС, які перетворюють енергію відновлюваних джерел на електричну, необхідно враховувати вплив різних техніко-економічних чинників. Визначальними є потужність/маса, потужність/вартість. Перспективи поліпшення вказаних параметрів полягають у використанні сучасних матеріалів і технологій і, як наслідок, в можливості реалізації нових конструктивних рішень для поліпшення масогабаритних характеристик і ресурсу енергоустановки.

Аналіз наявних конструкцій і схем агрегатів мікроГЕС дає змогу вибрати агрегат прямоточного типу у моноблоковому виконанні, де вузли і деталі гідротурбіни є одночасно й деталями електричного генератора, який, своєю чергою, оснащений системою збудження на магнітах Nd-Fe-B. Оскільки тракт прямоточний і немає капсули, агрегат такого типу має максимальну пропускну спроможність серед розглянутих схем, що забезпечує високу ефективність його застосування для низьких тисків води.

У чому ж конкретно полягають інноваційні аспекти і основні переваги нового проекту? Порівнюючи показники розробленої мікроГЕС потужністю до 10 кВт з тією, що серійно випускали досі (хоча вони, загалом, близькі за параметрами), бачимо, що за однакових значень напору Н і витрат Q,, новинка має вдвічі меншу масу і значно менші габарити, що забезпечує триразове зменшення питомої металоємності, які характеризуються співвідношенням кг/кВт. У всьому використовуваному діапазоні напорів потужність прямоточної мікроГЕС на 10–20% вища, а сам діапазон використання напорів ширший порівняно з існуючою серійною.

Слід відзначити, що переваги пропонованого технічного рішення з поліпшеними масогабаритними показниками порівняно з існуючими прототипами, у тому числі і за ресурсом, будуть збережені із зростанням встановленої потужності агрегату мікроГЕС.

Порівняння показників мікроГЕС

Проаналізувавши результати досліджень агрегата мікроГЕС потужністю до 10 кВт, ми дійшли висновку, що необхідно провести відповідну процедуру щодо зарубіжного патентування (у розробці використаний патент України UA 71361 А і низка ноу-хау у галузі технології виготовлення і застосування антифрикційних зносостійких покриттів на основі бориду заліза і бориду титана). Зрозуміло, що тут необхідні й ґрунтовні маркетингові дослідження, реклама, пошук ринків, і створення прототипу устаткування для оцінки можливості організації дрібносерійного виробництва агрегатів мікроГЕС.

Для таких мікроГЕС досить широке поле застосування: на об’єктах гідроенергетики, у системах водопостачання і водовідведення промислових підприємств, фермерських та індивідуальних господарствах. Установки такого типу можна ефективно використовувати у віддалених від ліній електропередач зонах, вони мобільні і не потребують високих транспортних затрат.

За матерілами Всеукраїнської галузевої газети "Електротема"

www.eltema.com.ua