Тема проекта: «Создание высокоэффективных систем энергообеспечения на основе нового класса тепловых насосов с использованием хладонов со сверхкритическими параметрами»
жүктеу/скачать 0.53 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Юридический адрес: Нижегородская область, г. Дзержинск, ул. Пожарского, д.4/41, кв.85
- Телефон, адрес электронной почты, сайта
- Научные исследования и разработки в области естественных и технических наук
- 5. Права на интеллектуальную собственность.
| НОМИНАЦИЯ: «Белая книга»
ТЕМА ПРОЕКТА: «Создание высокоэффективных систем энергообеспечения на основе нового класса тепловых насосов с использованием хладонов со сверхкритическими параметрами» ОРГАНИЗАЦИЯ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩАЯ ПРОЕКТ: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение «Термодинамика 3000» РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА: Заместитель директора по науке ООО НПО «Термодинамика 3000» с.н.с. ГНУ ГОСНИТИ Захаров Александр Алексеевич
Тепловой насос - это компактные, экономически эффективные и экологически чистые системы отопления, позволяющие получать тепло для горячего водоснабжения и отопления помещений за счет использования тепла низкопотенциального источника, путем переноса его теплоты к теплоносителю с более высокой температурой, а также как источник холода для холодильных систем и систем кондиционирования. Затратив 1 кВт электрической энергии, можно получить 15-20 кВт тепловой, а это 90-95 % потребностей теплоснабжения полученных бесплатно. ТН в отличие от традиционных газовых, угольных или работающих на жидком топливе котлов не сжигают органическое топливо, а используют возобновляемое природное либо техногенное тепло. Работа ТН схожа с работой холодильника. ТН собирает низкопотенциальную энергию земли, воды, воздуха или солнца и преобразует ее в область высоких температур для отопления и горячего водоснабжения. Отношение полученной тепловой энергии к затраченной (электрической или механической) называется отопительным коэффициентом. Современные ТН имеют отопительный коэффициент от 3 до 5, предложенный нами - не менее 15 (теоретически достижимый отопительный коэффициент равен 23). Такой коэффициент стал возможен за счет нового принципа преобразования энергии (предложенного авторами), а также оптимизации затрат энергии в ТН на преобразование низкопотенциального тепла в высокопотенциальное и уменьшение непроизводительных потерь тепла в конструкции ТН. В классическом представлении термодинамики величина ОК зависит только от температуры нагреваемой и охлаждаемой сред и не зависит от физики процессов реального газа. В действительности этот вывод не согласуется с реальными значениями ОК, который зависит от природы используемого рабочего тела (хладона). Способ достижения максимального ОК основан на осуществлении термодинамического цикла с хладогентом, имеющем критическую температуру равную или близкую к температуре источника тепла (наружный воздух, грунтовые воды, тепло водоёмов, техногенные источники и т.д.). Сжатие ведут до параметров, при которых коэффициент сжимаемости хладогента будет иметь величину равную единице. При этом, согласно теоретическому обоснованию, данному в патенте РФ №2083932, отопительный коэффициент будет равен 14-16. 2.Информация о заявителе Организация-заявитель: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение «Термодинамика 3000» Руководитель организации: Доровских Илья Валентинович, генеральный директор Руководитель проекта: Захаров Александр Алексеевич, заместитель генерального директора по науке ООО НПО «Термодинамика 3000», с.н.с. ГНУ ГОСНИТИ………… Юридический адрес:Нижегородская область, г. Дзержинск, ул. Пожарского, д.4/41, кв.85Фактический адрес:Нижегородская область, г. Дзержинск, ул. Пожарского, д.4/41, кв.85Телефон, адрес электронной почты, сайта:8 (8313) 22-16-14Электронная почта: NPOTDK3000@yandex.ruСайт: на разработкеНаправление деятельности:Научные исследования и разработки в области естественных и технических наукСреднесписочная численность работающих: 8 человекДата создания организации: 28.12.2010 года3.Современное состояние исследований и разработок в области реализации проекта. Новизна предлагаемого подхода по сравнению с известными. Получен качественный эффект подтверждающий возможность получения высокого отопительного коэффициента. Результаты эксперимента совпадают с теоретическими положениями, которые являются фундаментальными открытиями в области термодинамики. Для дальнейшего развития проекта необходимо создать опытный образец на базе одного из патентов (№2153133; 2226658). На данном образце получить количественное подтверждение величины отопительного коэффициента, оптимизировать технические и технологические параметры. Далее необходимы промышленные испытания и сертификация изделия. После этого или параллельно с предыдущим этапом необходимо международное патентование. После этого предполагается активное продвижение продукта на мировой рынок и создание промышленного производства. Конструкция ТН отличается простотой и надёжностью, экологической безопасностью и низкими эксплуатационными издержками. Основные детали предлагаемого ТН: -Насос высокого и низкого давления (покупные изделия); - Камера сжатия, внутри которой находятся два теплообменника. Представляет из
-Принципиально новый подход к некоторым фундаментальным вопросам термодинамики. Принцип работы традиционного ТН На рисунке 1 приведена принципиальная схема работы традиционного ТН. Рисунок 1. Состав традиционного ТН: 1. Испаритель, 2. Компрессор, 3. Конденсатор, 4. Дроссель
Принцип работы ТН с повышенным ОК На рисунке 2 приведена принципиальная схема работы ТН с повышенным ОК. Работа ТН с повышенным ОК осуществляется по следующему циклу:
Рисунок 2. Состав ТН с повышенным ОК:
Отличительные особенности ТН с повышенным ОК от традиционного
4.Сущность предлагаемой разработки. Современные тепловые насосы, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2...2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива. Применение ТН - это и сбережение невозобновляемых энергоресурсов, и защита кружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 (парникового газа) в атмосферу. Еще одно преимущество ТНУ - широкий диапазон мощности (от долей до десятков тысяч киловатт), перекрывающий мощности любых существующих теплоисточников, в том числе малых и средних ТЭЦ. Использование ТНУ перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Применение теплонасосных установок вносит наибольший вклад в экономию невозобновляемых энергоресурсов. Перечисленные преимущества ТН обусловили их широкое и всевозрастающее распространение в развитых странах и во всем мире. Ставится задача не о локальном или ограниченном применении теплонасосного теплоснабжения, а о максимальном отказе от прямого сжигания для этих целей органического топлива. Энергетическая эффективность преобразования энергии в ТН оценивается коэффициентом преобразования энергии (СОР), равным отношению энергии, переданной потребителю (Qк), к энергии, затраченной для реализации цикла (Nэл): СОР = Qк / Nэл Следует отметить, что коэффициент преобразования энергии у традиционных ТН составляет 3-5. В классическом представлении термодинамики величина СОР зависит только от температуры нагреваемой и охлаждаемой сред и не зависит от физики процессов реального газа. В действительности этот вывод не согласуется с реальными значениями СОР, который зависит от природы используемого рабочего тела. Современные разработчики ТН в основе своих разработок не учитывают зависимость отопительного коэффициента от физики процессов реальных газов, что в свою очередь не позволяет достигнуть максимального значения отопительного коэффициента. С учётом этого положения, задачей данного проекта является повышение эффективности использования тепловых насосов (ТН) в 3-5 раз. В основу проекта положено теоретическое обоснование, что величина отопительного коэффициента теплового насоса зависит от природы реального газа, используемого в качестве рабочего тела (например,отопительный коэффициент теплового насоса, работающего по обратному циклу Майера на идеальном газе в 7 раз меньше отопительного коэффициента этого же цикла, но использующего в качестве рабочего тела реальный газ) и патенты РФ, в которых дано теоретическое обоснование возможности достижения повышенного значения отопительного коэффициента до 23 и приведены различные варианты конструкций ТН. Начата публикация теоретического обоснования ТН с повышенным отопительным коэффициентом в международном журнале "Альтернативная энергетика и экология" №7 за 2010 г. и № 1 за 2011г. Изготовлены лабораторные образцы ТН с СОР=9,5, подтверждающих правильность теоретических расчетов и позволяющие сделать обнадёживающие прогнозы по изготовлению нового класса тепловых насосов с отопительным коэффициентом в несколько раз преывышающем ныне существующие. Результатом выполнения проекта будет являться разработка опытно-промышленного образца ТН с отопительным коэффициентом не менее 10 и построение на его основе высокоэффетивных систем энергообеспечения. Способ достижения максимального ОК основан на осуществлении термодинамического цикла с хладогентом, имеющем критическую температуру равную или близкую к температуре источника тепла (наружный воздух, грунтовые воды, тепло водоёмов, техногенные источники и т.д.). Сжатие ведут до параметров, при которых коэффициент сжимаемости хладогента будет иметь величину равную единице. При этом, согласно теоретическому обоснованию, данному в патенте РФ №2083932, отопительный коэффициент будет равен 14-16 [5]. Термодинамический цикл ТН доступен численному описанию, причём каждая отдельная стадия цикла может быть подтверждена экспериментально. Физические основы цикла строго согласуются с законом сохранения и превращения энергии. Рабочие циклы предлагаемого ТН и традиционного ТН представлены на рис. 3. В точке (К´) рабочее тело содержит максимальную потенциальную энергию и минимальную кинетическую. Сжатие рабочего тела из этой точки, до точки (В), позволяет максимальным образом использовать силы молекулярного притяжения рабочего тела. Это позволяет в 7.6 раз уменьшить работу, затрачиваемую на сжатие рабочего тела в цикле К´-В-С (реальный газ), по сравнению с циклом традиционного ТН (цикл В´´-В-С идеальный газ). Отношение этих площадей, равно 7.6. Это говорит о том, что экономичность нового ТН (кривая 3) в 7.6 раз выше, чем у традиционного ТН работающего по диаграмме для идеального газа (кривая 1), где отопительный коэффициент равняется 3. Произведение 3×7.6 даёт отопительный коэффициент 23.
1-уравнение Менделеева, 2-уравнение Ван-Дер-Ваальца, 3-уравнение Конова (атора), 4-Уравнение Ленарда-Джонса 5. Права на интеллектуальную собственность.Имеются патенты РФ:
- № 2267722 от 06. 05. 04г.; - № 208 39 33 от06. 05. 04г. Вышеперечисленные патенты получены на основополагающий принцип и конструкцию насосов, в настоящее время патенты поддерживаются. Имеются ноу-хау, которые лежат в основе технологических режимов. Имеются публикации по данной тематике в международном журнале «Альтернативная энергетика и экология». Работа над указанными патентами финансировалась за счёт средств автора. Работа над этими патентами проводилась частным образом. В настоящее время права на патенты принадлежат автору. Законодательных ограничений, могущих оказать влияние на ход коммерциализации технологии нет.
- Значительно уменьшается стоимость изготовления за счет упрощения конструкции; - В несколько раз уменьшается срок окупаемости; - Возможные перспективы создания новых видов продукции в ходе реализации проекта, которые могут обеспечить компании устойчивость в конкурентной борьбе и в развитии бизнеса в будущем, что подтверждается созданием новых патентов. Конкуренты : Сегодня в мире успешно эксплуатируется десятки миллионов ТН различного назначения. Согласно данным Международного Энергетического Агентства (IEA) к 2020 г. в развитых странах доля отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов должна составить 75 %. Самые крупные ТН эксплуатируются в Швеции и странах Скандинавии. На данный момент существует и производится огромное количество ТН различной конструкции и мощности. Лидером производства ТН являются США, где производится около 700 000 ТН/год. Стоимость ТН мощностью от 100 до 10000 кВт, в странах Западной Европы составляет 600-700 дол/кВт установленной мощности. Снижение себестоимости тепла, производимого ТН, по сравнению с традиционным теплоснабжением составляет от 1,5 до 2,5 раз. Срок окупаемости у большинства ТН не превышает трёх лет. Однако все существующие ТН отличаются более низким отопительным коэффициентом, более сложной конструкцией и более высокой ценой. Конкурентами являются производители тепловых насосов, различных отопительных систем, холодильников, кондиционеров. Возможной реакцией конкурентов на появление данных ТН может являться: - Предложение о покупке прав собственности; - Различные виды кооперации; - Попытка самостоятельного создания подобного аналога. На рынке существует много видов альтернативной энергетики, но они развиваются параллельно, конкурируя между собой
Данный вид бизнеса опирается на фундаментальное открытие в области термодинамики и ряд патентов РФ. Устройства созданные на базе этого открытия смогут легко встраиваться в существующие технологии и не потребуют коренной перестройки производств традиционных изделий (холодильников, кондиционеров, ТН и т.д.). Бизнес внесёт большой вклад в решение энергетической и экологической проблем. 7. Рынок сбыта Год назад началось активное продвижение на российский рынок тепловых насосов (ТНУ). До того времени специалисты по климатическому оборудованию достаточно редко сталкивались с ними. Отдельные разработки в области тепловых насосов велись в России и ранее, однако широкого распространения они не получили. На рынке тогда особой популярностью пользовались центральные климатические системы, построенные по другим принципам и технологиям. Перед зарубежными компаниями, производившими тепловые насосы, стояла достаточно сложная задача - необходимо было доказать, что тепловые насосы в условиях России - это оптимальный вариант для решения многих вопросов, стоящих перед отечественной энергетикой, прежде всего, с точки зрения энергоэффективности и технологичности. В статье мы рассмотрим проблемы и специфические подходы, которые появились в области применения тепловых насосов, а также приведем несколько практических рекомендаций, которые стали итогом годовой работы российских инженеров. Главное, что отмечают все эксперты по климатическому оборудованию: налицо практический интерес российского инженерного сообщества по данной тематике. Энергетики и климатехники, проектировщики и менеджеры все больше обращают свое внимание на конкретные примеры использования ТНУ как альтернативы традиционному оборудованию для отопления и кондиционирования жилых зданий и промышленных объектов. Инженеры по эксплуатации СВК "Ирис Конгресс Отеля" рассказывают, что практически еженедельно к ним обращаются технические специалисты, дабы собственными глазами увидеть как работает кольцевая теплонасосная система. Год назад этот отель был единственным в России объектом, где стояла масштабная система, построенная на тепловых насосах (системе уже более 15 лет). Сегодня количество крупных объектов, где установлены ТНУ, перевалило за два десятка. Первым крупным зданием, оборудованным тепловыми насосами, стала школа в Усть-Лабинске (Краснодарский край). В объекте две очереди - первая 3800 м2, вторая - 2500 м2. Это первая в России государственная школа, имеющая комфортную систему центрального воздушного отопления и кондиционирования. Система характеризуется повышенной экономичностью. Объект обеспечивается теплом за счет питания тепловых насосов от городской теплоцентрали, температура теплоносителя в которой составляет 60°С. Одновременно с общей информированностью инженерного сообщества относительно использования ТНУ растет и профессиональный уровень специалистов, занимающихся проектировкой и монтажом тепловых насосов. Совсем недавно подобных специалистов в России просто не существовало. Положительным сдвигам в этом направлении способствовало появление соответствующей литературы, а также целого ряда тематических публикаций. Опять же, был наработан определенный опыт в реализации объектов на ТНУ. Важную роль здесь сыграли и контакты с ведущими иностранными специалистами в области теплонасосного оборудования. В частности, для России большую ценность представляет опыт китайских коллег. За последние 15 лет они проделали тот путь, который только предстоит пройти нашим специалистам. В начале девяностых в Китае также не существовало тепловых насосов, и в основе системы отопления лежали сети теплоцентралей. А вся сфера коммунального хозяйства весьма напоминала то, что мы имеем на настоящий момент в России. Тем не менее, по состоянию на сегодня, 20% китайского рынка климатического оборудования занимают тепловые насосы. В пользу необходимости изучения китайского варианта использования ТНУ говорит и тот факт, что климатические условия России и Китая очень схожи, да и обучать наших специалистов в Китае значительно дешевле, чем в США или Европе. Контакты с иностранными специалистами в этой области позволяют решить еще одну важнейшую для нас задачу - обеспечить строительные и девелоперские компании приемлемым уровнем сервиса. Как правило, тепловые насосы, особенно американские и канадские, крайне неприхотливы, долговечны и устойчивы к неблагоприятным условиям эксплуатации. Однако в сервисном обслуживаний нуждаются даже такое оборудование, а сервис тепловых насосов в России пока находится в зачаточном состоянии. Вместе с тем, по оценкам западных экспертов, основные трудности с продвижением ТНУ на российский рынок связаны с полной неразберихой в строительной отрасли. Здесь налицо серьезные ошибки в проектировании и строительстве, необоснованное внесение всевозможных изменений и дополнений в уже согласованные проекты, затягивание и перенос сроков ввода мощностей в эксплуатацию на каждой стадии строительства. Зачастую применяются не предусмотренные проектной документацией материалы, оборудование и технологии. В конечном счете, все это заставляет проектировщиков практически "с нуля" производить перерасчет энергетической эффективности зданий, пересчитывать потребности в отопительном оборудовании, изменять зональность. Однако процесс пошел. Все большее распространение в России получают кольцевые ТНУ и теплонасосные системы, использующие низкопотенциальное тепло. Они легко вписываются в любые проектные решения, просты в установке и дешевы в эксплуатации. Такое оборудование уже достаточно широко используется в коттеджном строительстве, где малые геотермальные системы, построенные по классическому кольцевому принципу, проявляют себя наилучшим образом. За прошедший год обозначились и географические предпочтения в использовании нового оборудования в России. Наибольший интерес к нему проявили на юге страны, в частности, в Краснодарском крае, где гигантскими темпами идет строительство гостиниц, офисных и торговых центров. Особенности климата предопределяют выбор эффективных климатических систем для кондиционирования и отопления в период короткой зимы. Прошедшая зима, надо заметить, показала, что и здесь температура воздуха может опускаться ниже -30°С. В крае закончены или находятся в стадии строительства административно-гостиничный центр в Краснодаре площадью 10 000 м2; гостиница на 45 номеров в г. Адлер площадью 3000 м2 (кольцевая система отапливает номера за счет тепла кухни и фитнес-центра); административный центр на Дмитровской дамбе в г. Краснодар, площадью 4 000 м2; торговый центр в г. Кропоткин площадью 1500 м2 и административный комплекс в г. Краснодар площадью 1700 м2. Последний проект интересен тем, что выбор тепловых насосов был обусловлен жестким лимитом по энергоснабжению. Система с ТНУ позволяет частично снять эту проблему благодаря низкому энергопотреблению, а также за счет частичного (позонного) отключения в случае необходимости. Проблема лимитированного электроснабжения характерна для многих регионов нашей страны. Она связана с изношенностью сетей и неприспособленностью действующих электроподстанций к возросшим нагрузкам. Сверхлимитная электроэнергия либо крайне дорога, либо не может быть поставлена в принципе из-за технологических ограничений. Для Краснодара данная проблема особенно актуальна. Город с исторически сложившейся малоэтажной застройкой, сегодня просто не справляется с возросшими потребностями - инфраструктура и коммуникации развиваются значительно медленнее, чем строятся новые здания. Девелоперам приходится искать варианты дополнительного автономного эффективного электроснабжения стоящихся зданий и самый простой выход тут - системы с ТНУ. Практика показала, что целесообразно устанавливать на объект оборудование малой мощности. Проектирование с "запасом" по мощности чревато увеличением расходов на установку и эксплуатацию ТНУ. При необходимости, такую систему будет проще "расширить" в будущем, благо теплонасосная система масштабируется достаточно быстро и без серьезных дополнительных затрат. "Разбег" по мощностным характеристикам у ТНУ достаточно большой. Поэтому при решении задач отопления и кондиционирования крупного объекта важно найти разумный баланс по применению тепловых насосов различной производительности. Установка мощных ТНУ приводит к повышенному энергопотреблению и снижению эффективности работы системы в целом, тогда как применение маломощных тепловых насосов позволяет создать отдельные климатические зоны с индивидуальным регулированием, что повышает комфорт в помещении. 8. Порядок коммерциализации результатов разработки. Опираясь на собственное фундаментальное открытие в области термодинамики, авторы данного проекта, предполагают разработку и организацию промышленного производство тепловых насосов (ТН) с отопительным коэффициентом, доходящим до 21. Современные тепловые насосы имеют максимальный отопительный коэффицент 3-7. ( На один затраченный квт электроэнергии получается в эквиваленте 3-7 квт тепла). Стоимость предлагаемого ТН уменьшается до трёх раз за счёт упрощения конструкции, в несколько раз уменьшается срок окупаемости. Данный ТН позволит эффективно решать энергетическую проблему путём создания гораздо более совершенных и экономичных отопительных и нагревательных установок, холодильников, кондиционеров и т.д. Реализация данного проекта позволит создать крупномасштабный транснациональный бизнес в короткие сроки и относительно небольшими затратами. 1.2 Рыночный сегмент бизнеса
1.3 Отличительная особенность бизнеса Данный вид бизнеса опирается на фундаментальное открытие в области термодинак. ;ки и ряд патентов РФ. Устройства созданные на базе этого открытия смогут легко встраиваться в существующие технологии и не потребуют коренной перестройки производств традиционных изделий (холодильников, кондиционеров, ТН и т.д.). Бизнес внесёт большой вклад в решение энергетической и экологической проблем. 9. Организация работ 1. Создание опытного образца на котором экспериментально подтверждается теоретическое положение автора о возможности создания Т. Н. с отопительным коэффициентом равным 21. Измеряется температура рабочего тела в результате его сжатия до 1/3 от первичного его объёма при его критической температуре. Исходя из массы рабочего тела и его температуры определяется количество тепла выделившегося в результате одного сжатия рабочего тела при его начальной критической температуре. Отношение его к затраченной эл. энергии, определённой по счётчику и даст отопительный коэффициент. 2. Оптимизация конструкции насоса и некоторых его узлов. 3. Опытный образец в совокупности с теоретическим обоснованием на основании патента на данную конструкцию Т. Н., уже на данном этапе являются рыночным продуктом со стоимостью значительно превышающей затраты на создание опытного образца. сжатия до 1/3 от первичного его объёма при его критической температуре. Исходя из массы рабочего тела и его температуры определяется количество тепла выделившегося в результате одного сжатия рабочего тела при его начальной критической температуре. Отношение его к затраченной эл. энергии, определённой по счётчику и даст отопительный коэффициент. 2. Оптимизация конструкции насоса и некоторых его узлов. 3. Опытный образец в совокупности с теоретическим обоснованием на основании патента на данную конструкцию Т. Н., уже на данном этапе являются рыночным продуктом со стоимостью значительно превышающей затраты на создание опытного образца. 10. Состояние и источники инвестирования в реализацию проекта. Организация ищет следующих партнеров: -инвесторов; -производителей тепловых насосов с существующими рынками сбыта. Предлагается: -создание совместного производства, как в России, так и за рубежом; -продажа лицензий. Предлагаем:
Что получает «Инвестор»:
11. Предстоящие затраты по проекту
жүктеу/скачать 0.53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
