Заявку на получение дополнительной информации по этому проекту можно заполнить здесь.
Наименование инновационного проекта Организация серийного производства возобновляемых источников электроснаб-жения – свободнопоточных микроГЭС |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рекомендуемая область пременения Районы, удаленные от поставщиков электроэнергии (ГЭС, ТЭЦ, линий электропередач) и имеющие водные источники с необходимыми гидрологиче-скими параметрами. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Назначение, цели и задачи проекта Свободнопоточные микроГЭС предназначены для электроснабжения отдаленных территорий, имеющих необходимые водные источники. Целью проекта является вывод на региональный, а также на Российский и зарубежный рынок, альтернативного для удаленных от централизованного электроснабжения районов источника электроснабжения, частично или полностью заменяющего дизельные электростанции, – свободнопоточной погружной микроГЭС, на базе ортогональной турбины и торцевого низкоскоростного синхронного генератора. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы Основными проблемами электроснабжения Сибири в целом и Красноярского края, в частности, по данным РАО ЕС являются: - изношенность линий электропередач; - сложность и высокая стоимость прокладки новых линий и в обеспечении качества электроснабжения, связанные со спецификой рельефа, транспортными проблемами; - трудности в организации сервисного обслуживания, связанные с наличием большого количества малонаселенных труднодоступных районов, обслуживание которых не окупается. На сегодняшний день количество жилых мест «без света» составляет до 18% в среднем по краю и свыше 20% в районе Нижнего Приангарья и в среднем течении р. Енисей. Такой результат объясняется тем, что, во многие места в советское время линии электропередач не успели провести, или в постперестроечный период энергоснабжение было прекращено, так как оказалось нерентабельным. Сейчас себестоимость таких мероприятий слишком высока, за счет того, что изменилась система транспортного обеспечения этих районов. В то же время в связи с интенсивным освоением природных ресурсов, удалением населенных пунктов от централизованных источников электроснабжения в Красноярском крае сложился большой дефицит энергетических мощностей, удовлетворить который средствами большой энергетики в ряде случаев экономически и технически нецелесообразно. С другой стороны наличие большого количества малых рек с необходимым запасом гидроресурсов позволяет достаточно экономично решать проблему электроснабжения маломощных потребителей электроэнергии, в особенности удаленных от линий электропередач. Эта проблема может быть решена развитием малой энергетики с использованием богатых водных ресурсов. Для этих целей возможно применение низконапорных, деривационных, свободнопоточных микроГЭС. При создании низконапорных, деривационных микроГЭС необходимо выполнение большого объема земляных работ по возведению плотины, изменению русла реки или созданию деривационного рукава (канала), что существенно повышает их стоимость. Для этих типов микроГЭС серийно могут производиться только энергоблоки. Все остальные работы по монтажу и созданию напора воды проектируются и выполняются индивидуально, что также значительно увеличивает стоимость микроГЭС и сроки реализации проекта. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Краткое описание предлагаемого технологического процесса Авторами проекта предложено использовать наиболее экономичные и легко сменяемые свободно-поточные микроГЭС. Специалистами КГТУ разработана прогрессивная предельно упрощенная конструкция свободно-поточной микроГЭС, основными элементами которой являются низкоскоростной торцевой синхронный генератор (НТСГ) и ортогональная турбина. Погружные микроГЭС круглогодичного действия удобны для небольших поселков, геологических партий, фермерских хозяйств. Они с успехом могут работать параллельно с дизельными электростанциями, существенно сокращая расход дизельного топлива или заменяя последние в случае аварии. Свободнопоточные погружные микроГЭС наиболее экономичны и мобильны, практически не требуют земляных работ. Особенностью свободнопоточной микроГЭС является низкая частота вращения турбины, определяемая скоростью свободного потока воды. В зависимости от скорости реки и мощности установки турбина свободно-поточной микроГЭС вращается с частотой 60 – 150 об/мин. Это предопределяет наличие низкоскоростного генератора, ротор которого вращался бы с той же частотой 60 – 150 об/мин, а сам генератор соединен непосредственно с валом турбины. Анализ показывает, что наиболее быстроходной турбиной в свободном водном потоке является ортогональная турбина. Таким образом, научно-техническая проблема - создание свободнопоточной микроГЭС, экономичной и надежной для потребителя, рентабельной для производителя. Решаемые для этого задачи – это разработка конструкции низкоскоростного герметичного торцевого синхронного генератора и ортогональной турбины, как основы свободнопоточной микроГЭС; создание их обоснованных математических моделей, позволяющих оптимизировать параметры, с целью снижения массы и габаритов, повышения выходных параметров и надежности. На настоящее время изготовлены опытно-промышленные образцы микроГЭС мощностью 3 и 10 кВт, проведены их стендовые и натурные испытания (см. рис.1, 2). Свободнопоточные микроГЭС вырабатывают электрическую энергию напряжением 220/380 В переменного трехфазного тока, частотой 50 Гц. При необходимости вырабатываемая энергия автоматически направляется на балластную нагрузку, в качестве которой может служить нагреватель помещения или воды. Рис. 1. Свободнопоточная погружная микроГЭС мощностью 10 кВт. Рис. 2. Свободнопоточная погружная микроГЭС мощностью 3 кВт. Основными функциями свободнопоточной микроГЭС являются: генерация электрической энергии промышленных частоты и напряжения с передачей ее непосредственно потребителю, автоматическая стабилизация частоты при изменении параметров водного потока, автоматическая адаптация устройства к уровню потребляемой пользователем энергии, реализация отвода неиспользованной энергии (балластная нагрузка или параллельная работа с линией электропередач). Основной метод применения по назначению – установка микроГЭС в непосредственной близости к потребителям электроэнергии и использование полученной от нее электроэнергии в соответствии с потребностями владельца автономного источника энергии. Энергия свободного потока воды снимается с помощью секционированной ортогональной турбины, в которой лопасти секций равномерно распределены по окружности для обеспечения равномерности крутящего момента. Вал ортогональной турбины с помощью муфты передает вращение генератору, вырабатывающему электрическую энергию при циркуляции магнитного поля, возбуждаемого постоянными магнитами. Все без исключения агрегаты являются вновь разработанными. Заимствованными и покупными сборочными единицами являются электрический распределительный шкаф, муфты, подшипники качения, часть уплотнительных устройств. Основная часть заимствованных и покупных деталей – это элементы крепежа и электрический кабель. Характеристики разработанных микроГЭС
К серийному производству предлагается микроГЭС наиболее востребованной и достижимой в большинстве водоемов мощности – 10 кВт. Свободнопоточная микроГЭС разработана на следующие номинальные данные: мощность 10 кВт; напряжение 220/380 ± 10 В, частота 50 ± 1 Гц, частота вращения вала генератора 93,75 ± 2 об/мин, коэффициент полезного действия не менее 0,82; коэффициент мощности 0,8; перегрузочная способность генератора не менее 1,6; класс изоляции обмоток статора генератора – В; генератор – герметичный (исполнение ОМ*); режим работы непрерывный (1), срок службы – 7 лет. Эти показатели и допуски определяются условиями эксплуатации автономных источников и одинаковы по сравнению с российскими и зарубежными аналогами. Система управления обеспечивает эксплуатационный контроль и автоматическое регулирование по частоте напряжения (50±1 Гц), по величине напряжения (220±10) В. На сегодняшний день решены достаточно серьезные задачи – создание низкоскоростного герметичного генератора трехфазного переменного тока промышленной частоты и стандартного для бытовых потребителей напряжения, ортогональная турбина, адаптированная к свободному потоку реки, сравнительно малой скорости (1,4 -1,8 м/с). Технология промышленного производства таких установок проработана на НПФ «СИСИМ» (г. Красноярск). В настоящее время разрабатывается и изготавливается технологическое оборудование и оснастка серийного производства свободнопоточных микроГЭС. В пределах выполнения настоящего проекта будет полностью проработана технология их производства, изготовлено нестандартное оборудование. Вторая группа задач – проведение маркетинговых исследований, мониторинг среды эксплуатации микроГЭС, формирование портфеля заказов, организация продаж и сервисной службы. На первом этапе подготовки к серийному производству разрабатывается комплект конструкторской, технологической документации серийного образца, по которой изготавливается микроГЭС и проводятся ее предварительные испытания. По результатам испытаний составляется акт, отражающий полученные параметры образца, причины отклонения параметров от задания (если таковые имеются), определяются задачи по совершенствованию конструкции микроГЭС. Одновременно за счет внебюджетного финансирования приобретается, разрабатывается и изготавливается технологическое оборудование и оснастка. На втором этапе изготавливается опытно-промышленный образец микроГЭС для приемочных испытаний с разработкой их программы и методики, проводится корректировка рабочей документации. Проводятся маркетинговые исследования, заключаются договоры на поставку продукции в запланированных объемах. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии Все доступные источники информации предлагают низконапорные и деривационные микроГЭС с созданием необходимого напора воды. Объектом серийного производства являются гидроагрегаты и системы автоматики, в которых применяются серийно выпускаемые генераторы на частоты вращения от 500 об/мин и выше. Из всех доступных источников реальные характеристики продукции приведены только по «МНТО ИНСЭТ» (Санкт-Петербург, Россия) и ОАО «Турбоатом» (Украина). Большинство источников приводят данные «МНТО ИНСЭТ». По данным «МНТО ИНСЭТ» стоимость 1 кВт установленной мощности гидроагрегата – (25 – 32) тыс. руб., следовательно, стоимость 1 кВт установленной мощности этой микроГЭС не менее (54 – 66) тыс. руб. Расчетная стоимость 1 кВт установленной мощности всей свободнопоточной погружной микроГЭС – (22 - 46) тыс. руб. За рубежом выпускают низконапорные и деривационные мини- и микроГЭС, требующие предварительных земляных работ по возведению плотины или изменению русла реки. В качестве источника такой энергоустановки используют серийно выпускаемые генераторы, адаптированные под ГЭС малой мощности. Вследствие этого, зарубежные гидроустановки обладают высокой стоимостью (1,8 – 3 тыс. долларов за 1 кВт установленной мощности, против 850 – 1100 долл. в разработанной установке). То же самое следует сказать и про ветроустановки. Вывод сделан на основании: - информационных материалов, распространяемых по линии центров научно-технической информации (1990-2006); - данных реферативных журналов «Электроэнергетика» (1985-2006); - журналов "Электричество", "Электромеханика", других периодических изданий (1990-2006); - информации, размещенной на специализированных сайтах ИНТЕРНЕТ (1999-2006). Этот вывод подтвердили участники Третьей международной школы по оптимизации производства и управления энергией «ОРЕМ 2003» (Болгария, Созополь 18-24 сентября В России сегодня нет производителя свободнопоточных микроГЭС, поэтому не следует ожидать в ближайшее время конкурентов. Ветроэнергоустановки как и низконапорные микроГЭС не могут являться конкурентами. Первые потому, что не связаны с гидроресурсами и устанавливаются там, где есть устойчивые6 ветра. Вторые – вследствие большого времени изготовления, отсутствия мобильности, неэкологичности. Результатом проекта является серийное производство свободнопоточных микроГЭС. При получении финансирования проводится подготовка производства с приобретением и изготовлением технологического оборудования и оснастки, изготовление опытных образцов, изучение рынка. Это затратная часть проекта и она не может быть оценена по получении прибыли. Через год начинается промышленное производство свободнопоточных микроГЭС. При оценке экономических показателей проекта уровень рентабельности принят равным 50 %, что является компромиссом между требованиями начального этапа серийного производства и конкурентоспособностью продукции. Финансовые показатели производства (в млн. руб.) поквартально приведены в таблице. Таблица
За 2008 -2010 годы планируется выпустить 60 микроГЭС на общую сумму 45,2 млн. руб. Снижение себестоимости по годам объясняется совершенствованием установленного и приобретением, за счет прибыли, нового технологического оборудования, разработкой новой технологической оснастки, установлением партнерских отношений с поставщиками материалов и комплектующих. Описание рисков, способных воспрепятствовать успешному выполнению проекта. Технический риск. Вероятность этого риска сведена к минимуму за счет использования интегрированной компьютерной среды проектирования, наличия у коллектива большого опыта выполнения проектно-конструкторских работ. Этот вывод подтверждают результаты испытаний опытного образца микроГЭС мощностью 3 кВт и успешное завершение изготовления микроГЭС мощностью 10 кВт. Производственный риск. Вероятность, воздействия этой группы факторов риска, на выполнение проекта в течение 2004-2005 гг была ничтожно мала. Повышение рентабельности планируется обеспечить за счет повышения производительности труда на основе нового технологического оборудования, снижения трудоемкости изделия, вследствие повышения технологичности конструкции. Контрактный риск. Уменьшению вероятности этой группы рисков способствуют следующие факторы: низкая освоенность отечественного рынка микроэнергетики (значительно меньше 1%); пока, по результатам маркетинговых исследований, переговоров и запросов, основные покупатели микроГЭС администрация Красноярского края и его районов, использующие стабильные средства федерального центра и региона, основной мотив покупки микроГЭС на данный момент – не снижение затрат, а обеспечение электроэнергией населенных пунктов не имеющих ее вообще. Коммерческий риск. Снижению уровня этой группы риска способствуют: использование результатов проведенного ранее маркетингового исследования; около 20% населенных пунктов региона, не имеющих постоянного электроснабжения. Конъюнктурный риск. Малая вероятность этого риска обусловлена отсутствием конкурентных решений в предлагаемом диапазоне генерируемых гидроэнергетикой мощностей, многократной разницей в стоимости 1 квт·ч дизельных установок и микроГЭС. Сбытовой риск. Вероятность возникновения этих рисков на данном этапе оценить затруднительно. Они могут быть выявлены только в процессе продаж и накопления опыта эксплуатации промышленных образцов. Инвестиционный риск. Определенной гарантией против этого риска являются долговременные и многосторонние деловые отношения с предприятиями, инвестирующими на данном этапе средства в проект в форме изготовления технологического оборудования и оснастки, передачи технологического оборудования, необходимого для организации серийного производства микроГЭС. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса Свободнопоточная микроГЭС не требует предварительных земляных работ по устройству плотины или обводного канала; работ, производимых индивидуально для каждой низконапорной или рукавной микроГЭС, и составляющих основную часть финансовых и временных затрат на создание микроГЭС. Как объект серийного производства в целом свободнопоточная микроГЭС обеспечивает: - сокращение срока выполнения заказа и уменьшение стоимости изделия; - снижение материалоемкости и отходов производства; - высокую эффективность технологических процессов. Основные характеристики в сопоставлении с лучшими отечественными и/или зарубежными достижениями.
На рис. 3 показана предполагаемая структура продаж микроГЭС на рынке Красноярского края. Так как структура промышленного сектора экономики края, тенденции развития промышленности края, структура частного предпринимательства в производственной сфере соответствуют аналогичным показателям по России в целом, за основу при расчете доли малых производственных предприятий в структуре рынка сбыта микроГЭС взяты данные по сбыту аналогов в европейской части РФ. Рисунок 3. Предполагаемая структура продаж микроГЭС на рынке Красноярского края. Таким образом, формулируя предложение для потенциальных покупателей микроГЭС необходимо акцентировать внимание на том, что: микроГЭС может быть размещена там, куда не дотянутся коммуникации централизованных поставщиков электроэнергии; обеспечение электроэнергией при помощи микроГЭС не связано с услугами со стороны поставщика энергии (потребитель – сам себе хозяин); в этом случае электроэнергия обходится дешевле, чем во всех остальных); качество услуг гарантируется. Полученные результаты подтверждаются опытом фирм-поставщиков аналогов микроГЭС, в информационных сообщениях которых значительное внимание уделяется: индивидуальному подходу к каждому клиенту (в 66,7% объявлений); гарантиям качества, положительным отзывам клиентов (в 34% объявлений); наличию системы сервисного обслуживания (в 85% объявлений); разъяснениям по поводу стоимости продукции и услуг (в 50% объявлений). По оценкам специалистов, общая емкость российского рынка в сфере малой гидроэнергетики – около 60 млрд. кВт/ч, объем освоенного рынка – до 0,3 млрд. кВт/ч, поэтому в ближайшие годы при наличии производства микроГЭС объем продаж будет многократно возрастать. При стоимости 1 кВт·час дизельной электростанции 15-20 руб. и сроке эксплуатации свободнопоточной микроГЭС – 7 лет срок окупаемости составит 0,6 – 1 год. Срок окупаемости для районов среднего течения Енисея составит 2 - 3 года. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Новые потребительские свойства продукции Преимущества свободнопоточных микроГЭС перед низконапорными: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам Продукция соответствует государственным стандартам |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Стадия и уровень разработки Исследования, заложенные в проект, выполнялись в течение 8 последних лет. В процессе выполнения НИОКР исследовано на математических и твердо-тельных моделях поведение магнитного поля, взаимовлияние электромагнитных явлений, силового взаимодействия элементов генератора, жесткостей и напря-женно-деформированного состояния несущих элементов генератора. Исследова-ния выполнялись на оригинальных математических моделях, имитирующих ре-альные процессы в торцевом генераторе, и в CAE-средах Cosmos Works, Adams, ANSYS. Исследования в интегрированной CAD/CAE –среде позволили оптими-зировать конструкцию генератора и параметры его элементов, гарантировать ка-чество изделия на этапе разработки. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Предлагаемые инвестиции 23 млн. руб. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рынки сбыта Проект ориентирован на вывод на региональный, а также на Российский и зарубежный рынки. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Возможность и эффективность импортозамещения Предлагаемый автономный источник энергоснабжения по количественным и качественным показателям не имеет аналогов в мировой практике |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Возможность выхода на мировой рынок Для выхода на зарубежный рынок реализуется регулярное участие в вы-ставках, ярмарках (Дрезден, Харбин, Москва), международных программах SITE и др., планируется расширение этого вида работ. Проведено три раунда перегово-ров с предпринимателями Зоны экономического развития г. Харбин в КНР и Рос-сии о возможности создания совместного предприятия по производству микро-ГЭС и торцевых электрических машин. Высокий уровень разработок подтверждается не только патентами на изобрете-ния и свидетельствами о регистрации программного обеспечения, но и двумя медалями региональных выставок в 2006 году. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Срок окупаемости (в месяцах) 36 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Дата поступления материала 13.10.2006 |
У павильонов Уральской выставки «ИННОВАЦИИ 2010» (г. Екатеринбург, 2010 г.)
Мероприятия на выставке "Инновации и инвестиции - 2008" (Югра, 2008 г.)
Открытие выставки "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)
Демонстрация разработок на выставке "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)