Б. Арав , М. Бен Хаим ( Hybrid Energy Sources Center,

18
«ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ- ГЕНЕРАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ МОТОРНО- ТРАНСМИССИОННЫХ УСТАНОВКАХ» Б. Арав, М. Бен Хаим (Hybrid Energy Sources Center, Ariel University, Israel); С. Беседин, М.Яичников (НТЦ «Микротурбинные технологии», г. Санкт- Петербург), В. Бондарь, А. Келлер (НИИ АТТ, ЮУрГу, г. Челябинск)

description

«ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ-ГЕНЕРАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННЫХ УСТАНОВКАХ». Б. Арав , М. Бен Хаим ( Hybrid Energy Sources Center, Ariel University, Israel) ; С. Беседин , М.Яичников (НТЦ « Микротурбинные технологии», г. Санкт- Петербург), - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Б. Арав , М. Бен Хаим ( Hybrid Energy Sources Center,

Page 1: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

«ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ-

ГЕНЕРАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННЫХ УСТАНОВКАХ»

Б. Арав, М. Бен Хаим (Hybrid Energy Sources Center,Ariel University, Israel); С. Беседин, М.Яичников (НТЦ

«Микротурбинные технологии», г. Санкт- Петербург), В. Бондарь, А. Келлер (НИИ АТТ, ЮУрГу, г. Челябинск)

Page 2: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

• НТЦ «Микротурбинные технологии», г. Санкт- Петербург создан в 2007г.

Направления работ: Разработка и изготовление микротурбинных генераторов (МТГ) и микротурбинных машин для стационарной и мобильной техники.

• Hybrid Energy Sources Center (Ariel University) создан в 1996 г. Один из ведущих научных центров по проблеме гибридных энергетических установок в Израиле.

Направления работ: Разработка, исследование и внедрение гибридных энергетических установок для стационарной и мобильной техники.

• НИИ автотракторной техники (НИИ АТТ) г. Челябинск создан в 1961 г. Направления работ: участие в разработке, модернизации и постановке на производство новых колесно-гусеничных машин.

Page 3: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Цель работы

• Оценить целесообразность и перспективность применения микротурбинных генераторов (МТГ) в гибридных энергетических установках автомобилей

Page 4: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Основные требования к автомобилям с гибридными ЭУ (2008-2011 г.г.)

• Повышение экономичности (ориентиры до 3-3,5 л на 100 км).• Целесообразность использования альтернативных энергоносителей.• Стоимость владения должна обеспечивать конкурентоспособность

гибрида. • Стоимость владения - стоимость 1 км пробега. Это цена приобретения

за вычетом цены последующей продажи (через 3-5 лет), эксплуатационные расходы и обязательные платежи, отнесенные к пробегу за срок службы.

• Токсичность отработавших газов должна соответствовать нормам.

Page 5: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Концепция гибридных энергетических установок автомобилей на современном

этапе (2011-2015 г.г.)• Полное использование метода разделения производства и

потребления энергии.• Основным источником энергии является накопитель.• Обязательна ежедневная зарядка накопителя от внешнего источника.• Тепловой двигатель становится вспомогательным источником

энергии и обеспечивает подзарядку накопителя до требуемого уровня.

• Накопители должны обеспечивать без подзарядки пробег порядка 25-60 км.

• Обязательна рекуперация энергии.

Основное средство реализации: простая последовательная схема «подключаемый гибрид» (plug-in hybrid electric vehicle - PHEV).

Page 6: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Схема PHEV с мотор-колесами

Page 7: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Схема гибрида на основе МТГ

Page 8: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Сценарий изменения структуры производства автомобилей с различными типами энергетических установок

1-ЭУ с двигателем принудительного воспламенения; 2-ЭУ с дизелями; 3-гибриды с двигателем принудительного воспламенения; 4-гибриды с дизелями; 5- гибриды PHEV с двигателями принудительного воспламенения; 6- гибриды PHEV, с дизелями; 7-электромобили; 8-МТУ с топливными элементами.

Page 9: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Устройство микротурбинного генератора МТГ-100 (электрическая мощность 100 кВт)

Page 10: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Тепловая схема микротурбинного генератора МТГ-100

Page 11: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Возможности и перспективы повышения экономических показателей МТГ совершенствованием рабочего цикла

Зависимость КПД от степеней повышения давления и регенерации

Зависимость КПД от температуры газа на входе в турбину

Средство повышения допустимой температуры газа на входе в турбину - применение металлокерамических материалов и покрытий

Page 12: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Конструктивные решения микротурбинного генератора МТГ-100

• Одногорелочная, двухтопливная камера сгорания.• Два вида топлива: газ или дизельное.

• Лепестковые газодинамические опоры.• Высокооборотный (до 100 000 об/мин.)

синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов.

Page 13: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Основные преимущества МТГ, обеспечивающие требуемые эксплуатационные свойства и конкурентоспособность автомобилей с гибридными

энергетическими установками

• Приемлемая экономичность.

• Многотопливность.

• Моторесурс до 70000 часов, межсервисный интервал до 8000 часов.

• Высокие удельные показатели, простота и модульность конструкции, агрегатируемость, отсутствие систем смазки и охлаждения.

• Экологическая безопасность (меньшая токсичность отработавших газов по сравнению с ДВС в 8-10 раз ; низкий уровень шума и вибрации).

• Низкие эксплуатационные затраты, обеспечение конкурентоспособной стоимости владения автомобилем.

Page 14: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Сравнение характеристик гибридных энергетических установокТип двигателя и генератора

Удельн.мощн., кВт/кг

Габарит. мощн.,кВт/м3

Частотавращ.,мин-1

Электрич.КПД

Моторес.,час

Ориентир.цена$/кВт

с принуд. восплам.; пер. тока,3-фазный,

синхронный

0,06-0,08 20-22 до 4000-6000

0,26-0,29 не более 5000

100-120Массовое

пр-во

дизель; пер. тока, 3-фазный,

синхронный

0,04-0,06 12-14 1500-4500

0,3-0,34 30000-40000

150-200массовое

пр-во

МТГ; пер. тока, 3-фазный, синхрон.,

на постоянныхмагнитах

0,3-0,4 60-70 до 110000 и более

0,27-0,29 40000-70000

1200-1500ед.пр-во;180- 200

массовоепр-во

Page 15: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Технические характеристики современных МТГ

Микротурбина МТГ-100 Capstone С65

Номинальная мощность, кВт

100 65

Тепловая мощность, кВт 172 107

КПД электрический, % 30 30

КПД полный, % > 75 80

Напряжение, В 3 ф., 400 3 ф., 360-528

Частота, Гц 50 50

Скорость вращения ротора, об./мин.

60000 96000

Ресурс работы, час. 80000 60000

Количество запусков 5000 5000

Вид топлива Природный газ, водород, диз. топливо, керосин, бензин

Природный газ, диз. топливо.

Page 16: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Примеры МТУ на микротурбинных генераторах

Грузовой автомобиль полная масса 8-15 т

(Capstone C65)

Грузовой автомобильполная масса 4-8 т

(Capstone C30)

Kenworth

Greenkraft

Концепт на базе Ford S-Max “Whisper Eco-Logic”

(Capstone C30)

Langford Perfomance Engineering

Page 17: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Примеры МТУ на микротурбинных генераторах

DesignLine Серийное производство пассажирских автобусов(Capstone C65)

Рейсовый автобус. 4 шт. работают на маршрутах г.Краснодара. (Capstone C65)

ЭКОбус

Jaguar Land Rover

Концепт (2 МТГ Bladon Jets – SR Drives по 70 кВт каждый)

Page 18: Б.  Арав , М. Бен Хаим  ( Hybrid Energy Sources Center,

Заключение• Появление новых интеллектуальных модулей на базе IGBT-транзисторов дало

толчок с созданию высокоэффективных преобразователей.• Развитие микропроцессорной техники дает возможность создавать гибкие

алгоритмы управления МТГ.• Появление новых жаропрочных материалов, покрытий позволило уменьшить

массогабаритные показатели турбин, увеличить их КПД.• Новые лепестковые подшипники и антифрикционные покрытия увеличили

ресурс турбины, за счет исключения из конструкции трущихся деталей.• Удешевление редкоземельных магнитов с большой коэрцитивной силой,

усовершенствование технологии их производства, появление высокопрочных оболочек из композитных материалов, титана и легированных сталей позволило создавать высокоскоростные, эффективные генераторы на постоянных магнитах.

• Все эти достижения последних лет позволяют рассматривать МТГ как высокотехнологичную машину нового поколения с возможностями для дальнейшего усовершенствования и широчайшими областями применения.