Американская компания Boom, которая разрабатывает пассажирский сверхзвуковой самолет Overture представила необычную новинку — мощный генератор, созданный на основе реактивного двигателя. Фактически Boom перепрофилировала сверхзвуковой мотор, способный разгонять самолет до скорости Маха 1+, чтобы питать центры обработки данных для ИИ.

Superpower — это газовая турбина мощностью 42 МВт, которая помещается в корпус размером с морской контейнер. У нее около 80% деталей от сверхзвукового двигателя Symphony, но вместо авиационной части получила усиленный компрессор и силовую турбину, вращающую генератор.

Турбина способна работать на газе или дизеле, оставаясь устойчивой даже в жару до +43 °C и не нуждаясь в сложной системе охлаждения. Вся система разворачивается примерно за две недели, что позволяет оперативно запускать инфраструктуру.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм

Описание работы газогенераторной установки на древесном угле для производства электроэнергии

Данный видеообзор демонстрирует работу высокоэффективной газогенераторной установки (газгена), которая является центральным элементом автономной энергосистемы на нашем производстве.

1. Ключевой результат и масштаб:

Главное достижение — эта одна установка смогла полностью заменить пять маломощных газогенераторов (по 30-50 кВт каждый), которые ранее работали разрозненно. Теперь мы имеем централизованную и мощную систему энергоснабжения, что значительно повысило надежность и упростило обслуживание.

2. Принцип работы газогенератора:

• Топливо: Установка работает на древесном угле, который мы не закупаем, а производим самостоятельно из отходов собственной пилорамы ( горбыль перерабатывается в древесный уголь). Это создает полностью безотходный и экономичный цикл.

• Процесс газификации: Древесный уголь превращается в генераторный газ при восстановительной реакции СО2 в СО в газогенераторе.

• Состав газа: Основные горючие компоненты полученного газа — это окись углерода (CO), водород (H₂) и метан (CH₄). Также в составе присутствуют балластные вещества: азот и углекислый газ.

3. Очистка и подготовка газа:

Перед подачей в двигатели "сырой" генераторный газ проходит многоступенчатую систему очистки:

• Циклоны: Отделение крупной летучей золы и механических частиц.

• Системы охлаждения и фильтрации: Газ охлаждается, а затем проходит через систему фильтров тонкой очистки , где удаляются смолы, мелкая пыль и другие примеси, хотя при работе на древесном угле это менее затратно, так как смол минимум. Это критически важно для долговечной работы двигателей.

4. Преобразование газа в электроэнергию:

Очищенный генераторный газ подается в газопоршневые установки (ГПУ).

• Сердце ГПУ: В качестве силовых агрегатов отлично зарекомендовали себя стандартные бензиновые карбюраторные двигатели от советских и российских автомобилей:

  • ЗиЛ и Урал: Эти мощные и надежные моторы хорошо подходят для постоянной работы под нагрузкой.

  • ГАЗ и Волга: Также успешно работают в такой системе, демонстрируя универсальность технологии.

• Принцип работы ГПУ: Двигатель, адаптированный для работы на генераторном газе, вращает вал электрогенератора, вырабатывая электрический ток.

5. Замкнутый производственный цикл (главное преимущество):

Наше производство представляет собой идеальную модель энергетической автономии:
Лесопильные линии (пилорама) → Древесные отходы → Производство древесного угля → Газогенератор → Генераторный газ → ГПУ → Электроэнергия → Питание всего производства, включая ту же пилораму.

Итог:

Данная система позволяет нам полностью отказаться от покупной электроэнергии или дизельного топлива, используя собственные возобновляемые ресурсы. Она доказала свою высокую эффективность, надежность и экономическую выгоду, обеспечивая стабильное энергоснабжение всего предприятия.

Выдает 50 квт, работает на древесном угле. Расход угля 0.5 кг на 1 квт час.

• CO₂ для фотосинтеза: Углекислый газ повышает урожайность, ускоряет рост растений и улучшает их устойчивость к болезням 8, 6.

• Утилизация тепла: Тепловая энергия выхлопных газов может использоваться для обогрева теплиц, что снижает затраты на отопление 4, 6.

3. Проблемы и риски

• Токсичные примеси: Даже при использовании генераторного газа в выхлопе присутствуют CO, NOx и сажа, которые могут навредить растениям и персоналу 1, 9.

• Температура газов: Горячие выхлопные газы требуют охлаждения перед подачей в теплицу 6.

• Техническая сложность: Необходимы системы очистки (например, каталитические конвертеры) и контроль состава газов 6 , 8.

4. Примеры реализации

• Каталитические конвертеры: В энергоцентрах теплиц используют установки типа COdiNOx, которые очищают выхлопные газы газопоршневых двигателей, оставляя почти чистый CO₂ .

• Совмещение с котлами: В некоторых случаях выхлопы комбинируют с газами от водогрейных котлов для стабильной подачи CO₂ .

5. Экономическая целесообразность

• Затраты на оборудование: Установка систем очистки и газопроводов требует инвестиций (например, стоимость COdiNOx — около 13,7 млн рублей) 6.

• Экономия ресурсов: Использование CO₂ из выхлопов позволяет сократить расходы на сжигание природного газа для подкормки растений. Окупаемость систем очистки может составить менее 3 лет .

Заключение

Направлять выхлопы ДВС на генераторном газе в теплицы можно, но только после:

1. Очистки от токсичных компонентов (CO, NOx, сажи) .

2. Охлаждения газов до безопасной температуры .

3. Постоянного мониторинга состава воздуха в теплице 8.

Это решение особенно актуально для крупных тепличных комплексов с собственными энергоцентрами, где выхлопы могут стать частью замкнутой экосистемы, сочетая выработку электроэнергии, тепла и CO₂ .

Газогенераторы которые работают с двигателями ЗиЛ, Газ, Газ52, ЗМЗ53, ЗиЛ 375 (Урал бензиновый) и так далее. Где степень сжатия 6.5 - 7.6 ***, что ставит под вопрос выбросы CO, NOx, в том числе у нас в системе подается с избытком кислород, что гарантирует отсутствие СО- монооксида углерода.

*** - зависимость между степенью сжатия ДВС и выбросом оксидов азота (NOx) очень тесная и прямая:

Вот почему:

чем выше степень сжатия, тем больше образуется NOx.

• Температура:

Степень сжатия напрямую влияет на температуру в цилиндре двигателя во время сгорания. Более высокая степень сжатия означает более высокую температуру.

• Механизм образования NOx:

NOx образуются в результате высокотемпературной реакции азота и кислорода, содержащихся в воздухе, поступающем в двигатель. Эта реакция становится значительно интенсивнее при температурах выше примерно 1800°C. Чем выше температура, тем больше азота и кислорода реагируют с образованием NOx.

• Время:

Время, в течение которого газы находятся при высокой температуре, также влияет на образование NOx. В двигателях с высокой степенью сжатия время пребывания газов при высокой температуре может быть немного короче, но увеличение температуры обычно перевешивает этот фактор.

Влияние на разные типы двигателей:

• Бензиновые двигатели:

В современных бензиновых двигателях высокая степень сжатия повышает эффективность сгорания и увеличивает мощность, но и значительно увеличивает выбросы NOx. Поэтому современные бензиновые двигатели с высокой степенью сжатия часто оснащаются сложными системами управления сгоранием и каталитическими нейтрализаторами для снижения выбросов NOx.

• Дизельные двигатели:

Дизельные двигатели обычно имеют значительно более высокую степень сжатия, чем бензиновые (Степень сжатия часто составляет от 14:1 до 23:1 для дизельных двигателей с непосредственным впрыском и от 18:1 до 23:1 для дизельных двигателей с непрямым впрыском). Это необходимо для самовоспламенения дизельного топлива. Из-за высокой температуры в цилиндре дизельные двигатели производят больше NOx, чем бензиновые. Для снижения выбросов NOx в дизельных двигателях используются различные технологии, такие как рециркуляция отработавших газов (EGR), селективное каталитическое восстановление (SCR) и нейтрализаторы NOx.

Другие факторы, влияющие на выбросы NOx:

Помимо степени сжатия, на выбросы NOx влияют и другие факторы:

• Состав топливной смеси:

Богатая смесь (избыток топлива) приводит к снижению температуры сгорания и, следовательно, к снижению выбросов NOx. Однако богатая смесь снижает эффективность и увеличивает выбросы углеводородов и угарного газа.

• Угол опережения зажигания (для бензиновых двигателей):

Раннее зажигание увеличивает время, в течение которого газы находятся при высокой температуре, что приводит к увеличению выбросов NOx.

• Температура воздуха на впуске:

Более высокая температура воздуха на впуске приводит к повышению температуры сгорания и увеличению выбросов NOx.

• Нагрузка на двигатель:

Чем выше нагрузка, тем выше температура сгорания и, следовательно, выше выбросы NOx.

В заключение:

Степень сжатия является одним из ключевых факторов, влияющих на выбросы оксидов азота в двигателях внутреннего сгорания. Более высокая степень сжатия приводит к более высокой температуре сгорания и, следовательно, к большему образованию NOx.

тут статья

Результаты исследований представлены в виде докладов на XXV-ой Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации – 2024» и II-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Передовые инженерные школы: материалы, технологии, конструкции».

Полимерные материалы, также известные как пластики или композиты, начали активно использоваться в авиастроении с 1960-х годов из-за своих уникальных свойств. Они легче металлов, а вес – критически важный параметр в авиастроении: чем легче самолет, тем меньше топлива он потребляет, а значит сокращается объем выбросов вредных веществ. Снижение веса также позволяет увеличить количество пассажиров или грузов. Такие материалы не подвержены коррозии, обладают хорошей прочностью и жесткостью, но не все из них предназначены для работы при очень высоких температурах, какие бывают, например, в двигателях.

Ключевой частью турбореактивного двигателя, его «сердцевиной» является газогенератор. В нем происходит основное преобразование энергии топлива в энергию горячих газов. Он отвечает за создание потока газа под высоким напором и температурой, который затем используется для тяги или привода других частей двигателя. Благодаря работе компонентов этого механизма самолет поднимается в воздух. Горячие газы, выходящие из «сердца» двигателя и поступающие в турбину, могут достигать около 600-700 °C.

Различные испытания показали, что в самом газогенераторе рабочая температура повышается до более высоких значений, которые могут достигать более 800 °C, а на поверхности обшивок – до 250 °C. Поэтому возникла необходимость применять новые более термостойкие материалы.

Существуют высокотемпературные полимерные композиты, способные выдерживать до 350 °C. Их внедрение в газогенератор позволяет отказаться от тепложарозищиты, что упрощает конструкцию и снижает массу двигателя. Так он становится более легким в обслуживании и ремонте, ускоряется замена деталей.

Ученые Передовой инженерной школы Пермского Политеха разработали технологию внедрения полимеров в обшивку газогенератора. Подготовили подробные инструкции для авиастроителей, как нужно изготавливать и собирать обшивку из термостойких композитов для газогенератора, включая последовательность операций, оборудование, инструменты и материалы.

– Применение высокотемпературных полимерных композитов упрощает конструкцию газогенератора и уменьшает его массу не менее чем на 6 кг. Это облегчает сбор изделия более чем на 10%. Финалом проекта стало изготовление образца панели обшивки газогенератора в реальных размерах. Еще в ходе исследований мы подобрали оптимальный и соответствующий нормативной документации подход к проверке качества изделия. Это применение акустических методов, при которых используются звуковые волны определенной частоты для обнаружения дефектов и неоднородностей в материалах: ультразвуковой – на монолитных частях изделия, и импедансный – на участках, где пустое пространство заполнено структурой, напоминающей соты, – рассказывает Вячеслав Артемьев, заместитель директора по производству Научно-образовательного центра авиационных композитных технологий ПНИПУ.

Внедрение высокотемпературных полимерных композиционных материалов в конструкцию обшивки газогенератора существенно повышает эксплуатационные характеристики, обеспечивая надежность и эффективность работы двигателей. Исследование ученых Передовой инженерной школы Пермского Политеха позволит отказаться от традиционных тепловых защит, упрощает конструкцию и снижает массу воздушных судов.