| Аннотация |
Применение модульных бинарных ГеоЭС позволяет быстро и надежно обеспечивать электроэнергией поселки и небольшие города, находящиеся вдали от центральных районов, особенно в северных районах страны.
Технология бинарного цикла основана на использовании среднетемпературного тепла сбросного сепарата (горячей воды). Ранее горячую воду, выходящую вместе с паром из геотермальной скважины, не использовали в процессе выработки электроэнергии. В замкнутом цикле горячую воду направляют в специально разработанный испаритель, где осуществляется процесс нагрева и испарения низкокипящего рабочего тела – хладона (фреона). Данный тип станций находит свое развитие последние 15 лет.
В ходе разработки энергоблоков, которые способны производить электрическую энергию при использовании низкотемпературных источников, были решены такие вопросы, как выбор оптимального низкокипящего вещества, который обладает всеми необходимыми теплофизическими и термодинамическими характеристиками, которые позволяют достигать высоких значений эффективности такого цикла за счет высокого значения теплоперепада в турбине(детандере), относительно высокого давления конденсации при низких температурах, хорошей текучести, низкой вязкости.
Сегодня в России открываются большие перспективы использования модульных бинарных ГеоЭС за счет использования тепловой энергии геотермальной воды и отвода тепловой энергии из цикла при низкой температуре, которое может быть обеспечено применением конденсаторов с воздушным охлаждением.
Если в 20-м веке научно-технические изыскания в области низкокипящих веществ были направлены на повышение эффективности циклов холодильных установок, затем на поиск озонобезопасных, после – на поиск и разработку фреонов с около-нулевым эффектом глобального потепления, то последние 15 лет разработки направлены на определение эффективных фреонов, работающих в органических циклах Ренкина. Исследования и разработки ведутся по поиску оптимального вещества для работы в ОЦР в диапазоне температур от 50 до 100 °С, в диапазоне от 110 до 170 °С и в диапазоне от 180 до 300 °С. У каждого температурного диапазона подвода тепловой энергии в цикле имеется свой перечень фреонов: природного происхождения и синтетического.
Модульная бинарная ГеоЭС, разработанная в ТПУ, имеет следующие конкурентные преимущества:
1. Планируемые локации ГеоЭС располагаются в климатических зонах с низкими среднегодовыми температурами. Снижение температуры отвода тепловой энергии в цикле на 5°С позволяет увеличить эффективность выработки электрической энергии на 1÷3%.
2. Применение конденсаторов воздушного охлаждения для достижения низкой температуры отвода тепловой энергии из цикла, позволяет получить большой тепловой перепад в турбине/детандере. Что в свою очередь позволяет получить высокую мощность на валу при небольшом массовом расходе фреона.
3. Установка рекуператора тепловой энергии за турбиной/детандером. Данный теплообменник позволяет передать тепловую энергию от перегретого газа фреона к сконденсированному фреону после насоса. Данное решение способствует увеличению отдачи электрической энергии от энергоблока на 0,5÷2,5%.
4. Разработана методика многокритериального выбора фреона, которая учитывает последние достижения науки в этом направлении, а также выполняет все условиям по экологическим характеристикам и показателям безопасности при эксплуатации. Оптимальный выбор фреона способствует снижению затрат на привод насоса, дутьевых вентиляторов на конденсатор, а также повышению генерации энергии на валу турбины/детандера, что в суммарном эффекте в последствии приведет и к увеличению мощности нетто на 2,5÷10%.
Таким образом, модульная бинарная ГеоЭС, разработанная в ТПУ, обладает преимуществами перед зарубежными аналогами, основное это:
Огромный потенциал геотермальных источников с температурой <100°С. Использование данных ресурсов целесообразно для децентрализованных потребителей использующих ДЭС для производства ЭЭ. При невысокой температуре подвода тепла к бинарному циклу (~80°С) температура отвода тепловой энергии так же низкая за счет месторасположения в суровых регионах и использования конденсаторов с воздушным охлаждением. Таким образом, цикл работает при низких значениях температуры подвода, при этом ΔTЦ остается в таком же диапазоне, как у зарубежных аналогов, работающих при более высоких температурах.
Например, в Европе среднегодовая температура выше примерно на 25-35°С, чем у Ханты-Мансийского или Ямало-ненецкого АО, поэтому для их установок температура подвода тепловой энергии должна быть выше на это значение, чем у модульной бинарной установке ГеоЭС ТПУ.
Использование современного синтетического фреона, предназначенного для работы в ОЦР при средних и низких температурах. В зарубежных аналогах используются уже устаревшие фреоны с более низкой эффективностью.
Специально разработанное, спроектированное оборудование – детандер, конденсатор воздушного охлаждения для эффективной работы при температурном диапазоне от -40 до +80°С.
Для работы установки применяется озонобезопасный перспективный фреон R245fa.
|
