CC BY
6
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 4 курса, ФГБОУ ВО «КНИТУ» факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань НАУЧНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЕРВОЙ В МИРЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С БИНАРНЫМ ЦИКЛОМ
Рассматривается научный потенциал, реализованный в способе работы первой в мире геотермальной электростанции с бинарным циклом. Подходы к эффективному использованию низкоэнтальпийных источников теплоты для выработки электроэнергии.
Ключевые слова: геотермальная энергетика, использование низкопотенциальной теплоты, низкокипящее рабочее тело.
Gafurov N.M.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
SCIENTIFIC POTENTIAL OF TRIAL OPERATION OF THE FIRST-EVER GEOTHERMAL POWER STATION WITH A BINARY
CYCLE
The scientific potential implemented in mode of work of the first-ever geothermal power station with a binary cycle is considered. Approaches to effective use of low-enthalpy sources of warmth for electricity production.
Keywords: geothermal power, use of low-potential warmth, low-boiling working fluid.
В настоящее время существует достаточное количество геотермальных электростанций, использующих энергию низкоэнтальпийных гидротермальных источников, где температура воды может составлять от нескольких десятков до 300°С. В 1965 г. советские ученые С.С. Кутателадзе и А.М. Розенфельд получили патент на получение электроэнергии из горячей воды с температурой более 80°С. В 1967 году в СССР на Камчатке была построена и пущена в опытно-промышленную эксплуатацию первая в мире Геотермальная электростанция (ГеоЭС) с бинарным циклом (фреоновая энергетическая установка УЭФ-90/05) - Паратунская ГеоЭС мощностью 670 кВт с применением фреона (R12) в качестве рабочего тела
паросиловой установки. Греющей средой для установки служила геотермальная вода Средне-Пратунского месторождения с температурой 80°С [1, 2].
Технологическая схема Паратунской ГеоЭС (рис. 1) реализует органический цикл Ренкина, который совершается низкокипящим рабочим телом ^12) в закрытом теплосиловом контуре, в котором за счет теплоты термальной воды образуется пар заданных параметров. В соответствии со схемой жидкий фреон питательным насосом 4 подается последовательно в три подогревателя 3, испаритель 2 и пароперегреватель 1 поверхностного типа. После пароперегревателя 1 фреоновый пар с давлением 1,4 МПа и температурой 75°С направляется в турбину 7, где расширяется до конечного давления 0,5 МПа и при температуре 15°С конденсируется в поверхностном конденсаторе 6, охлаждаемого водой. Жидкий фреон поступает через промежуточный ресивер 5 к питательным насосам 4, и цикл повторяется [3].
Рис. 1. Схема Паратунской бинарной ГеоЭС: 1 - пароперегреватель; 2 - испаритель; 3 - подогреватели низкокипящего рабочего агента; 4 -питательный насос; 5 - ресивер; 6 - конденсаторы; 7 - турбина; 8 -генератор; 9 - вход горячей термальной воды; 10 - вход охлаждающей воды.
В течение 1967-1974 гг. на Камчатке в лаборатории натурных испытаний Института теплофизики СО АН СССР проводились эксплуатационные исследования, подтвердившие надежную работу энергоустановки при использовании столь низкотемпературного источника теплоты в 80°С. Однако в СССР сооружение таких станций не получило должного развития из-за низкой стоимости органического топлива в стране.
Фреон ^12) является одним из наиболее распространенных и безопасных в эксплуатации хладагентов, используемых в холодильных установках. Это объясняется его термодинамическими свойствами:
температурой кипения - минус 29,74°С; температурой плавления - минус 155,95°С; критической температурой - 112°С; критическим давлением -4,119 МПа; и критической плотностью - 579,1 кг/м3. Однако использование фреона в качестве рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина открывает новые возможности в использовании низкотемпературных тепловых двигателей по выработке электроэнергии.
На сегодня известно несколько крупных фирм (Turboden, Ormat, Maxxtec и др.), которые занимаются исследованием и серийным выпуском энергоустановок на низкокипящих рабочих телах для ГеоЭС. Однако пока рынок не может предложить эффективных решений в утилизации низкоэнтальпийных источников теплоты с температурой ниже 80°C для выработки электроэнергии. Так как данное направление новое, и каждая компания или научный коллектив стремится сохранить здесь свой приоритет и конфиденциальность информации [4].
Поэтому опыт развития градиент-температурной энергетики и возможность использования хорошо изученных хладагентов в качестве рабочих тел должно способствовать созданию новых технологических решений по использованию низкоэнтальпийных источников теплоты для выработки электроэнергии.
С технической точки зрения создание конструкций бинарной энергоустановки на основе низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле возможно из обычных материалов и отечественных комплектующих (низкий уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения).
В дальнейшем для того, чтобы эффективно использовать низкоэнтальпийные источники теплоты необходимо будет решить целый ряд научно-технических вопросов, такие как выбор оптимального низкокипящего рабочего тела, определение предельной минимальной температуры охлаждения конденсата, выбор оптимального метода удаления неконденсирующихся газов из конденсатора-испарителя, вопросы по обеспечению экологических ограничений по выбросу и т.д [5].
Использованные источники:
1. Огуречников Л.А. Геотермальные ресурсы в энергетике // Альтернативная энергетика и экология. 2005. № 11. с. 58-66.
2. Поваров О.А., Васильев В.А., Томков Ю.П., Томаров Г.В. Геотермальные электрические станции с комбинированным циклом для северных районов России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http: //www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=223.
3. Использование геотермальной энергии для выработки электроэнергии. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://metallurgy.zp.ua/ispolzovanie-geotermalnoj-energii-dlya-vyrabotki-elektroenergii/.
4. Гафуров А.М. Зарубежный опыт эксплуатации установок на низкокипящих рабочих телах. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2014. Т. 24. №4 (24). - С. 26-31.
5. Гафуров А.М., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Способ утилизации тепловых вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 4 курса, ФГБОУ ВО «КНИТУ» факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ СОЗДАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С БИНАРНЫМ ЦИКЛОМ
Рассматривается отечественный опыт создания геотермальной электростанции с бинарным циклом. Перспективы использования низкоэнтальпийных источников теплоты для выработки электроэнергии.
Ключевые слова: геотермальная электростанция, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gafurov N.M.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
DOMESTIC EXPERIENCE OF CREATION OF GEOTHERMAL POWER STATION WITH A BINARY CYCLE
Domestic experience of creation of geothermal power station with a binary cycle is considered. Perspectives of use of low-enthalpy sources of warmth for electricity production.
Keywords: geothermal power station, binary cycle, low-boiling working
fluid.
Сегодня в России открываются большие перспективы использования бинарных геотермальных электростанций (ГеоЭС) блочного типа мощностью от 100 кВт до 12 МВт для северных районов Дальнего Востока, а также на Камчатке и Курильских островах, где имеется горячая геотермальная вода.
В 2012 г. завершилось строительство 1-го в России бинарного энергоблока на площадке Паужетской ГеоЭС (входит в состав ПАО «РусГидро») мощностью 2,5 МВт с использование замкнутого цикла и
