CC BY
10
окружные скорости и напряжения).
Использованные источники:
1. Паужетская ГеоЭС на Камчатке увеличит мощность на 2,5 МВт к концу 2012 г. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://neftegaz.ru/news/view/102910-Pauzhetskaya-GeoES-na-Kamchatke-uvelichit-mo schno st-na-25-MVt-k-kontsu-2012-g.
2. Бинарный энергоблок на Паужетской ГеоЭС. Инновации в действии. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://blog.rushydro.ru/?p=1753.
3. Паужетская ГеоЭС испытала экспериментальную бинарную технологию. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.ortea.ru/News/1183.html.
4. Стратегия развития возобновляемой энергетики России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://nts-ees.ru/sites/default/files/strategiya_razvitiya_vozobnovlyaemoy_energetiki_rossii. pdf.
5. Гафуров А.М. Зарубежный опыт эксплуатации установок на низкокипящих рабочих телах. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2014. Т. 24. №4 (24). - С. 26-31.
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
ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ БИНАРНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ РОССИИ
Рассматривается перспектива внедрения на Верхне-Мутновской ГеоЭС комбинированной энергоустановки с бинарным циклом. Использование в качестве низкокипящего рабочего тела - изобутана.
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
PERSPECTIVES OF IMPLEMENTATION OF BINARY POWER INSTALLATIONS ON GEOTHERMAL POWER STATIONS OF RUSSIA
The implementation prospect on the Upper-Mutnovsky GeoES of the
combined power installation with a binary cycle is considered. Use as the low-boiling working fluid - isobutane.
Keywords: geothermal power station, binary cycle, low-boiling working
fluid.
Геотермальная энергетика является наиболее перспективной отраслью энергетики, особенно, что касается России. В северных районах Дальнего Востока, и особенно на Камчатке и Курильских островах, достаточно подземных источников теплоты для того, чтобы полностью обеспечить теплом и электроэнергией большие районы. Количество действующих в России геотермальных электростанций (ГеоЭС) насчитывается всего 5 станций (табл. 1), для каждой из которых имеются возможности внедрения комбинированных энергоустановок с бинарным циклом. Бинарный термодинамический цикл - совокупность двух термодинамических циклов, осуществляемых двумя рабочими телами так, что теплота, отводимая в одном цикле, используется в другом цикле [1].
Таблица 1
Количество действующих в России ГеоЭС_
Название ГеоЭС Установленная мощность (планируемая), МВт Место расположения
Мутновская 50 (до 80) Камчатский край
Паужетская 12 (до 17) Камчатский край
Верхне-Мутновская 12 (до 18,5) Камчатский край
Океанская 2,5 (до 15) Остров Итуруп (Курильские острова)
Менделеевская 3,6 (до 7,4) Остров Кунашир (Курильские острова)
Сумма 80,1 (до 137,9)
В настоящее время планируется строительство четвертого энергоблока Верхне-Мутновской ГеоЭС с установленной электрической мощностью 6,5 МВт и с применением комбинированного бинарного цикла. На данный энергоблок Верхне-Мутновской ГеоЭС планируется подаваться избыточная пароводяная смесь из существующих скважин, которая не используется на первых трех энергоблоках. В верхней части цикла будет применена паровая турбина с противодавлением мощностью 2,5 МВт в виде модульного типа, а в нижней части цикла будет использована бинарная энергоустановка на низкокипящем рабочем теле мощностью 4 МВт. На рис. 1 представлена принципиальная тепловая схема предполагаемого четвертого энергетического блока мощностью 6,5 МВт с комбинированным циклом для опытно-промышленной Верхне-Мутновской ГеоЭС [2, 3].
Рис. 1. Принципиальная тепловая схема комбинированной ГеоЭС с бинарным циклом мощностью 6,5 МВт: 1 - добычная скважина; 2 -нагнетательная скважина; 3 - сепаратор; 4 - паровая турбина с противодавлением; 5 - генератор; 6 - турбина на низкокипящем рабочем теле; 7 - теплообменник конденсатор-испаритель; 8 - теплообменник пароперегреватель; 9 - воздушный конденсатор; 10 - ресивер (конденсатосборник); 11 - циркуляционный насос; 12 - нагнетательный насос.
Турбина 4 (рис. 1) мощностью 2,5 МВт работает на геотермальном паре при давлении 0,8 МПа и температуре около 170°С (степень его влажности не превышает 0,05%), получаемом при сепарации 3 пароводяной смеси, поступающей с добычных скважин 1. Водяной пар после турбины 4 при давлении 0,11 МПа и температуре около 100°С поступает в конденсатор-испаритель 7, где конденсируется, отдавая свою теплоту на нагрев и испарение низкокипящего теплоносителя (изобутана), циркулирующего во втором контуре. Низкокипящий теплоноситель после пароперегревателя 8 поступает в турбину 6 мощностью 4 МВт. Охлаждение и последующее сжижение низкокипящего теплоносителя осуществляется в воздушном конденсаторе 9, который соединен с ресивером 10, откуда циркуляционным насосом 11 сжиженный теплоноситель направляется в конденсатор-испаритель 7. Сепарат после пароперегревателя 8 и конденсат геотермального пара из испарителя 7 направляются к нагнетательной скважине 12 для закачки по скважине 2 в подземный горизонт.
Рабочие тела бинарной энергоустановки должны иметь низкую температуру замерзания для обеспечения нормальной зимней эксплуатации и предотвращения замерзания при аварийных остановах. Поэтому в качестве второго контура выбран низкокипящее рабочее тело - изобутан, углеводород класса алканов, изомер нормального бутана. Его температура кипения минус
11,75°C, температура плавления минус 159,42°C. Экологически чистая схема использования низкокипящего теплоносителя (изобутана) с воздушным конденсатором позволяет исключить прямой контакт рабочего тела с окружающей средой [4, 5].
Во многом благодаря тому, что Мутновское геотермальное месторождение расположено в северном районе, на значительной высоте над уровнем моря, где среднегодовая температура воздуха составляет минус 1,5°С в течение восьми месяцев (с октября по май), а средняя температура ниже минус 5°С. Это позволяет понизить температуру конденсации в термодинамическом цикле до 10-20°С, что дает большой прирост (на 1020%) в выработке электроэнергии по сравнению с ГеоЭС, которые расположены в районах жаркого или умеренного климата.
Внедрение бинарных энергоустановок на ГеоЭС для выработки электроэнергии позволит в будущем повысить эффективный КПД станции и возможность конкурировать с традиционными тепловыми электростанциями.
Использованные источники:
1. Геотермальная энергетика в России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://altenergiya.ru/termal/geotermalnaya-energetika-v-rossii.html.
2. Мутновский геотермальный энергетический комплекс на Камчатке. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http: //www.kamlib.ru/resourses/mutn2 .htm.
3. Патент на изобретение №2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.09.2015 г.
4. Манушин Э.А., Бирюков В.В. Паротурбинная установка геотермальной электростанции бинарного цикла для геотермальных месторождений камчатского края. // Наука и образование. - 2011. - № 09. - 8 с.
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 СПОСОБ РАБОТЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ИСТОЧНИКА ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ВОДЫ Рассматривается использование гидротермальных источников в виде горячей воды для выработки электроэнергии в энергоустановках на
