CC BY
14
Далее перегретый газ C3H8 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший газ C3H8 охлаждают в теплообменнике-рекуператоре, а затем в конденсаторе аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газа C3H8 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ C3H8 направляют для сжатия в насос и цикл повторяется [4, 5].
Таким образом, при использовании бинарной энергоустановки в составе паровой турбины ТЭС можно повысить эффективных КПД станции до 8% в зимний период времени.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Повышение энергоэффективности тепловых электрических станций за счет утилизации тепловых отходов. В сборнике: Электроэнергетика глазами молодежи-2016 Материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции. 2016. С. 49-52.
2. Минимальная температура воздуха. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://geographyofrussia.com/minimalnaya-temperatura-vozduxa/.
3. Патент на изобретение № 2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.09.2015 г.
4. Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС в работу низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2016. - №3 (31). - С. 73-78.
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
ПОТЕНЦИАЛ РАЗВИТИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В
РОССИИ
Рассматриваются возможности энергоэффективного использования источников геотермальной теплоты в России для выработки тепловой и электрической энергии с помощью энергоустановок на низкокипящих рабочих телах.
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
POTENTIAL OF DEVELOPMENT OF GEOTHERMAL POWER IN
RUSSIA
The possibilities of power effective use of sources of geothermal warmth in Russia for development of heat and electric power by means ofpower installations on the low-boiling working fluids are considered.
Keywords: geothermal power, use of low-potential warmth, low-boiling working fluid.
Геотермальная энергетика - самая перспективная отрасль энергетики, особенно это касается России. Согласно прогнозам специалистов объемы тепловой энергии Земли, сконцентрированная под толщей земной коры в 10 км, в 50 тысяч раз превышают объемы энергии всех мировых запасов углеводородов - нефти и природного газа [1].
В настоящее время используется потенциал на глубине геотермального источника до 3 км с температурой до 300°С, при этом малой эффективностью обладают источники геотермальной теплоты на поверхности источника в виде горячей воды, кроме реализации системы отопления близлежащих населенных пунктов. Эффективный КПД современных геотермальных электростанций (ГеоЭС) не превышает 20%. Поэтому поиск новых решений в эффективном использовании низкопотенциальной теплоты на ГеоЭС для выработки электроэнергии позволит в будущем повысить эффективный КПД станции и возможность конкурировать с традиционными тепловыми электростанциями.
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 насчитывается всего 5 станций (табл. 1), для каждой из которых имеются возможности внедрения энергоустановок на низкокипящих рабочих телах.
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)
Наибольшего потенциала в использовании геотермальной теплоты достигнуто зарубежными ГеоЭС (табл. 2). Где первенство в геотермальной электроэнергетике сохраняют США. Затем идут Филиппины и Индонезия, Италия, Япония и Новая Зеландия. Активно развивается геотермальная энергетика в Мексике и, конечно, в Исландии - там за счет геотермальных источников покрывается 99% всех энергетических затрат [2].
Таблица 2
Крупные зарубежные ГеоЭС_
Название ГеоЭС Установленная мощность, МВт Место расположения
«Гейзере» (The Geysers) 1517 Калифорния (США)
«Cerro Prieto Geothermal Power Station» 720 Мексика
«Макилинг-Банахау» 500 Филиппинские острова
«Hellisheiöi Power Station» 300 Исландия
ОлкарияIV 140 Кения
Nga Awa Purua 132 Новая Зеландия
Bagnore 4 40 Италия
На сегодня известно несколько крупных фирм (ТигЬоёеп, Огша1:, Махх1ее и др.), которые занимаются исследованием и серийным выпуском энергоустановок на низкокипящих рабочих телах для ГеоЭС (табл. 3). Однако пока рынок не может предложить эффективных решений в утилизации низкоэнтальпийных источников теплоты с температурой ниже 80°С для выработки электроэнергии [3].
Таблица 3
Зарубежные производители энергоустановок на низкокипящих __рабочих телах__
Производ итель Области применения Диапазон мощности, кВт Температура источника, °C Технология
Рабочая жидкость:
Ormat, США ГеоЭС 200-70000 150-300 пентан; двухступенчатая осевая турбина.
Turboden, Италия ГеоЭС 200-10000 100-300 Рабочая жидкость: ОМТС, БоМШегш;
осевая турбина.
Maxxtec, Германия мини-ТЭС, ГеоЭС 300-2400 300 Рабочая жидкость: ОМТС.
GMK, Германия мини-ТЭС, ГеоЭС 50-5000 120-350 Рабочая жидкость: GL160; осевые турбины.
Tas ГеоЭС 1000-20000 100-250 Рабочая жидкость:
Energy, США R234fa, R134a; осевые и радиальные турбины
Для повышения потенциала использования низкоэнтальпийных источников теплоты необходимо 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.
Одним из возможных решений может стать использование в качестве рабочего тела сжиженного углекислого газа в энергоустановках при определенных внешних условиях окружающей среды. Это характеризуется тем, что температурный диапазон использования сжиженного газа СО2 в тепловом контуре термодинамического цикла ограничивается показателями критической температуры в 31°С и температурой в тройной точке минус 56,56°С. Поэтому использование сжиженного газа СО2 в температурном диапазоне от 60°С до минус 55°С позволит обеспечить приемлемые давления контура циркуляции теплового двигателя и затраты на его сжатие
[4].
В частности сжиженный углекислый газ характеризуется повышенной изобарной теплоемкостью от 3 до 39 кДж/кг-К при температуре от 290,15 К до 304,13 К (от 17°С до 31°С), что является соизмеримым показателем для воды Н2О при критических параметрах и обеспечивает эффективный отбор теплоты при его нагреве до критических параметров.
Данные исследования в будущем позволят использовать энергоустановки на низкокипящих рабочих телах при более низких температурах, чем существующие и проектируемые бинарные энергоустановки для ГеоЭС.
Использованные источники:
1. Геотермальная энергетика в России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://altenergiya.ru/termal/geotermalnaya-energetika-v-rossii.html.
2. Геотермальная энергетика: мировые тенденции и российские перспективы. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.cleandex.ru/articles/2016/05/20/geotherm_energy_world_tendency_ru ssian_prospects.
3. Гафуров А.М. Зарубежный опыт эксплуатации установок на низкокипящих рабочих телах. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2014. Т. 24. №4 (24). - С. 26-31.
4. 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.
