CC BY
5
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ С ТЕМПЕРАТУРОЙ ДО 200°С В БИНАРНЫХ ЦИКЛАХ, ОХЛАЖДАЕМЫХ ВОЗДУШНЫМИ РЕСУРСАМИ
Рассматриваются возможности энергоэффективного использования источников геотермальной теплоты с температурой до 200°С для выработки электроэнергии с помощью бинарных циклов, охлаждаемых воздушными ресурсами. Предлагается в качестве низкокипящего рабочего тела в бинарных циклах использовать сжиженный углекислый газ.
Ключевые слова: геотермальный пар, бинарный цикл, сжиженный углекислый газ.
Gafurov N.M.
Gatina R.Z.
Gafurov A.M.
POSSIBILITIES OF USE OF GEOTHERMAL WARMTH WITH A TEMPERATURE UP TO 200°С IN THE BINARY CYCLES COOLED BY
AIR RESOURCES
The possibilities of power effective use of sources of geothermal warmth with a temperature up to 200°C for electricity production by means of the binary cycles cooled by air resources are considered. It is offered as the low-boiling working fluid in binary cycles to use the liquefied carbon dioxide gas.
Keywords: geothermal steam, binary cycle, liquefied carbon dioxide gas.
Технология бинарного цикла основана на использовании среднепотенциальной теплоты на уровне 80-200°С, что является характерным для геотермальных источников теплоты. Поэтому поиск новых решений в эффективном использовании гидротермальных источников теплоты для выработки электроэнергии, то есть преобразование «бесплатной», выбрасываемой тепловой энергии в полезную энергию, является важной научно-технической задачей.
В 2015 г. организацией ФГБОУ ВО «КГЭУ» было получено патенты, авторами которых являются Гафуров А.М. и Гафуров Н.М., на способ
работы тепловой электрической станции с бинарным циклом по утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты. Были предложены эффективные решения по выработки электроэнергии за счет утилизации низкопотенциальной теплоты конденсации отработавшего в турбине пара при определенных внешних условиях окружающей среды. Данные разработки позволяют применять бинарные циклы на низкокипящих рабочих телах при более низких температурах. В качестве оптимального низкокипящего рабочего тела предлагается использовать сжиженный углекислый газ СО2 [1, 2].
Бинарный термодинамический цикл - совокупность двух термодинамических циклов, осуществляемых двумя рабочими телами так, что теплота, отводимая в одном цикле, используется в другом цикле (рис. 1).
нагнетательную
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки на СО2, охлаждаемого воздушными ресурсами окружающей среды.
Бинарная энергоустановка работает следующим образом (рис. 1). Геотермальный пар с температурой до 200°С и давлением до 0,8 МПа поступает в паровую турбину, где пар в процессе расширения на лопатках турбины до давления (6,91 кПа) насыщенного пара с влажностью не превышающей 12% совершает механическую работу с последующей выработкой электроэнергии. Отработавший в турбине пар охлаждается и конденсируется в конденсаторе паровой турбины. Полученный основной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в нагнетательную
скважину геотермального источника. Сжиженный углекислый газ СО2 сжимают в конденсатном насосе до высокого давления и направляют в конденсатор-испаритель паровой турбины для охлаждения, отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2126 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 32,63°С. Далее перегретый газ СО2 расширяется в турбодетандере, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ направляют на охлаждение в конденсатор аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газа СО2 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ направляют в конденсатный насос и цикл повторяется [3, 4].
Считается, что утилизация сбросной теплоты и отработанного пара, как и многое другое, - реальные пути защиты от антропогенного загрязнения окружающей среды.
Углекислый газ СО2 (R744) представляет собой негорючий естественный дешевый хладагент с незначительным непосредственным воздействием на глобальное потепление и возможное разрушение озонового слоя по сравнению с традиционными гидрофторуглеродами (HFC). Хладагент СО2 все шире используется в холодильных установках.
Применение СО2 чрезвычайно перспективно не только из-за простоты его получения, но и потому, что использование этого газа в различных агрегатных состояниях (газ, жидкость) позволяет решать различные технологические задачи. Обезвоженный диоксид углерода, как газообразный, так и жидкий не коррозирует металлы, но при обводнении может вызывать довольно сильную коррозию [5].
В зимний период времени минимально допустимая температура охлаждающего воздуха равна температуре окружающей среды, что в свою очередь не ограничивает потенциал для использования теплоперепада в бинарной энергоустановке с замкнутым контуром циркуляции на СО2 [6].
К примеру, в табл. 1 приведены эксергетические КПД различных технических систем.
Таблица 1
Наименование Эксергетический КПД, %
Конденсационная электростанция 39-42
Парокомпрессионная холодильная установка 30-35
Абсорбционная водоаммиачная холодильная установка 12-15
Пароэжекторная холодильная установка 3-6
Парокомпрессионный тепловой насос 35-40
Исследуемая бинарная энергоустановка на сжиженном газе СО2 < 52
Использованные источники:
1. Патент на изобретение №2560505 РФ. Способ работы тепловой
электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
2. Патент на изобретение №2564748 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
3. Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
4. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Замещение воздушного охлаждения конденсаторов паровых турбин контуром циркуляции на СО2. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 27-29.
5. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования углекислого газа СО2 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 19-21.
6. Гафуров А.М. Возможности использования органического цикла Ренкина для утилизации низкопотенциальной теплоты. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2014. №2 (21). - С. 20-25.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ С ТЕМПЕРАТУРОЙ ДО 200°С В БИНАРНЫХ ЦИКЛАХ, ОХЛАЖДАЕМЫХ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ Рассматриваются возможности энергоэффективного использования источников геотермальной теплоты с температурой до 200°С для выработки электроэнергии с помощью бинарных циклов, охлаждаемых водными ресурсами. Предлагается в качестве низкокипящего рабочего тела в бинарных циклах использовать сжиженный пропан.
Ключевые слова: геотермальный пар, бинарный цикл, сжиженный пропан.
Gafurov N.M.
Gatina R.Z. Gafurov A.M.
POSSIBILITIES OF USE OF GEOTHERMAL WARMTH WITH A TEMPERATURE UP TO 200°С IN THE BINARY CYCLES COOLED BY
WATER RESOURCES
