Невозобновляемые источники энергии обеспечивают современный мир энергией и, по-видимому, составят основу его энергетики еще во всяком случае для нескольких поколений людей (или, по крайней мере, несколько десятилетий). Но уже сегодня ясно, что существенного роста потребления энергии на базе невозобновляемых источников достичь не удастся как в силу их ограниченности, так и из-за нежелательного воздействия на окружающую среду. Структура: ветроэнергетика, геотермальная энергетика, биоэнергетика, энергетика океана, водородная энергетика, низкопотенциальное тепло окружающей среды (тепловые насосы);
Наибольший интерес в данной работе представляет геотермальная энергетика и использование совместно с ней низкокипящих рабочих тел, которые имеют достаточно высокие давления насыщенных паров при низких температурах, и поэтому давно привлекают внимание разработчиков в различных областях энергетики и, в частности, в геотермальной энергетике. В качестве НРТ применяют фреоны, водный раствор аммиака, пентан, изопентан, бутан, изобутан и др.
При выборе НРТ необходимо выполнять ряд требований: дешевизна рабочего тела; хорошие теплофизические свойства (максимум работы при минимальных параметрах); нетоксичность; отсутствие экологического воздействия на окружающую среду (озоновый слой, парниковый эффект); замерзание при достаточно низких отрицательных температурах, что важно для климатических условий северных регионов.
Развивается во все мире, особенно в сша.
Американская компания Raser Technologies успешно ввела в строй коммерческую геотермальную электростанцию Hatch Geothermal Power Plant в штате Калифорния. Принцип работы новой станции, по сравнению с классическим, немного изменился.
Обычно в геотермальной установке вода из горячего водоносного слоя подается в парогенератор и за тем в турбину ( как показано на рис. 2).
Рис.2.Классическая схема работы ГеоТЭС.
Такая схема требует высокой температуры подающейся воды, что требует более глубокого бурения. Кроме того, вода забирается непосредственно из водоносного слоя и в ней растворено большое количество химических соединений, ускоряющих процесс коррозии турбины, прокачивающих насосов и другого оборудования. Так же, с большой глубины могут выходить ядовитые или горючие газы, заключенные в породе, что может привести к взрыву во время бурения или при дальнейшей эксплуатации станции.
Геотермальные электростанции, построенные Raser, лишены большинства этих недостатков, так как работают по бинарному (двойному) принципу. В первую скважину на небольшую глубину закачивается некий водный раствор, который нагревается до относительно невысокой температуры – до 80°С. Это первичный контур теплоносителя. Далее нагретый раствор выкачивается из второй скважины и подается в теплообменник, где отдает свое тепло радиаторам котла, заполненного другой жидкостью. Вот здесь и заключается американская инженерная хитрость.
Эта жидкость - специальное органическое соединение, температура кипения которого на много ниже температуры кипения воды – при атмосферном давлении она кипит при 44°С, однако для увеличения мощности турбины давление в системе повышено. В результате, эта жидкость кипит примерно при +73°С, которые ей доставляет вода из первичного контура. Образующийся пар вращает лопасти небольшой турбины, соединенной с генератором. Вся система из скважин, насосов, теплообменников, турбины и генератора представляет собой единый комплекс с номинальной мощностью 250 кВт. Схематично это работает примерно так:
Рис.3.Схема работы ГеоТЭС компании Raser.
Геотермальная энергетика видится весьма перспективной в силу многих факторов. В первую очередь это относительная простота и надежность конструкции. Но в то же время сложностью является то, что прежде чем собирать и запускать ГеоТЭС, необходимо проверить исправность и готовность определенной установки с требуемым КПД.
В настоящее время на кафедре Теплофизики в НИУ МЭИ моделируется установка, работающая на низкокипящем рабочем теле (фреоне). Прототипом этой установки является ГеоТЭС компании Raser, но собираемая в данной работе модель обладает гораздо меньшими размерами, а соответственно и мощностью. Но как раз таки из–за своих небольших габаритов и возникает главная проблема: турбину таких размеров с удовлетворяющими нас параметрами подобрать довольно сложно, так как чем меньше турбина, тем больше потери в ней.
Решением поставленной задачи стало использование компрессора, но только в обратном цикле, т.е. преобразовать кинетическую энергию газа (в данном случае фреона) в механическую энергию вращения вала компрессора. Единственным сдерживающим фактором такого “превращения” компрессора является то, что невозможно предугадать будет ли работать компрессор в обратном режиме с КПД хотя бы примерно таким же, как и при прямом включении. В дальнейшем этот вопрос принципиален и требует ответа, что является одной из задач, поставленной в данной работе.
В настоящее время на кафедре Теплофизики в НИУ МЭИ моделируется
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.