«Умные» электростанции на Севере, использующие природный холод. Ученые проверили, какая установка лучше
Специалисты Института природно-технических систем исследовали эффективность гибких комбинированных когенерационных (вырабатывающих тепло и энергию) установок на базе газотурбинных двигателей в климатических условиях Северного морского пути.
Северный морской путь играет важную роль в экономике Российской Федерации. Для нормального функционирования его инфраструктуры требуется мощное энергетическое обеспечение.
Эффективность современной энергетики обеспечивается использованием установок сложных циклов, которые, в свою очередь, являются источниками низкопотенциальной энергии.
Проблема выбора энергетической установки для этого региона все еще остается актуальной. Установка должна отвечать комплексным тепловым и конструктивным требованиям, ее схемы должны быть приспособлены к производству требуемого количества электрической и тепловой энергии для разных потребителей при циклической или переменной нагрузке. При этом суточные и сезонные колебания должны эффективно компенсироваться.
Климат большинства портов сибирского региона — Игарка, Дудинка и другие порты — резко континентальный, сезонные перепады температур находятся в пределах 40 °С. Это, по мнению ученых, позволяет использовать местный климатический ресурс холода для повышения эффективности энергетических установок.
Основной задачей исследователей было получение характеристик установки органического цикла Ренкина, так как органические вещества имеют более низкую температуру кипения, что позволяет реализовывать цикл при низких температурах.
Изменять тепловую и электрическую мощность когенерационной комбинированной газотурбинной установки возможно с помощью параллельного блока утилизации теплоты, который позволяет перераспределять поток выхлопных газов между установкой и котлом-утилизатором. Это обеспечивает необходимую гибкость при циклической или переменной тепловой нагрузке установки в целом.
Исследователи произвели синтез четырех схем когенерационных газотурбинных установок с установками органического цикла Ренкина, использующими ресурс холода в составе параллельного блока утилизации теплоты, и провели имитацию работы полученных комбинированных установок на номинальных и частичных нагрузках в климатических условиях Северного морского пути.
Проведенные исследования показали:
1. Сезонные колебания температуры окружающего воздуха в сибирском регионе Северного морского пути оказывают существенное влияние на эффективность энергетических установок, особенно на установки с регенератором теплоты в составе двигателя.
2. Дополнительная турбина в составе установки органического цикла Ренкина повышает эффективность комбинированных установок в широком диапазоне нагрузок на различных режимах нагружения.
3. Использование аммиака в качестве рабочего тела установки органического цикла Ренкина позволяет добиваться более высокой эффективности по сравнению с традиционным хладагентом R-134a и работать в более широком диапазоне нагрузок.
4. Для повышения гибкости комбинированных установок можно использовать режимы эксплуатации с разделяющимся между установкой органического цикла Ренкина и котлом-утилизатором потоком теплоты.
«Мы пришли к выводу, что более высокая топливная экономичность установки при выработке электроэнергии не делает ее предпочтительной для локального объекта, который в общем случае имеет потребности не только в электричестве, но и в теплоте. В северных широтах генерация теплоты является фактором выживания. Поэтому установки, которые имеют более высокие когенерационные возможности, могут составить конкуренцию более эффективным. В общем случае для локального объекта наиболее подходящей оказалась сбалансированная энергетическая установка, которая обеспечивает все нужды потребителя при минимальном использовании топлива», — отметил главный научный сотрудник Института природно-технических систем, кандидат технических наук Андрей Дологлонян.
Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации