Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Данные для цитирования: . ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН // Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале. Технические науки. ; ():-.

Казахстан обладает значительными ресурсами геотермальной воды со средней и низкой температурой. Геотермальное месторождение Капланбек (недалеко от города Чимкент), с температурой воды 80°С, используется для теплоснабжения жилых домов. Рядом с городом Алматы геотермальный источник с температурой 80-120°C используется для отопления теплиц зимой и кондиционирование летом. По состоянию на 2007 год, Казахстан не использует геотермальные ресурсы для производства электроэнергии [1]. По данным Института гидрогеологии и геоэкологии имени У.М. Ахмедсафина возобновляемые ежегодные ресурсы термальных вод в Казахстане для температурных зон 40-100°С и более по объему определены в 10,3 кубических километра, что соответствует 97,1 миллиона тонн условного топлива.

Препятствием к электроэнергетическому использованию геотермальных ресурсов является отсутствие до последнего времени простых и надежных технологий преобразования в электрическую энергию форму геотермальной энергии со средней и низкой температурой.

В последнее десятилетие рядом стран для этих целей освоена технология применения низкокипящих органических теплоносителей (ORC- циклы) [2]. Рабочим телом в данной технологии является вещество, имеющее более низкую, чем у воды, температуру кипения. Благодаря этому, испарение рабочего тела происходит при относительно низкой температуре, что и позволяет использовать низкопотенциальную энергию. На рисунке 1,а приведена схема ORC-цикла без регенератора, на рисунке 1,б – схема ORC-цикла с регенератором. Насос закачивает рабочее тело в жидком состоянии в нагреватель, где при высоком давлении оно испаряется, далее пар попадает в турбину, в которой, расширяясь, совершает работу. Вал турбины вращается и приводит в действие электрогенератор. Отработанный пар охлаждается, и рабочее тело конденсируется. Далее вещество в жидком состоянии попадает в насос и цикл замыкается. В схеме на рисунке 1,б рабочее тело на выходе из турбины попадает в регенератор, где отдает часть тепловой энергии сжатой жидкости, которая направляется в нагреватель. Тепловая энергия может передаваться от источника теплоты к рабочему телу также с использованием промежуточного теплоносителя.

ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Рисунок 1. Схема ORC— циклов: а – без регенерации, б – с регенерацией

Схема органического цикла Ренкина с перегревом в Ts координатах[3] изображена на рисунке 2.

ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Рисунок 2. Органический цикл Ренкина с перегревом

В ряде работ [4,5] экспериментально исследовались эксплуатационные характеристики установок, в которых осуществляются ORC-циклы и их производительность при генерации электроэнергии. В качестве рабочего тела использовались хладагенты HCFC-123, R245fa. Температура рабочего тела в испарителе варьировалась в пределах от 77°С до 83°С. Установлено, что максимальное значение термической эффективности цикла может достигать 5,22%, изоэнтропного КПД турбины 78,7%, а генерируемой электрической мощности 32,7кВт.

Использование в качестве рабочих тел фреонов связано с рядом ограничений экономического и технического характера, что делает данную технологию достаточно сложной и дорогостоящей. Поэтому ведутся поиски новых более простых и доступных рабочих тел для реализации данной технологии.

В данной работе приведены результаты исследований возможности применения в ORC- циклах простых этанол-ацетоновых композиций в качестве рабочих тел для производства электрической энергии от низкопотенциальных геотермальных источников. Исследования проводились на экспериментальном пародинамическом стенде [6] (рисунок 3).

ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Рисунок 3. Общая схема экспериментальной установки

1 — термосифон, 2 — испаритель, 3 — конденсатор, 4,5 — датчики температуры; 6, 8 — регулирующие вентили, 7 — манометр, 9 — тепловая пушка

Для одновременного изменения температур в нескольких точках протяженного контура был разработан быстродействующий  16‑ти канальный автоматизированный измерительный комплекс, состоящий  из аналого-цифрового преобразователя совместимого с персональным компьютером, мультиплексора и датчиков температуры. Система позволяет в автоматическом режиме производить замеры температуры с одновременным формированием массива данных в памяти компьютера. Основные технические характеристики системы приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Технические характеристики 12-битного, 16-канального АЦП

Разрядность 12 бит (без знака)
Число каналов 16
Диапазон измеряемых напряжений От 0 до +5В
Максимальное число измерений 200 измерений в секунду

Особенностью данного прибора является: большое быстродействие (максимальная частота дискретизации составляет до 75 kHz), высокая точность измерений (разрешение АЦП – 12 бит), достаточно большое число каналов (с общей землей 16 шт.), входное сопротивление не менее 1 МОм, время преобразования не более 10 мкс, передача данных осуществляется посредством порта RS-232. Стандарт файла данных позволяет использовать результаты в расчётах Excel.

Исследования проводились в нестационарном режиме при нагреве испарителя водой с температурой 90°С, путем помещения его в бак термостат.

Используемые ниже обозначения термопар и их местоположение на контуре установки указано в таблице 2.

Таблица 2.

Обозначение и местоположение термопар

Обозначение                       Местоположение
1 Выход из испарителя
2 Восходящий поток, на высоте 2м от испарителя
3 Восходящий поток, на высоте 5м от испарителя
4 Вход в конденсатор
5 Выход из конденсатора
6 Нисходящий поток, на высоте 5м от испарителя
7 Нисходящий поток, на высоте 5м от испарителя
8 Вход в испаритель

В ходе экспериментов варьировалось соотношение концентраций этанола и ацетона в диапазоне от 0 до 100%. Полученные данные по диапазону температур начала парообразования в испарителе приведены на рисунке 4.

ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Рисунок 4. Зависимость температуры начала парообразования в системе этанол-ацетон

Анализ результатов эксперимента показывает, что даже при атмосферном давлении (1 бар) диапазон температур является достаточным для получения парового рабочего тела от значительной части геотермальных источников республики Казахстан.

С использованием контура, подобного экспериментальному стенду, при размещении испарителя в теле геотермального массива возможна генерация парового рабочего тела непосредственно в этом массиве, без использования промежуточных теплоносителей, что повышает термодинамическую эффективность данной технологии вследствие отсутствия потерь, возникающих из-за недогрева при передаче теплоты через промежуточный контур.

На рисунке 5 приведены экспериментальные данные по распределению температур на экспериментальном контуре, показывающие, что в контуре происходит естественная циркуляция рабочего тела, что подтверждает принципиальную возможность доставки пара от геотермального массива непосредственно к  паровым установкам, размещаемым на поверхности земли.

ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Рисунок 5. Зависимость температур в характерных точках от времени

(точки: 1–4 восходящий участок, 4–8 – возврат конденсата)

Следует отметить, что достаточно узкий температурный диапазон «источник – окружающая среда» предопределяет низкие термодинамические коэффициенты полезного действия геотермальных установок. Однако этот факт не препятствует их развитию в силу отсутствия потребности в органическом топливе, а также возможности их когенерационного использования в схемах комплексного электро- и теплоснабжения.

Список литературы:

  1. Абсаметов М.К., Муртазин Е.Ж.Роль и место «гидрогеотермальной энергетики» в «Стратегии устойчивой энергетики будущего Казахстана до 2050 года» // ТОО «Институт гидрогеологии и геоэкологии имени У.М.Ахмедсафина», Алматы, 2013. [Электронный ресурс]. URL:
  2. Белов Г. В., Дорохова М. А. Органический цикл Ренкина и его применение в альтернативной энергетике // Наука и образование. – 2014. – №2. doi: 10.7463/0214.0699165
  3. Chen H., Goswami D.Y., Stefanakos E.K. A review of thermodynamic cycles and working fluids for the conversion of low-grade heat // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2010. – Vol. 14. – P. 3059–3067.
  4. Li J., Pei G., Li Y., Wang D., Ji J. Energetic and exergetic investigation of an organic Rankine cycle at different heat source temperatures // Energy. – 2012. – Vol. 38, no. 1. – P. 85–95.
  5. Kang S.H. Design and experimental study of ORC (organic Rankine cycle) and radial turbine using R245fa working fluid // Energy. – 2012. – Vol. 41. – P.514–524.
  6. Щеклеин С.Е., Стариков Е.В., Немихин Ю.Е, Никитин А.Д., Жуков А.В., Коржавин С.А. Экспериментальное исследование пародинамических систем охлаждения критических элементов в аварийных ситуациях // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». – – №8-9. – С.86-92. doi: 10.15518/isjaee.2015.08-09.011[schema type=»book» name=»ПРИМЕНЕНИЕ ORC-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН» description=»Рассматривается возможность электроэнергетического использования геотермальныхресурсов республики Казахстан с применением этанол-ацетоновых рабочих тел и испарительных систем грунтового расположения. Показано, что достаточно узкий температурный диапазон «источник – окружающая среда» предопределяет низкие термодинамические коэффициенты полезного действия геотермальных установок. Однако это не препятствует их развитию в силу отсутствия потребности в органическом топливе, а также возможности их когенерационного использования в схемах комплексного электро- и теплоснабжения.» author=»Никитин Александр Дмитриевич, Абдиракан Шадияр Закирулы, Щеклеин Сергей Евгеньевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-25″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 9819

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх
slot thailand slot terpercaya slot dana jendralsmaya slot maxwin slot server luar demo slot slot 4d slot terbaru slot gacor slot deposit pulsa dragonslot99 slot88 selotgacorku slot thailand slot terbaru data hk slot gacor
404: Not Found