Инженеры Томского политехнического университета разработали опытный образец геотермальной тепловой электростанции (ГеоЭС) мощностью до 25 киловатт и провели первые испытания установки. В отличие от существующих в России геотермальных станций в ГеоЭС ТПУ используется органический цикл Ренкина, позволяющий ей работать при более низких температурах. В перспективе, подобные установки могут использоваться и для электро-, и для теплоснабжения. Проект реализуется при поддержке программы Минобрнауки РФ «Приоритет-2030».
Геотермальная энергетика является относительно новой отраслью промышленности России. В настоящее время в стране есть четыре действующих ГеоЭС – на Камчатке и Курильских островах. Все они напрямую используют пар. Тогда как подход, предложенный в ТПУ, предполагает создание ГеоЭС бинарного типа – на основе органического цикла Ренкина. Промышленно эксплуатируемых подобных станций, на сегодняшний момент, в РФ нет. Цикл Ренкина – это термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью рабочего тела. В качестве рабочих тел могут выступать, в зависимости от параметров источника тепла, углеводороды, силиконовые масла, хладагенты.
«В нашей разработке в качестве рабочего тела выступает хладагент – озонобезопасный газ R245fa из группы фреонов. Причем, так как наша ГеоЭС работает по технологии замкнутого или бинарного цикла, используется хладагент, кипящий при более низких температурах, – от 47 и более градусов Цельсия. Это позволяет потенциально расширить географию регионов, где можно будет использовать ГеоЭС. Существующие же ГеоЭС могут функционировать только при температуре выше 100 градусов Цельсия», – говорит руководитель проекта, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Станислав Янковский.
В своем исследовании ученые ТПУ проанализировали имеющиеся данные о геотермальной отрасли России и других стран и собрали карту наиболее перспективных для развития подобных технологий регионов страны. В их число вошли Камчатка, Сахалин, Курилы, Северный Кавказ, Западная Сибирь. Причем анализ подтвердил, что Томская область перспективна для развития геотермальной энергетики.
«При построении карты геотермального потенциала учитывались геологические критерии и потребность Томской области в более дешевой электроэнергии. Мы проанализировали плотность геотермальных ресурсов, температуру на глубине от одного до четырех километров, интенсивность теплового потока, плотность населения, стоимость энергии, вырабатываемой дизельными электростанциями», – говорит участник проекта, инженер Центра Хериот-Ватт ТПУ Глеб Шишаев.
На основе выполненного анализа с применением цифровой модели были разработаны алгоритмы подбора необходимого надземного оборудования, методика многовариантного подбора оптимального хладагента под температуру термальной воды.
Опытный экспериментальный образец ГеоЭС уже установлен на территории кампуса Томского политеха. Проведены первые натурные запуски с использованием реальной физической модели геотермальной скважины.
ГеоЭС состоит из нескольких модулей – блока подогревателя, испарителя, конденсатора, винтового детандера, генератора и оснащена необходимым измерительным оборудованием и системой управления. Она может управляться и контролироваться дистанционно. При разработке использовались, преимущественно, отечественные комплектующие.
«ГеоЭС работает следующим образом: флюид геотермального источника под давлением поднимается из скважины, через теплообменник передает тепло хладагенту. Хладагент, закипая, передает энергию винтовому детандеру, на валу которого установлен генератор. И генератор вырабатывает электроэнергию. При этом отработанный хладагент будет конденсироваться и запускаться на следующий цикл. Кроме того, тепло от флюида можно будет параллельно использовать для отопления потребителей», – добавляет Станислав Янковский.
В перспективе, технология может помочь решить сразу две задачи – по электро- и теплоснабжению. Еще одно преимущество – благодаря технологии замкнутого цикла минимизируются выбросы в окружающую среду.
«Уникальность нашей разработки еще и в том, что винтовые детандеры для ГеоЭС практически не применялись. В существующих станциях используются турбины. Тогда как винтовой детандер эффективен в малом диапазоне мощностей, может работать в смешанном режиме, а также более экономичен в процессе эксплуатации, чем турбина», – добавляет руководитель проекта.
С помощью опытного экспериментального образца ученые могут полностью смоделировать процесс, изучить все необходимые параметры. Уже выявлена минимальная температура геотермального источника, при которой КПД станции будет положительным и будет вырабатываться электроэнергия нужных параметров. Это не менее 60 градусов Цельсия.
«Пуски доказали работоспособность и эффективность технологии, что позволяет двигаться к ее развитию в расширении электрической мощности, а также к натурным испытаниям на реальной скважине», – поясняет Станислав Янковский.
В ТПУ создали опытный образец уникальной геотермальной тепловой электростанции
Инженеры Томского политехнического университета разработали опытный образец геотермальной тепловой электростанции (ГеоЭС) мощностью до 25 киловатт и провели первые испытания установки. В отличие от существующих в России геотермальных станций в ГеоЭС ТПУ используется органический цикл Ренкина, позволяющий ей работать при более низких температурах. В перспективе, подобные установки могут использоваться и для электро-, и для теплоснабжения. Проект реализуется при поддержке программы Минобрнауки РФ «Приоритет-2030».
Геотермальная энергетика является относительно новой отраслью промышленности России. В настоящее время в стране есть четыре действующих ГеоЭС – на Камчатке и Курильских островах. Все они напрямую используют пар. Тогда как подход, предложенный в ТПУ, предполагает создание ГеоЭС бинарного типа – на основе органического цикла Ренкина. Промышленно эксплуатируемых подобных станций, на сегодняшний момент, в РФ нет. Цикл Ренкина – это термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью рабочего тела. В качестве рабочих тел могут выступать, в зависимости от параметров источника тепла, углеводороды, силиконовые масла, хладагенты.
«В нашей разработке в качестве рабочего тела выступает хладагент – озонобезопасный газ R245fa из группы фреонов. Причем, так как наша ГеоЭС работает по технологии замкнутого или бинарного цикла, используется хладагент, кипящий при более низких температурах, – от 47 и более градусов Цельсия. Это позволяет потенциально расширить географию регионов, где можно будет использовать ГеоЭС. Существующие же ГеоЭС могут функционировать только при температуре выше 100 градусов Цельсия», – говорит руководитель проекта, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Станислав Янковский.
В своем исследовании ученые ТПУ проанализировали имеющиеся данные о геотермальной отрасли России и других стран и собрали карту наиболее перспективных для развития подобных технологий регионов страны. В их число вошли Камчатка, Сахалин, Курилы, Северный Кавказ, Западная Сибирь. Причем анализ подтвердил, что Томская область перспективна для развития геотермальной энергетики.
«При построении карты геотермального потенциала учитывались геологические критерии и потребность Томской области в более дешевой электроэнергии. Мы проанализировали плотность геотермальных ресурсов, температуру на глубине от одного до четырех километров, интенсивность теплового потока, плотность населения, стоимость энергии, вырабатываемой дизельными электростанциями», – говорит участник проекта, инженер Центра Хериот-Ватт ТПУ Глеб Шишаев.
На основе выполненного анализа с применением цифровой модели были разработаны алгоритмы подбора необходимого надземного оборудования, методика многовариантного подбора оптимального хладагента под температуру термальной воды.
Опытный экспериментальный образец ГеоЭС уже установлен на территории кампуса Томского политеха. Проведены первые натурные запуски с использованием реальной физической модели геотермальной скважины.
ГеоЭС состоит из нескольких модулей – блока подогревателя, испарителя, конденсатора, винтового детандера, генератора и оснащена необходимым измерительным оборудованием и системой управления. Она может управляться и контролироваться дистанционно. При разработке использовались, преимущественно, отечественные комплектующие.
«ГеоЭС работает следующим образом: флюид геотермального источника под давлением поднимается из скважины, через теплообменник передает тепло хладагенту. Хладагент, закипая, передает энергию винтовому детандеру, на валу которого установлен генератор. И генератор вырабатывает электроэнергию. При этом отработанный хладагент будет конденсироваться и запускаться на следующий цикл. Кроме того, тепло от флюида можно будет параллельно использовать для отопления потребителей», – добавляет Станислав Янковский.
В перспективе, технология может помочь решить сразу две задачи – по электро- и теплоснабжению. Еще одно преимущество – благодаря технологии замкнутого цикла минимизируются выбросы в окружающую среду.
«Уникальность нашей разработки еще и в том, что винтовые детандеры для ГеоЭС практически не применялись. В существующих станциях используются турбины. Тогда как винтовой детандер эффективен в малом диапазоне мощностей, может работать в смешанном режиме, а также более экономичен в процессе эксплуатации, чем турбина», – добавляет руководитель проекта.
С помощью опытного экспериментального образца ученые могут полностью смоделировать процесс, изучить все необходимые параметры. Уже выявлена минимальная температура геотермального источника, при которой КПД станции будет положительным и будет вырабатываться электроэнергия нужных параметров. Это не менее 60 градусов Цельсия.
«Пуски доказали работоспособность и эффективность технологии, что позволяет двигаться к ее развитию в расширении электрической мощности, а также к натурным испытаниям на реальной скважине», – поясняет Станислав Янковский.
Источник: ТПУ
- АО «НИИЭТ» запускает производство первой серийной партии микросхем в металлополимерных корпусахВчера
- «Силовые машины» провели Конференцию молодых инженеров «Энергия молодости»Вчера
- Светильники ARIVA от Arlight — освещение складских и промышленных помещенийВчера
- Защита от замерзания: комплекты саморегулирующихся кабелей REXANTВчера
👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках
