Получение электроэнергии из тепла: Альтернативные источники электрической энергии промышленного применения

Дешевый, безопасный, экологичный, но редкий способ получения электричества в промышленных масштабах

После Чернобыля мир не испугался и не прекратил строительство атомных электростанций. Мир решил, наверное, что это сработал специфически советский человеческий фактор. После катастрофы на АЭС «Фукусима» в Японии человечество осознало, что атомная энергия опасна даже в руках осторожных, ответственных, и технически продвинутых цивилизаций. Германия и другие страны ЕС уже думают о полном прекращении использования АЭС. Поэтому поиск новых, менее опасных источников энергии сейчас актуален как никогда. Одним из таких источников может стать тепло земли.

Сидим на грелке

Под наружной оболочкой Земли — земной корой — находится разогретая мантия, где, возможно, зарождаются вулканы (по другим теориям, вулканы зарождаются во внешней, расплавленной оболочке ядра). Горячая магма поднимается вверх по тектоническим трещинам и вступает в контакт с океанической водой, которая инфильтрируется из придонных областей океана в околомагматические зоны.

Там вода нагревается, вбирает часть растворенных в магме газов — таких как сероводород и углекислый газ — и других химических веществ, захватывая и элементы из пород, сквозь которые она фильтруется. Увеличение содержания СО2 вызывает образование сильного адсорбента — кальциевого силикагеля, что ведет к изменению проницаемости водовмещающих комплексов и, в конечном счете, к тепловой и геохимической самоизоляции геотермальной системы. Считается, что наличие силикагеля обусловливает высокие концентрации разных веществ в термальных водах.

На континентах земная кора обычно очень мощная — до 70, иногда до 100 километров. Более древние магматические породы обычно перекрыты толстым осадочным чехлом, и магме его просто не прорвать. Там же, где земная кора тоньше — например, в зонах перехода от континентальной коры к океанической — магме, раскаленным газам и перегретому водяному пару легче выбраться на поверхность. Именно в таких районах случаются самые интересные геологические события наших дней — извержения вулканов, землетрясения, именно там фыркают и плюются гейзеры, дымят фумаролы, и именно там сравнительно легок доступ к подземным источникам тепла.

Вообще-то наиболее активные проявления вулканизма отмечаются в областях, где кора тоньше всего — на дне океанов, в зонах срединно-океанических хребтов, но ни видеть, ни толком изучать, ни тем более использовать этот вулканизм мы пока не научились.

Основная часть территории России расположена на двух древних, 2,5 — 3,5 млрд лет, платформах (Восточно-Европейской и Сибирской). Между ними лежит сравнительно молодая (всего 250-400 млн лет), но тоже надежная Западно-Сибирская плита. Поэтому в России районы с тонкой корой находятся только на дальних окраинах — на Камчатке и Курильских островах, которые входят в зону активных геологических процессов. «В областях современного вулканизма формируются и геотермальные месторождения, — говорит доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией тепломассопереноса ИВиС ДВО РАН Алексей Кирюхин. — Условия их формирования могут быть разными. Довольно часто работает правило: чем больше и активнее вулкан, тем меньше шансов найти в его окрестностях геотермальное месторождение (пример — вулкан Ключевский), чем крупнее геотермальное месторождение, тем меньше шансов увидеть в его пределах большой вулкан (пример — Долина гейзеров в Калифорнии)».

Окраины Тихого океана образуют Тихоокеанское огненное кольцо. Огненное оно потому, что здесь сосредоточено большинство действующих вулканов. Здесь же происходит субдукция

Области современного активного вулканизма в основном сосредоточены в так называемом Тихоокеанском огненном кольце — это практически все окраины Тихого Океана, включая Камчатку, Курилы, Японию, Индонезию, Филиппины, Анды и Кордильеры, цепочку Алеутских островов и архипелаг Огненная Земля. Все эти территории относятся к зонам самой молодой, альпийской складчатости, и на окраинах материков подвержены процессу субдукции — поддвиганию океанической коры под континентальную. В процессе субдукции окраинные участки континентальной коры вздымаются, формируя горные хребты, а «ныряющая» фронтальная зона тонкой океанической коры плавится, давая «сырье» для современных вулканов.

К зонам альпийской складчатости относятся также Альпы и Пиренеи, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи. Многие вулканы здесь уже прошли активную стадию, и в породах, перекрывающих остывающую магму, происходят постмагматические процессы. В таких районах затухающего или «дремлющего» вулканизма — который проявляется не столько извержениями, сколько работой гейзеров, фумарол, грязевых вулканов — как раз и существует возможность получения электричества в промышленных масштабах. В других, менее активных, областях, впрочем, тоже можно использовать земное тепло. Даже в стабильных платформенных областях встречаются источники термальных вод, да и геотермический градиент может быть достаточно высоким.

Креативная, дешевая и чистая технология

Использовать геотермальное тепло можно по-разному. Во-первых, как древние римляне, можно непосредственно применять термальные воды для обогрева и ванн. Бесчисленные горячие источники в Европе ли, в Америке, на Филиппинах, — это проявления все тех же поствулканических процессов. В России тепло подземных вод используется для обогрева зданий и теплиц в Калининградской области, в Западной Сибири, в Краснодарском крае. Такое «прямое» использование тепла позволяет сэкономить и снизить нагрузку на окружающую среду.

Новозеландская геотермальная станция Ваиракеи открыта в 1958 году, первой после войны и второй в мире (самая первая построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году).

Фото: National Geographic/Getty Images/Fotobank

Можно использовать тепловые насосы, позволяющие обогревать или охлаждать жилые дома за счет разницы температур между воздухом и грунтом. А можно — в дополнение к простому обогреву — построить геотермальную электростанцию и получать очень дешевую электроэнергию. В зависимости от геологических условий, — то есть от температуры пород, наличия и состава воды в них — могут использоваться разные типы гидротермоэлектростанций.

В некоторых случаях геотермальная энергия позволяет убить сразу нескольких зайцев. Например, «Шеврон» использует для ее получения горячие воды, выкачиваемые из недр вместе с нефтью. На поверхности раскаленная смесь воды и пара отделяется от нефти, сепарируется, пар вращает турбины и дает электроэнергию, вода же закачивается обратно в породу. Это позволяет одновременно решить проблему токсичных сбросов и поддержать давление в нефтяном пласте, тем самым улучшая его нефтеотдачу и увеличивая срок использования скважины.

Геотермальная энергетика, новая отрасль на стыке нескольких наук и промышленности, привлекает внимание ученых и практиков разных специальностей. Одни задумываются, как добыть редкие и благородные металлы, растворенные в горячих подземных водах. Может быть, именно в фазе охлаждения этих вод когда-нибудь и удастся извлечь золото и платину.

Другие изобретают способы применения низкотемпературных вод. Главный инженер ОАО «Геотерм» Дмитрий Колесников считает, что вскоре будет разработана технология вторичного использования сепарата, то есть частично охлажденной воды: «Ее можно будет использовать на любых промышленных предприятиях, где есть горячие стоки. Больших мощностей ожидать не стоит, но, во-первых, горячая вода идет на второй цикл, то есть снижается непроизводственное использование энергии, а во-вторых, можно будет решать проблему энергоснабжения самого предприятия».

Россия отличается стабильностью

Геотермальная энергетика в России начала развиваться в 1960 годах. Тогда были построены первые — по сути, экспериментальные — электростанции. Паужетская ГеоЭС (11 МВт), на одноименном геотермальном месторождении была построена в 1967 году. «Эта электростанция служила как бы опытной площадкой, на ней опробовались технологии, испытывалась паро-водяная смесь», — рассказал Колесников. Неподалеку от нее расположены Мутновская ГеоЭС (50 МВт) и Верхне-Мутновская (12 МВт) ГеоЭС. На Курилах, на островах Кунашир и Итуруп, тоже работают две относительно небольшие ГеоЭС — 6 и 2,6 МВт. Собственно, этим недлинным списком и ограничивается действующая российская геотермальная энергетика.

Первая в России геотермальная электростанция — Паужетская — введена в эксплуатацию в 1966 году.

Фото: РИА НОВОСТИ

Не в силу политико-экономических или исторических причин, не потому, что за рубежом лучше головы или технологии, но исключительно из-за высокого уровня стабильности российского геологического устройства западные, восточные, юго-восточные и даже некоторые африканские страны оставили нас далеко позади в области геотермальной энергетики. В Исландии на геотермальных электростанциях получают 30% электроэнергии, на Филиппинах — более 25%, в Сальвадоре и Коста-Рике — около 15%, в Новой Зеландии и Никарагуа — 10%. В США доля «геотермального» электричества невелика, всего 0,3%, но по объемам выработки США опережают все остальные страны мира.

В США к широко известным геотермальным электростанциям в Калифорнии и Неваде в 2006 году добавилась маленькая, но необычная электростанция в самой что ни на есть глубокой американской глубинке — на Аляске, на курорте China Hot Springs. Хотя термальные источники там горячи для человека (74С), эта температура все же слишком низка для производства энергии по обычной технологии.

Тем не менее, решение — применение бинарного цикла — было найдено: в теплообменнике природная вода отдает свое тепло специальному реагенту, который закипает даже при столь низкой температуре. Слегка охлажденная (примерно до 70 градусов) вода честно возвращается в исходный горизонт. За пять лет эксплуатации температура поступающей воды упала примерно на градус. Три генератора могут давать 650 кВт в час, что достаточно, например, для обслуживания целого поселка. Каждый генератор стоит около $800 000, и окупаемости за полгода ожидать не стоит. Но лет за 10 эти инвестиции окупятся даже при цене электричества в 6 центов за киловатт. Генератор, работающий на мазуте, «стоил» 30 центов за киловатт, так что разница очевидна.

А бинарная технология, использованная на Аляске, вообще-то изобретена в России еще в 1967 году, и использована на Паратунском геотермальном месторождении на Камчатке.

Экономика горячей воды

Как считает Дмитрий Колесников, преимущества геотермальной энергетики — в простоте процесса и дешевизне получаемой энергии. «Собственно, бурится скважина, из которой идет паро-водяная смесь, которая на станции сепарируется, пар вращает турбину, и дальше все работает как в обычной котельной», — объяснил он принцип работы.

Геотермальная энергия действительно обходится очень дешево, прежде всего за счет экономии на углеводородном сырье. Самое дорогое — это скважины и линии электропередач. Правда, там, где можно построить ГЭС, геотермальные электростанции будут не столь экономически привлекательными. Но в России мощнейшие ГЭС строились тогда, когда понятия частной собственности на землю не было. Сегодня, чтобы затопить гигантские территории, нужно будет их у кого-то выкупить, что сильно поднимет цену киловатт-часа. Да и землю жалко (поэтому современные ГЭС строятся в основном в горах, где площадь затопления минимальна). А вот при сравнении цены «геотермального» киловатт-часа с ценой электричества, вырабатываемого ТЭС, разница уже сегодня не в пользу углеводородной энергетики.

Экология соленой воды

Люди, которые занимаются геотермальной энергетикой, как-то с восхищением к ней относятся. Они понимают, что это сравнительно дешевый, сравнительно безопасный способ получения электроэнергии из возобновляемых источников. Тем не менее, как и во всех отраслях промышленности, здесь есть свои проблемы.

Да, углеводородного топлива на ГеоЭС нет, но проблема отходов существует. «Отходы» — это остывшая подземная вода, часто сильно соленая. Ее нельзя сбросить в ближайшую речку, она слишком токсична. Кроме того, при изъятии материала из недр обычно повышается сейсмическая активность, и из-за сейсмодислокаций приток пароводяной смеси на поверхность может вообще прекратиться. «Воды у нас (на Паужетской электростанции) — 1000 тонн в час, в идеале должен быть замкнутый цикл, на поверхность мы эту воду сливать не можем. Воду — сепарат — мы закачиваем обратно в пласт. Правда, не в то место, откуда мы ее берем, иначе мы быстро охладим «дающий» участок. Поэтому закачиваем не в него, а в соседние зоны», — объясняет Колесников.

В связи с высокой агрессивностью горячих подземных вод возникает проблема коррозии, износа оборудования. Но с коррозией, по мнению Колесникова, бороться можно — надо просто правильно подбирать материалы.

Геотермальную энергию добывать не всегда легко. Часто геотермальные месторождения находятся в труднодоступных местах или в зонах повышенной сейсмической активности. В сейсмически активных зонах постройка ГеоЭС не только сопряжена с угрозой для работников, но может оказаться экономически бессмысленной: при структурных подвижках геотермальное месторождение может просто исчезнуть или поменять режим так, что работа станции станет невыгодной.

Геотермы вообще недостаточно изучены. Поверхностные, более легкодоступные геотермы часто имеют довольно короткий срок жизни. Исследования же глубоко залегающих, более крупных геотермальных месторождений требуют больших средств. Пока российская экономика живет за счет высоких цен на углеводородное сырье, научные и практические работы по геотермам будут оставаться недофинансированными. Это приведет к тому, что Россия, некогда первой применившая бинарную технологию, вновь окажется в хвосте, как и со сланцевым газом.

«Хотим, не хотим, а развивать будем»

Вряд ли геотермальная энергия придет в каждый дом. В России, во всяком случае, не завтра. Низкотемпературные технологии получения электричества пока еще дороги, а самое главное — в платформенных областях, где проживает большая часть населения России, горячие напорные подземные воды редки. Поэтому в ближайшее время можно ожидать только развития применения тепловых насосов, которые позволяют напрямую использовать тепло земли.

Возможности для постройки ГеоТЭС, кроме Камчатки и Курил, существуют на Урале, в Краснодарском крае, на Ставрополье. Анализируются возможности строительства ГеоЭС в южных областях Западной Сибири. «А вообще, должна быть энергетическая стратегия по регионам, комплексный подход. Если есть возможность построить геотермальную электростанцию — надо строить: это и дешевая энергия, и отсутствие потребности в углеводородном сырье», — считает Колесников.

Алексей Кирюхин уверен, что геотермальную энергию можно получать всюду — вопрос в количестве и качестве. Но, конечно, для гидротермальных электростанций главным ограничивающим фактором еще долго будет служить строгая привязанность к источникам тепла.

Даже если экономия на геотермальной электроэнергии окажется меньше ожидаемой, выигрыш для природы очевиден. Валентина Свалова из Института геоэкологии РАН в работе «Геотермальные ресурсы России и их комплексное использование» показала, что если за счет геотермальной энергетики удастся достичь выработки электричества в 7800 ГВт.ч, то это позволит сэкономить 15,4 млн баррелей нефти, что исключит выброс приблизительно 7 млн тонн СО2.

Возобновляемость и дешевизна делают геотермальную энергию крайне привлекательной. «Хотя геотермальные электростанции имеют более низкий потенциал, дают меньшую мощность, они не требуют использования углеводородного сырья, — повторяет Колесников. — Ситуация с нефтью понятна, цены будут только расти, поэтому, хотим мы или не хотим, а геотермальную энергетику развивать будем».

Суммарная мощность геотермальных электростанций

Страна Установленная мощность, (МВт) США 3,086 Филиппины 1,904 Индонезия 1,197 Мексика 958 Италия 843 Новая Зеландия 628 Исландия 575 Япония 536 Сальвадор 204 Кения 167 Коста-Рика 166 Никарагуа 88 Россия 82 Турция 82 Папуа — Новая Гвинея 56 Гватемала 52 Португалия 29 Китай 24 Франция 16 Эфиопия 7,3 Германия 6,6 Австрия 1,4 Австралия 1,1 Тайланд 0,3

Татьяна Крупина

Использование газовой тепловой пушки для получения электроэнергии | Архив С. О.К. | 2018

Россия включает в себя самые холодные регионы в мире, поэтому проблема отопления помещений всегда находилась если не на первом месте, то, как минимум, в числе важнейших. В различное время для этих целей применялись самые разнообразные устройства — от печки до калорифера. У каждого из них имелся один большой недостаток — низкая мощность и, как следствие, большой промежуток времени, необходимый для достижения комфортной температуры в отапливаемом помещении. Именно это подтолкнуло к быстрому росту популярности такого вида обогревателя, как тепловая пушка.

Так, появление первых тепловых пушек в России сразу сделало их необычайно популярными из-за условий нашего климата и в связи с тем, что большинство зданий в России не имеют централизованного отопления, а также учитывая мобильность и эффективность этих обогревателей. Все эти причины сформировали стабильный, увеличивающийся с каждым годом спрос. Мировой и российский рынок газовых нагревателей воздуха или газовых тепловых пушек переполнен такими агрегатами китайского, корейского, американского, немецкого, итальянского, польского производства. И все они служат для получения тепла от сгораемого топлива, но не могут служить для получения электроэнергии.

Использование тепловой пушки также для получения электрической энергии ещё более увеличит спрос на такой универсальный когенератор.

Задача одновременного получения тепла и электроэнергии от газовой тепловой пушки и превращения её в теплоэлектрогенератор (ТЭГ) является весьма актуальной задачей автономной малой энергетики. Круг заказчиков и потребителей таких когенераторов (рис. 1) расширится по сравнению с количеством заказчиков тепловых пушек многократно. Они могут стать предметом экспорта из России.

При разработке ТЭГ на газовом топливе можно использовать простой газовый нагреватель воздуха прямого действия, то есть не имеющий теплообменника. Такие устройства безопасны, количество выделяемых ими вредных веществ такое же, как и у обычной газовой плиты при одинаковой мощности.

Поэтому на начальном этапе исследования за основу взят наиболее простой газовый нагреватель воздуха. При проведении исследования планируется применить струйный аппарат — газовый эжектор для смешивания продуктов сгорания топлива с воздухом и получения сжатой смеси на выходе из эжектора, а для создания разрежения в горелке использовать компрессор и турбину.

Целью создания разрежения в горелке является подсос воздуха из окружающей среды для горения газа. Целью смешивания продуктов сгорания топлива с воздухом в эжекторе является подвод энергии к рабочему телу. Целью сжатия смеси в эжекторе является использование потенциальной энергии давления рабочего тела для работы турбины. 

В этом состоит отличие эжекторного ТЭГ от других энергетических установок (ДВС, ГТД), в которых сгорание топлива производится при переменном или постоянном давлении в предварительно сжатом воздухе с целью подвода энергии к рабочему телу и получения полезной работы при расширении рабочего тела (продуктов сгорания) в цилиндре ДВС или на лопатках турбины.

В эжекторе ТЭГ низкопотенциальная энергия окружающей среды и тепловая энергия смеси воздуха и продуктов сгорания топлива преобразуются в повышенную потенциальную энергию общего потока смеси, которая используется для получения механической работы в ТЭГ.

Эжектирование — приведение в движение пара, газа или жидкости путём разрежения среды, которая создаётся в соответствии с законом Бернулли другим, движущимся с большей скоростью, рабочим потоком путём нагнетания газа в получаемую разреженную среду. Источником энергии может становиться потенциальная энергия сжатого силой гравитации атмосферного воздуха. Под действием полученного разрежения воздух поступает в смеситель эжектора, расширяясь и ускоряясь, подобно природному процессу, а при прохождении диффузора на выходе из эжектора давление газовоздушной смеси повышается и смесь поступает в расширительную машину (турбину). Газовый эжектор (рис. 2) — устройство, в котором избыточное давление высоконапорных газов используется на компримирование газов низкого давления.

Газовый эжектор прост по конструкции, надёжен в работе, имеет малый срок окупаемости, работает в широком диапазоне изменения параметров газа. Использование в работе эжекторного оборудования элементарных физических законов (Бернулли) позволяет получать эффективные и надёжные технические решения (по сравнению с механическими нагнетателями — компрессорами, насосами, вентиляторами и др. ). Эжектор относится к струйным аппаратам, в которых осуществляется процесс, заключающийся в передаче кинетической энергии одного потока другому потоку путём непосредственного контакта (смешения).

Поток, вступающий в процесс смешения с большей скоростью, называется эжектирующим или рабочим потоком, а с меньшей скоростью — эжектируемым.

Эжекторы используются для вентиляции помещений, для откачки горячих газов, а также могут использоваться для всасывания и прокачки атмосферного воздуха через теплообменник и откачки горячих продуктов сгорания топлива.

Как правило, в струйных аппаратах происходит сначала преобразование потенциальной энергии и теплоты в кинетическую энергию. В процессе движения через проточную часть струйного аппарата происходит выравнивание скоростей смешиваемых потоков, а затем обратное преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию. Обычно давление смешанного потока на выходе из струйного аппарата выше давления эжектируемого потока перед аппаратом, но ниже давления рабочего потока. На сжатие газовой смеси в эжекторе затрачивается меньше энергии, чем расходуется энергии турбины на работу воздушного компрессора в ГТД.

В конструкции струйного насоса (эжектора) нет механического привода. За счёт этого он обладает хорошими производственными характеристиками. Простота схем включения струйных аппаратов в различные установки связана с исключительной простотой их конструкции, а также несложностью их изготовления, что уже обеспечило широкую область использования этих аппаратов в технике.

Первым учёным, обратившим внимание на необходимость поиска нетрадиционных источников в энергетике, был Никола Тесла. В 1892 году он высказал такую мысль: «Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство. Всё окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен быть найден более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. Когда свет получится из окружающей нас среды, и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из этого неисчерпаемого источника, человечество пойдёт вперёд гигантскими шагами».

Эта идея Николы Тесла является призывом к поискам альтернативных источников энергии. В поисках таких источников многие специалисты обращают внимание на струйную энергетику. Сегодня учёные уже практически подошли к реализации именно этой идеи.

Пример использования струйного аппарата — трансзвуковой струйный насосподогреватель «Фисоник» (рис. 3), в котором за счёт пара производится нагревание воды при смешивании пара с водой и нагнетание горячей воды в тепловую сеть. «Фисоник» — это теплообменник, в котором не создаётся механическая работа, а используется только давление воды, и рабочим телом служит водяной пар.

Другим примером многолетнего использования струйного аппарата является карбюратор двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. В таком двигателе при движении поршня создаётся разрежение в карбюраторе, в который, как в эжектор, засасывается топливо, а получаемая топливно-воздушная смесь после сжатия сгорает в двигателе.

Основой внедрения эжекционного процесса в энергетике стало научное открытие №314 (от 2 июля 1951 года) О. И. Кудрина, А. В. Квасникова и В. Н. Челомея «Явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струёй». Позднее было доказано, что данный эффект оказался полезен не только для создания дополнительной реактивной тяги авиационного движителя, но и для использования его в эжекторном сопловом аппарате ГТД с целью получения дополнительной мощности на валу [2].

К сожалению, открытие не получило широкого применения. Вероятно, потому, что изначально исследования проводились в авиационной отрасли и были направлены только на получение дополнительной реактивной тяги летательных аппаратов. Это обстоятельство, наряду с закрытостью информации об экспериментальных исследованиях в авиационной отрасли, стало препятствием для его внедрения в других отраслях, где энергию воздушной массы, получаемую в результате управляемого преобразования энергии атмосферы, можно использовать не только для получения реактивной тяги, а более эффективно и в других вариантах преобразования энергии атмосферы. Вместе с тем, атмосфера до сих пор не стала объектом тщательного научного исследования с целью разработки процессов управляемого преобразования энергии для последующего использования в энергетических системах.

На начальном этапе исследований предлагается энергию окружающей среды использовать в комбинированной энергетической установке (КЭУ) с внешним сгоранием топлива при внедрении струйной технологии, в которой потенциальная энергия сжатого силой гравитации атмосферного воздуха является дополнительным источником энергии (рис. 4).

В исследуемом эжекторном теплоэлектрогенераторе с целью использования низкопотенциальной энергии внешней среды в компрессоре сжимают воздух и подают его в сопловой аппарат эжектора, на выходе из которого активной воздушной струёй создаётся разрежение и через горелку в зону разрежения происходит всасывание из внешней среды воздуха, который обеспечивает горение топлива. Затем воздух, отходящий из соплового аппарата эжектора, смешивается с продуктами сгорания топлива и дополнительно с воздухом, поступающим из внешней среды, и горячая газовоздушная смесь после сжатия в диффузоре эжектора поступает на лопатки турбины, служащей приводом компрессора и генератора.

Тем самым, за счёт создаваемого в эжекторе разрежения, дополнительным источником энергии становится потенциальная энергия сжатого силой гравитации атмосферного воздуха, который под действием разности давлений всасывается в смеситель, где также смешивается с продуктами сгорания топлива и воздухом от компрессора, образуя при прохождении через диффузор эжектора высокопотенциальную смесь, воздействующую непосредственно на лопатки турбины.

Алгоритм работы теплоэлектрогенератора с газовой горелкой и эжектором может быть таким. Перед запуском эжекторного ТЭГ включается вентилятор, воздух проходит через горелку и поступает на турбину, которая раскручивается вместе с компрессором и генератором. Воздух от компрессора пропускается через сопло эжектора, создаёт разрежение на входе в эжектор и увеличивает поток воздуха через горелку. Затем поджигается топливо (газ), и начинается процесс горения с нагнетанием вентилятором воздуха на горение топлива. Продукты сгорания топлива под действием нагнетания от вентилятора и разрежения от эжектора выходят из горелки и с высокой температурой поступают в камеру смешения эжектора, где смешиваются с воздухом.

Рабочая смесь из воздуха и продуктов сгорания с высоким теплосодержанием от тепла сгораемого топлива проходит через эжектор, давление смеси в диффузоре эжектора повышается, и смесь с повышенным давлением подаётся в турбину, мощность турбины и, соответственно, частота вращения вала компрессора и расход воздуха через сопло эжектора увеличиваются. Разрежение в горелке возрастает и поступающего атмосферного воздуха становится достаточно для обеспечения автономного горения топлива в горелке. После запуска теплоэлектрогенератора и выхода его на режим автономного поддержания работы горелки и вращения турбины с компрессором электрический вентилятор отключается.

Атмосферный воздух, обладающий потенциальной энергией давления от гравитационного сжатия, поступает через горелку вместе с горячей газовоздушной смесью в зону разрежения — камеру смешения эжектора, при этом уменьшаются затраты энергии на подвод воздуха к горелке и обеспечивается полное сгорание топлива с избытком воздуха. За счёт экономии энергии на подачу воздуха для горения топлива можно получить более высокий КПД преобразования энергии топлива, чем в ГТД. А если в горелке турбинного когенератора с эжектором будет использован природный газ низкого давления без применения дожимного компрессора, то появится возможность иметь свою электростанцию и источник тепла в каждом сельском доме.

Предлагаемая технология с использованием продуктов сгорания топлива, смешиваемых с воздухом с помощью струйного аппарата (эжектора), может быть использована для работы экономичного газотурбинного двигателя. В КЭУ потенциальная энергия окружающей среды и тепловая энергия смеси продуктов сгорания топлива с воздухом преобразуются в кинетическую энергию общего потока смеси, которая после преобразования в диффузоре эжектора используется для работы турбины. В итоге на получение общего потока рабочей газовоздушной смеси в КЭУ с эжектором затрачивается меньше энергии, чем расходуется энергии турбины на работу воздушного компрессора в обычном ГТД, что ведёт к повышению общего КПД и снижению удельного расхода топлива в КЭУ.

В этом отличие КЭУ от других энергоустановок, позволяющее формировать рабочее тело для газовой турбины путём перемешивания продуктов сгорания любого топлива с воздухом и повышения давления этой смеси в диффузоре эжектора, чтобы направить её в расширительную машину — газовую турбину.

В турбине рабочая смесь с большим содержанием чистого воздуха, совершая работу на привод компрессора и электрического генератора, расширяется, её температура понижается, и отходящая смесь при умеренной температуре и минимальном содержании СО₂ поступает в теплицы, сушильные и другие отапливаемые объекты. Учитывая небольшое содержание СО₂ в продуктах сгорания и повышенное содержание в отходящей смеси воздуха, смесь может также нагнетаться в фермы для животных и жилые помещения.

Несомненно одно — создание высокоэкономичного теплоэлектрогенератора с применением тепловой пушки на газовом топливе в сочетании с эжектором и турбокомпрессором, с частичным использованием окружающей нас энергии атмосферы может стать важным шагом на пути освоения бестопливной энергетики в России.

Выводы

1. Для автономной работы ТЭГ не требуется подводить энергию от внешнего источника, то есть агрегат может начать работу в местах, не имеющих никакой энергии, кроме газа, который надо поджечь.

2. Отсутствие воды и пара в ТЭГ нового типа важно при работе в арктических условиях эксплуатации.

3. В отличие от паротурбинной энергетической установки с замкнутым циклом, с атмосферной газовой горелкой и внешним подогревом рабочей низкокипящей жидкости в новом ТЭГ используются продукты сгорания газа в качестве источника тепла и для одновременного получения рабочей газовоздушной смеси для обеспечения работы газовой турбины.

4. В отличие от авиационной ВСУ с камерой сгорания, турбокомпрессором и генератором, ТЭГ не имеет в своём составе камеры сгорания, работающей при повышенном постоянном давлении рабочего тела, как в любом ГТД. Для получения рабочей газовоздушной смеси используются атмосферная газовая горелка и эжектор с камерой смешения продуктов сгорания и воздуха.

5. Эжектор позволяет иметь пониженную температуру рабочего тела на выходе из ТЭГ. Использование газовоздушной смеси с большим содержанием воздуха и невысокой температурой на выхлопе позволит уменьшить выброс тепла и СО₂ в атмосферу по сравнению с современными бензиновыми и дизельными двигателями и угольными котельными.

6. Разрабатываемый теплоэлектрогенератор как эжекторно-турбинный когенератор на газовом топливе не имеет аналогов даже за рубежом.

7. Использование эжекторного струйного аппарата для работы эжекторно-турбинного когенератора на газовом или ином топливе позволит сочетать в одном агрегате автономный электрический турбогенератор небольшой мощности и эффективный источник тепла для систем отопления и горячего водоснабжения.

Если в горелке эжекторно-турбинного когенератора будет использован бытовой газ низкого давления без применения дожимного компрессора, то появится возможность иметь свою электростанцию и источник тепла в каждом сельском доме в нашей стране.

Территория Нефтегаз | ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТУРБИННОГО ПРИВОДА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛА НА ОБЪЕКТАХ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В статье рассматривается отечественная разработка турбинной установки, вырабатывающей электричество за счет энергии компримированного и поступающего по трубопроводу природного газа. Рассмотрены перспективы применения данной энергетической установки в качестве альтернативного источника возобновляемой энергии на труднодоступных объектах ПАО «Газпром».

Ключевые слова: ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ, ЭНЕРГОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА, ЭНЕРГИЯ КОМПРИМИРОВАННОГО ГАЗА, КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДЕ, ТУРБОДЕТАНДЕР, МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР.

Авторы:

УДК 621.311
А.П. Черных, ООО НПП «Газэлектроприбор» (Москва, РФ), [email protected]

Литература:

1. Епифанова В.И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа: Учебник для вузов по специальности «Криогенная техника». – М.: Машиностроение, 1981. – 367 с., ил.

2. Чигрин В.С. Конструкция компрессоров и детандеров холодильных установок. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2002. – 131 с.

3. Иванов В.Л., Леонтьев А.И., Манушин Э.А. и др. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2003. – 592 с.

4. Степанец А.А. Энергосберегающие турбодетандерные установки. – М.: Недра, 1999. – 258 с.

Тепло тела в электроэнергию: ученые НИТУ «МИСиС» разработали новый способ зарядки гаджетов

Ученые НИТУ «МИСиС» разработали новый тип энергоэффективных устройств — термоячеек, превращающих тепло в энергию. Это позволит создавать портативные элементы питания, которые можно будет нанести практически на любую поверхность, в том числе на одежду для получения электричества прямо от поверхности тела. Результаты разработки представлены в журнале Renewable Energy.

Термоэлектричество — электроэнергия, полученная из тепла благодаря разницам температурных потенциалов — одно из самых перспективных направлений «зеленой энергетики». Эта разница потенциалов (так называемые температурные градиенты) окружают нас повсеместно — нагретое на солнце здание, работающий транспорт, даже тепло человеческого тела. Проблема состоит в том, что современные термоэлектрохимические ячейки (термоячейки) обладают довольно низкой выходной мощностью.

Ученые НИТУ «МИСиС» нашли решения этой проблемы, разработав новый тип термоячеек, состоящих из оксидно-металлических электродов и водного электролита. Такая комбинация позволит повысить ток, одновременно снижая внутреннее сопротивление элемента, что даст на выходе увеличение мощности в 10-20 раз по сравнению с аналогами — до 0,2 В при температуре электрода до 85 °С. благодаря использованию воды.

«Мы показали возможность применения в термоячейке оксидно-никелевого электрода на основе полых никелевых микросфер. Достигнут рекордный для водных электролитов показатель гипотетического коэффициента Зеебека. Кроме того, мы обнаружили нетипичное для термоячеек нелинейное изменение вольт-амперных характеристик, обеспечивающее рост КПД устройства», — комментирует один из авторов работы, ведущий эксперт кафедры ФНСиВТМ НИТУ «МИСиС» Игорь Бурмистров.

Высокое значение коэффициента Зеебека позволит использовать в качестве источника энергии даже тепло человеческого тела. Есть и еще одно существенное преимущество новой структуры — использование водного электролита снижает стоимость производства и повышает безопасность системы.

Далее ученые намерены добиться повышения выходной мощности за счет оптимизации состава электродного материала и улучшения конструкции термоячейки. В перспективе же можно создать суперконденсатор, который бы сохранял в себе заряд длительное время.

Альтернативная энергетика | Ассоциация «НП Совет рынка»

Полезные разделы

Альтернативная энергетика

Альтернативная энергетика

Альтернативная энергетика —  к  альтернативной энергетике  относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:Ветроэнергетика  — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;Гелиоэнергетика  — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;Геотермальная энергетика  — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, т. е., там, где естественные источники тепла наиболее доступны;Водородная энергетика  — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода;Альтернативные виды гидроэнергетики: приливная и волновая энергетика. В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. 

Получение тепловой и электрической энергии

Электростанция осуществляет генерацию только электроэнергии, тогда как теплофикационная электростанция производит одновременно тепловую и электрическую энергии. В частности тепловая энергия необходима для обогрева жилых зданий, посредством пропускания горячей воды через биметаллические радиаторы. Биметаллические радиаторы — очень эффективно отапливают помещения.

В зависимости от первичного источника энергии станции, разделяются на следующие виды:

ü       ТЭС — тепловые электростанции, использующие в качестве первичного источника нефть, уголь или газ;

ü       АЭС (атомные электростанции), первичным источником которых является концентрат урана;

ü       ГЭС (гидравлические электростанции), для которых в качестве первичного источника выступает вода.

В свою очередь тепловые электростанции бывают:

ü       ТЭЦ — теплофикационные, генерирующие как электроэнергию, так и тепло;

ü        КЭС — конденсационные тепловые станции, генерирующие только электроэнергию. К этому виду станций относятся и ГРЭС — государственные районные электростанции.

Помимо вышеперечисленных АЭС, ТЭС и ГЭС применяются и нетрадиционные виды электростанций с небольшой мощностью.

Генерация, надежная передача и конечное распределение электроэнергии является функцией электрической части электростанций. Чтобы осуществить выработку электроэнергии используются синхрогенераторы или турбогенераторы на тепловой электростанции. При использовании сборных шин происходит получение электроэнергии и последующая доставка к конечным потребителям. Электрическая часть также включает в себя электроприемники и аппараты коммутаций.

Энергетическая система – это соединенные друг с другом производственные объекты, электрические сети и конечные потребители, которые объединены совместным режимом и централизованным управлением при постоянном процессе производства, распространения и потребления электрической и тепловой энергии.

Электроэнергетическая система представляет собой часть энергетической системы, включающей электрические составляющие электростанций, электросети и конечных потребителей электроэнергии, объединенных общностью режима и непрерывностью процесса генерации электроэнергии с последующим надежным распределением и конечным потреблением. Тепловые сети и потребители тепловой энергии не входят в понятие энергетическая система.

Электросетью называется совокупность электроустановок, распределяющих электроэнергию. Можно выделить следующие основные элементы — распределительные устройства, подстанции и линии, передающие электроэнергию.

Номинальное напряжение, которое принято в качестве стандартного в нашей стране, допустимо в пределах 6 -1150кВ.

Величина напряжения, с которым производиться передача электроэнергии от электростанции составляет 110-1150 кВ. Этот показатель значительно превышает напряжение, применяемое в генераторах (3 -21 кВ). В качестве преобразователя используют электроустановку — электрические подстанции, состоящую из сборных шин, трансформаторов, аппаратов коммутаций и вспомогательного оборудования.

.

Электричество в нашей жизни

В настоящее время электроприборы в доме и на работе стали незаменимыми помощниками, создающими комфортные условия для человека. Однако не стоит забывать о том, что электрический ток может представлять угрозу и он безопасен до тех пор, пока находится под «замком» изоляции проводов.

Чтобы не попасть в беду, необходимо знать и соблюдать меры безопасности при использовании электроприборов, а также правила действий при возникновении чрезвычайных ситуаций, связанных с электричеством.

Предлагаем вашему вниманию материалы тематического занятия «Электричество вокруг нас».

Автор: Егоров Сергей Валерьевич

Рекомендации по работе с презентацией к классному часу «Электричество в нашей жизни»
для обучающихся 9–11-х классов

Вариант проведения занятия [PDF] [DOCX]
Презентация [PDF] [PPTX]

Цель: формирование ценности здорового и безопасного образа жизни.

Задачи:

• расширить представление учащихся об электроэнергетике;
• сформировать устойчивые навыки электробезопасности;
• развить ответственное отношение за свою жизнь и здоровье.

Методический материал носит рекомендательный характер; учитель, принимая во внимание особенности каждого класса, может варьировать вопросы, их количество, менять этапы занятия.

---

Учитель:

— Что общего между изображениями на слайде?
— Попробуйте сформулировать тему классного часа. (Тема «Электричество в нашей жизни»).
— Какие ещё сферы вашей жизни связаны с электричеством?

Для учителя:
Электричество даёт нам свет, тепло, приводит в движение различные механизмы, позволяет играть в компьютерные игры, готовить вкусную еду, запускает аттракционы и умеет ещё многое другое.

---

Тема классного часа:

«Электричество в нашей жизни».

 

 

 

---

Как и откуда к нам поступает электричество?

Учитель: изучите схему.

— К какому виду электростанций относятся источники получения электричества на слайде?
— Какие ещё электростанции и виды промышленной энергетики существуют в мире?
— Попробуйте перечислить, а далее аргументировать плюсы и минусы различных видов получения электричества.

Для учителя:

На слайде: теплоэлектростанция и гидроэлектростанция.

Электростанции и виды промышленной энергетики:

— Ядерная энергетика (атомные электростанции (АЭС).
— Ветроэнергетика – использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии.
— Гелиоэнергетика – получение электричества из энергии солнечных лучей.
— Геотермальная энергетика – использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии.
— Водородная энергетика – использование водорода в качестве энергетического топлива.
— Приливная энергетика – использует энергию морских приливов.
— Волновая энергетика – использует энергию волн.

---

Учитель: Для того чтобы потребители получили электричество, его нужно передавать наименее энергозатратно и безопасно. Ознакомьтесь со схемой и, используя знания курса физики, попробуйте порассуждать.

— Для чего необходимы электроподстанции?
— Кто входит в число потребителей электричества?

Для учителя: 

Подстанция, на которой стоят повышающие трансформаторы, увеличивает электрическое напряжение при соответствующем снижении значения силы тока, в то время как понижающая подстанция уменьшает выходное напряжение при пропорциональном увеличении силы тока. Основная же причина повышения напряжения состоит в том, что, чем выше напряжение, тем большую мощность и на большее расстояние можно передать по линии электропередачи.

Учитель: В московском регионе электрораспределением занимается ПАО «МОЭСК» (Публичное акционерное общество «Московская объединённая электросетевая компания»).

Ознакомьтесь с роликом сайта ПАО «МОЭСК» и ответьте на вопросы.

— Какие основные виды деятельности оказывает ПАО «МОЭСК»?
— Приходилось ли вам, вашим родителям или знакомым прибегать к помощи ПАО «МОЭСК»? Расскажите, как это произошло.

Для учителя:

ПАО «МОЭСК» оказывает услуги по передаче электрической энергии и технологическому присоединению потребителей к электрическим сетям на территории Москвы и Московской области. Территория обслуживания – 46 892 кв. км. Число клиентов компании превышает 17 млн человек, что составляет более 96 % потребителей города Москвы и 95 % Московской области.

Миссия общества: ПАО «МОЭСК», осуществляя электроснабжение столичного региона Российской Федерации, стремится обеспечить максимальный уровень надёжности и доступности распределительной сетевой инфраструктуры, используя энергоэффективные технологии и инновации, придерживаясь мировых стандартов качества предоставляемых услуг и лучшей практики корпоративного управления.

---

Учитель: Электроприборы, которыми вы пользуетесь дома и в школе, электрические сети и подстанции, мимо которых вы проходите во дворе и на улице, при нормальной, штатной работе безопасны.

При неправильном использовании электроприборов и нахождении на запрещённых территориях электроустановок, а также неправильных действиях при возникновении чрезвычайной ситуации с обрывом электропроводов возникает реальная угроза для жизни и здоровья человека – электротравма. Она приводит к нарушению нормальной деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы, нарушению дыхания, а также возникновению ожогов, в том числе со смертельным исходом.

Учитель. Ответьте на вопросы. Сталкивались ли вы:
— с неисправными электрическими приборами или оборудованием;
— с нарушениями при использовании электроприборов;
— с нарушением правил нахождения рядом с электроустановками, которые привели или могли привести к несчастному случаю?

Порассуждайте и попробуйте назвать причины случившегося.

Справочные материалы для учителя: Поражение электрическим током (электротравма). 

---

Учитель6 Назовите причины получения электротравмы, используя знания курсов физики, технологии.

Для учителя:

— Повреждение изоляции провода или повреждение розетки.
— Вода является хорошим проводником электричества.
— Повреждение розетки, вилки.
— Возможно замыкание на токопроводящую поверхность прибора или возгорание прибора.

— При соприкосновении с токопроводящими деталями.
— Большая влажность, наличие ёмкостей с водой, влажный пол (вода является хорошим проводником электричества).

---

Учитель: Безопасным считается напряжение 12 вольт (аккумуляторы большинства автомобилей). Наибольшее распространение в промышленности, сельском хозяйстве и в быту получили электрические сети напряжением 220 и 380 вольт. Это напряжение экономически выгодно, но очень опасно для человека.

Аргументируйте, чем опасны для каждого персонажа ситуации на слайде. Почему?

Для учителя: Правила нахождения вблизи энергообъектов:

— Не касайтесь оборванных висящих или лежащих на земле проводов и не подходите к ним ближе, чем на 10 метров. (Вы можете попасть в шаговое напряжение).
— Не влезайте на опоры высоковольтных линий электропередачи, не играйте под ними, не разводите костры, не делайте на провода набросы предметов, не запускайте под проводами воздушных змеев.
— Не открывайте трансформаторные будки, электрощитовые и другие электротехнические помещения, не трогайте руками электрооборудование, провода.
— Заметив оборванный провод, незакрытые или повреждённые двери трансформаторных будок или электрических щитов, немедленно сообщите об этом взрослым.
— Не рыбачьте под проводами линии электропередачи. (Многие удочки – отличные проводники электричества).

---

Учитель: Несмотря на соблюдение правил безопасности, вокруг нас возможно возникновение нестандартных ситуаций, которые могут привести к несчастным случаям. Одной из возможных ситуаций является обрыв электропроводов после падения на них деревьев или больших веток после стихийных бедствий.

Если вы оказались рядом с оборванным высоковольтным проводом, удар током можно получить, находясь и в нескольких метрах от него, за счет шагового напряжения.

Выполните задание.

Составьте справочный материал о шаговом напряжении, используя материалы.

В материале должны отражаться ответы на вопросы:
— Что из себя представляет шаговое напряжение?
— Чем оно опасно для человека?
— Как нужно передвигаться при воздействии на вас шагового напряжения?

---

Выберите знак препинания для фразы. Аргументируйте свой ответ.

 

 

 

 

---

Полезная информация.

Учитель. При возникновении несчастного случая, обязательным условием является вызов служб экстренной помощи.

 

 

 

---

Полезные электронные ресурсы:

— ПАО «Московская объединённая электросетевая компания»;
— ПАО «Россети»;
— Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России);
— Городской методический центр Департамента образования города Москвы (ГМЦ ДОгМ);
— Библиотека Московской электронной школы (МЭШ).

 

 

Использование газовой тепловой пушки для использования электроэнергии | Архив С.О.К. | 2018

Россия включает в себя самые холодные регионы в мире, поэтому проблема отопления помещений всегда находилась если на первом месте, то, как минимум, в числе важнейших. В различное время для этих целей используются самые разнообразные устройства — от печки до калорифера. У каждого из них имеется один большой недостаток — низкая мощность и как следствие, большое промежуток времени, необходимое для достижения комфортной температуры в отапливаемом помещении.Именно это подтолкнуло к быстрому росту такого вида обогревателя, как тепловая пушка.

, появление первых тепловых пушек в России сразу сделало их необычно популярными из-за условий нашего климата и в связи с тем, что большинство зданий в России не имеют централизованного отопления, а также мобильность и эффективность этих обогревателей. Все эти причины сформировали стабильный, увеличивающийся с каждым годом спрос. Мировой и российский рынок газовых нагревателей воздуха или газовых тепловых пушек переполнен такими агрегатами китайского, корейского, американского, немецкого, итальянского, польского производства.И все они используют для получения тепла от сгораемого топлива, но не могут служить для получения электроэнергии.

Использование тепловой пушки также для использования электрической энергии ещё более увеличит на такой универсальный когенератор.

Задача одновременного получения тепла и электроэнергии от газовой тепловой пушки и превращения её в теплоэлектрогенератор (ТЭГ) является весьма актуальной автономной малой энергетики. Круг заказчиков и потребителей когенераторов (рис.1) расширится по одному с заказчиков тепловых пушек многократно. Они могут стать предметом экспорта из России.

При разработке ТЭГ на газовом топливе можно использовать простой газовый нагреватель воздуха прямого действия, то есть не имеющий теплообменника. Такие устройства безопасны, количество выделяемых ими вредных веществ такое же, как и у обычной газовой плиты при одинаковой мощности.

Использовать первый газовый нагреватель воздуха.При проведении исследования применяется струйный аппарат — газовый эжектор для смешивания продуктов сгорания топлива и сжатого воздуха на выходе из эжектора, а для создания разрежения в горелке использовать компрессор и турбину.

Целью создания разрежения в горелке является подсос воздуха из окружающей среды для горения газа. Целью смешивания продуктов сгорания топлива с воздухом в эжекторе является подвод энергии к рабочему телу. Целью сжатия смеси в эжекторе является использование потенциальной энергии давления рабочего тела для работы турбины.

В этом отличие эжекторного ТЭГ от других энергетических установок (ДВС, ГТД), в которых сгорание топлива производится при переменном или постоянном давлении в сжатом воздухе с целью подвода энергии к рабочему телу и достижению полезной работы при расширении рабочего тела (продуктов сгорания) в цилиндре ДВС или на лопатках турбины.

В эжекторе ТЭГ низкопотенциальная энергия окружающей среды и тепловая энергия смеси воздуха и продуктов сгорания топлива преобразуются в повышенную потенциальную энергию потока смеси, которая используется для использования механической работы в ТЭГ.

Эжектирование — приведение в движение пара, газа или жидкости путём разрежения среды, которая создаётся в соответствии с законом Бернулли другим, движущимся с большей скоростью, рабочим потоком путём нагнетания газа в получаемую разреженную среду. Источником энергии может становиться потенциальная энергия силы гравитации атмосферного воздуха. Под действием полученного разрежения воздух поступает в смеситель эжектора, расширяясь и ускоряясь, при прохождении диффузора на выходе из эжектора давление газовоздушной смеси повышается и смесь поступает в расширительную машину (турбину).Газовый эжектор (рис. 2) — устройство, в котором избыточное давление, высоконапорных газов используется на компримирование газов низкого давления.

Газовый эжектор прост по конструкции, надёжен в работе, имеет малый срок окупаемости, работает в широком диапазоне изменений параметров газа. Использование в работе эжекторного оборудования элементарных физических систем (Бернулли) позволяет получать эффективные и надежные технические решения по сравнению с механическими нагнетателями — компрессорами, насосами, вентиляторами и др.). Эжектор относится к струйным аппаратам, в которых осуществляется процесс, заключающийся в передаче кинетической энергии одного потока другому потоку непосредственного контакта (смешения).

Поток, вступающий в процесс смешения с большей скоростью, называется эжектирующим или рабочим потоком, а с меньшей скоростью — эжектируемым.

Эжекторы используются для вентиляции помещений, для откачки горячих газов, атмосферного воздуха через теплообменник и откачки горячих продуктов сгорания топлива.

Как правило, в струйных аппаратах происходит преобразование потенциальной энергии и теплоты в кинетическую энергию. В процессе движения через проточную часть струйного аппарата происходит выравнивание скоростей смешиваемых потоков, а затем обратное преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию. Обычно давление смешанного потока на выходе из струйного аппарата выше давления эжектируемого потока перед аппаратом, но ниже рабочего давления потока на выходе.На сжатие газовой смеси в эжекторе затрачивается меньше энергии, чем расходуется энергия турбины на работу воздушного компрессора в ГТД.

В конструкции струйного насоса (эжектора) нет механического привода. За счёт этого он обладает хорошими производственными характеристиками. Простота включения струйных аппаратов в схемы установки с исключительной простотой их конструкции, а также несложностью их изготовления, что уже обеспечило широкую область использования этих аппаратов в технике.

Первым учёным, обратившим внимание на необходимость поиска нетрадиционных источников в энергетике, был Никола Тесла. В 1892 году он высказал такую ​​мысль: « Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство. Всё окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен быть найден более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известное в настоящее время. Когда свет получится из окружающей нас среды, и когда таким образом будет получаться все формы энергии из этого неисчерпаемого источника, человечество пойдёт вперёд гигантскими шагами ».

Эта идея Николы Тесла является призывом к поискам альтернативных источников энергии. В поисках таких источников многие специалисты обращают внимание на струйную энергетику. Сегодня учёные уже практически подошли к реализации этой идеи.

Пример использования струйного аппарата — трансзвуковой струйный насосподогреватель «Фисоник» (рис. 3), в котором за счёт пара производит нагревание воды при смешивании пара с водой и нагнетание горячей воды в тепловую сеть. «Фисоник» — это теплообменник, в котором не создается механическая работа, а используется только давление воды, рабочее тело служит водяной пар.

Другим примером многолетнего использования струйного аппарата карбюратор внутреннего сгорания с искровым зажиганием. В таком двигателе при движении поршня создается разрежение в карбюраторе, в котором, как в эжектор, засасывается топливо, получаемая топливно-воздушная смесь после сжатия сгорает в двигателе.

Основой внедрения эжекционного процесса в энергетике стало научное открытие №314 (от 2 июля 1951 года) О. И. Кудрина, А. В. Квасникова и В.Н. Челомея «Явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струёй». Позднее было доказано, что данный эффект полезен не только для создания дополнительной реактивной тяги авиационного движителя, но и для его использования в эжекторном сопловом аппарате ГТД с постоянной мощностью на валу [2].

К сожалению, открытие не получило широкого применения. Вероятно, потому, что изначально исследования проводились в авиационной отрасли и были задействованы только на получении мощной тяги летательных аппаратов.Это обстоятельство, наряду с отсутствием информации об экспериментальных исследованиях в авиационной отрасли, стало препятствием для его внедрения в других отраслях, где воздушная масса, получаемая в результате преобразования энергии атмосферы, можно использовать не только для получения реактивной тяги, а более эффективно и в. другие варианты преобразования энергии атмосферы. С помощью этой цели с помощью цели использования энергии для последующего использования в энергетических системах.

На основе потенциальной энергии гравитации атмосферного воздуха используется дополнительный источник энергии (рис. 4).

На начальном этапе испытания окружающей среды использует в комбинированной энергетической установке (КЭУ).

В исследуемом эжекторном теплоэлектрогенераторе с целью использования его в сопловой аппарате внешней среды в компрессоре сжимают воздух и обеспечивается разрежение через горелку в зоне разрежения всасывания из окружающей среды, который обеспечивает горение топлива. .Затем воздух, отходящий из соплового аппарата эжектора, смешивается с продуктами сгорания топлива и поступающим из внешней среды, и горячая смесь газовоздушная после сжатия в диффузоре эжектора поступает на лопатки турбины, служащей приводом компрессора и генератора.

тем самым, за счёт создаваемого в эжекторе разрежения, дополнительный источник энергии становится потенциальная энергия гравитации гравитации атмосферного воздуха, который под действием разности давлений всасывается в смеситель, где также смешивается с потоком топлива и воздухом от компрессора, образуя при прохождении через диффузор эжектора высокопотенциальную смесь, воздействующую непосредственно на лопатки турбины.

Алгоритм работы теплоэлектрогенератора с газовой горелкой и эжектором может быть таким. Перед запуском эжекторного ТЭГ включается вентилятор, воздух проходит через горелку и поступает на турбину, которая раскручивается вместе с компрессором и генератором. Воздух от компрессора пропускается через сопло эжектора, создаёт разрежение на входе в эжектор и увеличивает поток воздуха через горелку. Затем поджигается топливо (газ), и начинается процесс горения с нагнетанием вентилятором воздуха на горение топлива.Продукты сгорания топлива под воздействием нагнетания от вентилятора и разрежения от эжектора выходят из горелки и с высокой температурой поступают в камеру смешения эжектора, где смешиваются с воздухом.

Рабочая смесь из воздуха и продуктов сгорания с высоким теплосодержанием от сгораемого топлива проходит через эжектор, давление смеси в диффузоре эжектора повышается, и смесь с повышенным давлением подаётся в турбину, мощность турбины и, соответственно, частота вращения вала компрессора и расход воздуха через сопло эжектора увеличиваются. Разрешение в горелке возрастает и поступающего атмосферного воздуха достаточно для обеспечения автономного горения топлива в горелке. После запуска теплоэлектрогенератора и его выхода на режим автономного поддержания работы горелки и вращения турбины с компрессором электрический вентилятор отключается.

Атмосферный воздух, обладающий потенциальной энергией давления от гравитационного сжатия, поступает через горелку с горячей камерой газовоздушной смесью в зоне разрежения — смешения эжектора, при этом уменьшаются затраты энергии на подвод воздуха к горелке и обеспечивается полное сгорание топлива с избытком воздуха.За счёт экономии энергии на подачу воздуха для горения топлива можно получить более высокий КПД преобразования энергии топлива, чем в ГТД. А если в горелке турбинного когенератора с эжектором будет использован природный газ низкого давления без применения дожимного компрессора, то появится возможность иметь свою электростанцию ​​и источник тепла в каждом сельском доме.

Предлагаемая технология использования продуктов сгорания топлива, смешиваемого с воздухом с помощью струйного аппарата (эжектора), может быть использована для работы экономичного газотурбинного двигателя.В КЭУ потенциальная энергия окружающей среды и тепловая энергия смеси продуктов сгорания топлива с воздухом преобразуются в электрическую энергию общего потока смеси, которая после преобразования в диффузоре эжектора используется для работы турбины. В результате получается общий поток рабочей смеси газовоздушной смеси в КЭУ с эжектором затрачивается меньше энергии, чем расходуется энергия турбины на работу воздушного компрессора в обычном ГТД, что ведёт к повышению общего КПД и снижению удельного расхода топлива в КЭУ.

В этом отличие КЭУ от других энергоустановок, позволяющее формировать рабочее тело газовой турбины путём перемешивания продуктов сгорания любого топлива с воздухом и повышения давления смеси в диффузоре эжектора, чтобы направить её в расширительную машину — газовую турбину.

В турбине рабочая смесь с большим содержанием чистого воздуха, совершенной работы на привод компрессора и электрического генератора, расширяется, понижается температура и отходящая смесь при умеренной температуре и в теплице СО ₂ поступает в теплицы, сушильные и другие отапливаемые объекты.С учетом небольшого содержания СО ₂ в продуктах сгорания и повышенного содержания в отходах смесительной воздуха, смесь может также нагнетаться в фермы для животных и жилые помещения.

Несомненно одно — создание высокоэкономичного теплоэлектрогенератора с использованием тепловой пушки на газовом топливе в сочетании с эжектором и турбокомпрессором, с частичным использованием окружающей нас атмосферы может стать важным шагом освоения бестопливной энергетики в России.

Выводы

1. Для автономной работы ТЭГ не требуется подводная энергия от внешнего источника, то есть агрегат, не имеющий никакой энергии, кроме газа, который надо поджечь.

2. Отсутствие воды и пара в ТЭГ нового типа важно при работе в арктических условиях эксплуатации.

3. В отличие от паротурбинной энергетической установки с замкнутым циклом, атмосферной газовой горелкой и подогревом рабочей низкокипящей жидкости в новом ТЭГ используются продукты сгорания газа в источнике тепла и для одновременного получения рабочей газовоздушной смеси для работы газовой турбины.

4. В отличие от авиационной ВСУ камеры сгорания, турбокомпрессора и генератора, ТЭГ не имеет в своём составе камеры сгорания, работающей при повышенном постоянном давлении рабочего тела, как в любом ГТД. Для получения рабочей газовоздушной смеси используется атмосферная газовая горелка и эжектор с камерой смешения продуктов сгорания и воздуха.

5. Эжектор позволяет снизить температуру рабочего тела на выходе из ТЭГ. Использование газовоздушной смеси с большим содержанием воздуха невысокой температурой на выхлопе позволяет уменьшить выброс тепла и СО ₂ в атмосфере по сравнению с современными бензиновыми и дизельными двигателями и угольными котельными.

6. Разрабатываемый теплоэлектрогенератор как эжекторно-турбинный когенератор на газовом топливе не имеет аналогов даже за рубежом.

7. Использование эжекторного струйного аппарата для работы эжекторно-турбинного когенератора на газовом или ином топливе сочетать в одном агрегате автономный электрический турбогенератор небольшой мощности и эффективный источник тепла для систем отопления и горячего водоснабжения.

Если в горелке эжекторно-турбинного когенератора будет использоваться бытовой газ низкого давления без применения дожимного компрессора, то появится возможность получить свою электростанцию ​​и источник тепла в каждом сельском доме в нашей стране.

Дешевый, безопасный, экологичный, но редкий способ получения электричества в промышленных масштабах

После Чернобыля мир не испугался и прекратил строительство атомных электростанций. Мир решил, наверное, что это сработал специфически советский человеческий фактор. После катастрофы на АЭС «Фукусима» в Японии человечество осознает, что атомная энергия даже в руках осторожных, ответственных и технически продвинутых цивилизаций. Германия и другие страны ЕС уже думают о полном прекращении использования АЭС.Поэтому поиск новых, опасных источников энергии сейчас актуален как никогда. Одним из таких источников может стать тепло земли.

Сидим на грелке

Под наружной оболочкой Земли — земной корой — находится разогретая мантия, где, возможно, зарождаются вулканы (по другим теориям, вулканы зарождаются во внешней, расплавленной оболочке ядра). Горячая магма поднимается вверх по тектоническим трещинам и вступает в контакт с океанической водой, которая инфильтрируется из придонных областей океана в околомагматические зоны.Там вода нагревается, вбирает часть растворенных в магме газов — таких как сероводород и углекислый газ — и других химических веществ, захватывая и элементы из породы, которые она фильтруется. Увеличение содержания СО2 вызывает образование сильного адсорбента — кальциевого силикагеля, что ведет к изменению проницаемости водовмещающих комплексов и, в соответствии с расчетом, тепловой и геохимической геотермальной системы. Считается, что наличие силикагеля обусловливает высокими концентрациями разных веществ в термальных водах.

На континентах земная кора обычно очень мощная — до 70, иногда до 100 километров. Более древние магматические породы обычно перекрыты толстым осадочным чехлом, и магме его просто не прорвать. Там же, где земная кора тоньше — например, в переходе от континентальной коры к океанической — магме, раскаленным газам и перегретому водяному пару легче выбраться на поверхности. Именно в таких регионах случаются самые интересные геологические события наших дней — извержения вулканов, землетрясения, именно там фыркают и плюются гейзеры, дымят фумаролы, и именно там сравнительно легок доступ к подземным источникам тепла.Вообще-то активные проявления вулканизма отмечаются в областях, где кора тоньше всего — на дне океанов, в условиях срединно-океанических хребтов, но ни видеть, ни толком изучать, ни тем более использовать этот вулканизм мы пока не научились.

Основная часть территории России расположена на двух древних, 2,5 — 3,5 млрд лет, платформах (Восточно-Европейской и Сибирской). Между ними сравнительно молодая (всего 250-400 млн лет), но тоже надежная Западно-Сибирская плита. Поэтому в России районы с тонкой корой находятся только на дальних окраинах — на Камчатке и Курильских островах, которые входят в зону активных геологических процессов.»В областях современного вулканизма формируются и геотермальные месторождения месторождения, — доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией тепломассопереноса ИВиС ДВО РАН Алексей Кирюхин. — Условия их формирования могут быть разными. в его окрестностях геотермальное месторождение (пример — вулкан Ключевский), чем крупнее геотермальное месторождение, тем меньше шансов увидеть в его пределах большой вулкан (пример — Долина гейзеров в Калифорнии) «.

Окраины Тихого океана образуют Тихоокеанское огненное кольцо. Огненное оно потому, что здесь содержится большинство действующих вулканов. Здесь же происходит субдукция

Области современного вулканизма, в основном, представляют собой так называемый Тихоокеанском огнце — это практически все окраины Тихого Океана, включая Камчатку, Курилы, Японию, Индонезию, Филиппины, Анды и Кордильеры, цепочку Алеутских островов и архипелаг Огненная Земля. Все эти территории территории к зонам самой, альпийской складчатости, и на окраинах материков подвержены процессуальной субдукции — поддвиганию океанической коры под континентальной. В процессе субдукции окраинные участки континентальной коры вздымаются, формируются «ныряющая» фронтальная зона тонкой океанической коры плавится, давая «сырье» для современных вулканов.

К зонам альпийской складчатости также относится Альпы и Пиренеи, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи. Многие вулканы здесь уже прошли активную стадию, и в породах, перекрывающих остывающую магму, проходят постмагматические процессы.В таких районах затухающего или «дремлющего» вулканизма — который проявляется не столько извержениями, сколько работой гейзеров, фумарол, грязевых вулканов — как раз и возможность использования электричества в промышленных масштабах. В других, менее активных, областях, впрочем, тоже можно использовать земное тепло. Даже в стабильных платформенных областях встречаются источники термальных вод, да и геотермический градиент может быть достаточно высоким.

Креативная, дешевая и чистая технология

Использовать геотермальное тепло можно по-разному.Во-первых, как древние римляне, можно непосредственно применять термальные воды для обогрева и ванн. Бесчисленные горячие источники в Европе, Америке, на Филиппинах, — это проявления все тех же поствулканических процессов. В России тепло подземных вод используется для обогрева зданий и теплиц в Калининградской области, в регистрации Сибири, в Краснодарском крае. Такое «использование тепла» позволяет сэкономить и снизить нагрузку на прямую среду.

Новозеландская геотермальная станция Ваиракеи открыта в 1958 году, первой после войны и второй в мире (самая первая построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году).

Фото: National Geographic / Getty Images / Фотобанк

Можно использовать тепловые насосы, позволяющие обогревать или охлаждать жилые дома за счет разницы температур между воздухом и грунтом. А можно — в дополнение к простому обогреву — построить геотермальную электростанцию ​​и получать очень дешевую электроэнергию. В зависимости от геологических источников, — то есть от пород, наличия и состава воды в них, разные типы гидротермоэлектростанций.

В некоторых случаях геотермальная энергия позволяет убить сразу нескольких зайцев. Например, «Шеврон» использует для ее получения горячие воды, выкачиваемые из недр вместе с нефтью. На поверхности раскаленная смесь воды и пара отделяется от нефти, сепарируется, парает вращение турбины и дает электроэнергию, вода же закачивается обратно в породу. Это позволяет одновременно решить проблему токсичных сбросов и поддержать давление в нефтяном пласте, тем самым улучшая его нефтеотдачу и увеличивая срок использования скважины.

Геотермальная энергетика, новая отрасль на стыке нескольких наук и промышленности, привлекает внимание ученых и практиков разных специальностей. Одни задумываются, как добывают редкие и благородные металлы, растворенные в горячих подземных водах. Может быть, именно в этой фазе охлаждения этих вод когда-нибудь и удастся извлечь золото и платину.

Другие изобретают способы применения низкотемпературных вод. Главный инженер ОАО «Геотерм» Дмитрий Колесников считает, что вскоре будет использоваться технология вторичного использования сепарата, то есть частично охлажденной воды: «Ее можно использовать на любых промышленных предприятиях, где есть горячие стоки.Во-вторых, может возникнуть проблема энергоснабжения самого предприятия «.

Россия отличается стабильностью

Геотермальная энергетика в России начала развиваться в 1960 году. Тогда были построены первые — по сути, экспериментальные — электростанции. Паужетская ГеоЭС (11 МВт), на одноименном геотермальном месторождении была построена в 1967 году.«Эта электростанция служила как бы опытной площадкой, на ней опробовались технологии, испытывалась паро-водяная смесь», — рассказал Колесников. Неподключена от нее расположена Мутновская ГеоЭС (50 МВт) и Верхне-Мутновская (12 МВт) ГеоЭС. На Курилах, на островах Кунашир и Итуруп, тоже работают две относительно небольшие ГеоЭС — 6 и 2,6 МВт. Собственно, этим недлинным списком и ограничивается действующая российская геотермальная энергетика.

Первая в России геотермальная электростанция — Паужетская — введена в эксплуатацию в 1966 году.

Фото: РИА НОВОСТИ

Из-за высокого уровня стабильности российского геологического устройства западные, восточные, юго-восточные и даже некоторые африканские страны обеспечивают нас далеко позади в области геотермальной энергетики. В Исландии на геотермальных электростанциях получают 30% электроэнергии, на Филиппинах — более 25%, в Сальвадоре и Коста-Рике — около 15%, в Новой Зеландии и Никарагуа — 10%.В США доля «геотермального» электричества невелика, всего 0,3%, но по объемам выработки США опережают все остальные страны мира.

В США широко известной геотермальной электростанцией в Калифорнии и Неваде в 2006 году добавилась маленькая, но необычная электростанция в самой глубокой глубокой глубине — на Аляске, на курорте China Hot Springs. Хотя термальные источники там горячи для человека (74С), эта температура все же слишком низка для производства по обычной технологии. Тем не менее, решение — применение бинарного цикла — было найдено: в теплообменнике природная вода отдает свое тепло специальному реагенту, который закипает при столь низкой температуре. Слегка охлажденная (примерно до 70 градусов) вода честно возвращается в исходный горизонт. За пять лет эксплуатации температура поступающей воды упала примерно на градус. Три могут генератора давать 650 кВт в час, что достаточно, например, для обслуживания целого поселка. Каждый генератор стоит около $ 800 000, и окупаемости за полгода ожидать не стоит.Но лет за 10 эти инвестиции окупятся даже при цене электричества в 6 центов за киловатт. Генератор, работающий на мазуте, «стоил» 30 центов за киловатт, так что разница очевидна.

А бинарная технология, используемая на Аляске, вообще-то изобретена в России еще в 1967 году, в применении на Паратунском геотермальном месторождении на Камчатке.

Экономика горячей воды

Как считает Дмитрий Колесников, преимущества геотермальной энергетики в простоте процесса иизне получаемой энергии. «Собственно, бурится скважина, из которой идет паро-водяная смесь, которая на станции сепарируется, пар вращает турбину, и дальше все работает как в обычной котельной», — объяснил он принцип работы.

Геотермальная энергия действительно обходится очень дешево, прежде всего за счет экономии на углеводородном сырье. Самое дорогое — это скважины и линии электропередач. Правда, там, где можно построить ГЭС, геотермальные электростанции будут не столь экономически экономически привлекательными. Но в России мощнейшие ГЭС строились тогда, когда понятия частной собственности на землю не было.Сегодня, чтобы затопить гигантские территории, нужно их у кого-то выкупить, что сильно поднимет цену киловатт-часа. Да и землю жалко (поэтому современные ГЭС строятся в основном в горах, где площадь затопления минимальна). А вот при сравнении цены «геотермального» киловатт-часа с ценой электричества, вырабатываемого ТЭС, разница уже сегодня в пользу углеводородной энергетики.

Экология соленой воды

Люди, которые занимаются геотермальной энергетикой, как-то с восхищением к ней относиться. Они сокращают потребление электроэнергии из возобновляемых источников. Тем не менее, как и во всех отраслях промышленности, здесь есть свои проблемы.

Да, углеводородного топлива на ГеоЭС нет, но проблема отходов существует. «Отходы» — это остывшая подземная вода, часто сильно соленая. Ее нельзя сбросить в ближайшую речку, она слишком токсична. Кроме того, при изъятии материала из недр обычно повышается сейсмическая активность, и из-за сейсмодислокаций приток пароводяной поверхности на поверхности может вообще прекратиться.»Воды у нас (на Паужетской электростанции) — 1000 тонн в час, в идеале должен быть замкнутый цикл, на поверхности мы эту воду сливать не можем. Воду — сепарат — мы закачиваем обратно в пласт. Правда, не в то место, мы ее берем, иначе мы быстро охладим «дающий» участок. Поэтому закачиваем не в него, а в соседние зоны, — объясняет Колесников.

В связи с высокой агрессивностью горячих подземных вод проблема коррозии, износа оборудования. Но с коррозией, по мнению Колесникова, бороться можно — надо просто правильно подбирать материалы.

Геотермальную добывать не всегда легко. Места обнаружения в труднодоступных местах повышенной сейсмической активности. Геотермальное месторождение может быть просто исчезнуть или поменять так, что работа станции станет невыгодной.

Геотермы вообще недостаточно изучены.Поверхностные, более легкодоступные геотермы часто имеют довольно короткий срок жизни. Исследования же глубоко залегающих, более крупных геотермальных месторождений требуют больших средств. Пока российская экономика живет за счет высоких цен на углеводородное сырье, научные и практические работы по геотермам остаются недофинансированными. Это приведет к тому, что Россия, некогда первая применившая бинарную технологию, вновь в хвосте, как и со сланцевым газом.

«Хотим, не хотим, а развивать будем»

Вряд ли геотермальная энергия придет в каждый дом.В России, во всяком случае, не завтра. Низкотемпературные технологии обеспечения электричества пока еще дороги, а самое главное — в платформенных областях, где проживает большая часть населения России, горячие напорные подземные воды редки. Поэтому в ближайшее время можно ожидать только развития применения тепловых насосов, которые позволяют напрямую использовать тепло земли.

Возможности для постройки ГеоТЭС, кроме Камчатки и Курил, существуют на Урале, в Краснодарском крае, на Ставрополье.Анализируются возможности строительства ГеоЭС в южных областях Сибири. «А вообще, должна быть энергетическая стратегия по региону, комплексный подход. Если есть возможность построить геотермальную электростанцию ​​- надо строить: это и дешевая энергия, и отсутствие в углеводородном сырье», — считает Колесников.

Алексей Кирюхин уверен, что геотермальную энергию можно получить всю — вопрос в количестве и качестве. Для гидротермальных электростанций главным ограничивающим фактором еще долго будет служить привязанная к источнику тепла.

Даже если экономия на геотермальной электроэнергии меньше ожидаемой, выигрыш для природы очевиден. Валентина Свалова из Института геоэкологии. 7 млн ​​тонн СО2.

Возобновляемость и дешевизна делают геотермальную энергию крайне привлекательной. «Хотя геотермальные электростанции более низкий, обеспечивают большую мощность, они не требуют использования углеводородного сырья, — повторяет Колесников. — Ситуация с нефтью понятна, цены будут расти, поэтому, хотим мы или не хотим, а геотермальную энергетику увеличить будем».

Суммарная мощность геотермальных электростанций

Россия Гвинея 901 83 56 9019 7 Страна Установленная мощность , (МВт) США 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 1,197 Мексика 958 Италия 843 Новая Зеландия 628 9018 9018 9018 9019 9019 9019 9019 9018 Япония 575 Япония 575 Япония 204 Кения 167 Коста-Рика 166 Никарагуа Турция 88 Россия 82 82 82 Гватемала 52 Португалия 29 Китай 24 Франция 16 6,6 Австрия 1,4 Австралия 1,1 Тайланд 0,3

Татьяна Крупина

Татьяна Крупина 9 тела в электричество

Исследователи Университета штата Северная Каролина (NC State) разработали новую схему для сбора тепла, выделяемого человеческим телом. Собранное тепло преобразуется в электричество, которое используется для зарядки носимой электроники. Прототипы, находящиеся на данной стадии экспериментальной проверки, отличаются небольшим весом и повторяют форму тела человека. Благодаря новой технологии система способна генерировать гораздо больше электроэнергии из вырабатываемого человека тепла, чем все ранее созданные экспериментальные образцы.

Носимые термоэлектрические генераторы (ТЭГ’и) получают электроэнергию за счет разницы температурного человеческого тела и окружающего его воздуха.

«Предыдущие методы, использовались инженеры-исследователи, были использованы методы производства радиаторов. Они или были использованы для производства одного микроватта на квадратный сантиметр (мкВт / см2)», — говорит Дариуши (Дариуш Вашаи ), доцент Кафедры электротехники и вычислительной техники Университета штата Северная Каролина и автор данного научного исследования. — «В нашей технологии не используется радиатор, что делает ее легче и удобнее. Однако при этом генерируемая мощность мощность 20 мкВт / см2 «.

Новая система состоит из нескольких слоев. Первый слой выполнен из теплопроводного материала, который прилегает к коже и собирает тепло. Сверху этот материал покрыт полимерным изолирующим слоем. Он предотвращает рассеивание собранного тепла в мире. Тепло тела отводится в расположенном по центру термоэлектрический генератор (TEG), который занимает площадь в один квадратный сантиметр. Та часть тепла, которая осталась не преобразованной в электричество, проходит через ТЭГ в наружный слой, состоящий также из теплопроводного материала.Здесь тепло быстро рассеивается. Вся эта многослойная система в сборе обладает отличной гибкостью. А ее толщина составляет всего 2 миллиметра.

«В данном прототипе генератор TEG занимает лишь один квадратный счётчик. Размер генератора будет зависеть от того, сколько электроэнергии потребуется или иного устройства», — поясняет Дариуши. Проект, над которым он работает, проводится в рамках деятельности Научно-исследовательского центра наносистемной техники (ASSIST), относящегося к университету NC State и функционирующего под эгидой национального научного фонда США.

Исследователи также самым лучшим местом для сбора тепла является верхняя часть руки. Вообще, более высокая температура поверхности кожи бывает обычно вокруг запястья. Это очень ограниченная область, где часто нарушается контакт между кожей и термоэлектрическим генератором TEG. В то же время носить накладные полосы на груди тоже не рационально, поскольку в этой зоне наблюдается ограниченный поток воздуха. Следовательно, рассеивание тепла здесь также будет ограничено.

Для проведения экспериментов полосы материала с TEG вшили в футболки. Исследователи обнаружили, что вшитый в футболку генератор мог вырабатывать 6 мкВт / см2, если человек находился в состоянии относительного покоя, или 16 мкВт / см2, если он активно двигался.

«Футболки с TEG, безусловно, имеют право на использование зарядных устройств.», — говорит Вашаи.

Научно-исследовательский центр ASSIST ставит своей целью использовать наши технологии, которые используются для постоянного мониторинга состояния здоровья человека. Это могут быть, например, такие устройства, которые позволяют контролировать параметры работы сердца и, тем самым, контролировать его здоровье. Или же это может быть контроль физических и экологических показателей, которые имеют первостепенное значение для прогнозирования и предотвращения приступов астмы.

По утверждению Дариуша достижения поставленных целей можно, но для этого нужно сделать так, чтобы устройства осуществляли контроль над состоянием здоровья человека, не зависели от состояния заряда батарейки.Новая технология, которая была использована усилиями исследователей из Университета, Северная Каролина, позволяет приблизить тот момент, когда намеченные учёные цели становятся реальностью «.

Открыть счет для торговли акциями высокотехнологичных компаний

Электроотопление

В мире зеленых технологий, вероятно слышали о когенерационных системах, комбинированно вырабатывающих тепловую и электроэнергию.

Практическое когенерации использование старой как и производство самой электроэнергии. Когда электрификация начала свое распространение как замена газового и керосинового освещения в жилых домах и коммерческих объектах, была рождена концепция производства и передачи электроэнергии.

Сегодня, когенерационные установки (КГУ) обозначают описывающие широкую категорию систем, которые по существу отбирают побочный продукт производства электроэнергии — тепло и используют его для обогрева помещений или системы в технологических процессах.

В типичном производстве электроэнергии, большая часть от общей энергии топлива теряется. Так, метод раздельного централизованного производства электроэнергии и тепла имеет комбинированный КПД около 45 процентов, тогда как когенерационных систем может достигать уровня КПД 95 процентов. КГУ может обеспечить безопасный и очень эффективный метод генерации электричества прямо в месте использования. При генерировании электроэнергии и использования выработки тепла предотвращаются потери и при их передаче что делает целесообразным использование КГУ в паре с электрокотлом, КПД которого составляет 97 процентов.

Основными компонентами КГУ являются преобразователь первичной энергии (двигатель, турбина), генератор электричества, система рекуперации тепла, система управления.

Преобразователями первичной энергии в КГУ могут быть:

Паровые турбины — для производства электроэнергии с использованием биомассы, газа из отходов, биогаза. В отличие от других процессов выработки электроэнергии, в которой используется побочным продуктом производства электроэнергии, паровые турбины вырабатывают электроэнергию как побочный продукт тепла (пара).

Газовые турбины — для производства электроэнергии с использованием природного газа, технологических газов. Газовые турбины производят тепло высоких температур, возможно производство пара. КПД до 80 процентов. Газовые турбины также имеют очень низкий уровень выбросов по сравнению с другими системами, основанными на газе.

Топливные элементы — для производства электроэнергии с использованием нефти, авиационного топлива, керосина и мазута. Топливные элементы производят постоянный ток (DC) с помощью электрохимического процесса без непосредственного сжигания источника топлива. Тепло, вырабатываемое в результате реакции может быть также утилизировано.

Микротурбины — Предоставьте себе небольшие турбины внутреннего сгорания, сжигают газообразное или жидкое топливо.

Двигатели внутреннего сгорания — производство электроэнергии с помощью поршневого двигателя дизельного, газового или разработанного для использования биогаза

Применение / Области Применения — Русская версия

Когенерационный агрегат создается путём добавления к электроагрегату модуля возврата тепла, получаемого от двигателя.Мощность предлагаемых когенерационных агрегатов от 8 кВт эл. энергии и 10 кВт тепла до 2,2 МВт эл. Энергии и 2,5 МВт тепла. Комплектная установка может насчитывать до 32 когенерационных систем, работающих на одну коллектор воды.

ТОПЛИВО

• Природный газ
• Сельскохозяйственный биогаз, биогаз с мусорных свалок твердых отходов и очистных канализационных сооружений
• Попутный газ
• Дизельное топливо
• Растительное масло
• Жиры животного происхождения

Носителем полученного тепла могут быть :

• Горячая вода
• Насыщенный водный пар
• Горячий воздух
• Термальное масло

Полный срок эксплуатации агрегвтов составляет в среднем около 120 000 часов.

Величина удельных затрат зависит от мощности системы, а также от состава, чистоты газа.

Когенерационные установки установки там, где возникает необходимость использования тепловой энергии и электрической энергии.

Среди них:

• спортивные сооружения и объекты
• больницы
• заводы пищевых продуктов
• текстильные фабрики
• химические заводы
• теплицы
• жилые комплексы и посёлки
• очистные сооружения
• теплоэлектростанции (ТЭЦ) промышленные и жилые
• станции по производству биогаза

КОГЕНЕРАЦИЯ

(установка «ТЭЦ» — англ.«Комбинированный теплоэнергетический комплекс»)

основывается на одновременном производстве электрической и тепловой энергии. Наша фирма предлагает системы СНР, питаемые, природным, попутным газом или другими видами сгораемых газов. Главными составляющими нашими энергетическими системами являются: газовый или дизельный двигатель, генератор тока, система теплообменников и система автоматической регулировки и управления. Электроэнергия производит генератором, работающим от внутреннего сгорания двигателя.Тепловую получаем при помощи теплообменников, которые входят в систему охлаждения и систему выхлопных газов.

Преимущества когенерации

Двигатели внутреннего сгорания, на базе которых мы производим наши системы когенерации, по сравнению с другими приводными машинами, такими как газовые или паровые турбины, характеризуются более высокими коэффициентами преобразования топливной энергии в энергию

механическую. Далее в генераторе механическая энергия преобразовывается в электрическую.Например, стандартный двигатель средней стоимости имеет КПД от 37% до сверх 41%, при этом КПД стандартных газовых турбин не превышает 35%.

• Номинальная мощность двигателя внутреннего сгорания по сравнению с газовой турбиной более

постоянная при возрастающей температуре внешней среды

• Высокая эластичность работы: наши агрегаты могут работать при изменчивой нагрузке в границах от 60 до 100%, при снижении КПД электрического только 1 до 2%
• Следует подчеркнуть, что поставляемое нашим системой «бесплатное». Это обозначает следующее: Необходимо получить необходимое количество электроэнергии для обеспечения двигатель установленным топливом.

Тепло при работе двигателя независимо от того, используется ли оно или выделяется в воздухе. Например, в нормальных условиях двигатель вырабатывая 100 кВт механической энергии, производит одновременно около 150 кВт энергии тепловой, из которой около 130 кВт можно использовать. Наши когенерационные системы позволяют получать произведённое тепло и использовать его не увеличивая при этом количестве потребления топлива.

Тепло, как источник электричества | Сила Тока .NET

Данную статью приведил, принцип описанный в предыдущей статье про элемент Пельтье. Как известно, данные элементы могут работать в двух направлениях, а именно преобразовывать электроэнергию в разность температур и наоборот воздействие тепла на модуль, вырабатывает в нем электроэнергию. Это явление было открытое ещё в 1834 году, часовщиком Пельтье и заключалось в том, что в месте контакта двух проводников из различных металлов под напряжением, выделяется тепло. А Э.Ленц, немного позже доказал, что при изменении полярности на этих самых проводниках изменяется и температура на противоположную, в месте контакта.

Во втором случае, элемент Пельтье работает как термоэлектрический генератор. Преобразовывает тепло в постоянный ток. Наглядный пример — на фото справа.

Так же стоит помнить, что необходимо отводить излишки тепла, с обратной стороны, так как термоэлектрический элемент имеет граничную рабочую температуру (~ 120 ° C).

Лучше всего для этого подойдёт мини радиатор, например, от системы охлаждения компьютерного процессора, желательно с кулером для обдува.Запитать кулер можно будет от самого же элемента Пельтье.

Чтобы использовать термоэлектрический эффект наглядно, разберём очень простое устройство на основе термоэлектрического элемента.

Использованные детали:

• Термоэлектрический элемент TEC1-07110T200 (30x30x3,3мм) max 8,5 В.
• электромотор постоянного тока 1,5-3В

На фото выше, между радиатором, находится алюминиевой пластиной термопаста, для лучшей теплопроводности. Наносить её лучше совсем немного, только для заполнения микропор и микротрещин в прикасающихся деталях. Алюминиевая пластина, в данном случае нужна рассеивание теплового источника по всей поверхности элемента Пельтье. Идеальным было бы использование медной пластины, ввиду её лучшей теплопроводности перед алюминием.

В штатном состоянии, устройство позволяет использовать в роли источника тепла — водоплавающую свечу в алюминиевом стакане. Её, в данном случае, воспроизводит наибольшее количество тепла, которое позволяет вырабатывать наибольший ток, передается на термоэлектрический элемент Пельтье.От вырабатываемого термоэлектрического тока, питается охлаждающий кулер, установленный над радиатором. А кулер (электро моторчик с пропеллером), вращаясь, охлаждает радиатор, чем отводит излишки тепла от термоэлектрического элемента. Этот процесс может повторяться бесконечно, в рамках ресурса составных деталей устройства, пока будет воздействие тепла на элемент.

Как видно из фото, данное устройство способно вращать пропеллер как от тепла свечи, так и от системы аккумуляторной батареи смартфона. Дело в том, что напряжение, выдаваемое термоэлектрическое устройство, в устройстве — гораздо больше чем граничное электромотора.

Использование турбинного привода для получения электроэнергии и тепла на объектах газовой промышленности

Использование турбинного привода для получения электроэнергии и тепла на объектах газовой промышленности

Аннотация

В статье отечественная разработка турбинной установки, вырабатывающей электричество за счет энергии компримированного и поступающего по трубопроводу природного газа.Обоснован экономический эффект изобретения, имеющего ряд патентов. Рассмотрены возможности применения данной энергетической установки в качестве альтернативного источника возобновляемой энергии на труднодоступных объектах ПАО «Газпром».

Транспортируемый по магистральным газопроводам газ потенциальной энергией силого состояния и кинетической энергией движения по трубе. Эта энергия передаётся газу на дожимных компрессорных станциях и на её создание затрачивается до 10% перекачиваемого газа. Часть переданной энергии теряется на нагрев окружающей среды и на преодоление трения о стенки газопроводов. Основная же доля, потенциальной энергией сжатого газа, рассеивается на пунктах редуцирования газа. Ежегодно в системах газораспределения на газораспределительных станциях (ГРС), компрессорных станциях (КС) и газораспределительных пунктах (ГРП) ПАО «Газпром», усиление давления газа до заданного уровня перед подачей его потребителям, теряется до 50 млрд. кВт / ч энергии — в процентном использовании этого энергопотенциал распределяется: на ГРС — 30%, КС (топливный газ) — 15%, ГРП — 55%.В России более 4 тыс. ГРС, 254 КС и более 120 тыс. Руб. ГРП и узлов учета. Около 1000 объектов имеют энергопотенциал для установки турбодетандерных электрогенерирующих агрегатов мощностью более 300 кВт, на остальных можно использовать подобного типа устройства мощностью от 0,2 кВт и больше. Общая максимальная мощность энергогенерирующих установок может составить 5 700 тыс. кВт. Если даже использовать турбодетандеры только на вновь появившихся или неэлектрифицированных объектах, потенциал энергосбережения останется достаточно объёмным и привлекательным. Существует также возможность изготовления энергогенерирующих устройств для установок подготовки газа (УПГ) и линейной части магистральных газопроводов (МГ).

Использование потенциальной энергии энергии газа

С целью полезного использования перепада давления нашей научно-производственной разработкой разрабатываются источники энергии и тепла небольшой мощности для собственных нужд ГРС и ГРП с приводом от турбины, помещённой в газовый поток. В этих установках реализован энергосберегающий, автономный, экологически чистый процесс получения электричества и тепла.

Обычно снижение давления газа, транспортируемого по магистральному газопроводу, происходит в два этапа. Первый этап — это ГРС, где давление от транспортного 5,5-8,0 МПа снижается до 1,2-1,6 МПа. И второй этап — снижение давления газа на газораспределение (ГРП) до давления необходимого потребителю 0,1 -0,3 МПа.

Выпускаемые предприятие турбодетандерные установки, рассчитаны на мощность от 0,2 до 20 кВт, отличаются простотой и достаточной надежностью. Работа, отводимая из потока газа турбиной, невелика, температура газа снижается незначительно и не влияет на работу регуляторов давления газа. Одним из схемных решений установки регулятора давления является установка регулятора давления. В этом случае охлажденный газ, охлаждение окружающей среды, потребителя, дополнительно приобретает температуру окружающей среды теплопередачи через стенку трубы и трения.

В зависимости от рабочего давления и от допустимого срабатываемого перепада установки автономного электроснабжения по конструктивному исполнению можно разделить систему мощностью от 0,2 до 5,0 кВт для ГРП и от 2 до 20 кВт для ГРС. Установки для ГРПуются комплектующие генератора постоянного тока с напряжением от 12 до 48 В, что позволяет использовать их как станции катодной защиты, электропитания контрольно-измерительных приборов и телемеханики, а также для освещения. При установке комплектуются блоками преобразования до напряжения 220 или 380 В при необходимости тока 50 Гц.Наряду с энергосбережения, основным преимуществом использования автономных источников электроэнергии на ГРП обеспечивает отсутствие необходимости в подводе линии электропередач.

В зависимости от потребностей заказчика установки могут быть выполнены:

1. в отдельном блок-боксе (см. Рис. 1),
2. в помещении ГРС или ГРП. В этом случае электрогенерирующий модуль с запорно-регулирующей арматурой находится в технологическом помещении ГРС или ГРП, а система КИПиА, электрошкаф и инвертор — в операторной.

Рис. 1

также поставка отдельно электрогенерирующего модуля с постоянным напряжением на выходе для непосредственного электропитания катодной защиты и других потребителей постоянного тока (см.фото).

Турбодетандер электропитания 2 кВт (Кабардино-Балкария)

Габаритные и присоединительные размеры электрогенерирующего блока турбодетандерных станций ГРС на давление 6,3МПа показаны на рис.2 и в таблице.

Рис. 2

Габаритные и присоединительные размеры электрогенерирующего модуля

Мощность, кВт	L, мм	D, мм	Присоединит.фланец	d, мм
1	1050	405	1-50-63	58
2	1050	405	1-50-63						1250	405	1-50-63	58
5	1490	470	1-50-63	58
10	1490 9019 1	1490 9019 50-63	58
20	1780	530	1-100-63	110

Принципиальная электрическая схема подключения турбодетандера в электросистему ГРС согласно Газпром.

Для контроля за режимами работы турбодетандерного агрегата есть возможность подключения к контроллеру системы автоматического управления GSM-модуля для передачи параметров работы на диспетчерский пункт. Развитием данного направления работ является создание источников электропитания для электроснабжения систем телемеханики и связи, передающих по мобильной связи на центральный диспетчерский пункт данные с ГРС и ГРП о расходах, давлениях и температурех газа. (См. Фото)

Турбодетандерная установка электропитания узла учёта и телеметрии

В газораспределительных пунктах для штатной работы регуляторов давления, отсечных и сбросных клапанов, контрольно-измерительных приборов предусмотрен подогрев помещения в зимнее время года.Для этого к ГРП пристраивается отопительный блок, где установлен водяной газовый котел, к которому предусмотрен отдельный подвод линии редуцирования газа с потребителем газа. Нашим научно-производственным предприятием разработан турбонагреватель, преобразующий потенциальную энергию избыточного давления газа непосредственно в тепло. Установка представляет собой газодинамический нагреватель, использующий систему газа при его нагревании в контуре компрессора. Энергия для привода компрессора снимается турбиной из потока газа.Теплоносителем в данном случае газ, перекачиваемый в контуре компрессора. Подогретый таким образом газ или греет непосредственно через нагревательный регистр, или через теплообменник нагревает воду в системе водяного отопления (см. Рис. 3). «Бросовой» энергии давления газа, экономии на полезной модели №49960) (см.фото).

Рис. 3

Основным предложением предлагаемых установок является осевая или центростремительная турбина.

Рис. 4

Разработана методика расчёта и графического построения на компьютере рабочего колеса, турбины и соплового аппарата в зависимости от параметров протекающего газа. На рис.4 показан пример результатов расчёта турбинной ступени. В настоящее время ведутся работы по созданию математической модели турбодетандерной станции электропитания. Если подобная турбина изготовлена ​​впервые, она обязательно подвергнется продувкам воздухом на газодинамическом стенде предприятия. В результате продувок получаем номограммы зависимости мощности и частоты вращения рабочего колеса от расхода, степени парциальности, перепада давления и температуры воздуха. Полученные экспериментальные данные для воздуха пересчитываем на природный газ для оптимизации параметров газового потока, который будет помещена турбина.

Специалисты разработали принципиально новую ГРП на основе турбодетандерной станции катодной и электропитания (ТСКЗиЭ) с электроприводным регулятором давления, с использованием выработки злектроэнергии для различных нужд и технического учёта газа.Такой ГРП может стать основополагающим элементом «умных» газовых сетей и шагом к шестому технологическому укладу в нефтегазовой отрасли.

Огромный потенциал энергии энергии газа находится непосредственно на газовых промыслах, где его скопление произошло в силу естественных природных условий. Известны, турбодетандерные установки, применяемые на установках подготовки газа (УПГ) для его охлаждения и осушки. Также возможна, на уже очищенном газе после дросселей и фильтров-сепараторов, установка турбодетандера для выработки электроэнергии.Такая турбодетандерная станция мощностью 20кВт. На нашем предприятии и эксплуатируется на малодебитном месторождении Ракитное (см.фото)

Использование кинетической энергии протекающего по трубе газа

В настоящее время в системе газоснабжения России составляющая магистральные газопроводы. Электроснабжение линейных потребителей магистральных газопроводов является одной из насущных сфер энергообеспечения отрасли. Источники электроэнергии на магистральных газопроводах применяются для электрохимической защиты, электропитания приводов запорной арматуры, устройств телеметрии и телемеханики, связи, КИП и т.д.

Предлагается электрогенерирующее устройство, предназначенное для выработки электроэнергии на линейных участках магистральных газопроводов посредством помещения в газовый поток турбины вертикального типа, сопряжённой с электрогенератором. Данная турбина, потенциальная потенциальная и кинетическая энергия потока газа, создает минимальный перепад давления в газопроводе, который позволяет вырабатывать необходимое количество электроэнергии.Принцип работы предлагаемого продукта состоит в том, что турбина телескопически выдвигается в газовый поток, где вращается под воздействием движущегося газа и приводит во вращение электрогенератор, вырабатывающий электрический ток. Далее ток из корпуса изделия, находящийся под давлением до 10,0 МПа, выводится наружу через специальный гермовывод, включающий силовые и управляющие проводники. Периодический вход и выход турбины из трубы необходимого, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение по магистральному газопроводу очистных и диагностических поршней.Механизм микролифта, осуществляющего выдвижение турбины в трубу, может иметь ручной, пневматический, гидравлический или электрический привод. В случае использования автоматизированного микролифта возможно дистанционное управление агрегатом с диспетчерским пунктом с помощью системы телемеханики.

Типоразмерный мощностной ряд изделий в диапазоне от 0,5 до 15,0 кВт. Устройство может поставлять напряжение 24 и 48В постоянного тока или 220 и 380В переменного тока в зависимости от потребностей заказчика.В настоящее время разработаны основные модели мощности, произведенные расчеты мощности в зависимости от параметров газового потока, изготовлен, испытан на стендах и подготовлен к опытно-промышленной эксплуатации действующий образец (на фото потоковая турбина выдвинута микролифтом в трубопровод).

Монтаж изделий возможен на вновь строящихся газопроводах в местах крановых развязок, методом приварки патрубка с фланцем или тройника с фланцем, на котором оно будет крепиться.Также можно смонтировать изделие на действующем газопроводе не сбрасывая давление газа, используя технологию «холодной» врезки.

Предлагаемый источник предложения для автономных блочных энергетических установок, работающих на основе термоэлектрических генераторов (ТЭГ), твёрдотопливных элементов, дизель-генераторов, а также для импортозамещения паровых турбоустановок «ORMAT», газоэлектрогенераторов «HONDA», микротурбинных установок «CAPSTONE» и микротурбинных установок «CAPSTONE» и . Проведенное предварительное технико-экономическое сравнение предлагаемой установки с ТЭГами, твёрдотопливными элементами и установками «ORMAT» показало окупаемость на этапе капстроительства, а с дизельными и газовыми генераторами до полугода, после использования топлива.Предлагаемая установка, не сжигая газ, из энергии потока движущегося перекачиваемого газа в десятки мегаватт извлекает сотые доли процента, но уже в нужном месте, где требуется электроэнергия.

Предлагаемое инновационное высокоэффективное решение для электроснабжения линейных потребителей позволитсогласно Программы импортозамещения:

1. Организовать электропитание приводов шаровых кранов газопровода «Сила Сибири» и «Ухта-Торжок».
2. Заместить по программе импортозамещения ОАО «Газпром» дорогостоящие установки «ORMAT» c замкнутым паровым циклом и электроснабжение задвижек «MOV» и «SKADA».
3. Организовать электропитание электрогидроприводов для дистанционного управления импортными шаровыми кранами Рраб. = 9,8МПа диаметром от 300мм до 1400мм в количестве 988 шт. согласно п 1.1.1 раздела трубопроводная арматура в «Перечне наиболее важных видов продукции для импортозамещения и локализации производства с целью технологического развития ОАО« Газпром »».
4. Заместить ТЭГи, которые имеют низкий КПД тепловой тепловой энергии в электрическую.
5. Заместить микротурбинные «CAPSTONE», которые требуют высокой степени очистки газа, что не всегда возможно обеспечить.Также высокие рабочие обороты (до 92000 об / мин), значительно увеличенные массогабаритные показатели, отрицательно сказываются на ресурсе, который на этих установках мал.
6. Заместить, на участках, где имеется достаточный поток газа, поршневые электрогенераторы, возвратно-поступательного движения имеют ограниченный ресурс.

Новые перспективные разработки

В ПАО «Газпром» широко применяются электрические генераторы (ТЭГ) на основе термоэлектрических модулей, вырабатывающие электричество из разницы температур поверхностей. Конструкция представляет из себя газовую горелку, разогревающую тепловую трубу, на которой установлены термоэлементы; снижение температуры «холодной» стороны термоэлемента обычно обеспечивается жидкостными радиаторами. Коэффициент полезного действия таких установок редко достигает 5%, то есть для достижения 4 кВт электрической мощности, необходимо произвести около 100 кВт тепловой. Мы предлагаем в случаях использования ТЭГов на пунктах понижения давления, применить установку, превращающую механическую энергию в тепловую без сжигания газа.В показанном на рис.5 устройстве термоэлементы «горячей» стороной контактируют с неподвижным стальным цилиндром, разогреваемым токами, создаваемым магнитным полем вращающегося ротора с закреплёнными в нём постоянными магнитами, приводимым в движение рабочими колесом турбины.

Рис. 5

В то же время низкая температура «холодной» стороны термоэлементов обеспечена детандированным, охлаждённым после турбины газом. На сегодняшний день есть изготовленные на отечественных предприятиях (например завод «Риф», Воронеж) цилиндрические термоэлементы, наиболее подходящие для применения в предлагаемом модии.

Однако турбина не всегда может выдержать условия в потоке газа. Например, наиболее энергонасыщенный поток газа непосредственно на промысле находится в этом месте турбодетандера, Тяжёлые условия из-за наличия механических примесей и капельной жидкости зачастую не позволяет установку в этом месте турбодетандера. Для такого участка предлагается устройство, где проходящим газом, посредством эффекта струйного насоса, придаётся движение магнитной жидкости по специальному кольцевому трубопроводу.Далее система постоянных магнитов, установка снаружи трубопровода необходимо сориентировать магнитные частицы жидкости, систему катушек статора снять электрический ток. Система постоянных магнитов не даст улететь частицам магнитной жидкости с проходящим потоком газа. Если газом закрутить по электроизолированному кольцу электролит, также сориентированными с помощью постоянных магнитов частей, то электрический ток снимать нужно с помощью внутри трубы электродов.

Данное изделие является магнитогидродинамическим (МГД) генератором, использующим кинетическую и потенциальную энергию газового потока и позволяющим заменить колесо турбины в месте, где оно не выдерживает механических нагрузок. Также в этом случае мы не нуждаемся в подшипниковых опорах, что снимает большую проблему для тяжёлых условий эксплуатации. Энергонасыщенный газовый поток в данном участке технологической цепи газа подготовки, даже при невысоком суммарном КПД установки позволит снимать немалую энергию.В лабораторных условиях подтверждена работоспособность метода, но для доведения до рабочего образца необходимо проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Разработанные нами установки обладают рядом существенных преимуществ:

1. Не требуется сжигание топлива.
2. Полная автономность.
3. Электроэнергия и тепло вырабатываются экологически чисто.
4. Полезное использование потенциальной и кинетической энергии газа.
5. Широта допустимых значений параметров движущегося газа.
6. Нет необходимости прокладывать линии электропередач.
7. Вандалозащищенность.
8. Высокая надежность.

Предлагаемые энергоустановки защищенными патентами на изобретения и полезные модели, реализованные на действующих объектах нефтегазовой отрасли.