Д.т.н., проф. Редько О.Ф., д.т.н., доц. Редько А.О., к.т.н. Бугай В.С.

Харківський національний університет будівництва та архітектури

Напрями підвищення ефективності використання джерел теплової енергії на гібридній паливно-геотермальній енергетичній станції

Поєднання органічного палива з відновлювальними джерелами теплової енергії є одним із перспективних напрямків використання енергетичних ресурсів з метою подовження існування вичерпних джерел енергії.

Геотермальні енергетичні станції характеризуються досить низькою термодинамічною ефективністю. Використання геотермальної енергії у поєднанні з паливовикористовуючими теплогенеруючими установками та глибокою утилізацією теплоти геотермальних вод шляхом застосування теплових насосів дозволяє підвищити техніко-економічну ефективність енергетичної станції [1]. Зменшити експлуатаційні витрати та підвищити термодинамічну ефективність гібридної паливо-геотермальної енергетичної станції можливо за рахунок комбінованого виробництва теплової та електричної енергії, що може забезпечити роботу циркуляційних, нагнітального насосів, компресора теплового насоса, дуттьових вентиляторів та димососів котельної установки й іншого електрообладнання станції.

З метою підвищення енергетичної ефективності гібридної паливно-геотермальної енергетичної станції розглянемо можливість забезпечення автономного електропостачання шляхом використання теплоти відхідних газів котельної установки. Наприклад, при тепловій потужності котельної 10-15 МВт та охолодженні продуктів згорання від 180-200 °С до 55-60 °С в н-бутановому утилізаційному циклі можливо отримати близько 100-150 кВт електричної енергії. В даному діапазоні температур досить складно забезпечити адіабатне розширення пари робочої рідини в утилізаційному циклі, тому реальна температура робочої рідини буде вищою, а кількість виробленої електроенергії меншою, проте, в цілому, термодинамічна ефективність енергетичної станції підвищиться.

Розглянемо роботу гібридної паливно-геотермальної енергетичної станції, що містить геотермальну циркуляційну систему з теплообмінним обладнанням, котельну установку, що працює на органічному паливі, теплонасосну установку, блок виробництва електроенергії, що містить контур легкокиплячої рідини, утилізатор теплоти відхідних газів (випарник), турбіну, електрогенератор (рис. 1).

Рис. 1 – Схема гібридної паливно-геотермальної енергетичної станції:

ГТП – геотермальний тепловий пункт; КУ – котельна установка; Д – димохід; ТНУ – теплонасосна установка; 1 – видобувна свердловина геотермальної циркуляційної системи; 2 – нагнітальна свердловина геотермальної циркуляційної системи; 3 – регенеративний теплообмінник; 4 – утилізатор-випарник; 5 – турбіна; 6 – генератор, 7 – конденсатор

Собівартість виробленої електроенергії для роботи теплонасосної установки в гібридній паливно-геотермальній енергетичній станції можливо зменшити за рахунок часткового заміщення органічного палива геотермальною енергією. За результатами проведених числових досліджень, встановлено, що при одноступеневому бінарному циклі можливе вироблення 35…43 кВт/(кг/с) електричної енергії при температурі геотермальної рідини 130 °С. При використанні каскадної енергетичної установки вироблення електричної енергії збільшується до 65…75 кВт/(кг/с).

Результати досліджень доводять, що найбільш ефективними є багатоступеневі (каскадні) енергетичні станції [2]. Застосування декількох робочих речовин у каскадному циклі дозволяє забезпечити вироблення електричної енергії у декілька разів більше, ніж в одноступеневій енергетичній установці.

Регулювання відпуску тепла споживачам відбувається всіма елементами джерела теплопостачання. Геотермальна циркуляційна система та котельна установка забезпечують тепловою енергією системи гарячого водопостачання та опалення. Робота теплонасосної установки передбачається в пікових режимах.

Завдяки комплексному використанню джерел енергії в гібридній паливно-геотермальній енергетичній станції для вироблення теплової та електричної енергій забезпечується високий коефіцієнт утилізації геотермальної енергії та теплоти відхідних газів котельної установки.

Література:

1. Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений. Нормы проектирования: ВСН 56-87. – [Действующий от 1988-07-01]. – М.: Стройиздат, 1989. – 72 с. – (Ведомственные строительные нормы).

2. Редько А.А. Анализ термодинамических параметров циклов геотермальных электрических станций // Сборник научных трудов НТУУ «КПИ». – К.: НТУУ «КПИ», 2009. – №2. – С. 65–78.