Главная -> Экология

Геотермальные электрические станции скомбинированным циклом для северныхрайонов россии. Переработка и вывоз строительного мусора

В.В.Волков, директор ОАО «Оргпищепром»

Считается, что история ТН началась в 1852 г., когда Уильям Томсон (лорд Кельвин) предложил устройство, которое назвал умножителем теплоты, и показал, как можно эффективно использовать холодильную машину для целей отопления. С тех пор принцип действия парокомпрессионного ТН не претерпел существенных изменений [1].

В результате подвода низкопотенциальной теплоты (НПТ) в испаритель ТН (рис. 1) происходит кипение рабочего тела. Пары его сжимаются в компрессоре с повышением энтальпии и температуры за счёт работы сжатия. В конденсаторе теплотафазового перехода рабочего тела передаётся технологическому теплоносителю.На рис. 2 изоражён круговой процесс идеальной парокомпрессионной ТН-установки в T-S диаграмме.

Основной термодинамической характеристикой ТН является коэффициент преобразования, который определяется отношением количества теплоты, отданной в конденсаторе, к работе, затраченной в компрессоре, и для идеального ТН выражается формулой: фид - Тк / (Тк - Ти), где Тк и Ти -температуры конденсации и испарения.

Основное назначение всех промышленных ТН — использование сбросной теплоты для теплоснабжения технологических процессов, отопления и ГВС. Если температура сбросных потоков достаточно высока, то можно использовать их теплоту и без ТН — путём передачи в другой процесс (т.н. каскадирования теплоты) с помощью теплообменников или котлов-утилизаторов. ТН применяются лишь тогда, когда температура сбросного потока не позволяет передать его теплоту в другой процесс. Такие случаи имеют широкое распространение, ибо количество сбросной теплоты особенно велико при низких температурах. Для иллюстрации приведён рис. 3 (заимствованный в [2] у американских исследователей). Из графика видно, что при температуре ниже 100°С сбрасывается ок. 1019Дж теплоты ежегодно. Это потенциальный источник НПТ для промышленных ТН с фреонами в качестве рабочего тела. При более высоких температурах чаще используются ТН открытого цикла (с рекомпрессией пара).

Согласно прогнозам Мирового энергетического комитета (МИРЭК),к 2020 году 75% теплоснабжения (коммунального и производственного)в развитых странах будет осуществляться с помощью ТН.Этим прогнозам,несомненно,суждено успешное подтверждение.Ведь уже сейчас в мире работают [3] ок. 20 млн. ТН различной мощности — от нескольких киловатт до сотен мегаватт.Количество теплоты,вырабатываемой ТН-установками в Швеции, составляет -50% требуемого.

ТН-установки,осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе,черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды,повышают её потенциал до уровня,необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2-2,3 раза меньше первичной энергии,чем при прямом сжигании топлива

Основной термодинамической характеристикой ТНявляетсякоэффициентпреобразования,которыйопределяетсяотношениемколичестватеплоты,отданнойвконденсаторе,кработе,затраченнойвкомпрессоре,идляидеальногоТНвыражаетсяформулой: фид - Тк / (Тк - Ти),где Тк и Ти -температурыконденсации и испарения.

Основное назначение всех промышленных ТН — использованиесброснойтеплотыдлятеплоснабжениятехнологическихпроцессов,отопленияи ГВС. Если температура сбросных потоков достаточновысока,томожноиспользоватьихтеплоту и без ТН — путём передачи в другой процесс (т.н.каскадированиятеплоты)спомощьютеплообменниковиликотлов-утилизаторов.ТНприменяются лишь тогда, когда температура сбросного потока не позволяет передать его теплоту в другой процесс. Такие случаи имеют широкое распространение,ибо количество сбросной теплоты особенно велико при низких температурах. Для иллюстрации приведён рис. 3 (заимствованныйв [2] у американскихисследователей).Изграфикавидно,что притемпературениже 100°Ссбрасываетсяок. 1019Дж теплоты ежегодно. Это потенциальный источник НПТ для промышленных ТН сфреонамивкачестверабочеготела.ПриболеевысокихтемпературахчащеиспользуютсяТНоткрытогоцикла (срекомпрессией пара).

В последнее время отпуск теплоты наТЭСРАО «ЕЭС России» составлял 600-650 млн. Гкал, а на районных котельных ок. 50 млн. Гкал в год. Выброс НПТ в системах охлаждения технической воды оценивается величиной 140-150 млн. Гкал, что эквивалентно 24-26 млн. т у.т. [3].

НаибольшееколичествоТН«трудится»вэкономическиразвитыхстранахдляотопления,ГВС иЦТ (централизованноготеплоснабжения).Климатическиеусловияэтихстранвзимнийпериод болеемягкие,чемунас.Поэтомутамисточником НПТдляТНиндивидуальногопользования,как правило,служитнаружныйвоздух.Нарядусним используютсятеплотагрунта,грунтовыхвод,водоёмов,атакжесброснаятеплота.

СогласнопрогнозамМировогоэнергетического комитета (МИРЭК),к 2020 году 75% теплоснабжения (коммунального и производственного) в развитых странах будет осуществляться с помощью ТН. Этимпрогнозам, несомненно, суждено успешное подтверждение. Ведь уже сейчас в миреработают [3] ок. 20 млн. ТН различной мощности — отнесколькихкиловаттдосотенмегаватт.Количествотеплоты,вырабатываемойТН-установкамив Швеции, составляет -50% требуемого.

ТН-установки,осуществляяобратныйтермодинамическийциклнанизкокипящемрабочемвеществе,черпаютвозобновляемуюнизкопотенциальнуютепловуюэнергиюизокружающейсреды,повышаютеёпотенциалдоуровня,необходимогодля теплоснабжения, затрачивая в 1,2-2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжиганиитоплива [3].

Итак,в настоящеевремя вомногихстранах ТН широкоприменяютсясцелью энергосбережения длязамещениядефицитного топлива илитепла.(Восновном используемые ТН — парокомпрессионноготипа.)

ВБеларусиизвестенопытУП«Минскводоканал» [4], но другие примеры удачной эксплуатацииТНунаспокавстречаются гораздореже,чем следовалобы.Однойизпричинтакогоположения являетсяотсутствиечёткихкритериев,позволяющихопределятьобластьэффективногопримененияТН.

НаэффективностьТНвлияюткаквнутренние,такивнешниефакторы.Внутренниеопределяют энергетическоесовершенствотепловоймашины изависятоткомплектующегооборудованияирабочеговещества.Внешниевключаютсостояние окружающейсредыистоимостныепоказатели.Эти факторывзаимосвязаныитребуюткомплексного рассмотрения.

ЭффективностьТНзависитиотстоимостных показателей,отсоотношенияценнаоборудованиеиэнергоресурсы.Однозначныевыводыоней делатьсложноиз-заразличийвэкономикеиприоритетахвэнергетическойполитикеотдельных стран. Ведь кое-гдевнедрение ТН дотируется государством, например (данныеза 1995 г.): в Германии из расчёта 300 марок на 1 кВт установленной мощности, в Швейцарии —• 270 франков [5].

Вопросовозможностиутилизациитеплотыявляетсякомплексным,онтесносвязансработой теплопотребляющихтехнологическихустановок,Дляопределенияцелесообразностиприменения ТНнеобходимопринятьвовнимание:

•совпадениеповременивыходасбросныхтепловыхпотоковипотреблениятеплоты;

•местовыходасбросныхтепловыхпотоковиместопотреблениятеплоты;

•фазуносителясброснойтеплоты (твёрдая,жидкая,газообразная);

•расходсбросныхпотоковипотребностьвтеплоте;

•потенциал сбросной ипотребной теплоты.

КонкурироватьсТНвделеутилизациитеплотымогутрегенераторыирекуператоры.Теплообменникпрощевмонтажеибыстрееокупается,но применениееговомногихслучаяхоказывается ограниченным — особенно при низкой (30-50°С)температуресбросногопотока.ТНоказывается предпочтительнее,еслинужновырабатыватьне толькотеплоту,ноихолод.ЧастонаиболеерациональнымрешениемможетявитьсясочетаниеТН степлообменником.Какправило,выгоднаустановкааккумуляторов,которые,кромеаккумулированиятеплоты,уменьшаютколичествовключений иотключенийТН.

ВнедрениеТНнапредприятияхпищевойпромышленностиособоактуально,т.к.тамвтехнологическихпроцессах требуются и тепло, и холод.

СейчасОАО«Оргпищепром»совместносОбъединённыминститутомэнергетическихиядерных исследований - СосныНАНБведётисследования на РУП «Клецкий консервный завод».

1. Дляохлажденияпродукциивавтоклавахзаводприменяетводопроводнуюводу {питьевого качества),котораяподаётсянепосредственнов автоклавпослестерилизации.Температуранавходе +18°С,навыходевпервоначальныймомент +100°С,а к концу процесса (цикла)снижается до +60°С.Продолжительностьцикла 30 мин. Объём воды, сбрасываемой в канализацию за один цикл, — 5 м3.Потери весьма существенны, ведь за сутки совершается в среднем 7-8 циклов, т.е.в канализацию уходит 35-40 м3воды! Если собрать и утилизироватьвсёбросовоетепло,тозасуткиможносэкономить до 230 кг у.т.,а кроме того, вернуть воду в оборот (необходимостьчего не нуждается вдоказательствах).Загодожидаемаяэкономия по топливу может составить до 55 т у.т.,по воде — до 9-10 тыс. м3.Приведённые цифры пока остаютсянабумаге,ибо«затея»ещёневышлаизстадииразработки,нодажевпервомприближении экономическийэффектотвнедренияданногоме\роприятияочевиден.

2. Назаводе имеется своя котельная. Здесь тожеестьбросовоетепло,котороенужноутилизировать.Иможно,применивтеплоутилизационнуюустановкудляглубокогоохлажденияуходящихпродуктов сгорания (см.рис. 4). На Ульяновской ТЭЦ-3 [6] такая выполнена на базе биметаллического калорифера КС-4-11-02 ХЛЗ, изготовленногоКостромскимкалорифернымзаводом,«обслуживает»в паровой части этой ТЭЦ три котла ДЕ-10-14ГМ, работающих наприродномгазе,и улучшаетэкологическуюобстановку.

ЛИТЕРАТУРА

1.ЯнтовскийЕ.И.,ЛевинЛ.А.Промышленныетепловые насосы.—М.: Энергоиздат, 1982.

2. Palmer J.D. Turbonetics Energy // Turbomachinery Int.— Jan/Feb. 1982.

3. Калнинь И.М.,Савицкий И.К.Тепловыенасосы:вчера, сегодня, завтра // Холодильная техника.—2000.—№10.

4. Жидович И.С.,Белый В.Я.Применениетепловых насосов длятеплоснабжения объектов ВКХгородов // Энергияи менеджемент.— 2003.— №5.

5. Володин В.И.Влияниевнутреннихивнешних факторов на эффективность тепловых насосов // ПРЕПРИНТ ИПЭ-22.—Мн.: ИПЭ АНБ, 1996.

6. Кудинов А.А.и др.Энергосбережение в газифицированных котельных установках путём глубокого охлаждения продуктов сгорания // Теплоэнергетика.—2000.—№1.

ЛИТЕРАТУРА

1.Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленныетепловые насосы.— М.: Энергоиздат, 1982.

2. Palmer J.D. Turbonetics Energy // Turbomachinery Int.— Jan/Feb. 1982.

3. Калнин И.М., Савицкий И.К. Тепловые насосы: вчера, сегодня, завтра // Холодильная техника.—2000.—№10.

4. Жидович И.С., Белый В.Я. Применение тепловых насосов для теплоснабжения объектов ВКХгородов // Энергия и менеджемент.— 2003.— №5.

5. Володин В.И. Влияние внутренних и внешнихфакторов на эффективность тепловыхнасосов //ПРЕПРИНТ ИПЭ-22.— Мн.: ИПЭ АНБ, 1996.

6. Кудинов А.А. и др. Энергосбережение в газифицированных котельных установках путём глубокого охлаждения продуктов сгорания // Теплоэнергетика.—2000.—№1.

О.А.Поваров, В.А. Васильев, Ю.П.Томков, Г.В.Томаров

Вступление

Россия располагаетогромными запасами геотермального тепла. Всеверных районах Дальнего Востока, иособенно на Камчатке и Курильских островах,достаточно подземного тепла для того, чтобыполностью обеспечить теплом иэлектроэнергией большие районы.
С переходом России к рыночнойи открытой экономике начался рост цен напривозное топливо) которые в настоящиймомент уже превысили мировой уровень. НаКамчатке и Курильских островах, энергетикакоторых полностью базируется на привозномтопливе, цена электроэнергии весьма велика(5-30 цент./кВт * ч). Это означает, чтопромышленность и другие отрасли этихрегионов не смогут успешно развиваться безширокого использования местныхэнергетических ресурсов и, в первую очередь,тепла земли.
Вся Камчатская область иКурильские острова, районы Чукотки,Магаданской области, части ДальнегоВостока должны широко внедрять бинарные икомбинированные геотермальныеэлектрические и тепловые станции, которыепозволяют получать электроэнергию изгорячей воды.

Бинарные ГеоЭС

В 1965 г. советскиеученые С.С. Кутателадзе и А.М.Розенфельдполучили патент на получениеэлектроэнергии из горячей воды стемпературой более 80 °С [1]. Уже в 1967 г. наКамчатке была построена и пущена в опытно-промышленнуюэксплуатацию первая в мире ГеоЭС с бинарнымциклом - Паратунская ГеоЭС мощностью 600 кВт[2].
В ходе ее испытаний быладоказана техническая возможностьполучения электроэнергии прииспользовании столь низкотемпературногоисточника тепла в традиционном циклеРенкина на низкокипящем рабочем теле засчет тепла воды с температурой более 70 °С ). Однако в СССР сооружение таких станцийне получило должного развития из-за низкойстоимости органического топлива в стране.
Сегодня бинарные ГеоЭС вРоссии могут быть экономическиэффективными при температуре термальнойводы 70-200 °С. К настоящему времени бинарныеГеоЭС работают во многих странах, ихсуммарная мощность превышает 500 МВт. Внастоящее время за рубежом несколькокомпаний (в первую очередь израильскаяфирма Ормат ) наладили серийноепроизводство бинарных энергоустановок наорганических рабочих телах (изобутан, изо-пентан)единичной мощностью 1,5-4 МВт.
Применение бинарных ГеоЭСпозволяет быстро и надежно обеспечиватьэлектроэнергией поселки и небольшие города,находящиеся вдали от центральных районов,особенно в северных районах страны.
Сегодня в России открываютсябольшие перспективы использованиябинарных ГеоЭС блочного типа мощностью от100 кВт до 12 МВт для районов, где имеетсягорячая геотермальная вода.
В нашей стране в 1991 г. уже быларазработана модульная транспортабельнаябинарная энергоустановка мощностью 0,6-1,7МВт на фреоне для использования термальныхвод с температурой 80- 180 °С (ЭНИН, Кировскийзавод). В зависимости от температурыгреющей воды удельная стоимостьустановленного киловатта составляет 400-1000долл., стоимость электроэнергии 2-4 цент./кВт.Энергомодуль может быть поставлен втечение 18 месяцев после получения заказа.
Сегодня АО Наука позаказу АО Геотерм при поддержкеМиннауки РФ и с участием МЭИ, ЭНИН и ИВТАН,активно разрабатывает ГеоЭС с бинарным икомбинированным циклами.

Верхне-Мутновская ГеоЭС скомбинированным циклом

В тех случаях, когдана поверхность земли поступаетгеотермальный двухфазный (пар-вода)теплоноситель при температуре более 120 °Сдля Северных районов России, весьмажелательным представляется применениеГеоЭС с комбинированным циклом (см. ). Такие ГеоЭС имеют два типа турбин:
работающая на геотермальномпаре при начальном давлении 0,4-0,8 МПа;
работающая па органическомнизкокипящем рабочем теле.
Кроме дополнительнойвыработки электроэнергии, обеспечиваетсянадежная зимняя эксплуатация, посколькутемпература воды в цикле не опускается ниже70-80 °С, а низкокипящие рабочие тела незамерзают вплоть до температуры -70 °С.

Вывоз строительного мусора организаций. ссылка по вывозу строительного мусора .

Выполненные проекты. Новая страница 1. Кпд солнечных элементов и модулей. Ермолаев. Зарубежный опыт промышленной доб.

Главная -> Экология