ДВУХКОНТУРНАЯ ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ НА СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ

Редько А.А., Павловский С.В., Шепеленко Е. Н.

Харьковский государственный технический Университет строительства и архитектуры

В последнее время, в связи с резким удорожанием цен на органические виды топлива (уголь, нефть, газ) возрастает роль возобновляемых источников энергии, в особенности геотермальной энергии, освоение которой требует создание передовых методов и технологии, нового теплообменного и технологического оборудования. Одним из перспективных направлений освоения геотермальной энергии является ее преобразование в электрическую путем строительства двухконтурных геотермальных электрических станций (ГеоЭС) на низкокипящих рабочих веществах. Эффективность такого преобразования зависит от многих факторов, в часности от выбора рабочего тела и параметров термодинамического цикла вторичного контура ГеоЭС [1-3].

Геотермальные электрические станции работают в 21 стране (США, Япоминя, Филиппины, Индонезия, Китай, Исландия, Турция) Суммарная установленная мощность составляет 7974 МВт. Прогнозируется тенденция дальнейшего увеличения мощностей ГеоЭС на 40÷43%. Турбогенераторы для ГеоЭС производят США, Япония, Россия. Фирмы «Ансольдо», «Ормат», «Тощиба», «Мицубиси», «Фуджи» являются лидерами по производству ГеоЭС с бинерным циклом.

Перспективы развития геотермальной энергетики обусловлены также ее конкурентоспособностю и рядом преимуществ по сравнению с традиционной энергетикой, среди которых – экологическая чистота, отсутствие транспортных расходов на доставку топлива и относительно короткие сроки строительства.

Результаты исследований [1-2] циклов с использованием различных теплоносителей во вторичном контуре показывают перспективность сверхкритических циклов, которые позволяют повысить мощность турбины и КПД цикла, улучшить транспортные свойства теплоносителя и более полно срабатывать температуру исходной термальной воды, циркулирующей в первичном контуре ГеоЭС.

Перспективными теплоносителями являются смеси веществ при сверхкритических параметрах, так как путем подбора состава смеси можно изменять их термодинамические свойства и критические параметры в зависимости от температуры термальной воды. Установлено, что в зависимости от температуры термальной воды существует оптимальная температура испарения вторичного теплоносителя, соответствующая максимальной мощности турбины.

В [4] проводятся результаты исследования сверхкритического цикла во вторичном контуре с хладоном R13b1. Показано, что при температуре термальной воды 120°С и давлении испарения 5,0 MПа во вторичном контуре мощность турбины на 14% больше, чем в докритическом цикле с начальным давлением 3,5 МПа.

В данной работе приводятся результаты исследования и анализа сверхкритических циклов ГеоЭС с рабочими веществами фреоновыми смесями. Расчеты выполнены для смеси фреонов (R13 и R13b1), (R142b и R13b1), (R142b и R12). Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Удельная мощность турбины (N), КПД сверхкритического цикла ГеоЭС (температура термальной воды 130°С; КПД турбины – 0,75; температура окружающей среды 15ºС; начальное давление во вторичном контуре 5,0МПа)

Состав смеси
10%R13+90%R13b1	30,57	3,36	8,14
20%R13+80%R13b1	28,48	3,30	7,58
50%R13+50%R13b1	22,57	3,13	6,04
80%R13+20%R13b1	17,50	3,02	4,60

Результаты расчета докритического цикла при температуре термальной воды 130ºС для рабочего тела R142b и смеси фреонов приведены в табл. 2

Таблица 2.

Параметры докритического цикла ГеоЭС

Смеси
R142b	1,26	24,44	0,94	9,28
90%R12+10%R142b	2,10	27,04	1,37	10,00
10%R12+90%R142b	1,35	25,97	0,98	9,86

Таким образом, результаты выполненных расчетных исследований термодинамических параметров сверхкритических циклов ГеоЭС показывают эффективность применения рабочих веществ – смесей фреонов. Использование смесей в докритических циклах обеспечивает также увеличение удельной мощности турбины на 7÷8%, в сверхкритических циклах – на 12-14%.

Список литературы

1. Lund I.W., Fresston D.H. World-Wide direct uses of geothermal energy 2000// Proceeding of the World Geotermal Congress 2000. – Kyushu – Tohoku. – Japan, May 28. – June 10. 2000

2. Povarovo. Geothermal power engineering in Russia Today// Proceeding of the Wold Geothermal Congress 2000. – Kyushu – Tohoku. – Japan, May 28 – June 10, 2000

3. Di Pippo R. Geothermal Power Plants: Principles, Applicatijns and Case Studies. – Oxford OX51GB. – 2005. – 450c.

4. Абдулататов И.М, Алхасов А.Б Преобрвазование геотермальной энергии в электрическую с использованием во вторичном контуре сверхкритического цикла. – Теплоэнергетика – 1998. – N4. – С.53-57