Ученые Томского политехнического университета провели первый комплексный анализ работы разработанной ими геотермальной электростанции бинарного типа. Специалисты смоделировали функционирование станции в течение календарного года и выяснили, как оптимизировать конструкцию под конкретное геотермальное месторождение, чтобы добиться максимальной выработки электроэнергии, передает inbusiness.kz со ссылкой на пресс-службу Томского Политеха.
Опытный образец ГеоЭС, созданный инженерами ТПУ, отличается от большинства аналогов. В ее основе — органический цикл Ренкина, при котором тепло преобразуется в энергию с помощью рабочего тела. В зависимости от параметров источника тепла могут использоваться углеводороды, силиконовые масла или хладагенты. Ключевое преимущество такой технологии — способность работать при температуре теплоносителя от 60 °C, тогда как традиционные бинарные ГеоЭС требуют температуры выше 100 °C. Кроме того, станция работает по замкнутому циклу, что минимизирует выбросы и снижает нагрузку на окружающую среду.
"Большинство ГеоЭС в мире используют энергию геотермального источника с температурой воды 100–200 градусов Цельсия. Тогда как особый интерес представляют низко- и среднетемпературные источники тепловой энергии. Существуют различные тепловые схемы для выработки электроэнергии: при температуре геотермальной воды выше 160 градусов Цельсия используется одноконтурная схема, а при более низкой температуре предпочтительнее использовать бинарный цикл с органическим рабочим телом", — поясняет руководитель проекта, доцент НОЦ И.Н. Бутакова Инженерной школы энергетики Станислав Янковский.
Исследование показало, что ключевым фактором для работы ГеоЭС с воздушным охлаждением конденсатора является температура окружающей среды. Моделирование работы станции в различных климатических условиях выявило значительные колебания выработки электроэнергии: летом чистая выходная мощность может снижаться примерно на 36% по сравнению с зимними показателями.
"Применение воздушного конденсатора в ГеоЭС на основе органического цикла Ренкина эффективно в климатических районах, где температура окружающего воздуха в теплый период года редко превышает 20 градусов Цельсия. При этом сезонные изменения температуры действительно оказывают существенное влияние на мощность и абсолютный КПД бинарной ГеоЭС. Так, в течение календарного года колебания КПД могут составлять, в среднем, от 9,3% (за теплый период) до 14,7% (за холодный период). Установлено, что на эффективность работы станции также влияют конструкция конденсатора с воздушным охлаждением (оптимальное количество модулей, возможность отключения и подключения отдельных секций, регулирование скорости подачи воздуха в секции). Все эти данные позволят оптимизировать конструкцию и состав оборудования станции для компактного размещения и наиболее эффективной выработки электроэнергии на конкретном геотермальном месторождении", — подчеркивает Янковский.
Отдельным этапом стало численное исследование рабочих тел, подходящих для низкотемпературных условий. Наиболее предпочтительными оказались озонобезопасные газы R245fa, R365mfc и R245ca, относящиеся к группе фреонов.
Рекомендации ученых ТПУ позволят проектировщикам на стадии разработки станции учитывать климатические особенности региона и параметры теплоносителя. Это сделает работу бинарных ГеоЭС на основе цикла Ренкина более эффективной, а их внедрение — экономически оправданным, особенно в регионах с низко- и среднетемпературными геотермальными источниками.
Результаты исследования опубликованы в журнале Thermal Science and Engineering Progress (Q1, IF: 5.4).
Читайте по теме:
Где в Казахстане появится первый инновационный хаб
