Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики

Рассмотрены перспективные направления повышения эффективности геотермальных энергоустановок путем создания когенерационных геотермальных станций c использованием теплонасосных установок. Предложены технологические схемы геотермальных когенерационных установок и возможные схемы включения в них теплов...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2006
Hauptverfasser:	Басок, Б.И., Резакова, Т.А., Чалаев, Д.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2006
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Нетрадиционная энергетика
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61388
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики / Б.И. Басок, Т.А. Резакова, Д.М. Чалаев // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 35-40. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61388
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-613882025-02-09T22:03:57Z Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики Promising cogeneration heat pump schemes of geothermal power engineering Басок, Б.И. Резакова, Т.А. Чалаев, Д.М. Нетрадиционная энергетика Рассмотрены перспективные направления повышения эффективности геотермальных энергоустановок путем создания когенерационных геотермальных станций c использованием теплонасосных установок. Предложены технологические схемы геотермальных когенерационных установок и возможные схемы включения в них тепловых насосов. Розглянуто перспективні напрямки підвищення ефективності геотермальних енергоустановок шляхом створення когенераційних геотермальних станцій з використанням теплонасосних установок. Запропоновано технологічні схеми геотермальних когенераційних установок та можливі схеми включення в них теплових насосів. Perspective directions of increase of efficiency of geothermal energy setting by creation of the cogenerations geothermal stations with the use of heat pump settings are considered. The technological circuits of geothermal cogenerations settings and possible circuits of including in them of thermal pumps are proposed. 2006 Article Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики / Б.И. Басок, Т.А. Резакова, Д.М. Чалаев // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 35-40. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61388 662.997 ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика
spellingShingle	Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика Басок, Б.И. Резакова, Т.А. Чалаев, Д.М. Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики Промышленная теплотехника
description	Рассмотрены перспективные направления повышения эффективности геотермальных энергоустановок путем создания когенерационных геотермальных станций c использованием теплонасосных установок. Предложены технологические схемы геотермальных когенерационных установок и возможные схемы включения в них тепловых насосов.
format	Article
author	Басок, Б.И. Резакова, Т.А. Чалаев, Д.М.
author_facet	Басок, Б.И. Резакова, Т.А. Чалаев, Д.М.
author_sort	Басок, Б.И.
title	Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики
title_short	Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики
title_full	Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики
title_fullStr	Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики
title_full_unstemmed	Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики
title_sort	перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Нетрадиционная энергетика
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61388
citation_txt	Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики / Б.И. Басок, Т.А. Резакова, Д.М. Чалаев // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 35-40. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT basokbi perspektivnyekogeneracionnyeteplonasosnyeshemygeotermalʹnoiénergetiki AT rezakovata perspektivnyekogeneracionnyeteplonasosnyeshemygeotermalʹnoiénergetiki AT čalaevdm perspektivnyekogeneracionnyeteplonasosnyeshemygeotermalʹnoiénergetiki AT basokbi promisingcogenerationheatpumpschemesofgeothermalpowerengineering AT rezakovata promisingcogenerationheatpumpschemesofgeothermalpowerengineering AT čalaevdm promisingcogenerationheatpumpschemesofgeothermalpowerengineering
first_indexed	2025-12-01T07:01:39Z
last_indexed	2025-12-01T07:01:39Z
_version_	1850288378189185024
fulltext	В последнее время в геотермальной энергети; ке значительный интерес представляют место; рождения с газонасыщенными термальными во; дами. Наличие в термальной воде большого количества растворенного природного газа, ос; новным компонентом которого является метан, обуславливает возможность применения нетра; диционной технологии использования данного вида альтернативных энергетических ресурсов. В Украине месторождения газонасыщенных тер; мальных вод находятся в основном в нефтегазо; добывающих регионах Крыма, Закарпатья и Днепровско–Донецкой впадины [1]. Перспективным направлением повышения эффективности и конкурентоспособности гео; термальных теплоустановок является создание когенерационных геотермальных станций, в т.ч. с использованием тепловых насосов [2]. Для од; новременной выработки электроэнергии и теп; лоты возможно, к примеру, использование не; скольких технологических схем (рис. 1–5). Все схемы работают по единому принципу. Геотер; мальный энергоноситель, состоящий из термаль; ной воды и растворенного в ней газа, подается в сепаратор, где разделяется на две фазы: газ и во; ду. Газ после сепаратора дополнительно осушает; ся и подогревается в системе подготовки газа за счет теплоты отработанных выхлопных газов в последней ступени утилизатора. Далее газ ис; пользуется в электрогенерирующем агрегате, а отработанные дымовые газы направляются в утилизационный теплообменник. Очищенная от газа термальная вода поступает в теплообменник системы теплоснабжения, где охлаждается до 30…40 оС. Далее с целью более глубокого исполь; зования остаточной теплоты термальной воды непосредственно перед закачкой ее в подземный горизонт вода подается в теплонасосную уста; новку, где охлаждается до 0…5 оС. После этого от; работанная термальная вода закачивается обрат; но в продуктивный пласт. Схемы различаются составом оборудования. Выбор схемы определя; ется природными условиями месторождения, его запасами и параметрами энергоносителя: газона; сыщением, составом газа, дебитом воды, темпе; ратурой воды. Эти условия определяют предпо; ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 35 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА УДК 662.997 БАСОК Б.И., РЕЗАКОВА Т.А., ЧАЛАЕВ Д.М. Институт технической теплофизики НАН Украины ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОГЕНЕРАЦИОННЫЕ ТЕПЛОНАСОСНЫЕ СХЕМЫ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ cр – удельная теплоемкость; GT – расход термальной воды через испари; тель; Gв – расход нагреваемой воды; μ – коэффициент преобразования теплового насоса. Розглянуто перспективні напрямки підвищення ефективності геотермаль� них енергоустановок шляхом створення когенераційних геотермальних станцій з використанням теплонасосних устано� вок. Запропоновано технологічні схеми геотермальних когенераційних устано� вок та можливі схеми включення в них теплових насосів. Рассмотрены перспективные направ� ления повышения эффективности гео� термальных энергоустановок путем со� здания когенерационных геотермальных станций c использованием теплонасос� ных установок. Предложены технологи� ческие схемы геотермальных когенера� ционных установок и возможные схемы включения в них тепловых насосов. Perspective directions of increase of efficiency of geothermal energy setting by creation of the cogenerations geothermal stations with the use of heat pump settings are considered. The technological circuits of geothermal cogenerations settings and possible circuits of including in them of thermal pumps are proposed. лагаемую тепловую и электрическую мощность когенерационной установки, а также технологи; ческие характеристики теплонасосного оборудо; вания. Для когенерационных установок небольших мощностей, например до 0,5…2 МВт, рациональ; но использовать схему с газопоршневым двигате; лем [1], представленную на рис. 1. Газоводяная смесь из эксплуатационной скважины 1 поступа; ет в сепаратор–газоотделитель 2, где происходит разделение фаз на выделенный газ и собственно термальную воду. Из сепаратора газ направляется в систему подготовки газа 7, затем – в газопорш; невой двигатель 8 для выработки электроэнер; гии. Дымовые газы после газопоршневого двига; теля направляются в утилизатор 10, где догревают термальную воду до более высокой температуры (по сравнению с начальной в сква; жине). Термальная вода, освобожденная от газа в сепараторе и подогретая в утилизаторе, подает; ся в теплообменник 3 системы теплоснабжения, где отдает свою теплоту сетевой воде. Далее, ох; ладившись в теплообменнике, термальная вода направляется в теплонасосную установку 4, где происходит ее дальнейшее охлаждение до опти; мально возможной температуры 0...5 оС, после чего при помощи насоса 5 возвращается по на; гнетательной скважине 6 в продуктивный пласт. На рис. 2 представлена схема когенерационной геотермальной установки с использованием газо; поршневого двигателя и паровой турбины, работа; ющей на низкокипящем рабочем теле. Отметим, что установки с турбинами на низкокипящем рабо; чем теле широко применяются в мировой практике геотермальной энергетики [3, 4, 5]. В этой схеме, как и в предыдущей, газоводяная смесь разделяет; ся в сепараторе 2 на две фазы. Газ используется в га; зопоршневом двигателе 9, а выхлопные газы пода; ются в утилизатор 11, который в данной схеме одновременно является парогенератором низко; кипящего рабочего тела. Термальная вода после се; паратора подается в теплообменник;экономайзер 3 контура низкокипящего рабочего тела, далее в теп; лообменник системы теплоснабжения 4 и оконча; тельно охлаждается в теплонасосной установке 5, после чего закачивается в подземный слой. На рис. 3 представлена схема комбинирован; ной когенерационной установки с использова; нием газопоршневого двигателя и гидропаровой турбины. Эта схема используется для теплоноси; теля с высокими температурами термальной во; ды (более 120 оС) [6]. В этой схеме газ после сепа; ратора 2 и системы подготовки газа 9 направляется в газопоршневой двигатель 10. В утилизаторе 11 выхлопные газы нагревают тепло; носитель системы теплоснабжения. Высокотем; пературная термальная вода после сепаратора подается в специальную турбину 3, в которой ис; пользуется кинетическая энергия “полного пото; ка”, состоящего из термальной воды и водяного пара, образовавшегося при расширении и адиа; батном вскипании. После турбины отработанная пароводяная смесь направляется в теплообмен; ник системы теплоснабжения 5, затем в теплона; сосную установку 6 для глубокого охлаждения и закачивается в подземный слой. На рис. 4 представлена тепловая схема когене; рационной геотермальной установки со специ; альной гидрогазопаровой турбиной. 36 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 1. Схема когенерационной геотермальной установки с газопоршневым двигателем. 1 – эксплуатационная скважина; 2 – сепаратор; 3 – теплообменник; 4 – теплонаносная установ� ка; 5– нагнетательный насос; 6 – нагнетатель� ная скважина; 7 – система подготовки газа; 8 – газопоршневой двигатель; 9 – электрогенера� тор; 10 – утилизатор дымовых газов. Схема применяется для газонасыщенной тер; мальной воды с высокой начальной температу; рой и высоким газосодержанием. На вход перво; го цилиндра турбины 3 подается парогазоводяная смесь без разделения двухфазного потока на газ и термальную воду. В этом цилиндре срабатывается кинетическая энергия пара, образовавшегося при адиабатическом вскипании перегретой термаль; ной воды, а также используется кинетическая энергия расширения растворенного газа. После первого цилиндра парогазовая смесь направляет; ся в теплообменник – конденсатор 4, в котором водянй пар конденсируется, после чего газокон; денсатная смесь направляется в скруббер 5. В скруббере происходит разделение смеси на газ и термальную воду. Газ подается во второй цилиндр турбины 6. Во втором цилиндре турбины проис; ходит поджигание газа и срабатывается кинети; ческая энергия потока дымовых газов. После турбины дымовые газы подаются в утилизатор дымовых газов 2 для предварительного подогрева газоводяной смеси перед турбиной. Термальная вода после скруббера направляется в теплооб; менник 8 системы теплоснабжения, затем в теп; лонасосную установку 9. Максимально охлаж; денная термальная вода закачивается в подзем; ный пласт. Для установок мощностью более 2 МВт наибо; лее эффективно использовать схемы с газовыми и паровыми турбинами [7, 8] (рис. 5). Такие уста; новки можно применять на месторождениях тер; мальных вод с большим содержанием газа, а так; же на некондиционных газовых месторождениях. Для Украины это могут быть месторождения, на; пример, Гадячское месторождение Полтавской обл., месторождение Русские Комаровцы Закар; патской обл. [1]. В показанных схемах газ после сепаратора 2 и системы подготовки газа 7 подается в газотур; бинный агрегат 8, после чего отработанные ды; мовые газы направляются в утилизатор – пароге; нератор 10, в котором производится пар для паровой турбины 11, например, на низкокипя; щем рабочем теле. Отделенная от газа термаль; ная вода используется для производства теплоты, поступающей потребителю, в теплообменнике 3 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 37 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 2. Схема когенерационной геотермальной установки с бинарным циклом. 1 – эксплуатационная скважина; 2 – сепаратор; 3 – экономайзер; 4 – теплообменник; 5 – теплонасосна установка; 6 – нагнетательный насос; 7 – нагнетательная скважина; 8 – система подготовки газа; 9 – газопоршневой двигатель; 10 – электрогенератор; 11 – утилизатор дымовых газов (парогенератор низкокипящего рабочего тела); 12 – турбина низкокипящего рабочего тела; 13 – конденсатор; 14 – насос. и тепловом насосе 4 (рис. 5а), или для предвари; тельного подогрева питательной воды перед тур; биной (рис. 5б). На рис. 6 представлена схема теплонасосной установки. В зависимости от температуры термальной во; ды на входе в тепловой насос возможны различ; ные варианты его подключения. Правильный выбор схемы подключения и режимов работы теплового насоса в значительной мере определя; ет эффективность установки. Энергозатраты на привод теплового насоса характеризуются вели; чиной коэффициента преобразования и зависят в основном от соотношения температур кипения и конденсации хладагента (рис. 7). Чем меньше перепад температур между испа; рителем и конденсатором, тем ниже энергозатра; ты. Поэтому при глубоком захолаживании тер; мальной воды целесообразно срабатывать ее температуру ступенчато с помощью нескольких последовательно установленных теплонасосных установок. Такая схема подключения тепловых насосов, наряду со снижением энергозатрат на выработку теплоты, обеспечивает возможность регулирования производительности установки в широком диапазоне мощностей. На рис. 8 представлена схема работы тепловых насосов с параллельной подачей нагреваемой во; ды в конденсаторы и последовательным прохож; дением термальной воды через испарители. Дан; ное решение позволяет в полтора раза снизить энергозатраты на привод теплового насоса по сравнению с одноступенчатой системой. Количество горячей воды, которое может быть получено в каждой ступени определяется из ус; ловия: , где – низкотемпературный тепловой поток, подведенный к испарителю; – тепловой поток, отведенный от конденсатора; (tT1–tT2) – снижение температу; ры термальной воды в испарителе; (tв2–tв1) – на; грев воды в конденсаторе. Текущее значение μ в каждой ступени определяется по характеристике теплонасосного агрегата (рис. 7) исходя из тем; ( )= − 2 1кд p в в вQ c G t t ( )= − 1 2o p T T TQ c G t t μ = − кд кд o Q Q Q 38 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 3. Схема когенерационной геотермальной ус� тановки с газопоршневым двигателем и гидропа� ровой турбиной. 1 – эксплуатационная скважина; 2 – сепаратор; 3 – гидропаровая турбина; 4 – элек� трогенератор; 5 – теплообменник; 6 – теплона� сосная установка; 7 – нагнетательный насос; 8 – нагнетательная скважина; 9 – система подго� товки газа; 10 – газопоршневой двигатель; 11 – утилизатор дымовых газов. Рис. 4. Схема когенерационной геотермальной ус� тановки с гидрогазопаровой турбиной. 1 – эксплуатационная скважина; 2 – утилизатор дымовых газов; 3 – первый цилиндр турбины; 4 � конденсатор; 5 – скруббер; 6 – второй цилиндр турбины; 7 – электрогенератор; 8 – теплообмен� ник; 9 – теплонасосна установка; 10 – нагнета� тельный насос; 11 – нагнетательная скважина. пературы воды на выходе из испарителя и кон; денсатора. Соотношение между расходами нагреваемого и охлаждаемого потоков: . Величина Gв не отражает экономической эф; фективности процесса, поэтому при оптимиза; ции режима работы теплонасосной установки необходимо учитывать удельные энергозатраты на получение горячей воды: . В схеме с последовательным включением ис; парителей величина коэффициента преобразова; ния уменьшается по мере срабатывания темпера; туры термальной воды, что снижает общую эф; фективность установки. Поэтому при глубоком охлаждении термальной воды энергетически бо; лее эффективна схема с последовательным про; хождением потоков теплоносителя как через ис; парители, так и через конденсаторы (рис. 9). При организации противотока в аппаратах данная схема позволяет поддерживать практиче; ски равный температурный напор между испари; телем и конденсатором и, соответственно, оди; ( )− = μ 2 1p в вc t t U ( ) ( ) −μ= μ − − 1 2 2 1 1 T T в T в в t t G G t t ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 39 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 5. Схема когенерационной геотермальной установки с газотурбинным двигателем. 1 – эксплуатационная скважина; 2 – сепаратор; 3 – теплообменник; 4 – теплонасосная установка; 5 – нагнетательный насос; 6 – нагнетательная скважина; 7 – система подготовки газа; 8 – газотур� бинный двигатель; 9 – электрогенератор; 10 – утилизатор дымовых газов (парогенератор); 11 – паровая турбина; 12 – конденсатор; 13 – насос. а б Рис. 7. Характеристика теплонасосного агрегата на рабочем теле R�134a. Рис. 6. Схема теплонасосной установки. 1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – дроссель. наковые режимы работы во всех ступенях уста; новки. Схема с рекуператором теплоты перед конден; сатором теплового насоса (рис.10) эффективна при относительно высокой температуре термаль; ной воды и позволяет на 25…30 % уменьшить на; грузку на теплонасосный агрегат. Вывод Предложенные схемные решения, являются перспективными для применения в местах рас; положения геотермальных ресурсов Украины, в частности, могут быть использованы при созда; нии и реализации региональной программы энергосбережения АР Крым. ЛИТЕРАТУРА 1. Долинский А.А., Шурчков А.В., Резакова Т.А. Геотермальные когенерационные установки для ав; тономного электро; и теплоснабжения. // Промы; шленная теплотехника. – 2004. – №3. – С. 62–67. 2. John W. Lund, Derek H. Freeston. Wolld – wide direct uses of geothermal enerdy 2000, Geothermics. – 2001. – 30. – Р. 29–68. 3. Gordon Вloomguitst. Integrating small power plants into agricultural projects, Geothermics. – 2003. – 32. – Р. 475–485. 4. Legmann H. The Bad Bluman geothermal project: a low temperature, sustainable and environ; mentally benign power plant, Geothermics. – 2003. – 32. – Р. 497–503. 5. Kanoglu M. Exergy analysis of a dual – level binary geothermal power plant, Geothermics. – 2002. – 31. – Р. 709–724. 6. Российские энергоэффективные техноло; гии// Энергоэффективные технологии произ; водства электроэнергии (технологии ТУРБО; КОН). – 2001. – 35 с. 7. Николаевские газовые турбины промыш; ленного применения. – “Зоря – Машпроект” – 2004 – С. 14–17. 8. Bidini G., Desider U., Di Maria F. A single flash integrated gas turbine – geothermal power plant with non condensable gas combustion, Geothermics. – 1999. – 28. – Р. 131–150. Получено 21.03.2006 г. 40 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 8. Схема теплонасосной установки с параллельным подсоединением конденсаторов. 1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – дроссель. Рис. 9. Схема теплонасосной установки с последовательным подсоединением конденсаторов. 1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – дроссель. Рис. 10. Схема теплонасосной установки с рекуператором. 1 – рекуператор; 2 – испаритель; 3 – компрессор; 4 – конденсатор; 5 – дроссель.

Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальной энергетики

Institution

Ähnliche Einträge