Пути развития геотермальных электростанций России с использованием бинарных энергоустановок

ГАФУРОВ А.М., КГЭУ; ГАФУРОВ Н.М., ГАТИНА Р.З., КНИТУ,
г. Казань

Развитие альтернативной энергии в России на возобновляемых источниках энергии имеет свои особенности. К примеру, развитие ветроэнергетики ограничивается не постоянством скорости ветра (от 3 до 15 м/с) в зависимости от погодных условий, дороговизной установки ветрогенераторов и их обслуживанием. Применение гелиоэлектростанций ограничивается интенсивностью солнечного излучения в зависимости от времени года, суток и метеоусловий, неэффективностью в ночное время суток. Наиболее востребованным для российских широт остается развитие геотермальной энергетики. Основным недостатком геотермальных электростанций (ГеоЭС) является низкий эффективный КПД станции (не превышает 20 %) по сравнению с традиционными тепловыми электростанциями (40-42 %). Однако на ГеоЭС сосредоточены огромные запасы низкопотенциальной теплоты, которые в настоящее время неэффективно используются, т. к. малоизучены процессы использования низкотемпературных (низкопотенциальных) источников теплоты для эффективной выработки электроэнергии.

Геотермальная энергетика – самая перспективная отрасль энергетики, особенно это касается России. Согласно прогнозам специалистов, объемы тепловой энергии Земли, сконцентрированные под толщей земной коры в 10 км, в 50 тысяч раз превышают объемы энергии всех мировых запасов углеводородов – нефти и природного газа. Поэтому поиск новых решений в эффективном использовании низкопотенциальной теплоты на ГеоЭС для выработки электроэнергии позволит в будущем повысить эффективный КПД станции и возможность конкурировать с традиционными тепловыми электростанциями.

Исходя из зарубежного опыта эксплуатации и представленных отечественных разработок бинарных энергоустановок, рынок пока не может предложить эффективных решений в утилизации низкопотенциальной теплоты с температурой ниже 80 °C. В основном это связано с тем, что в зарубежных источниках информация об эффективности различных бинарных энергоустановок имеет ограниченных характер, так как данное направление новое, и каждая компания или научный коллектив стремится сохранить здесь свой приоритет и конфиденциальность информации.

В 2015 г. организацией ФГБОУ ВО «КГЭУ» было получено патенты, авторами которых являются Гафуров А.М. и Гафуров Н.М., на способ работы тепловой электрической станции с бинарным циклом по утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой ниже 80 °С. Были предложены эффективные решения по выработке электроэнергии за счет утилизации низкопотенциальной теплоты конденсации отработавшего в турбине пара с температурой ниже 50 °С при определенных внешних условиях окружающей среды. Данные разработки позволяют применять бинарные энергоустановки на низкокипящих рабочих телах при более низких температурах, чем существующие и проектируемые бинарные энергоустановки для ГеоЭС. В качестве оптимального низкокипящего рабочего тела предлагается использование сжиженного углекислого газа СО₂ или пропана C₃H₈.

В северных районах Дальнего Востока, и особенно на Камчатке и Курильских островах, достаточно подземных источников теплоты для того, чтобы полностью обеспечить теплом и электроэнергией большие районы. Возможность использования различных температурных режимов и климатических условий окружающей среды, позволяет эффективно производить электроэнергию с помощью бинарных энергоустановок на СО₂ и C₃H₈.

Температурный диапазон использования сжиженного газа СО₂ в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре бинарного цикла ограничивается показателями критической температуры в 31 °С и температурой в тройной точке минус 56,56 °С. Поэтому использование сжиженного газа СО₂ в температурном диапазоне от 60 °С до минус 55 °С позволит обеспечить приемлемые давления контура циркуляции теплового двигателя и затраты на его сжатие.

Температурный диапазон использования сжиженного газа C₃H₈ в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре бинарного цикла ограничивается показателями критической температуры в 96,7 °С и температурой насыщения при давлении не менее 0,1 МПа. Поэтому использование сжиженного газа C₃H₈ в температурном диапазоне от
100 °С до минус 42 °С позволит исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры.

УДК 629.063.2

АВТОНОМНОЕ ГАЗОСНАБЖЕНИЕ КОТТЕДЖНОГО ПОСЕЛКА

ГИНИЯТОВ А.М., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. д-р техн. наук, профессор ВАНЬКОВ Ю.В.

Целью данной работы является рассмотрение применения автономного газоснабжения в условиях невозможности подключения газа к магистральному газопроводу ввиду большой отдаленности.

Приведено описание конструкции газгольдера, ее составных частей, а также схема газоснабжения частного дома. Рассматриваются основные принципы работы системы.

Была рассмотрена монтажная схема газгольдера с учетом требований СНиП. Приведены основные качества предложенной схемы газоснабжения, ее преимущества. Был произведен ориентировачный расчет потребления сжиженного газа в зависимости от отапливаемой площади.

Владельцы домов, у которых установлено автономное газоснабжение в индивидуальном порядке, дополнительно могут установить телеметрическую информационную систему (ТИС). Это устройство позволяет контролировать уровень газа в газгольдере на расстоянии (с помощью радиопередачи), подключаться к газовым счётчикам и приостанавливать подачу газа (при наличии связи с диспетчерским пультом).

Другим достоинством автономного газоснабжения является то, что при использовании СУГ отсутствует зола, сажа, окислы серы и запахи. Все газы или иные виды топлива, которые используются для автономной газификации, полностью соответствуют всем требованиям экологического надзора.

В настоящее время автономная газификация остается наиболее популярным способом решения таких проблем как электроснабжение, отопление в домах, кондиционирования и горячего водоснабжения [1, 2]. В начальный момент автономная газификация требует предварительных затрат, а срок гарантии на автономную газификацию составляет около тридцати лет. Стоимость монтажа автономного газоснабжения с учетом земляных работ составляет в среднем 1800 руб за 1 м² дома. Окупаемость автономной газификации происходит буквально за 6 месяцев.

Проблема отопления и горячего водоснабжения частных домов заставляет владельцев изыскивать наиболее доступные и эффективные способы обогрева в холодное время года. Для снижения годовых затрат на отопление в индивидуальных домах устанавливают дровяные или комбинированные агрегаты. Но, стоимость твердого топлива достаточно высока [4]. Также для использования дровяного отопления необходимо иметь место для их хранения, поддерживать минимальную влажность, иначе горения может и не произойти. Ответвление среднего давления от магистрального газопровода тянуть тоже дорого, могут присутствовать проблемы с низким давлением газа на ответвлении.

Система автономного газоснабжения успешно решает вопрос подведения коммуникаций. Приобретая собственный источник энергии, домовладелец оказывается полностью независимым в выборе места для постройки дома. И делать этот выбор может без всякой оглядки на потенциальную возможность или принципиальную невозможность подведения трубопровода к выбранной им точке на карте. Также частный дом будет застрахован от возможного падения давления в магистральной газовой сети.

Таким образом, рассматривается вопрос об организации автономного газоснабжения с целью газификации дома внезавимости от ее расположения по отношению к магистральному газопроводу.

Литература

1. Бадагуев Б.Т. Газовое хозяйство. М.: Альфа-Пресс, 2013. – 232 с.

2. Гольянов А.И. Газовые сети и газохранилища. Уфа: Изд-во Монография, 2004. – 303 с.

3. Ионин А.А. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1989. – 489 с.

4. Бузырев В.В. Экономика строительства. Санкт-Петербург: Лидер, 2009. – 410 с.

УДК 543.054.2