О бинарных электрических станциях

Сегодня одной из наиболее важных энергетических проблем является создание локальных систем тепло- и электроснабжения. Эффективная реализация этих проектов возможна лишь при использовании бинарных установок. В последние годы в России активизировались работы по созданию БЭС.

В частности, АО «Наука» работает над проектом IV энергоблока на Верхне-Мутновской ГеоЭС.

БЭС позволяют использовать низкопотенциальную теплоту источника для выработки электрической энергии. Идея использования веществ с низкими температурами кипения для производства электроэнергии в турбогенераторах известна уже более 50 лет.

Типичная бинарная ГеоЭС имеет двухконтурную – по теплоносителю – схему. В первом контуре находится вода (пар) из скважин, которая в теплообменниках отдает тепло во второй контур. Во втором контуре тепловым процессам подвергается другое, низкокипящее, вещество, находящееся в жидком или парообразном виде.

Накопленный опыт эксплуатации геотермальных электростанций свидетельствует о необходимости внедрения новых технологий для более эффективного использования теплового потенциала геотермального теплоносителя на основе БЭС.

Однако сооружение БЭС является также важным направлением в развитии программы энергосбережения на основе использования сбросного тепла новых реакторов РУТА и котлов, работающих на отходах (биомасса, торф и т. д.).

Применение низкокипящих рабочих тел в циклах бинарных электрических станций позволяет увеличивать эффективность использования геотермального теплоносителя и открывает возможности использования потенциала сбросного тепла производств – во многих случаях являясь единственно возможным способом получения электрической энергии.

Бинарная магнитно-гидродинамическая электростанция

Сущность изобретения. Бинарная МГДЭС открытого цикла. Она содержит камеру сгорания, канал МГД-генератора, парогенератор, систему отбора пара, конденсатор, питательный насос и турбину, соединенную с электрогенератором. Камера сгорания и канал МГД-генератора содержат структуру охлаждения и общий с парогенератором способ пароперегрева.

Турбина оснащена системой промежуточного отбора пара. Окислитель сжимается в компрессоре и подогревается в системе прямого подогрева и в автономном подогревателе. Системы отбора пара соединены с системой пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора.

Описание изобретения

Известна бинарная МГДЭС открытого цикла, содержащая камеру сгорания с входом для топлива и входом для окислителя, который связан с компрессором окислителя через автономный подогреватель, канал МГД-генератора, парогенератор с системой прямого генерирования пара и турбину, соединенную с электрогенератором.

Однако такая бинарная МГДЭС не снабжена системой регенерации тепла для подогрева окислителя, а это снижает КПД.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является бинарная МГДЭС открытого цикла, содержащая камеру сгорания с входом для топлива, с системой охлаждения и входом для окислителя – который связан с выходом автономного подогревателя; канал МГД-генератора с системой охлаждения, включенной после системы охлаждения камеры сгорания; парогенератор с системой прямого подогревателя окислителя, включенной до автономного подогревателя окислителя, но после компрессора окислителя и с системой прямого генерирования пара, включенной после системы охлаждения канала МГД-генератора; турбину, соединенную с электрогенератором; последовательно включенные конденсатор и питательный насос, соединенный с входом системы охлаждения камеры сгорания.

Бинарная МГДЭС открытого цикла является высокоэффективной и имеет большую выходную мощность. Однако в ней рабочее тело, поступающее в парогенератор, имеет относительно высокую температуру, как правило, не ниже 2300 К, что снижает КПД преобразования энергии, так как температура пара не выше 870 К.

Это решает задачу создания высокоэффективной бинарной МГДЭС открытого цикла.

МГДЭС открытого типа

Бинарной МГДЭС открытого цикла содержит камеру сгорания с входом для топлива с системой охлаждения и с входом для окислителя. Последний связан с выходом автономного подогревателя окислителя, канал МГД-генератора с системой охлаждения, включенной после системы охлаждения камеры сгорания, установленный на выходе канала МГД-генератора парогенератор. В состав парогенератора входят система прямого подогрева окислителя, включенная между компрессором окислителя и автономным подогревателем окислителя; система прямого генерирования пара, соединенная с системой охлаждения канала МГД-генератора; паровая турбина с электрогенератором, к выходу которой последовательно подключены конденсатор и питательный насос, с выходом, соединенным с входом системы охлаждения камеры сгорания. Установлены дополнительно система отбора пара, система промежуточного отбора пара из турбины, система пароперегрева парогенератора, система пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора, система ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора.

Установка системы отбора пара и системы пароперегрева дает возможность перегреть пар и использовать его в термодинамическом цикле канала МГД-генератора с более высокой температурой, чем та, которую допускают лопатки паровой турбины.

Установка системы ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора дает возможность эффективно осуществить регенерацию энтальпии в термодинамическом цикле МГДЭС.

При этом в результате подачи пара в камеру сгорания и МГД‑канал, кроме собственно процесса регенерации, формируется квазидвухфазное рабочее тело, состоящее из областей с преимущественным содержанием пара и областей, состоящих из продуктов сгорания.

Расширение этого рабочего тела в электромагнитном поле приводит к нелинейному перераспределению энергии между зоной, занятой преимущественно паром, и зоной с преимущественным содержанием продуктов сгорания.

Совместное нелинейное взаимодействие указанных факторов приводит к повышению КПД предлагаемой бинарной МГДЭС открытого цикла. Кроме того, ввод пара в канал МГД-генератора дает возможность снизить среднюю температуру рабочего тела на выходе канала МГД-генератора – и тем самым упростить конструкцию парогенератора.

Как это работает

В камеру сгорания поступают топливо и окислитель, предварительно сжатый в компрессоре, затем сначала подогретый в системе прямого подогрева и далее в автономном подогревателе.

Перегретый в системе парогенератора и системе пароперегрева камеры сгорания и МГД‑канала пар через систему ввода подается в камеру сгорания и канал МГД-генератора. Охлаждение стенок камеры и предварительный подогрев питательной воды обеспечиваются самой камерой сгорания.

Продукты сгорания, полученные при сжигании смеси топлива и окислителя в камере сгорания, поступают в канал МГД-генератора. Одновременно с этим в камеру сгорания и канал МГД-генератора поступает перегретый пар через систему ввода перегретого пара, тем самым формируя рабочее тело канала МГД-генератора, которое участвует в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Охлаждение стенок канала МГД-генератора обеспечивается системой охлаждения канала МГД-генератора, при этом питательная вода подогревается. После канала МГД-генератора рабочее тело поступает в парогенератор, где обеспечивает подогрев окислителя, генерацию пара с помощью системы и также перегрев пара.

Источник: Энергетика и промышленность России