Регистрация / Вход
Прислать материал

Повышение эффективности утилизации геотермальных ресурсов путем применения тепловой схемы с последовательно включенными бинарными установками, работающими на основе инкрементального (пошагового) преобразования энергии однофазного водного теплоносителя в широком температурном диапазоне

Номер контракта: 14.576.21.0046

Руководитель: Шипков Андрей Анатольевич

Должность руководителя: зам.директора по науке

Докладчик: Томаров Григорий Валентинович, генеральный директор

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
геотермальные ресурсы, технологическая схема, эксергетический анализ, блочно-каскадная бинарная энергоустановка, органический цикл ренкина, рабочее тело, однофазный водный геотермальный теплоноситель

Цель проекта:
Разработка инновационных научно-технических решений по повышению эффективности использования геотермальных ресурсов путем реализации технологической схемы блочно-каскадного бинарного энергокомплекса, работающего на основе инкрементального (пошагового) преобразования энергии однофазного водного теплоносителя в широком температурном диапазоне.

Основные планируемые результаты проекта:
- приоритетный перечень органических рабочих тел, физико-химические свойства которых обеспечивают наибольшую эффективность бинарных установок каскадно включенных в единый утилизационный цикл преобразования тепловой энергии однофазного геотермального теплоносителя в широком диапазоне температур;
- параметры термодинамических циклов и тепловых схем бинарных установок на однокомпонентных органических рабочих телах, входящих в состав блочно-каскадного энергокомплекса для утилизации тепла геотермальных ресурсов;
- оптимизированная технологическая схема блочно-каскадного бинарного энергокомплекса, позволяющего повысить эффективность использования геотермальных ресурсов

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) обоснование выбора направления исследований;
в) критериально-параметрическая база и принципы выбора оптимальных органических рабочих тел, способных обеспечить наибольшую эффективность бинарных установок;
в) приоритетный перечень органических рабочих тел, физико-химические свойства которых обеспечивают наибольшую эффективность бинарных установок каскадно включенных в единый утилизационный цикл преобразования тепловой энергии однофазного геотермального теплоносителя в широком диапазоне температур (180÷50°С);
г) параметры термодинамических циклов и тепловых схем бинарных установок на однокомпонентных органических рабочих телах, входящих в состав блочно-каскадного энергокомплекса для утилизации тепла геотермальных ресурсов;
д) оптимизированная технологическая схема блочно-каскадного бинарного энергокомплекса общей мощностью до 10 МВт, позволяющего повысить эффективность использования геотермальных ресурсов не менее чем на 10÷20 % по сравнению с традиционными одноконтурными бинарными установками.
е) результаты экспериментальных исследований процессов защиты от коррозии и солеотложений оборудования бинарной установки, работающего в многокомпонентном геотермальном теплоносителе, на основе присадок поверхностно-активного вещества (ПАВ);
ж) результаты анализа данных экспериментальных исследований;
Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
Патент на полезную модель «Блочно-каскадный энергокомплекс с последовательно включенными геотермальными бинарными установками».
Проект технического задания на проведение ОКР по теме "Разработка и проектирование бинарных турбоустановок блочно-каскадного электрогенерирующего комплекса утилизации однофазного водного геотермального теплоносителя".
Экспериментальная установка (дозировочный узел) введения присадок ПАВ для предупреждения коррозии и отложений в оборудовании бинарной установки, работающем в многокомпонентном геотермальном теплоносителе.
Техническая документация (эскизный проект) на экспериментальную установку (дозировочный узел) введения присадок ПАВ для ингибирования коррозии и отложений в геотермальном контуре бинарной установки;
Программа и методика экспериментальных исследований влияния присадок ПАВ на процессы предупреждения отложений и коррозии оборудования бинарной установки, работающего в многокомпонентном геотермальном теплоносителе.
Результаты являются новыми соответствующими, а по ряду позиций превосходящие мировой уровень.
Полученные технические решения должны обеспечить повышение эффективности использования геотермальных ресурсов не менее чем на 10÷15 % по сравнению с традиционными одноконтурными бинарными установками.
КПД цикла (брутто) тепловой схемы с последовательно включенными бинарными установками должен составлять не менее 15 %.
Удельный расход геотермального теплоносителя на единицу установленной мощности блочно-каскадного бинарного энергокомплекса должно быть не более 30 (кг/с)/МВт.
Введение присадок ПАВ с помощью экспериментальной установки должно обеспечить ингибирующий эффект: увеличение значений водородного показателя pH геотермального теплоносителя на 5-10%; отмывку оборудования от хлоридов и кремневки, что отразится на росте концентрации коррозионноагрессивных соединений хлоридов на 30-200%; кремневки на 10-30%.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Будет разработан проект технического задания на ОКР по теме «Разработка и проектирование бинарных турбоустановок блочно-каскадного электрогенерирующего комплекса утилизации однофазного водного геотермального теплоносителя», осуществлена защита результатов путем получения патентов на полезные модели.
Результаты и разрабатываемые методы будут ориентированы на внедрение на объектах ОАО “РусГидро” и других генерирующих компаний оптового рынка электроэнергии, при проведении мероприятий органами региональной исполнительной власти в рамках повышения энергетической эффективности и энергосбережения.

Текущие результаты проекта:
Выполнен анализ способов повышения эффективности использования геотермальных ресурсов за счет применения бинарных энерготехнологий на основе информации, представленной в научно-технической литературе.
Рассмотрены и проанализированы сведения об эффективности различных тепловых циклов утилизации геотермальных ресурсов, в частности: докритических и транскритических, с одним или несколькими уровнями давлений, с наличием рекуперации тепла и без, при использовании различных рабочих тел. Продемонстрировано, что одними из наиболее эффективных термодинамических решений для циклов на однокомпонентных рабочих телах, являются циклы с параметрами, близкими к критическим, а также циклы нескольких давлений. Отмечается, что при выборе из широкого перечня рабочих тел наиболее эффективными с термодинамической точки зрения могут являться те, критическая температура которых близка к половине температуры греющей среды. Результаты проведенного анализа будут использованы при определении путей создания эффективных бинарных энерготехнологий утилизации геотермальных однофазных водных теплоносителей.
В рамках работ, выполняемых за счет внебюджетных средств проведен сбор и предварительный анализ информации, представленной в научно-технической литературе в части физико-химических и эксплуатационных свойств рабочих тел, используемых в утилизационных бинарных технологиях и установках, а также их влияния на характеристики энергетического оборудования бинарных электростанций.
Выполнен сбор информации для проведения патентных исследований с целью выявления аналогов для научно-технических решений для повышения эффективности использования геотермальных ресурсов, защищенных российскими и международными патентами. В частности показано, что для повышения эффективности использования геотермальных ресурсов за счет использования бинарных энерготехнологий используются технические решения, юридически защищающие особенности конструктивно-технологического выполнения оборудования и его элементов, применение отдельных рабочих тел в термодинамических циклах и конфигураций этих циклов. Также для снижения количества повреждений и разрушений элементов технологического контура бинарных энергоблоков используются научно-технические решения по защите оборудования и трубопроводов от коррозии. Коррозия может вызвать повреждение трубопроводов и оборудования, что приводит в ряде случаев к отключению энергоблока. К тому же продукты коррозии, накапливающиеся на металлической поверхности, снижают эффективность теплопередачи между металлической поверхностью и водой, либо иной жидкой средой, что будет снижать КПД работы энергосистемы. Отмечено, что наиболее распространенный способ борьбы с коррозией – включение замедляющих коррозию добавок (ингибиторов) в рабочую среду в таких системах. Выполнена подготовка к проведению статистического анализа по патентно-лицензионной ситуации. Отмечено, что высокая активность патентования наблюдается в США.
В рамках работ, выполняемых за счет внебюджетных средств выполнен сбор и предварительный анализ информации для подготовки обзора научно-технической литературы в части применения присадок поверхностно-активных веществ (ПАВ) для защиты от коррозии и солеотложений. Рассмотрены различные ПАВ и проанализированы используемые схемные решения.
Выполнен анализ и выделены основные физико-химические и эксплуатационные параметры для включения в критериальную базу выбора оптимальных органических рабочих тел, способных обеспечить наибольшую эффективность бинарных установок, последовательно включенных в блочно-каскадный утилизационный энергокомплекс. Проведено научно-техническое обоснование последовательности применения критериев сформированной базы для выбора оптимальных рабочих тел. Рассмотрены преимущества и недостатки поверхностно-активных веществ, используемых для защиты от коррозии и отложений. Определены характеристики, требования к конструкции и составные элементы экспериментальной установки введения присадок ПАВ в геотермальный контур.
Проведен сбор и предварительный анализ информации по использованию различных тепловых схем и состава оборудования бинарных энергоустановок на однокомпонентных рабочих телах для утилизации энергии геотермальной среды. Показаны преимущества использования бинарного цикла по сравнению с традиционным паротурбинным циклом при утилизации низкотемпературных источников энергии. Получены сведения об элементах технологического контура, в которых могут происходить наибольшие эксергетические потери.
Подготовлены проекты расчетных моделей принципиальных тепловых схем для проведения оптимизационных исследований по выбору однокомпонентных органических рабочих тел для бинарных установок блочно-каскадного энергокомплекса. Проведены тестовые расчеты. Выполнен научно-технический анализ физико-химических и эксплуатационных свойств, определяющих эффективность, безопасность и экологичность работы блочно-каскадного энергокомплекса и разработаны форматы качественного и количественного сопоставления однокомпонентных рабочих тел в рамках созданной критериально-параметрической базы. Разработаны чертежи отдельных блоков эскизного проекта на экспериментальную установку введения присадок ПАВ в геотермальный теплоноситель. Подобраны материалы и детали оборудования для изготовления экспериментальной установки для проведения исследований влияния присадок ПАВ на процессы ингибирования коррозии и отложений в геотермальных потоках. Подготовлена и подана заявка на полезную модель "Геотермальная установка".
Проведен сбор и предварительный анализ научно-технической литературы в части расчета и оптимизации параметров тепловых схем бинарных циклов на различных однокомпонентных рабочих телах.