автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Повышение энергетической эффективности детандер-генераторных агрегатов за счет применения ветроэнергетической установки

На правах рукописи

КОСТЮЧЕНКО ПАВЕЛ АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Специальность 05.14.04-Промышленнаятеплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4846018

1 2 МАЙ 2011

Москва, 2011 год

4846018

Работа выполнена на кафедре Тепломассообменных процессов и установок Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Агабабов Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Галактионов Валерий Витальевич

кандидат технических наук Гаряев Александр Андреевич

Ведущая организация: ООО «Газпром энерго»

Защита диссертации состоится 26 мая 2011 г. в 17 часов 30 минут в аудитории Г-406 МЭИ (ТУ) на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу:

г. Москва, Красноказарменная ул., 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная,

д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан 25 апреля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.10 —

к.т.н. доцент /, [\ Т.А.Степанова

Актуальность темы диссертации

Развитие высокоэффективных энергосберегающих технологий является на сегодняшний день задачей государственной важности. Это объясняется значительной энергоемкостью промышленного производства в России, нерачительными затратами энергии в жилищно-коммунальном хозяйстве, приводящими к разбазариванию природных запасов страны, излишним затратам общественного труда.

Одной из высокоэффективных технологий производства электроэнергии является детандер-генераторная технология, основанная на применении в системах газоснабжения, на предприятиях, использующих в качестве топлива природный газ, детандер-генераторных агрегатов (ДГА), высокая энергетическая эффективность которых нашла практическое подтверждение.

ДГА могут использоваться на газораспределительных станциях (ГРС), а также на компрессорных станциях (КС) в газивой промышленности, на газоре-гуляторных пунктах (ГРП) всех промышленных предприятий - крупных потребителей газа. Потенциал энергосбережения в России при внедрении ДГА достаточно высок. Так, только в ОАО «Газпром», по предварительным оценкам, установленная электрическая мощность ДГА может составить более 1700 МВт.

Особый интерес представляет развитие научного направления, связанного с известными бестопливными ДГА, в состав которых входят теплонасосные установки (ГНУ). Увеличение полезной мощности таких установок, в том числе и за счет применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ), к которым относятся также и ветроэнергетические установки (ВЭУ), позволит значительно повысить энергетическую эффективность их использования.

Целью исследования является создание научных основ и определение путей повышения энергетической эффективности работы бестопливных детандер-генераторных установок за счет применения ветроэнергетической установки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: ¡.Разработать усовершенствованную схему детандер-генераторной установки на базе детандер-генераторного агрегата, теплового насоса и ветроэнергетической установки.

2. Выбрать критерии оценки эффективности работы установки.

3. Создать математическую модель установки и разработать алгоритмы расчета для режимов работы установки без регенерации и с регенерацией теплоты потока газа после детандера.

4. Провести термодинамический анализ работы установок в различных режимах и определить степень влияния параметров процессов на критерии оценки эффективности в схемах работы установки без регенерации и с регенерацией теплоты.

5. Выполнить сравнительный анализ эффективности работы схем установок в режимах без регенерации и с регенерацией теплоты газа после детандера.

Научная новизна.

- Исследовано влияние режимных факторов на энергетическую эффективность установки на базе ДГА, ТНУ и ВЭУ.

- Впервые разработана математическая модель бестопливной энергогенери-рующей установки, сочетающей в себе ДГА, ТНУ и ВЭУ.

- Впервые разработаны и апробированы алгоритмы расчета зависимости выбранных критериев энергетической эффективности от параметров процессов при различных режимах работы установки с применением и без применения регенерации теплоты газового потока после детандера.

- Получены функциональные зависимости выбранных критериев от параметров процессов при различных режимах работы установки.

- Разработаны способы повышения энергетической эффективности бестопливных энергогенерирующих установок на базе детандер-генераторного агрегата и теплового насоса за счёт использования возобновляемых источников энергии.

Практическая значимость работы.

- Разработана защищенная патентом на полезную модель схема бестопливной энергогенерирующей установки, сочетающей в себе детандер-генераторный агрегат, тепловой насос и ветроэнергетическую установку.

- Разработанные алгоритмы расчёта позволяют определить энергетическую эффективность установки при различных параметрах процессов и режимах работы.

Автор защищает:

- схему бестопливной энергогенерирующей установки, сочетающей в себе детандер-генераторный агрегат, тепловой насос и ветроэнергетическую установку;

- математическую модель бестопливной энергогенерирующей установки, сочетающей в себе детандер-генераторный агрегат, тепловой насос и ветроэнергетическую установку, и алгоритмы расчета зависимости выбранных критериев от параметров процессов при различных режимах работы установки;

- результаты анализа зависимости выбранных критериев эффективности работы установки от параметров процессов при различных режимах работы и

- способы повышения энергетической эффективности рассмотренных установок.

Достоверность и обоснованность результатов работы обусловлены применением современных методов термодинамического анализа.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на IV Международной научно-практической конференции МИСиС, Москва, 2008 г., на научной конференции «Дни науки» в Институте округа Лаузитц, г. Коттбус, ФРГ, 2009 г., на научном семинаре НТИЦ ЭТТ МЭИ (ТУ), 2009 г., на конференции УГТУ, г. Ухта, 2010 г., на Школе-семинаре «Энергосбережение - теория и практика» в МЭИ (ТУ), Москва, 2010 г., на научном семинаре кафедры Тепломассообенных процессов и установок МЭИ (ТУ), 2011 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованных источников, изложенных на 151 странице, включая 59 рисунков и 25 таблиц, кроме того приложения на 110 страницах, в том числе 80 рисунков и 40 таблиц. Список использованных источников состоит из 67 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации.

В первой главе автором проведен анализ научно-технической литературы, посвященной тематике диссертации, рассмотрены различные типы ДГА, в том числе и бестопливных, и их преимущества как устройств для производства электроэнергии и теплоты различных потенциалов. В главе приводятся также основные типы ВЭУ и методы расчета их производительности, различные типы аккумуляторов энергии.

Завершается первая глава постановкой цели исследования и задач, которые должны быть решены для достижения поставленной цели.

Вторая глава диссертации посвящена разработке усовершенствованной схемы бестопливной установки на базе ДГА и ТНУ для производства электроэнергии и выбору критериев оценки эффективности работы такой установки.

В главе приводится принципиальная схема разработанной с участием автора и защищенной патентом на полезную модель установки на базе ДГА, ТНУ и ВЭУ (рисунок 1). описан принцип ее работы. Усовершенствование установки заключено в использовании энергии ВЭУ для подогрева потока транспортируемого газа, направляемого в детандер, либо рабочего тела ТНУ, что должно привести к уменьшению доли выработанной генератором ДГА электрической мощности, используемой для привода ТНУ, и, соответственно, к увеличению доли электрической мощности, отдаваемой потребителю.

Дополнение схемы установки усовершенствующими ее элементами (номера позиций на рисунке 1 с 17 по 27) позволяет использовать выработанную ветроэнергетической установкой энергию для повышения эффективности её работы.

На рисунке 1 нанесены также точки, отмеченные числами, набранными полужирным шрифтом. Эти обозначения использованы далее при описании и анализе математических моделей установки и при проведении термодинамического анализа.

Подвод дополнительной энергии, выработанной за счет возобновляемых источников, может производиться либо в каждом из теплообменников 14, 15 и 16 по отдельности, либо попарно, либо во всех одновременно.

В главе рассмотрены также вопросы выбора критериев оценки эффективности работы бестопливной энергогенерирующей установки на базе ДГА. Показано, что коэффициенты полезного действия, в состав которых входит термический КПД, здесь использованы быть не могут. Это определяется тем, что ДГА не является тепловой машиной и традиционно применяемые для оценки эффективности работы установок, представляющих собой тепловые машины, критерии в данном случае не могут быть использованы. Кроме того, как показано в работе, следует учитывать, что установка изначально является бестопливной, и после внесения в ее схему предлагаемых изменений также остается бестопливной. В рассматриваемом случае для решения поставленной задачи в качестве критериев оценки эффективности работы могут быть рассмотрены такие, как электрическая мощность, вырабатываемая ДГА, электрическая мощность, отдаваемая установкой в сеть, доля выработанной ДГА электрической мощности, отдаваемая в сеть, эксергетический КПД установки, технико-экономические показатели работы установки.

1-электрогенератор; 2-детандер; 3-трубопровод высокого давления; 4-трубопровод низкого давления; 5-основной теплообменник для подогрева газа (конденсатор ТНУ); 6-компрессор ТНУ; 7-электродвигатель, привод компрессора ТНУ; 8-дросселирующее устройство ТНУ; 9-испаритель ТНУ; 10-электрическая связь генератор ДГА - электродвигатель компрессора ТНУ; 11-электрическая связь генератор ДГА - электрическая сеть; 12-низкопотенциальный источник теплоты (НИТ); 13-насос для подачи теплоносителя из НИТ в испаритель 9 теплового насоса; 14-дополнительный теплообменник для подогрева теплоносителя из НИТ; 15, 16-теплообменники для подогрева транспортируемого газа перед и после конденсатора ТНУ соответственно; 17-ветроэнергетическая установка; 18-аккумулятор теплоты; 19-насос перекачки теплоносителя; 20-общий трубопровод подачи теплоносителя; 21, 22 и 23 - линии подачи теплоносителя в теплообменники 14, 15 и 16 соответственно; 24, 25 и 26 -линии отвода теплоносителя после теплообменников 14, 15 и 16 соответственно; 27-общий трубопровод отвода теплоносителя

Рисунок 1 - Принципиальная схема бестопливной установки на базе детандер-генераторного агрегата, теплового насоса и ветроэнергетической установки

В работе рассмотрены эти критерии, оценены их преимущества и недостатки, после чего делается вывод о том, что наибольшее практическое значение имеют технико-экономические показатели работы установки. Этот критерий носит общий характер и именно его необходимо применять при определении целесообразности внедрения установок. Однако при решении частных задач, примером которых является задача, рассматриваемая в данной работе, могут найти применение и другие критерии. Так, в соответствии с целью исследования, в работе в качестве критериев были выбраны доля выработанной ДГА

электрической мощности и абсолютная полезная электрической мощность установки, отдаваемые потребителю (в сеть).

В третьей главе диссертации проведен анализ работы установки при подводе теплоты от ВИЭ, разработаны математическая модель и алгоритмы расчета при различных условиях работы установки.

Как показал предварительный анализ, подвод теплоты от ВИЭ вызывает изменения в работе установки, но характер и интенсивность этих изменений в различных элементах установки в значительной степени зависят от того, в каком из теплообменников подведена теплота. При выполнении данной работы было принято решение рассмотреть вариант, при котором теплота подводится в одном теплообменнике, расположенном между конденсатором ТНУ и детандером (далее по тексту - теплообменник). При этом из всех принципиально возможных режимов работы установки были выбраны режимы с переменной температурой газа перед детандером, при которых могут быть получены значительно большие полезные электрические мощности, чем при режимах с постоянной температурой газа после теплообменника (перед детандером) и переменных температурах газа после конденсатора ТНУ.

При проведении исследования полагалось, что теплота, подводимая в теплообменнике, изменяется от нуля до такой величины, которую надо подвести к газу в конденсаторе ТНУ для обеспечения задаваемой температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ, при отсутствии подвода теплоты в теплообменнике.

Теплота Qr, которую газ должен получить в конденсаторе ТНУ и теплообменнике, равна сумме потоков теплоты QK и Qt соответственно, подведенных в этих теплообменниках

Qr = Qk + Qt- (1)

В соответствии с обозначениями, принятыми на рисунке 1, QK = Gr(h3-h2); (2)

QT=Gr(h4-h3). (3)

Здесь и далее буквой «Ь» обозначены энтальпии.

При переменной температуре газа перед детандером электрическая мощность ДГА также не остается постоянной и увеличивается по мере увеличения температуры газа перед детандером. При постоянной температуре газа после конденсатора ТНУ и прочих равных условиях остается постоянным и режим работы теплового насоса. Тогда доля энергии, отдаваемая установкой в сеть, при увеличении теплоты, подводимой от ВИЭ, должна возрастать, т.к. при увеличении температуры газа перед детандером возрастает мощность ДГА. На рисунке 2 в h-s - диаграмме показаны процессы в детандере до (2-3-5) и после (2-3-4-5а) подвода теплоты от ВИЭ при непостоянной температуре газа перед детандером.

Рисунок 2 - Процессы в детандере при переменной температуре газа перед детандером без регенерации теплоты газа после детандера

Из диаграммы видно также, что удельная работа детандера, вырабатываемая па единицу расхода газа в процсссс 4-5 а, оказывается больше, чем та же величина, вырабатываемая в процессе 3-5 (рвх и рвых ~ давления газа на входе и выходе детандера соответственно).

Из диаграммы, приведенной на рисунке 2, видно, что после подвода теплоты от ВИЭ энтальпия газа на выходе из детандера оказывается больше, чем без подвода теплоты от ВИЭ. Это при прочих равных условиях приводит к тому, что после подвода теплоты от ВИЭ эффективность использования подведенной теплоты в рассматриваемой установке уменьшается. Действительно, из диаграммы видно, что выражение

к-к

определяющее КПД установки по выработке электроэнергии после подвода теплоты от ВИЭ, будет меньше, чем отношение

ь-к

определяющее тот же КПД до подвода теплоты от ВИЭ. Вместе с тем, при применении к анализу эффективности работы установки системного подхода необходимо учитывать, как теплота, эквивалентная разности энтальпий Ь5 - Ь5а, используется после станции понижения давления. Так, если расстояние от детандера до газопотребляющего оборудования невелико, то большая часть теплоты, эквивалентная разности энтальпий Ь5 - Ь5а, поступит в топку котла или промышленной печи, увеличив тем самым физическую теплоту топлива, что приведет при прочих равных условиях к снижению потребного расхода топлива. Если же расстояние от детандера до газопотребляющего оборудования велико, то теплота, эквивалентная разности энтальпий Ь5 - Ь5а, будет потеряна за счет ее диссипации в окружающую среду. В последнем случае для исключения этих потерь может быть применена регенерация теплоты, эквивалентной разности

энтальпий Ь5 - Ь5а, для подогрева газа перед конденсатором ТНУ. Схема установки с регенерацией представлена в диссертации.

В главе 3 рассмотрены оба возможных варианта работы установки при переменной температуре газа перед детандером: без регенерации теплоты и с регенерацией теплоты газа после детандера. Необходимо отметить, что использование в качестве критериев эффективности работы установки доли отдаваемой в сеть электроэнергии и электрической мощности установки не предполагает применения к анализу системного подхода, но полученные при таком методе исследования результаты могут быть использованы в дальнейшем, в задачах, требующих его применения.

При работе установки с непостоянной температурой газа перед детандером без регенерации теплоты газа после детандера подогрев газа производится сначала в конденсаторе ТНУ (процесс 2-3 на Ь-б - диаграмме на рисунке 2), а затем в теплообменнике (процесс 3-4).

Увеличение подвода теплоты в теплообменнике приводит к повышению энтальпии на входе в детандер и, как следствие, к увеличению мощности, вырабатываемой ДГА.

При работе установки с непостоянной температурой газа перед детандером и с регенерацией теплоты газа после детандера подогрев газа также производится сначала в теплообменнике-регенераторе (процесс 1-2 на рисунке 3), затем в конденсаторе ТНУ (процесс 2-3), а затем в теплообменнике (процесс 3-4).

Рисунок 3 - Процессы в детандере при переменной температуре газа перед детандером с регенерацией теплоты газа после детандера

После расширения в турбине (процесс 4-5а) энтальпия газа на выходе из детандера (точка 5а) оказывается выше энтальпии газа, которую газ имел бы после дросселирования и после подогрева только в конденсаторе ТНУ (точка 5). В этом случае часть теплоты газа, эквивалентная разности энтальпий АЬ1=(Ь5а - Ь5), может быть передана газу в регенеративном теплообменнике перед конденсатором ТНУ. Полученная газом теплота ДЬ2 в этом случае эквивалентна разности энтальпий Ь2 - Ьь При этом переданная и полученная теплота связаны соотношением

ДЬ2 = т1ртоЛ11Ь (6)

11

йЬ.

где г|рхо - КПД теплообменника-регенератора и системы транспортировки теплоты.

Проанализируем, какова предельная теплота, которая может быть подведена в этом случае к газу от ВИЭ в теплообменнике после конденсатора ТНУ.

При увеличении подвода теплоты в теплообменнике-регенераторе (процесс 1-2 в h-s-диаграмме на рисунке 3) и постоянной температуре газа после конденсатора ТНУ теплота, которую необходимо подвести в конденсаторе ТНУ (процесс 2-3 на той же диаграмме), уменьшается. Когда ДЬ2 = (hз - hi), регенеративный подогрев на участке 1-3 полностью заменяет подогрев газа в конденсаторе ТНУ и доля выработанной ДГА электроэнергии, отдаваемая в сеть, становится равной единице. Необходимость в теплонасосной установке отпадает, что приводит к существенному изменению схемы установки. Таким образом, максимальная теплота, которая может быть подведена в теплообменнике после конденсатора ТНУ, ограничена условием (h^ - hOn_PTo<(hrhi).

Кроме того, необходимо учитывать отклонение, особенно в области высоких давлений газа, его свойств от свойств идеального газа. Это приводит к необходимости учитывать также и условие обеспечения теплообмена в теплообменнике-регенераторе: для того, чтобы подогреть газ до температуры t3, необходимо, чтобы температура tsa была больше, чем температура 1з. Кроме того, особенно при небольших величинах теплоты, подведенной в теплообменнике после конденсатора ТНУ, температура газа после детандера может быть меньше, чем температура газа на входе на станцию понижения давления. При этом в теплообменнике-регенераторе будет происходить не подогрев, а охлаждение потока газа, что приведет к увеличению потребной мощности компрессора ТНУ и, соответственно, к снижению доли электроэнергии, отдаваемой от установки в сеть. Поэтому практическое использование регенерации целесообразно в тех случаях, когда температура газа на выходе из детандера превосходит температуру газа на входе на станцию понижения давления.

В главе 3 была разработана математическая модель установки. При разработке математической модели установки было принято, что основной составной частью этой модели будут уравнения, условия и ограничения, описывающие ДГА, ТНУ, тепловой баланс теплообменников для подогрева теплоносителя из низкопотенциального источника теплоты и транспортируемого газа. После добавления к этим уравнениям, условиям и ограничениям уравнений, условий и ограничений, описывающих установку, использующую энергию ветра, может быть получена математическая модель установки в целом.

В качестве параметров процесса рассматриваются:

- расход транспортируемого газа;

- давление газа на входе и выходе станции понижения давления;

- температура газа на входе на станцию понижения давления;

- температура низкопотенциального источника теплоты.

Принятые ограничения:

- давления газа на входе и выходе станции технологического понижения давления задаются по условиям эксплуатации.

Принятые условия:

- вид расчета - конструкторский;

- недогревы в теплообменниках задаются в качестве условий расчета;

- потери давления теплоносителей и рабочих тел в теплообменниках и трубопроводах малы;

- эффективности всех теплообменников одинаковы;

- процесс дросселирования в дросселирующем устройстве теплонасос-ной установки адиабатический.

В систему уравнений, с помощью которых описаны основные характеристики моделируемого объекта, кроме уравнений (1) - (3), вошли следующие математические зависимости.

Уравнение для определения мощности Ищ-Д) вырабатываемой ДГА

Ндга=Ог* (114 - Ь5)Т)мех Лген , (7)

либо

N = "игл

{—) ■ R • Г4 • z, ■ (1 - (£*-) » ) • Gr - „ • «7™ ■

к-1 РКХ

МгЯ4

(8)

Здесь ¿-показатель адиабаты; R-универсальная газовая постоянная; Gr-расход газа; т\мсх, т\ГС11, r\oi - КПД механический, генератора и внутренний относительный соответственно; z - коэффициент сжимаемости; ^сщ - молярная масса метана.

Уравнение для определения температуры газа на выходе из ДГА, полученное в результате преобразования уравнения (8)

-1

(9)

Уравнение теплового баланса для конденсатора ТНУ

йхл №13 - Ьн)г|т = Ог(Ь3 - Ь2), (10)

где вхл ~ расход хладагента. Уравнение теплового баланса для теплообменника после конденсатора ТНУ СЬэуЛТ = Ор(Ь4 - Ь3), (11)

где <ЗВЭу -теплота от ВЭУ; т|Т - эффективность теплообменника. Уравнение для определения действительней энтальпии хладагента на выходе из компрессора ТНУ

(12)

Уравнение для определения расхода хладагента в контуре ТНУ

ОЧз -«и)

Уравнение для определения мощности Ик, затрачиваемой на привод компрессора ТНУ

Уравнение для определения коэффициента ц трансформации ТНУ

(15)

"к

Уравнение для определения доли а электроэнергии, отдаваемой в сеть а = (АГдгл~^к) (16)

^ДГА

Уравнение для определения расхода Онит теплоносителя от НИТ:

а с\п\

нт~ ч ^ '

Уравнение для определения мощности Ынас> электродвигателя насоса для перекачки теплоносителя от НИТ:

*НАС=Г^ (18)

Ртн '¡НАС

Уравнение теплового баланса для теплообменника - регенератора (для случая регенеративного подогрева газа перед конденсатором ТНУ)

СКЬ2 - Ь,) = Сг(Ь5а - Ь5)Лрто (19)

где г)рто - эффективность теплообменника-регенератора.

Уравнение теплового баланса для теплообменника подогрева теплоносителя из низкопотенциального источника перед испарителем ТНУ

СЬэуПт = Сун(Ь 19 -1118) (20)

Уравнение теплового баланса для теплообменника перед конденсатором

ТНУ

ОвэУПт = От<Ь2-Ь,) (21)

Уравнения состояния для определения удельных энтальпии Ьг и энтропии вг газа:

Ьг=Ь(ргДг), (22)

51=з(ргДг). (23)

Уравнения состояния для определения удельных энтальпии 11ха и энтропии бХа хладагента:

ЬХА=Ь(рхлДХА), (24)

SxA=s(pxA,txA)- (25)

Уравнение для определения мощности Р, развиваемой ВЭУ

_ , V3S е tuRV

Р = ^г —- = 4Лг—. (26)

где £-коэффициент использования энергии ветра, г|г-КПД генератора; V-cko-рость ветра; S- площадь ометаемой поверхности ветроколеса; Л - радиус ветроколеса.

Поправка на изменение плотности воздуха от нормальных температуры воздуха 7я и барометрического давления:

Р, 1Н гг.

Pi=Pj,~> (27)

PhtI

где р - плотность воздуха.

Система уравнений (1) - (3) и (7) - (27) с принятыми условиями и ограничениями представляет собой математическую модель бестопливной детандер-генераторной установки с парокомпрессионным тепловым насосом и ветроэнергетической установкой. Решение системы позволяет определить зависимость выбранных критериев энергетической эффективности от подведенной в теплообменнике после конденсатора ТНУ теплоты. В связи с тем, что в математическую модель входят уравнения состояния газа и хладагента, прямое получение при решении модели аналитических зависимостей представляется проблематичным. В этом случае для реализации математической модели должны быть разработаны алгоритмы расчета для каждого из рассматриваемых режимов работы установки.

В главе 3 также представлены разработанные алгоритмы решения (определения зависимости выбранных критериев энергетической эффективности) от параметров работы при переменной температуре газа перед детандером как без регенерации, так и с регенерацией теплоты газа после детандера.

Обеспечение последнего режима работы требует изменения схемы установки - включения регенеративного теплообменника в линию транспортируемого газа перед конденсатором ТНУ (схема установки для этого случая приведена в диссертации).

Алгоритмы расчета разработаны для следующих заданных исходных данных:

1. Абсолютные давления на входе на станцию технологического понижения давления.

2. Абсолютные давления на выходе со станции технологического понижения давления.

3. Температуры газа на входе на станцию технологического понижения давления.

4. Температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ.

5. Тепловые мощности, подводимые от ветроэнергетической установки.

6. Параметры теплоносителя из источника низкопотенциальной теплоты на входе в испаритель ТНУ и на выходе из него.

7. Характеристики ДГА:

- механический КПД;

- внутренний относительный КПД детандера;

- КПД генератора.

Полагалось, что тепловая мощность, подводимая от ВЭУ, изменяется от нуля до максимального значения, равного тепловой мощности, подведенной к газу в конденсаторе ТНУ при работе установки без подвода теплоты от ВЭУ (Qb3y = 0), с заданным шагом, составляющим около 10% от максимальной подводимой тепловой мощности.

Четвертая глава диссертации посвящена определению влияния теплоты возобновляемого источника энергии и параметров процессов (давлений, температур, подводимой теплоты) на эффективность работы установки без регенерации теплоты газа после детандера.

Расчеты проводились по разработанным алгоритмам. При проведении расчетов были приняты следующие исходные данные.

1. Абсолютные давления входа/выхода для станций технологического понижения давления газа:

- для ГРП - 0,8/0,2; 1,0/0,2; 1,2/0,2 МПа;

- для ГРС - 4,0/1,5; 5,0/1,5; 6,0/1,5 МПа.

2. Температура газа на входе на станцию технологического понижения давления - 0°С.

3. Расход газа - 1000 нм3/ч.

4. В качестве источника низкопотенциальной теплоты выбран водоем с параметрами теплоносителя на входе в испаритель ТНУ - +5° С, а на выходе из него - + 3°С.

5. Задаваемые температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ - 50; 60; 70 и 80 °С.

6. Характеристики ДГА:

- внутренний относительный КПД детандера - 0,748; -КПД генератора-0,98.

Результаты расчетов зависимости отдаваемой в сеть доли мощности ДГА в графическом виде для давлений газа на входе и на выходе детандера 0,8 и 0,2 МПа соответственно приведены на рисунках 4 и 5, Аналогичные расчеты были проведены для давлений входа/выхода 1,0/0,2 и 1,2/0,2, характерных для существующих ГРП, и для давлений 4,0/1,5; 5,0/1,5 и 6,0/1,5, характерных для существующих ГРС.

Результаты расчетов при различных соотношениях давлений качественно не отличаются друг от друга. Во всех случаях повышение температуры газа после конденсатора ТНУ приводит к уменьшению доли электроэнергии, отдаваемой в сеть во всем диапазоне рассмотренных параметров. Это объясняется более интенсивным увеличением потребляемой электрической мощности тепло-насосной установки при повышении температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ по сравнению со связанным с повышением температуры газа перед детандером увеличением мощности ДГА.

13. С

1 —»-С>вэу=ОкВт -*—Овэу= 10 кВт Овэу = 20кВт - * -Овэу = 25 кВт|

Рисунок 4 - Зависимость доли электроэнергии, отдаваемой в сеть, от температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ при различных тепловых мощностях, подведенных от ВЭУ, для соотношения давлений 0,8/0,2 МПа, (установка без

регенерации)

100.0 л----------г----------------------------------------------------

ф

о 40.0

к с

о

4 20,0

0,0 -I-------

О 5 10 15 20 25 30 35

Овэу.кВт

I —»—13 = 50 С -»-^бОС —* -13 = 70 С - - (3 = 80С I

Рисунок 5 - Зависимость доли электроэнергии, отдаваемой в сеть, от теплоты, подведенной от ВЭУ при различных температурах газа на выходе из конденсатора ТНУ, для соотношения давлений 0,8/0,2 МПа, (установка без регенерации)

Расчеты показали, что характер зависимости абсолютной полезной электрической мощности, отдаваемой установкой в сеть, такой же, что и характер зависимости доли полезной мощности, отдаваемой установкой в сеть.

При выбранных условиях исследования - при постоянной температуре газа после конденсатора ТНУ - подвод теплоты в теплообменнике приводит к повышению температуры газа перед детандером и, как следствие, к увеличению мощности ДГА. В то же время, зависимость электрической мощности ДГА от подведенной теплоты не является прямой пропорцией. Это определяется свойствами газа. Построение процессов в Ь-б - диаграмме наглядно показывает, что при постоянных давлениях входа и выхода газа (одно из принятых при проведении исследований условий) при увеличении температуры подогрева отношение выработанной электроэнергии к подведенной теплоте уменьшается. Однако при этом растут энтальпия и температура газа на выходе из детандера. Это объясняет характер зависимости изменения доли электроэнергии, отдаваемой в сеть, и полезной мощности от теплоты, подведенной в теплообменнике (рисунки 4 и 5).

В пятой главе диссертации рассматривалось влияние теплоты от возобновляемого источника энергии и параметров процессов на эффективность работы установки с регенерацией теплоты газа после детандера. Расчеты проводились при тех же исходных данных, что и расчеты, результаты которых приведены в главе 4.

На рисунках 6 и 7 представлены графики зависимости доли электроэнергии, отдаваемой в сеть, от температуры газа после конденсатора ТНУ при различных тепловых мощностях, подведенных от ветроэнергетической установки, и от тепловой мощности, подведенной от ветроэнергетической установки, при различных температурах газа после конденсатора ТНУ, для соотношения давлений в МПа 0,8/0,2.

100,00

с о и

| 20,00 -------

0,00 ----------

50 55 60 65 70 75 80

(3,С

"^-»-0взу = 0 кВт Овэу=Ю кВт -^-Овэу = 20кВт —Овэу = 30кВт |

Рисунок 6 - Зависимость доли электроэнергии, отдаваемой в сеть, от температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ при различных тепловых мощностях, подведенных отВЭУ, для соотношения давлений 0,8/0,2 МПа, (установка с регенерацией)

Зависимости полезной мощности, вырабатываемой ДГА, от температуры газа после конденсатора ТНУ, при различных тепловых мощностях, подведенных от ветроэнергетической установки и от абсолютной тепловой мощности, подведенных от ветроэнергетической установки, при различных температурах газа после конденсатора ТНУ имеют в этом случае такой же характер, как и зависимости доли электроэнергии, отдаваемой в сеть.

80,00

^ 60,00 -:-^-------

s' Jl

Е

г

т

® 40,00 --1--1----

о

к

§

се

20,00 --------

j

0,00 -------1

О 5 10 15 20 25 30 35

Овэу, кВт

| —»-t3 = snc -«--t3 = 60C —*~t3 = 70 С -— - t3 = 80"C~~l

Рисунок 7 - Зависимость доли электроэнергии, отдаваемой в сеть, от теплоты, подведенной от ВЭУ при различных температурах газа на выходе из конденсатора ТНУ, для соотношения давлений 0,8/0,2 МПа, (установка с регенерацией)

Аналогичные расчеты были проведены для давлений входа/выхода 1,0/0,2 и 1,2/0,2, характерных для существующих ГРП, и для давлений 4,0/1,5; 5,0/1,5 и 6,0/1,5, характерных для существующих ГРС.

Так же, как и при расчетах без регенерации теплоты газа на выходе из детандера, результаты расчетов при различных соотношениях давлений качественно не отличаются друг от друга. Во всех случаях повышение температуры газа после конденсатора ТНУ приводит к уменьшению доли электроэнергии, отдаваемой в сеть во всем диапазоне рассмотренных параметров. Абсолютная полезная электрическая мощность, отдаваемой установкой в сеть, при увеличении температуры газа после конденсатора ТНУ также уменьшается. При этом степень влияния снижения температуры газа после конденсатора ТНУ на уменьшение полезной мощности, отдаваемой установкой в сеть, оказалась примерно такой же, что и степень влияния этой температуры на долю полезной мощности, отдаваемой установкой в сеть. Подвод теплоты в теплообменнике, так же, как и при расчетах без регенерации теплоты газа, приводит к повышению температуры газа перед детандером и, как следствие, к увеличению полезной мощности ДГА.

В шестой главе диссертации проведен сравнительный анализ энергетической эффективности схем установок без регенерации и с регенерацией теплоты газа после детандера.

Анализ результатов расчетов, приведенных в главах 4 и 5 диссертации, показывает, что и доля электроэнергии, и полезная электрическая мощность, отдаваемые в сеть, при увеличении тепловой мощности, подводимой от ВЭУ в теплообменнике перед детандером, в схеме с регенерацией теплоты газа после детандера возрастает более интенсивно, чем в схеме без регенерации. При высоких температурах газа после конденсатора ТНУ и больших тепловых потоках, подводимых от ВЭУ, доля электроэнергии, отдаваемой в сеть, в схеме с регенерацией теплоты газа после детандера оказывается большей, чем в схеме без регенерации.

Меньшие значения доли электроэнергии и полезной электрической мощности, отдаваемых в сеть, в схеме с регенерацией по сравнению с аналогичными показателями в схеме без регенерации при низких температурах газа после конденсатора ТНУ и малых тепловых потоках, подводимых от ВЭУ, объясняются тем, что в этих случаях температура газа после детандера оказывается ниже, чем принятая при расчетах температура газа на входе в установку. Поэтому в теплообменнике-регенераторе транспортируемый газ не подогревается, а охлаждается, что приводит к росту нагрузки на тегоюнасосную установку и, соответственно, увеличению потребляемой электрической мощности, подводимой к компрессору ТНУ.

В таблице приведены отношения полезных электрических мощностей Рм, отдаваемых в сеть, при тепловой мощности ВЭУ, передаваемой в теплообменнике, равной 25 кВт и температуре транспортируемого газа после конденсатора ТНУ, равной 50 °С. Аналогичные результаты получены и для других температур.

Таблица- Отношения полезных электрических мощностей, отдаваемых в сеть, при тепловой мощности ВЭУ, передаваемой в теплообменнике, равной 25 кВт и температуре транспортируемого газа после конденсатора ТНУ, равной 50 °С

Давления Входа /выхода Отношение давлений вх./вых. Отношение давлений вых./вх. Мощн. с регенерац, NP, кВт Мощность без регенерац, Ыб кВт Отношение Pn = Np/Nb

0,8/0,2 4,00 0,250 32,0 28,2 1,13

1,0/0,2 5,00 0,200 35,2 32,8 1,07

1,2/0,2 6,00 0,167 37,8 36,5 1,04

4,0/1,5 2,67 0,375 25,7 19,1 1,35

5,0/1,5 3,33 0,300 29,3 24,2 1,21

6,0/1,5 4,00 0,25 32,0 28,2 1,14

Выводы

1. Разработана и защищена патентом на полезную модель схема бестопливной установки для производства электроэнергии на базе детандер-генераторного агрегата, теплового насоса и ветроэнергетической установки.

2. Показано, что при анализе работы бестопливных энергогенерирующих установок на базе ДГА, ТНУ и ВЭУ в качестве критериев оценки эффективности работы следует применять долю выработанной установкой электроэнергии и абсолютную полезную электрическую мощность, отдаваемые в сеть.

3. Впервые разработаны математическая модель установки и алгоритмы расчета критериев эффективности при переменной температуре газа перед детандере:.: без регенерации и с регенерацией теплоты газа после детандера.

4.Получены зависимости влияния абсолютной и относительной тепловых мощностей, подведенных от ветроэнергетической установки, температуры газа после конденсатора ТНУ, давлений входа и выхода природного газа на энергетическую эффективность работы установки как без регенерации, так и с регенерацией теплоты газа после детандера.

5.Термодинамический анализ работы бестопливной установки для производства электроэнергии на базе ДГА, ТНУ и ВЭУ позволил установить характер влияния подвода теплоты от возобновляемого источника энергии в теплообменнике подогрева газа до и после конденсатора ТНУ на эффективность работы установки.

6. В результате сравнительного анализа энергетической эффективности схем установок без регенерации и с регенерацией теплоты газа после детандера определены степени влияния параметров процессов (температур, давлений, подведенной теплоты) на эффективность применения регенеративного подогрева в схеме энергогенерирующей установки на базе ДГА, ТНУ И ВЭУ.

Так, показано, что эффект от применения регенерации заметно возрастает при уменьшении отношения давлений входа/выхода и при увеличении температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ. Например, при отношении давлений входа/выхода 6,0 полезная мощность в схеме с регенерацией при прочих равных условиях превосходит полезную мощность в схеме без регенерации в 1,04 раза, а при отношении давлений входа/выхода 2,67 - в 1,35 раза.

Показано также, что отдаваемые в сеть и полезная электрическая мощность, и доля электроэнергии при увеличении тепловой мощности, подводимой от ВЭУ в теплообменнике перед детандером, в схеме с регенерацией теплоты газа после детандера возрастают более интенсивно, чем в схеме без регенерации. Так, при принятых условиях расчета и доля электроэнергии, отдаваемой в сеть, и отдаваемая в сеть полезная электрическая мощность в схеме с регенерацией теплоты газа после детандера превосходит аналогичный показатель для

схемы без регенерации для температуры 50°С в 1,14 раза; для 60°С - в 1,23 раза; для 70°С-в 1,37 раза и для 80 °С-в 1,61 раза.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Детандер-генераторная установка / П.А.Костюченко, B.C. Агабабов, A.A. Александров, Е.В. Джураева//Патент на пол. мод. №72049 RU МПК F25B 11/02,14.11.2007 Опубл. 27.03.2008. Бюл. №9.

2. Костюченко П.А., Агабабов B.C., Байдакова Ю.О. Повышение эффективности работы бестопливной установки для производства электроэнергии за счет использования ветроэнергетической установки/Энергосбережение и водоподготовка-2010. - №4 (66). - С. 22-27.

3. Костюченко ILA., Агабабов B.C., Байдакова Ю.О. Анализ влияния параметров работы бестопливной энергогенерирующей установки на ее эффективность/Энергосбережение и водоподготовка-2011. - № 1(69). - С.71-73.

4. Костюченко П.А., Агабабов B.C. Использование детандер-генераторных агрегатов на предприятиях металлургии/IV Международная научно-практическая конференция, МИСиС, Москва, 2008-С.40-44.

5. Костюченко П.А. Смирнова У.И. К определению эффективности работы детандер-генераторных агрегатов Сборник научных трудов: материалы научно-практической конференции (13-15 апреля 2010 г.) в 2 ч.; 4.1 / под.ред. Н.Д.Цхадая - УГТУ, 2009. - 405 с.:ил.

6. Костюченко П.А., Байдакова Ю.О. Анализ влияния подведенной теплоты возобновляемого источника энергии на работу бестопливной установки на базе детандер-генераторного агрегата и теплового насоса / Энергосбережение - теория и практика: труды Пятой Международной школы-семинара молодых ученых и специалистов (18-22 октября 2010 г., Москва). - С. 353-356.

Подписано в печать £ /. Oty. <Ш(( Зак. Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Тир. (00 п.л. iß

Обозначения и сокращения.

Введение.

1 АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Детандер-генераторные агрегаты.

1.1.1 Традиционные ДГА.

1.1.2 Бестопливные детандер-генераторные установки.

1.1.2.1 Установки для производства электроэнергии на базе детандер-генераторного агрегата и теплового насоса.

1.1.2.2 Установки для производства электроэнергии на базе детандер-генераторного агрегата и воздушного теплового насоса.

1.2 Ветроэнергетические установки.

1.2.1 Общие сведения о ветровой энергии.

1.2.2 Основные типы ветроэнергетических установок.

1.2.3 Режимы работы ветроэлектрических установок автономного применения.

1.2.4 Расчет ветроэнергетической установки.

1.3 Аккумуляторы теплоты.

1.4 Постановка цели и задач исследования.

2 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ БЕСТОПЛИВНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ

ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ТЕПЛОТЫ И ХОЛОДА НА БАЗЕ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА, ТЕПЛОВОГО НАСОСА И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ. ВЫБОР КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УСТАНОВКИ

2.1 Разработка схемы бестопливной установки.

2.1.1 Схема усовершенствованной бестопливной детандер-генераторной установки с дополнительными теплообменниками.

2.1.2 Принципиальная схема бестопливной установки на базе детандер-генераторного агрегата, теплового насоса и ветроэнергетической установки

2.2 Выбор критериев оценки эффективности работы установки.

2.2.1 Электрическая мощность, вырабатываемая ДГА.

2.2.2 Доля выработанной ДГА электрической мощности, отдаваемая потребителю.

2.2.3 Эксергетический КПД установки.

2.2.4 Эффективность использования теплоты, подведенной к установке.

2.2.5 Технико-экономические показатели установки.

2.2.6 Выбор критерия оценки эффективности установок для проведения исследований.48'

3 АНАЛИЗ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПРИ ПОДВОДЕ ТЕПЛОТЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА.

3.1 Анализ работы установки при подводе теплоты возобновляемого источника энергии в теплообменнике подогрева газа после конденсатора

3.1.1 Режим без регенеративного подогрева газа перед конденсатором ТНУ

3.1.2 Режим с регенеративным подогревом газа перед конденсатором ТНУ

3.2 Разработка математической модели.

3.3 Разработка алгоритмов расчета.

3.3.1 Режим без регенерации теплоты газа после детандера.

3.3.2 Режим с регенерацией теплоты газа после детандера.

4 ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОТЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ И ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ УСТАНОВКИ БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ ГАЗА ПОСЛЕ ДЕТАНДЕРА.

4.1 Результаты расчета.

4.1.1 Газорегуляторные пункты.

4.1.2 Газораспределительные станции.

4.2 Анализ полученных результатов.

4.2.1 Влияние температуры газа после конденсатора ТНУ.

4.2.2 Влияние тепла, подводимого от ВЭУ.

5 ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОТЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ И ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ УСТАНОВКИ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ ГАЗА ПОСЛЕ ДЕТАНДЕРА.

5.1 Результаты расчета.

5.1.1 Газорегуляторные пункты.

5.1.2 Газораспределительные станции. 5.2 Анализ полученных результатов.

5.2.1 Влияние температуры газа после конденсатора ТНУ.

5.2.2 Влияние тепла, подводимого от ВЭУ.

6 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМ УСТАНОВОК БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ И С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ ГАЗА ПОСЛЕ ДЕТАНДЕРА.

6.1 Доля электроэнергии, отдаваемой в сеть.

6.2 Полезная электрическая мощность установки.

Выводы.

Энергосбережению в промышленности и жилищно-коммунальном комплексе уделяется значительное внимание. Проблема энергосбережения, являясь одной из важнейших во всех развитых странах, приобретает особую остроту в России, где климат один из самых суровых, энергоресурсы дорожают и используются крайне неэффективно. На решение этой проблемы направлены усилия государства. Так, принятый в конце 2009 года Федеральный закон №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты российской федерации» определяет направления деятельности всех государственных и негосударственных структур в этой области.

Энергосбережение является существенным резервом повышения эффективности производства не только при потреблении, но также и при генерации различных видов энергии. К ним относятся, в первую очередь, электроэнергия, теплота, а также и холод. В мировой энергетике подавляющее количество электроэнергии и теплоты производят на установках, использующих для работы энергию, выделяющуюся при сжигании органического топлива. За последние годы в большинстве промышленно развитых стран созданы и внедрены достаточно совершенные установки для преобразования энергии органического топлива в электрическую энергию и теплоту. Дальнейшее повышение технико-экономических показателей таких установок требует поиска новых, нетрадиционных методов, применение которых позволило бы существенно повысить технико-экономические показатели работы энергетического оборудования и одновременно улучшить его экологические показатели.

Одной из возможностей решения этой проблемы на промышленных предприятиях, использующих в качестве топлива природный газ, является применение детандер-генераторных агрегатов (ДГА), принцип действия которых основан на использовании технологического перепада давления транспортируемого природного газа.

Мировая энергетика уже около 40 лет использует технологические перепады давления транспортируемого природного газа. Начиная с 70-х годов прошлого столетия, на ряде газораспределительных станций и газорегуляторных пунктов промышленных предприятий Западной Европы, США, а также других стран, стали успешно использоваться установки, цель которых — использование избыточного давления транспортируемого природного газа для получения электрической энергии. Эти установки получили название детандер-генераторные агрегаты. На сегодняшний день известны более 200 установок, использующих детандер-генераторную технологию для производства, в основном, электроэнергии. Необходимо отметить, что практически все существующие установки для обеспечения своей работы требуют сжигания топлива, что, даже при исключительно высокой их энергетической эффективности, тем не менее, приводит к загрязнению окружающей среды.

Появившиеся в последнее время технические решения в области детандер-генераторной технологии позволили разработать схемы бестопливных детандер-генераторных установок. В установках такого типа для обеспечения работы используется низкопотенциальное тепло окружающей среды или вторичных энергетических ресурсов. В то же время, полезная мощность таких установок при прочих равных условиях оказывается меньше, чем мощность аналогичных установок, использующих энергию, выделяющуюся при сжигании топлива. Это связано с тем, что от 20 до 50 % от произведенной ДГА электроэнергии в таких устройствах расходуется на обеспечение работы теплонасосной установки, являющейся их составной частью.

Одним из возможных направлений повышения эффективности работы бестопливных энергогенерирующих установок на базе детандер-генераторных агрегатов и тепловых насосов является использования энергии возобновляемых источников, в частности энергии ветра. Этому направлению повышения энергетической эффективности энергогенерирующих бестопливных установок на базе ДГА и ТНУ посвящена настоящая работа.

Выводы

1. Разработана и защищена патентом на полезную модель схема бестопливной установки для производства электроэнергии на базе детандер-генераторного агрегата, теплового насоса и ветроэнергетической установки.

2. Показано, что при анализе работы бестопливных энергогенерирующих установок на базе ДГА, ТНУ и ВЭУ в качестве критериев оценки эффективности работы следует применять долю выработанной установкой электроэнергии и абсолютную полезную электрическую мощность, отдаваемые в сеть.

3. Впервые разработаны математическая модель установки и алгоритмы расчета критериев эффективности при переменной температуре газа перед детандером без регенерации и с регенерацией теплоты газа после детандера.

4.Получены зависимости влияния абсолютной и относительной тепловых мощностей, подведенных от ветроэнергетической установки, температуры газа после конденсатора ТНУ, давлений входа и выхода природного газа на энергетическую эффективность работы установки как без регенерации, так и с регенерацией теплоты газа после детандера.

5.Термодинамический анализ работы бестопливной установки для производства электроэнергии на базе ДГА, ТНУ и ВЭУ позволил установить характер влияния подвода теплоты от возобновляемого источника энергии в теплообменнике подогрева газа до и после конденсатора ТНУ на эффективность работы установки.

6. В результате сравнительного анализа энергетической эффективности схем установок без регенерации и с регенерацией теплоты газа после детандера определены степени влияния параметров процессов (температур, давлений, подведенной теплоты) на эффективность применения регенеративного подогрева в схеме энергогенерирующей установки на базе ДГА, ТНУ И ВЭУ.

Так, показано, что эффект от применения регенерации заметно возрастает при уменьшении отношения давлений входа/выхода и при увеличении температуры газа на выходе из конденсатора ТНУ. Например, при отношении давлений входа/выхода 6,0 полезная мощность в схеме с регенерацией при прочих

144 равных условиях превосходит полезную мощность в схеме без регенерации в 1,04 раза, а при отношении давлений входа/выхода 2,67 - в 1,35 раза.

Показано также, что отдаваемые в сеть и полезная электрическая мощность, и доля электроэнергии при увеличении тепловой мощности, подводимой от ВЭУ в теплообменнике перед детандером, в схеме с регенерацией теплоты газа после детандера возрастают более интенсивно, чем в схеме без регенерации. Так, при принятых условиях расчета и доля электроэнергии, отдаваемой в сеть, и отдаваемая в сеть полезная электрическая мощность в схеме с регенерацией теплоты газа после детандера превосходит аналогичный показатель для схемы без регенерации для температуры 50°С в 1,14 раза; для 60°С — в 1,23 раза; для 70°С - в 1,37 раза и для 80 °С - в 1,61 раза.

1. Давыдов А.Б., Кабулашвили А.Ш., Шерстюк А.Н. Расчет и конструирование турбодетандеров.-М.: Машиностроение, 1987.

2. Епифанова В.И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа.-М.: Изд-во МВТУ им Н.И.Баумана, 1998.

3. Епифанова В.И. Низкотемпературные радиальные турбодетандеры. М.: Машиностроение, 1974.

4. Обзор докладов на заседании криогенного общества США // Холодильная техника. 1992. - №2.

5. Berge W., Zahner С. Erdgas-Entspannungsturbine Goeppingen // Gas-Erdgas gwf (BRD).-132(1991). Nr.7. S.302-304.

6. Cronin P. The application of turboexpanders for energy conservation // Материалы фирмы Rotoflow Corporation, США, 1999.

7. Huenning R., Hube W., Rickenberg R. Projektierung eine Expansionsanlage fuer die Stadatwerke Guetersloh // Gas-Erdgas gwf (BRD). -132(1991). -Nr.9. -S.433-437.

8. L 'installatore technico.-1990.-Anno 4.-№l.-P. 18-32. Ит.

9. Martel U., Brogli A. Technische Beschreibung einer Gasexpansionsanlage // GasErdgas gwf (BRD). -136(1995). —Nr. 11. -S.601-609.

10. Welzel B. Stand der Entwicklung einer einfach regelbaren Axial Wasserturbine zum Einsatz als Entspannungsturbine in Rohrleitungssystemen // VDI-Berichte.-1994.-1141.-S.49-60.

11. Надстройка Сургутской ГРЭС газопроточными турбинами / Э.К.Аракелян, В.А. Макарчьян, С.А.Голованов и др. // Теплоэнергетика.-1988.-№8. -С.45-48.

12. М.Влияние детандер-генераторного агрегата на тепловую экономичностьТЭЦ / В.С.Агабабов, А.В.Корягин, Э.К.Аракелян, Ю.Л.Гуськов и др.// Электрические станции.-1997.-Спец.выпуск.-С.77-82.

13. Гуськов Ю.Л. Повышение эффективности работы ТЭЦ на основе внедрения детандер-генераторных агрегатов: Автореферат дис. . канд. техн. наук. -М., 1997. -19с.

14. Использование детандер-генераторных агрегатов в промышленности / В.С.Агабабов, Корягин A.B. Титов B.JI. Хаймер Ю.Ю. // Науч.-техн. конф. "Инженерная экология — XXI век»: Тез. докл. —М., 2000. -С.133-134.

15. Мальханов В.П., Степанец A.A., Шпак В.Н. Детандер-генераторные агрегаты, разрабатываемые АО «Криокор» для утилизации избыточного давления природного газа // Химическое и нефтяное машиностроение. -1977. -№4.

16. Опытно-промышленная эксплуатация турбодетандерной установки / В.П.Мальханов, МА.Петухов, В.А.Лопатин и др. // Газовая промышленность. -1994. -№1.

17. Степанец A.A., Горюнов И.Т., Гуськов Ю.Л. Энергосберегающие комплексы, основанные на использовании перепада давления на газопроводах // Теплоэнергетика.- 1995.-№6. —С.33—35.

18. Степанец A.A. Об эффективности детандер-генераторных агрегатов в тепловой схеме ТЭЦ // Энергетик.-1999. -№4.

19. Степанец А А. Энергосберегающие турбодетандерные установки / Под ред.

20. A.Д.Трухния. М.: ООО «Недра - Бизнес центр». -1999.- 258с.

21. Твердохлебов В.И., Мальханов В.П. Утилизационные установки для ГРС и КС // Газовая промышленность.-1985.-№7.

22. Трухний А.Д. Термодинамические основы использования утилизационных турбодетандерных установок // Вестник МЭИ. —1999. -№5. -С.10—14.

23. Утилизационная газотурбинная установка ТГУ-11 / Г.В.Проскуряков,

24. B.Н.Горшков, В.Е.Авербух и др. // Тяжелое машиностроение. —1991. -№4.

25. Шпак В.Н. Разработки АО «Криокор» в области малой энергетики на базе газовых технологий // Газовая промышленность. -1997. -№5.

26. Детандер-генераторная установка / Ю.М. Архаров, А.Ю. Архарова, В.С.Агабабов, А.В.Корягин // Патент на пол. мод. №43345 РФ, МПК 7 F 25 В 11/02 по заявке №2004128211/22 от 29.09.2004 Опубл. 10.01.2005 Бюл. №1

27. Агабабов B.C., Корягин A.B., Титов B.JI., Михайлов H.A. О подогреве газа в детандер-генераторных агрегатах // Энергосбережение и водоподготовка. — 2001. —№ 1. с.38-42.

28. Сравнение различных способов подогрева газа в детандер-генераторном агрегате / В.С.Агабабов, Е.В.Джураева, А.В.Корягин и др.// Теплоэнергетика — 2003. -№11. -с.46-50.

29. Об использовании детандер-генераторных агрегатов в котельных / В.С.Агабабов, А.В.Корягин, В.Л.Титов, Ю.Ю.Хаймер // Энергосбережение и водоподготовка. -2002. -№2. -с. 14-18.

30. Агабабов B.C. Оценка эффективности использования детандер-генераторных агрегатов для получения электроэнергии.// Энергосбережение и водоподготовка. —2001. —№2. -с.13—15.

31. Агабабов B.C., Аракелян Э.К., Корягин A.B. Изменение удельного расхода топлива на электростанции конденсационного типа при включении в ее тепловую схему детандер-генераторного агрегата // Изв. Вузов. Проблемы энергетики. -2000. -№ 3-4. С.42-47.

32. Сравнение различных способов подогрева газа в детандер-генераторных агрегатах на ТЭЦ / В.С.Агабабов, Е.В.Джураева, А.В.Корягин и др. // Вестник МЭИ 2003.- №5.- С.101-103.

33. Подогрев газа в детандер-генераторном агрегате на ТЭС за счет высокопотенциальных вторичных энергетических ресурсов / В.С.Агабабов, А.В Ко-рягин., Ю.А Карасев., Е.В.Джураева // Труды международной конференции «СИНТ '03».-С.318—325.

34. Агабабов B.C., Хаймер Ю.Ю, Утенков В.Ф.,. Получение экологически чистой электроэнергии при утилизации энергии давления транспортируемого природного газа.// Энергосбережение и водоподготовка. —1999. —№4. -СП— 10.

35. Агабабов B.C. Способ работы детандерной установки и устройство для его осуществления // Патент на изобретение № 2150641. Россия. Бюл. № 16. 10.06.2000 г. Приоритет от 15.06.99.

36. Детандер-генераторная установка / Ю.М. Архаров, А.Ю. Архарова, В.С.Агабабов, А.В.Корягин // Патент на пол. мод. №39937 РФ, МПК 7 F 25 В 11/02, F 01К 27/00 по заявке №2004110563/22 от 08.04.2004 Опубл. 20.08.2004 Бюлл. №1

37. Детандер-генераторная установка / Ю.М. Архаров, А.Ю. Архарова, В.С.Агабабов, А.В.Корягин // Патент на пол. мод. №43345 РФ, МПК 7 F 25 В 11/02 по заявке №2004128211/22 от 29.09.2004 Опубл. 10.01.2005 Бюл. №1.

38. Агабабов B.C. О применении детандер-генераторных агрегатов в газовой промышленности // Сборник "Энергосбережение на объектах ОАО "Газ-пром".—2000. -С. 18-23.

39. Агабабов B.C., Корягин А.В., Утенков В.Ф.Автономное устройство для тепло- и электроснабжения/ Св-во на пол. мод. 14603 МКИ 7 F 01 D 15/08.

40. Агабабов B.C., Архаров Ю.М., Архарова А.Ю. Детандер-генераторная установка / Патент на пол. мод. №49199 РФ, МПК F 25 В 11/02, F 01 К 27/00 10.11.2005 Бюл.№31

41. Мальханов В.П. Об утилизационной турбодетандерной установке УТДУ-2500 // Энергосбережение и водоподготовка 2002. -№4. -С.45-47.

42. Мальханов В.П. Турбодетандерные агрегаты в системах подготовки и распределения природного газа.// М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина-2004. -228 с.

43. Оборудование возобновляемой и малой энергетики. Справочник-каталог под ред. П.П./Безруких М.: ЗАО НТЦ ВИЭН, ООО ИД «ЭНЕРГИЯ», 2005. -268с.

44. Магомедов A.M. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. -Махачкала: Юпитер, 1996. 244 с.

45. Войцеховский Б.В., Войцеховская Ф.Ф., Войцеховский М.Б. Микромодульная ветроэнергетика. Новосибирск, 1995. - 71 с.

46. Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России: состояние и перспективы развития. М.: МЭИ, 1996. -219 с.

47. Жарков C.B. Использование энергии ветра в системах энергоснабжения Северных районов // Теплоэнергетика. 2003. - N 10. - С.37-40.

48. Минин В.А., Дмитриев Г.С. Перспективы развития ветроэнергетики на Кольском полуострове. Апатиты, 1998. — 97 с.

49. Минин В.А. Перспективы применения ветроэнергетических установок для теплоснабжения потребителей Севера // Теплоэнергетика. 2003. -N 1. -С.48-53.

50. Перминов Э.М. Развитие ветроэнергетики в европейских странах // Энергетик 2004. - N 6. - С.30-31.

51. Перминов Э.М. Состояние и перспективы развития мировой ветроэнергетики // Энергетик 2005. - N 7. - С.32-33.

52. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: Сельхозгиз, 1948. -544 с.

53. ГОСТ Р 51237-98. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999.

54. Бекман Г., Гили П. Тепловое аккумулирование энергии: Пер. с англ. — М.: Мир, 1987. -272с.

55. Детандер-генераторная установка // B.C. Агабабов, A.A. Александров, Е.В. Джураева, П.А. Костюченко / Патент на пол. мод. №72049 RU МПК F25B 11/02, 14.11.2007 Опубл. 27.03.2008 Бюл. №9, приоритет от 14.11.2007.

56. Корягин A.B., Джураева Е.В. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2001611044 РФ. Расчет детандер-генераторных агрегатов и ожижителей природного газа / (РФ) — 1 с.

57. Метан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамический вязкости и теплопроводности при температурах 91 — 700 К и давлениях 0, 1 -100 МПа. ГСССД 195-01.//А.Д. Козлов, Ю.В. Мамонов, М.Д. Сычев и др./, Москва, 2001, 43 с.

58. Справочная книжка энергетика / Сост. А.Д. Смирнов.- М.: Энергия, 1978. — 3-е изд., перераб. и доп. -336 с.

59. ГОСТ 30319.0 96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Общие положения. М.: Изд-во стандартов, 1996.

60. ГОСТ 30319.1-96. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки. М.: Изд-во стандартов, 1996.

61. ГОСТ 30319.2-96. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение коэффициента сжимаемости. — М.: Изд-во стандартов, 1996.

62. ГОСТ 30319.3-96. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств по уравнению состояния. — М.: Изд-во стандартов, 1996.

63. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 1972 г.

64. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. -М., «Энергия», 1973. 296 с.

65. Александров A.A. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок / М.: Издательство МЭИ, 2004.