Способ преобразования тепловой энергии в электрическую

Номер документа 7220170048

РУБРИКА:
18. Технологии

РУБРИКА ГРНТИ:
44.41.31. Установки прямого преобразования тепловой энергии в электрическую

АТРИБУТЫ:
Отрасли: Электроэнергетика, нефтегазовая
Тепловая энергия:
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Информационный листок
Номер: 72-020-17
Автор (принявший орган): Тюменский индустриальный университет, кафедра Кибернетических систем, 625000 г.Тюмень, ул. Володарского, 38, Логачев Виктор Григорьевич, д.т.н., профессор, 8(906)8203160, t-park@tsogu.ru
Дата: 31.08.2017
Регион: Тюменская область
Источник информации: https://www.tyuiu.ru

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

Предназначен для получения электричества из тепловой энергии независимо от способа получения тепла ( утилизация ПНГ, сжигание каменного угля или древесных отходов, сжигание мусора на мусоросжигающих заводах, использование выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов)       

  В настоящее время основным источником электрической и тепловой энергии являются тепловые электростанции (ТЭС), которые имеют ряд преимуществ перед другими типами (достаточно дешевое топливо; возможность генерации мощности больших значений; высокий КПД отдельных узлов (паровых турбин); приемлемая стоимость выработки электроэнергии). В тепловых электростанциях рабочим телом является водяной пар. Отработанный пар превращают в воду в конденсаторах, которую  с использованием вспомогательных средств вновь подают в котел. Охлаждение конденсаторов осуществляют потоком воды, перекачиваемой циркуляционными насосами из искусственных или естественных водоемов, например, из р.Туры для ТЭЦ-1 г. Тюмени. Вода, прошедшая конденсатор, имеет в зимнее время  температуру 12-28 º С и по  каналу сбрасывается  в р. Туру. Потери энергии составляют примерно 58 % от  энергии, заключенной в сжигаемом топливе. Кроме того, значительны затраты электрической энергии, потребляемой циркуляционными насосами, что увеличивает потери энергии на собственные нужды ТЭС  до 3%. Негативным экологическим фактором является тепловое загрязнение водных объектов.   При замкнутом цикле  охлаждения конденсаторов  (ТЭЦ-2) охлаждение воды осуществляется в градирнях. Охлаждение воды, стекающей в виде струек осуществляется восходящим потоком холодного воздуха с образованием пара.  За счет интенсивного испарения теряется большое количество воды. Водяные пары, смешиваясь в атмосфере с выхлопными газами автомобилей, способствуют образованию парникового эффекта, оказывающего влияние на изменение климата в регионе.  

Специалисты кафедры Кибернетических систем Тюменского индустриального университета для преобразования тепловой энергии в электрическую в качестве рабочего тела предложили использовать воздух  ( по принципу двигателя внешнего сгорания).  Воздух сжимается компрессором 1 до начального давления, например 10 Бар. Поступает в теплообменник 4, который нагревается от любого источника тепловой энергии 3. При этом давление воздуха увеличивается пропорционально температуре, т.к. объем воздуха не меняется. Сжатый воздух  воздействует на воздушную турбину 5, сопряженную с электрическим генератором 6. В качестве топлива могут использоваться любые горючие материалы. Таким способом можно утилизировать нефтяной попутный газ (ПНГ). Качество и состав ПНГ не оказывают влияния на процесс генерации энергии и поэтому не требуется его очистка. Этот способ перспективен для утилизации тепловой энергии выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов (ГПА) . Например, тепловая энергия ГПА типа НЦ-16  составляет более 5 МВт. Также данный метод может с успехом использоваться на мусоросжигающих заводах.  Безводные способы генерации электрической энергии в значительно меньшей степени оказывают влияние на  изменение климата.
Предложенный способ включает:
-                   политропное сжатие рабочего тела;
-                   накопление рабочего тела в ресивере;
-                   изохорный нагрев рабочего тела в теплообменном резервуаре;
-                   истечение рабочего тела с расширением и совершением полезной работы.
 
1 – компрессор, 2 – ресивер, 3 – камера сгорания, 4 – теплообменник 5 – турбина или иной преобразователь в механическую энергию, 6 –  электрогенератор.
Использование инновационного способа преобразования тепловой энергии открывает возможность создания модельного ряда энергоустановок, работающих на любых видах топлив: уголь, дрова, торф, горючие бытовые отходы и т.д.
 
 
Преимущества
 
По сравнению с ТЭС, использующих пароводяной цикл, при котором теряется до 58% от энергии сжигаемого топлива, предлагаемый способ преобразования тепловой энергии свободен от указанных недостатков, что позволяет значительно повысить КПД.
Энергетические установки, работающие по инновационному способу, могут решить задачу энергообеспечения в полевых условиях. А так же:
- в местах заготовки и переработки леса;
- в рабочих поселках и др. населенных пунктах, не имеющих централизованного электроснабжения;
- в сельском хозяйстве для утилизации горючих отходов;
- при освоении, разведке нефтяных и газовых месторождений.