Возобновляемая энергия в мире
Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.
Германия
40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.
Исландия
У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.
Швеция
После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.
Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.
Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.
Китай
В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.
Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.
Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.
Принцип действия турбодетандера
Технологические установки и газораспределительные станции, перерабатывая энергию сжатого газа, позволяют не только получать холод. Они способны вырабатывать механическую и электрическую энергию. Такое устройство известно, как турбодетандер, принцип действия которого основан на перепадах давления. Данные установки позволяют получать не использованный энергетический потенциал.
Устройство турбодетандера
Турбодетандерная установка представляет собой лопаточную турбинную машину с непрерывным действием. С помощью турбодетандера производится расширение газа с целью его дальнейшего охлаждения.
Освобожденная энергия позволяет совершать полезную внешнюю работу.
Турбодетандер осуществляет низкотемпературную обработку газа в промышленных установках, принимают непосредственное участие в сжижении газа и разделении многокомпонентных газовых смесей.
«Турбодетандеры ОАО «НПО ГЕЛИЙМАШ» и их применение в промышленности»
В конструкцию турбодетандера входит корпус, ротор, сопловой регулируемый аппарат, а также направляющий аппарат, оборудованный поворотными механизмами. Агрегат полностью герметичен и не нуждается в электрической энергии. Направление движущегося потока газа определяет его конструкцию.
Поэтому турбодетандеры могут быть центробежными, центростремительными и радиальными (осевыми). В соплах наблюдается различная степень расширения газа. В связи с этим турбодетандеры разделяются на активные и реактивные. В первом случае давление понижается лишь в неподвижных направляющих каналах, а во втором случае – еще и во вращающихся каналах ротора.
Конструкции установок могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми, в зависимости от количества ступеней.
Принцип работы турбодетандерных установок
Прохождения газа или сжиженных газовых смесей происходит через отверстия неподвижных направляющих каналов, исполняющих функции сопел.
В этом месте потенциальная энергия газа частично преобразуется в кинетическую, благодаря которой приводятся в действие вращающиеся лопаточные каналы ротора.
Резкое расширение газа приводит к падению давления, в результате чего ротором совершается механическая работа с одновременным интенсивным охлаждением газового потока. Одновременно с ротором вращается колесо компрессора, насаженное на него.
Используемые клапана должны иметь максимально большие размеры. Это позволяет достигнуть необходимого дросселирования при перепадах давления всего лишь 5-10%. Для традиционных клапанов этот показатель составляет 25 – 50% из-за слишком малых размеров. То же самое касается насосов, создающих давление газа.
Они подбираются в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.
Наиболее оптимальным вариантом является применение турбодетандера для производства электроэнергии за счет избыточного давления. Одновременно, газ, проходящий через агрегат, используется по прямому назначению, независимо от режима работы и без каких-либо потерь. Таким образом, весь цикл представляет собой термодинамический обратимый процесс.
Использование турбодетандеров в промышленности
Применение турбодетандеров практикуется совместно с новыми установками или теми из них, которые были подвергнуты существенной модернизации. В обязательном порядке учитывается экономическая целесообразность и условия конкретного предприятия.
В промышленности широко используются турбодетандеры, принцип действия которых позволяет вырабатывать электрическую или механическую энергию, приводящих в движение вентиляторы или компрессоры.
Но, несмотря на оптимальную энергетическую эффективность применения этих агрегатов, они должны соотноситься с общей предполагаемой потребностью и балансом пара на предприятии. При чрезмерном количестве или мощности устройств вполне возможно избыточное производство пара под низким давлением.
Чаще всего этот пар просто стравливается в атмосферу, что значительно снижает энергетическую эффективность.
Основным условием должна стать доступность парового потока, необходимого для нормальной работы турбодетандера в течение точно установленного и довольно продолжительного отрезка времени.
В случае нерегулярного или непредсказуемого поступления пара, его полезное применение существенно затрудняется, и турбина будет работать вхолостую. Наиболее эффективное использование турбодетандеров требует существенных перепадов давления и большого расхода газа.
Поэтому агрегаты нашли широкое применение в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.
КОМПЛЕКТНОСТЬ и АВТОМАТИЗАЦИЯ
Установки ЭТДА поставляются в 100%-й заводской готовности.
Оборудование может быть смонтировано на единой платформе (раме) либо установлено раздельно, в соответствии с проектным решением.
В комплект ЭТДА входят следующие блоки (узлы):
- Рама (станина) и газонепроницаемая межблочная перегородка
- Детандер и электрогенератор, сбалансированные и отцентрованные
- Система масляной обвязки с маслобаком
- Газоподогреватель (при необходимости)
- Отсечные и регулирующие клапаны
- Трубная обвязка
- КИП
- Распределительный высоковольтный шкаф для передачи электроэнергии потребителю
- Шкаф управления с ПЛК и системой автоматизации
Типы
Турбодетандеры можно классифицировать по нагружающему устройству или подшипникам.
В турбодетандерах используются три основных загрузочных устройства: центробежные компрессоры, электрические генераторы или гидравлические тормоза. В центробежных компрессорах и электрических генераторах мощность на валу турбодетандера компенсируется либо для повторного сжатия технологического газа, либо для выработки электроэнергии, что снижает счета за коммунальные услуги.
Гидравлические тормоза используются, когда турбодетандер очень мал и использование мощности на валу экономически нецелесообразно.
Используемые подшипники представляют собой масляные подшипники или магнитные подшипники.
Также стоит отметить новый Квазитурбина технологии , которая представляет собой тип роторной турбины прямого вытеснения.
Принцип действия турбодетандера
Технологические установки и газораспределительные станции, перерабатывая энергию сжатого газа, позволяют не только получать холод. Они способны вырабатывать механическую и электрическую энергию. Такое устройство известно, как турбодетандер, принцип действия которого основан на перепадах давления. Данные установки позволяют получать не использованный энергетический потенциал.
Устройство турбодетандера
Турбодетандерная установка представляет собой лопаточную турбинную машину с непрерывным действием. С помощью турбодетандера производится расширение газа с целью его дальнейшего охлаждения.
Освобожденная энергия позволяет совершать полезную внешнюю работу.
Турбодетандер осуществляет низкотемпературную обработку газа в промышленных установках, принимают непосредственное участие в сжижении газа и разделении многокомпонентных газовых смесей.
В конструкцию турбодетандера входит корпус, ротор, сопловой регулируемый аппарат, а также направляющий аппарат, оборудованный поворотными механизмами. Агрегат полностью герметичен и не нуждается в электрической энергии. Направление движущегося потока газа определяет его конструкцию.
Поэтому турбодетандеры могут быть центробежными, центростремительными и радиальными (осевыми). В соплах наблюдается различная степень расширения газа. В связи с этим турбодетандеры разделяются на активные и реактивные. В первом случае давление понижается лишь в неподвижных направляющих каналах, а во втором случае – еще и во вращающихся каналах ротора.
Конструкции установок могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми, в зависимости от количества ступеней.
Принцип работы турбодетандерных установок
Прохождения газа или сжиженных газовых смесей происходит через отверстия неподвижных направляющих каналов, исполняющих функции сопел.
В этом месте потенциальная энергия газа частично преобразуется в кинетическую, благодаря которой приводятся в действие вращающиеся лопаточные каналы ротора.
Резкое расширение газа приводит к падению давления, в результате чего ротором совершается механическая работа с одновременным интенсивным охлаждением газового потока. Одновременно с ротором вращается колесо компрессора, насаженное на него.
Используемые клапана должны иметь максимально большие размеры. Это позволяет достигнуть необходимого дросселирования при перепадах давления всего лишь 5-10%. Для традиционных клапанов этот показатель составляет 25 – 50% из-за слишком малых размеров. То же самое касается насосов, создающих давление газа.
Они подбираются в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.
Наиболее оптимальным вариантом является применение турбодетандера для производства электроэнергии за счет избыточного давления. Одновременно, газ, проходящий через агрегат, используется по прямому назначению, независимо от режима работы и без каких-либо потерь. Таким образом, весь цикл представляет собой термодинамический обратимый процесс.
Использование турбодетандеров в промышленности
Применение турбодетандеров практикуется совместно с новыми установками или теми из них, которые были подвергнуты существенной модернизации. В обязательном порядке учитывается экономическая целесообразность и условия конкретного предприятия.
В промышленности широко используются турбодетандеры, принцип действия которых позволяет вырабатывать электрическую или механическую энергию, приводящих в движение вентиляторы или компрессоры.
Но, несмотря на оптимальную энергетическую эффективность применения этих агрегатов, они должны соотноситься с общей предполагаемой потребностью и балансом пара на предприятии. При чрезмерном количестве или мощности устройств вполне возможно избыточное производство пара под низким давлением.
Чаще всего этот пар просто стравливается в атмосферу, что значительно снижает энергетическую эффективность.
Основным условием должна стать доступность парового потока, необходимого для нормальной работы турбодетандера в течение точно установленного и довольно продолжительного отрезка времени.
В случае нерегулярного или непредсказуемого поступления пара, его полезное применение существенно затрудняется, и турбина будет работать вхолостую. Наиболее эффективное использование турбодетандеров требует существенных перепадов давления и большого расхода газа.
Поэтому агрегаты нашли широкое применение в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.
Использование турбодетандеров в промышленности
Применение турбодетандеров практикуется совместно с новыми установками или теми из них, которые были подвергнуты существенной модернизации. В обязательном порядке учитывается экономическая целесообразность и условия конкретного предприятия.
В промышленности широко используются турбодетандеры, принцип действия которых позволяет вырабатывать электрическую или механическую энергию, приводящих в движение вентиляторы или компрессоры. Но, несмотря на оптимальную энергетическую эффективность применения этих агрегатов, они должны соотноситься с общей предполагаемой потребностью и балансом пара на предприятии. При чрезмерном количестве или мощности устройств вполне возможно избыточное производство пара под низким давлением. Чаще всего этот пар просто стравливается в атмосферу, что значительно снижает энергетическую эффективность.
Основным условием должна стать доступность парового потока, необходимого для нормальной работы турбодетандера в течение точно установленного и довольно продолжительного отрезка времени. В случае нерегулярного или непредсказуемого поступления пара, его полезное применение существенно затрудняется, и турбина будет работать вхолостую. Наиболее эффективное использование турбодетандеров требует существенных перепадов давления и большого расхода газа. Поэтому агрегаты нашли широкое применение в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.
голоса
Рейтинг статьи
Турбодетандер принцип действия – Все об электричестве
Применение специальных расширительных машин – детандеров, где происходит адиабатное расширение газа с отдачей внешней работы на вал машины, позволяет получить значительно большее охлаждение, чем при дросселировании газов, при этом, используется и дополнительная работа возвратной части энергии обрабатываемого потока газа.
Работа расширительной машины – детандера оценивается величиной температуры газа на выходе потока и развиваемой мощностью на его валу.
В качестве расширительных машин с успехом применяются:
- Поршневые детандеры для установок высокого давления с небольшой холодопроизводительностью.
- Турбодетандеры радиального центростремительного типа для установок со значительной холодопроизводительностью и большим расходом газа среднего и высокого давления.
- Винтовые детандеры для установок, работающих на неочищенных газах с высоким содержанием частиц жидкой фазы.
Поршневые детандеры
Расширительные поршневые машины используются на рабочих интервалах давлений от 35 до 210 кг/см2 на входе и до 7-2 кг/см2 на выходе. Одноцилиндровые детандеры обычно имеют производительность до 30 м3/мин, с к.п.
д. более 80% при числе оборотов коленчатого вала до 500 об/мин. В качестве холодильного агента предпочтительно применять продукты, отходы или полуфабрикаты данного производства, в частности пропан-бутановые смеси.
Для температур кипения в пределах минус 10°С — минус 40°С рекомендуется применять газовые смеси типа пропан-пропилен.
Адиабатическое расширение многокомпонентной углеводородной смеси сопровождается внутренним теплообменом между компонентами, в результате чего температура и теплосодержание определяются как средние величины отдельных компонентов, а внешняя работа определяется как сумма работ отдельных ее компонентов по диаграммам состояния.
Работа расширения смеси сопровождается выпадением жидкой фазы и характеризуется выделением дополнительного тепла конденсации и растворения газов в жидкости. Выделение жидкости интенсивно происходит при изобарическом охлаждении смеси в теплообменниках – конденсаторах.
Турбодетандеры
За рубежом имеется опыт работы газобензиновых заводов (ГБЗ) с турбодетандерными установками в качестве источников холода.
Особенностью работы таких установок является выпадение жидкой фазы в процессе расширения газа. Сжижение газа в турбодетандере значительно повышает эффективность установок для сжижения таких газов, как метан и др.
Современные рабочие циклы сжижения газов, как известно, основаны на использовании более высоких давлений, чем в обычных схемах.
Это существенно улучшает технологичность схем, и расширительные машины выполняют здесь не только функции по производству холода и использованию возвратной части энергии, но и функции осушительной установки.
Мощность детандерных агрегатов зависит от фактически используемого перепада давления, скорости потока газа и расхода газа. Эти величины определяют габариты и рабочие характеристики расширительно-осушительных установок.
Заводы по сжижению углеводородных газов (метан-этановой фракции) применяют преимущественно высокопроизводительные, малогабаритные одноступенчатые реактивные турбодетандеры с турбокомпрессором на одном валу. При числе оборотов в минуту 60000 и более, они имеют высокий к.п.д., используя высокие скорости газовых потоков.
Однако в заводской практике имеет место и применение осевых турбодетандеров активного типа в одно- и многоступенчатом исполнении. Обычно турбодетандеры комплектуются вместе с турбинным компрессором без редуктора.
Турбокомпрессор использует часть энергии, сжимая газ до заданной степени, и поглощает развиваемую детандером мощность с минимальными потерями.
Иногда развиваемая детандером мощность поглощается электрогенератором, а иногда для упрощения систем используют обычные тормозные устройства.
Турбодетандер – не иссекаемый источник Энергии
Объемная скорость перерабатываемого газа регулируется в турбодетандере реактивного типа соплами переменного сечения, что наиболее эффективно обеспечивает гибкость режима работы при сохранении достаточно высокого к.п.д.
Следует иметь в виду, что турбодетандеры реактивного типа с радиальным расположением лопаток, направляющие поток газа от периферии к центру колеса, совершенно непригодны для проведения процессов расширения газа с образованием жидкой фазы. Колесо турбодетандерв в этом случае отбрасывает капли жидкости на стенки статора и заставляет выделившуюся жидкость рециркулировать, снижая производительность агрегата и вызывая явления эрозии на ободе колеса и на поверхности сопел.
Детандер-генератор: от идеи до практики
Одно из таких направлений – использование потенциальной энергии природного газа высокого давления магистральных газопроводов с применением детандер-генераторов (ДГА). Известно, что перед подачей потребителю высокое давление газа понижается (редуцируется). При этом потенциальная энергия сжатого газа теряется безвозвратно.
Но ведь ее можно использовать для «бестопливного» получения электроэнергии!
Некоторые европейские страны (например, Италия и Германия) уже используют эту технологию. Здесь параллельно газоредуцирующим пунктам (ГРП, ГРС) магистральных газопроводов устанавливаются специальные газорасширительные турбины – детандеры.
Эти агрегаты понижают давление газа до требуемого потребителю, выполняя функцию газораспределительных пунктов и станций, – и одновременно вырабатывают электроэнергию. Причем газ не сжигается, а только используется в качестве рабочего тела, поступая далее потребителю. Соответственно, окружающая среда не загрязняется продуктами сгорания топлива.
Эффективность производства электроэнергии по технологиям с применением детандеров в два раза выше, чем на современных электростанциях.
В России, где масштабы газификации промышленного и энергетического производств выше европейских, эта технология стала использоваться лишь в 1990‑х годах.
Между тем, идею использования давления магистрального газа для выработки дополнительной энергии предложил еще в 1947 году академик М. Д. Миллионщиков.
Первый в России детандер-генераторный комплекс мощностью 10 МВт, состоящий из двух детандер-генераторных агрегатов ДГА-5000, введен в эксплуатацию в 1994 году на ТЭЦ-21 «Мосэнерго». Их поставщик – группа .
В настоящее время подобные агрегаты работают на Среднеуральской ГРЭС в России, на Лукомльской ГРЭС в Белоруссии, на Днепропетровской ГРС-7 на Украине.
Упомянутые ДГА работают уже более десяти лет, доказав за это время эффективность детандер-генераторной технологии (ДГ-технологии).
Вводятся в эксплуатацию еще два ДГА-5000 на Рязанской ГРЭС (поставщик – «Криокор»).
Существуют и новейшие детандеры, в их числе – ЭТДА-1500. При его создании учтены особые требования к ДГА как агрегатам, работающим в системе газораспределения, опыт создания детандер-генераторов различных фирм, а также конструкции и опыт эксплуатации газонагнетателей (агрегатов, близких по условиям эксплуатации к ДГА).
В настоящее время турбодетандеры оцениваются специалистами как один из перспективных видов турбинной продукции с большим рынком сбыта. Причем рынком наиболее востребован мощностной ряд 1,5 – 6 МВт.
Сегодня, учитывая более чем 10‑летний опыт использования ДГА в России и СНГ, а также более чем двадцатилетний опыт их использования в Западной Европе и Америке, можно говорить об оживлении интереса рынка к этой продукции.
Следует отметить и инвестиционную привлекательность этого сегмента рынка.
По разным оценкам, ресурс внедрения ДГ-технологии в России и СНГ оценивается в 5000 – 8000 МВт. А это – загрузка энергомашиностроительных предприятий на многие годы. Срок окупаемости проектов – от 3 до 5 лет. Для потребителей же это – производство относительно дешевой, экологически чистой электроэнергии на собственные нужды. Кроме того, это экономия газа, который можно отправить на экспорт.
В заключение хотелось бы отметить, что детандер-генераторы относятся к оборудованию, созданному по «бестопливным» технологиям, поддерживаемым Киотским протоколом к конвенции ООН по изменению климата. Поэтому реализация этих проектов может проводиться с использованием механизма привлечения средств за счет продажи квот на эмиссию парниковых газов.
Как устроен турбированный газовый котел – принцип работы, преимущества и недостатки
К современным агрегатам, работающим на природном газе, потребители предъявляют довольно высокие требования: надёжность и долговечность, безопасность в эксплуатации, наибольший КПД, и при этом экономичное потребление энергоресурсов. Максимально приближены к этим параметрам турбированные газовые котлы. Они принципиально отличаются от своих аналогов тем, что имеют уникальную закрытую камеру сгорания и оснащены коаксиальной системой дымохода.
Именно благодаря этим двум позициям турбированный котёл для частного дома выигрывает по безопасности и энергоэффективности.
Использование турбодетандеров в промышленности
Применение турбодетандеров практикуется совместно с новыми установками или теми из них, которые были подвергнуты существенной модернизации. В обязательном порядке учитывается экономическая целесообразность и условия конкретного предприятия.
В промышленности широко используются турбодетандеры, принцип действия которых позволяет вырабатывать электрическую или механическую энергию, приводящих в движение вентиляторы или компрессоры. Но, несмотря на оптимальную энергетическую эффективность применения этих агрегатов, они должны соотноситься с общей предполагаемой потребностью и балансом пара на предприятии. При чрезмерном количестве или мощности устройств вполне возможно избыточное производство пара под низким давлением. Чаще всего этот пар просто стравливается в атмосферу, что значительно снижает энергетическую эффективность.
Основным условием должна стать доступность парового потока, необходимого для нормальной работы турбодетандера в течение точно установленного и довольно продолжительного отрезка времени. В случае нерегулярного или непредсказуемого поступления пара, его полезное применение существенно затрудняется, и турбина будет работать вхолостую. Наиболее эффективное использование турбодетандеров требует существенных перепадов давления и большого расхода газа. Поэтому агрегаты нашли широкое применение в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.
Детандер (с французского détendre переводится как «ослаблять») является устройством, с помощью которого дополнительно снижают температуру газа. В современном исполнении детандер представляет собой газовую турбину, работающую на перепаде газового давления. В его рабочий комплект, помимо расширительной турбины, входят насосы, компрессоры и генераторы.
