Исследование и оптимизация схем и параметров гибридных электростанций на основе топливных элементов и газотурбинных установок

• Автор: Захаренков, Евгений Алексеевич
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ. ВВЕДЕНИЕ. ГЛАВА I. Термодинамические основы гибридных электростанций. Постановка задачи и цели исследования. ГЛАВА 2. Расчт электрохимического генератора. Расчт газотурбинной установки. Расчет показателей тепловой экономичности гибридных электростанций. ГибЭС. Выводы по второй главе. ГЛАВА 3. Условия расчета. Ограничения и допущения. ГибЭС. Критерий оптимизации. Оптимизация степени сжатия в компрессоре ГТУ. ГТУ. Влияние выбора степени использования топлива в топливных элементах на оптимальное значение степени сжатия в компрессоре I ТУ. ГЛАВА . Основными составными элементами гибридных электростанций являются топливные элементы, газотурбинные установки и газовоздушные теплообменники рекуператоры. Ключевой составляющей гибридного цикла являются топливные элементы ТЭ ,,,,. Топливный элемент ТЭ это устройство, в котором химическая энергия топлива восстановителя и окислителя, непрерывно и раздельно подводимых к электродам, непосредственно превращается в электрическую энергию.


Однако довольно часто интересы энергетической безопасности совпадают с экономичной целесообразностью оснащения предприятий различных отраслей резервными источниками электроснабжения. Причины авгономизации производства электроэнергии в России исходят с двух сторон. Исторически сложилось так, что большая часть территории России по разным оценкам, от до располагается вне зоны действия централизованного энергоснабжения, а в неохваченных регионах используют автономные электростанции около тыс. России в настоящее время стоит достаточно остро, это уязвимость энергосистемы, которая исходит от значительной изношенности оборудования электростанций и электрических сетей. Существуют и другие причины, под влиянием которых автономизация электроэнергетики на сегодняшний день принимает в России общенациональный масштаб. Например, многие субъекты российской экономики пытаются освободиться от давления оставшейся после реструктуризации РАО ЕЭС России энергосистемы. Несмотря на исчезновение целостной монополии, подключаться и договариваться с энергосистемой попрежнему трудно. Следовательно, на ровне с большой должна и будет развиваться малая энергетика. На рис. КПДМощность различных технологий производства электроэнергии. ДВС, газотурбинные установки микроГТУ и ГТУ. КПД микроГТУ и Рис. График зависимости КПДМощность разных технологий генерации электроэнергии
ГТУ с такой мощностью составляет , ДВС , что в сравнении с мощными агрегатами достаточно низко. Для малой энергетики возможно значительное повышение эффективности выработки электроэнергии на органическом топливе с применением гибридных электростанций ГибЭС. Основными составляющими этих установок являются высокотемпературные топливные элементы ТЭ и тепловые двигатели ,. В настоящее время для ГибЭС используют два типа ТЭ на основе твердооксидного ТОТЭ и расплавленного карбонатного РКТЭ электролитов. Использование остаточного тепла от реакций, проходящих в топливных элементах, возможно в газотурбинных и парогазовых установках, в котлах утилизаторах получая пар с дальнейшей выработкой электроэнергии в паровой турбине или выдачей тепла потребителю. ГибЭС это единственный тип энергетических установок способных вырабатывать электроэнергию с эффективностью до и выше на органическом топливе. В мировой промышленности крупные производители энергетического оборудования уже продемонстрировали первые пилотные установки. Также в разработке ряд установок от 0 до кВт находится у компаний , , , , Н, компания проектирует установку в несколько МВт ,,,,,,. Гибридные электростанции находятся на стадии исследований и разработки. Параметры тепловых схем ГибЭС не оптимизированы, не выбрана конфигурация схем и нет четких методик расчета тепловых схем. Данная работа посвящена исследованию и анализу характеристик различных вариантов тепловых схем ГибЭС на основе топливных элементов и газотурбинных установок. Основная часть работы посвящена оптимизации структуры тепловой схемы гибридных электростанций и выбору основных параметров газов в топливных элементах и газотурбинных установках. Разработана методика расчета тепловых схем и показателей тепловой экономичности ГибЭС. Проанализировано влияние различных параметров тепловой схемы ГибЭС на оптимальные параметры газов в схеме. Проведена оценка экономической эффективности предложенных оптимизированных решений. Работа выполнена под руководством профессора кафедры ТЭС, МЭИ ТУ, кандидата технических наук, научного руководителя НИЛ ГТУ и Г1ГУ ТЭС МЭИ ТУ Бурова Валерия Дмитриевича, которому автор выражает глубокую благодарность. Автор выражает благодарность и признательность профессору кафедры ТЭС МЭИ ТУ, кандидату технических наук Цаневу Стефану Вичеву за ценные замечания, советы и консультации при выполнении диссертационной работы. Автор благодарит коллектив НИЛ ГТУ и ПГУ ТЭС за помощь и ценные замечания при написании работы, а так же сотрудников кафедры ТЭС МЭИ ТУ за ряд сделанных важных и полезных рекомендаций. Автор также признателен профессору КузьмеКичте Ю. А ИТФ, МЭИ ТУ, профессору Баумбаху Г. Технический университет г. Штутгарт за оказанную помощь, специалистам Немецкого Аэрокосмического Центра за консультации и предоставленные материалы.