Повышение энергетической эффективности детандер-генераторных агрегатов за счет применения ветроэнергетической установки

• Автор: Костюченко, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 261 с. : ил.

Введение.

1 АНАЛИЗ НАУЧНОТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Детандергенераторные агрегаты

1.1.1 Традиционные ДГА

1.1.2 Бестопливные детандергенераторные установки

1.1.2.1 Установки для производства электроэнергии на базе детандергенераторного агрегата и теплового насоса
1.1.2.2 Установки для производства электроэнергии на базе детандергенераторного 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 ДЕТАНДЕРГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА, ТЕПЛОВОГО НАСОСА И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ. ВЫБОР КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УСТАНОВКИ .
2.1 Разработка схемы бестопливной установки.
2.1.1 Схема усовершенствованной бестопливной детандергенераторной установки с дополнительными теплообменниками
2.1.2 Принципиальная схема бестопливной установки на базе детандергенераторного 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 Техникоэкономические показатели установки
2.2.6 Выбор критерия оценки эффективности установок для проведения исследований.
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 ТНУ.
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 Г азорегуляторные пункты
5.1.2 Газорасределительные 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.
Список использованных источников


Еще более широкие возможности использования оставшейся от обеспечения технологического подогрева газа электроэнергии дает установка, схема которой приведена на рисунке 1. Рисунок 1. Описание схемы установки и принципов ее работы можно найти в . В режиме с отпуском максимально возможного количества электроэнергии внешнему потребителю. В режиме с отпуском максимально возможного количества теплоты внешнему потребителю. В режиме с отпуском электроэнергии и теплоты внешним потребителям. В режиме с максимально возможным подогревом газа. В режиме с подогревом газа и отпуском теплоты внешним потребителям. Принцип работы установок для производства электроэнергии на базе детандергенераторного агрегата и воздушного теплового насоса не отличается от принципа работы установок, описанных выше, в которых для подогрева газа в ДГА используется парокомпрессионный тепловой насос. В качестве источника низкопотенциальной теплоты в таком устройстве используется низкопотенциальная теплота атмосферного воздуха. Для обеспечения работы детандергенераторных установок с воздушным тепловым насосом также не требуется сжигание топлива, т. ДГА производится за счет низкопотенциального источника теплоты, в данном случае теплоты окружающей среды. Принципиальная схема установки для производства электроэнергии на базе детандергенераторного агрегата и воздушного теплового насоса двухвальное исполнение представлена на рисунке 1. Рисунок 1. Описание схемы установки и принципов ее работы можно найти в . Следует отметить, что на установке можно получать также и холод. Принципиальная схема установки для производства электроэнергии на базе детандергенераторного агрегата и воздушного теплового насоса в одновальном исполнении представлена на рисунке 1. Принцип действия установки практически такой же, как и установки в двухвальном исполнении. Рисунок 1. Исследования в области использования энергии ветра ведутся во многих странах. Приведем лишь некоторые из многих сотен публикаций на эту тему . На сегодняшний день среди альтернативных источников энергии установки, использующие энергию ветра, получили наибольшее распространение. Потенциал энергии ветра определяют как энергию, поступающую за год или месяц на единицу поверхности, перпендикулярной направлению ветра. Потенциал энергии ветра соответствует применению идеальной ветроустановки ВЭУ с площадью поверхности, ометаемой лопастями ветроколеса, равной 1м2, с идеальным коэффициентом преобразования энергии 0. Р0,5рУ3 1. В соответствии с ежемесячными изменениями скорости ветра потенциалы энергии ветра в климатических условиях России оказываются наибольшими зимой и наименьшими летом. К основным факторам, влияющим на точность оценки энергии ветра, относятся изменение плотности воздуха в зависимости от высоты над уровнем моря и температуры и от соответствия имеющихся данных по ветру ветровым условиям местоположения ветродвигателя. Мощность, развиваемая ветроагрегатом, как правило, приводится для нормальных климатических условий. Р,РиЩ
Уточнение расчета возможной выработки энергии ВЭУ с учетом средних значений температуры и давления рекомендуется выполнить при расчетах выработки по месяцам или по сезонам года. Одним из перспективных способов получения тепла для нагрева транспортируемого 1аза является преобразование энергии ветра в теплоту. Возможны два способа нагрева газа один непосредственный прямой нагрев газа за счет трения о шероховатые вращающиеся поверхности, приводимые в действие вращающимися лопастями ветроустановки, либо за счет повышения давления газа насосами прямого действия, приводимыми в действие теми же лопастями ВЭУ. Наиболее простой может оказаться двухконтурная система, содержащая в первом контуре вихревой насос с жидким рабочим телом, протекающим через теплообменник, через который проходит газ. Как показывает опыт использования вихревых насосов, частота их вращения составляет при их эффективной работе не менее тыс. КПД их составляет до , при температуре нагрева воды до 0С. Структурная схема такой системы представлена на рисунке 1.