Альтернативная энергетика развивается с каждым днем. Нефть и газ дорожают, и вместо просто сжигания становятся востребованными другие, более эффективные, методы получения тепла и электроэнергии. В качестве топлива используются вторичные источники, все то, что ранее считалось отходами. Использование когенерационных установок на биомассе экономит невосстанавливающиеся ископаемые ресурсы и дает возможность развивать нецентрализованную энергетику на основе малых  электростанций..

                                                             Актуалии

Кабинет Министров Украины намерен с 2016 года за счет внедрения альтернативных и вторичных источников энергии в энергобалансе страны заместить не менее 15 млрд. куб. м природного газа. Соответствующая норма, закрепленная распоряжением правительства N1422-р от 25 ноября 2009 года, и внесена в концепцию «Государственной целевой экономической программы энергоэффективности на 2010-2015 годы». Турбины, работающие на твердом топливе, соломе,и подсолнечной шелухе- самых распростаненных  источниках биомассы в Украине- приобретают общегосударственное значение и становятся все более востребованными. Самым оптимальным вариантом специалисты считают установки, работающие по принципу Органического цикла Ренкина.

 

 

Органический Цикл Ренкина

 Термодинамический цикл Ренкина преобразует тепло в работу. Тепло подается во внешне замкнутый цикл, который обычно использует воду в качестве рабочих жидкостей. Цикл Ренкина на водяной основе обеспечивает приблизительно 85% мирового производства электроэнергии.

 

 Вильям Ренкин- William Rankine

Цикл Ренкина  носит имя Вильяма Джона Макуорна Ренкина (5 июля 1820 - 24 декабря 1872), шотландского инженера и физика. Он был одним из основателей и внес огромный вклад в науку термодинамики. Ренкин разработал полную Теорию парового двигателя. Его учебниками по науке и технической практике,  пользовались в течение многих десятилетий после их публикации в 1850 и 1860. Он опубликовал несколько сотен документов и записок по науке и технике, а его интересы были весьма разнообразны, в том числе в молодости это были ботаника, потом  теория музыки и теория чисел, позже самые основные отрасли науки - математики и инженерии.

 Органический Цикл Ренкина Сегодня

Органический  цикл Ренкина является хорошо известной и широко распространенной формой производства энергии, в основном из биомассы и в геотермальном применении. Экологическая озабоченность по поводу изменения климата и роста цен на нефть являются мощной поддержкой причин взрывного роста этого эффективного, чистого и надежного способа получения электроэнергии и тепла (в режиме когенерации).

 Теория

 

Принцип Органического цикла  Ренкина основывается на работе турбогенератора  на основе паровой турбины для преобразования тепловой энергии в механическую и, наконец, в электрическую энергию с помощью электрического генератора. Вместо  водяного пара в системе ORC испаряются органические жидкости, которые характеризуются высокой, выше, чем вода, молекулярной массой, что приводит к замедлению вращения турбины низкого давления и отсутствию разрушения металлических деталей и лопаток турбины.

 Как это работает?

Процесс основан на следующих этапах термодинамического цикла Ренкина::

Источник тепла в замкнутой цепи нагревает диатермическое  масло до высокой температуры, как правило, около 300 ° C,;

В модуле ORC извлечения тепла из масла проходит в закрытом контуре. В ORC оно испаряется  из рабочей жидкости  в подходящей системе теплообменника (подогревателя и испаритель);

Органический пар производя механическую энергию расширяется в турбине и далее, с помощью генераторов, преобразуется в электрическую энергию;

Пар затем охлаждается в замкнутом контуре и конденсируется в жидкость. Вода прогревается до примерно 80 - 90 °С и используется для различных приложений, требующих тепла;

Конденсированные органические жидкости закачивается обратно в регенератор, чтобы закрыть и перезапустить схему цикла.

1.Регенератор. 2. Конденсатор. 3.Турбина. 4. Электрогенератор. 5.Циркуляционный насос. 6. Предварительный нагреватель.   7. Испаритель. 8. Вход горячей воды. 9.Выход горячей воды. 10. Вход диатермического масла. 11. Выход диатермического масла.

 Эффективность

Цикл ORC обладает высокой общей эффективностью использования энергии: 98% поступающего тепловой энергии в тепловом масле преобразуется в электрическую энергию (около 20%) и тепло (78%), с крайне ограниченными тепловыми утечками, только 2% в связи с тепловой изоляцией , и минимумом потерь в генераторе;  Электрическая эффективность получена в не когенеративных случаях гораздо выше (около 24% и более).

    Преимущества

По сравнению с альтернативными технологиями сопоставимых размеров (от 0,4 до 2 МВт электричества производства), Turboden ORC  демонстрируют следующие преимущества:

1. Отсутствие высокого давления пара генератора в котле (в тепловых котлах масло нагревает жидкость, без изменения фаз). Поэтому получаеться непрерывная и автоматическая работа котла и турбогенератора

2. Низкие эксплуатационные расходы на техническое обслуживание и долгий срок службы компонентов

3. Ясный и простой интерфейс между котлом и Turbo ORC-генератором

4. Простое управление. Частичное изменение условиий нагрузки путем модуляции трехходового вентиля на стороне диатермического масла или путем изменения тепловой температуры масла, как в стандартном бойлере воды. Не требуеться постоянное присутствие лицензированного оператора.

5. Очень высокая эффективность турбины (до 90%)

6. Высокая эффективность даже при частичной нагрузке

7. Низкая частота вращения турбин позволяющая подключать электрогенератор прямым приводом без редуктора.

8. Низкие механические напряжения турбин из-за низкой скорости периферии.

9. Нет эрозии лопастей, благодаря отсутствию влаги в парах соплами

10. Нет необходимости в системе водоподготовки

11  Простая процедура запуска;

12   Долгая жизнь оборудования (> 20 лет);

 Благодаря этим преимуществам, электростанции Tutboden на основе технологии ORC быстро распространяются по всему миру

 Когенерация биомассы

Биомасса является доступным почти везде и чрезвычайно важным возобновляемым источником энергии, Она может храниться в течение длительного времени. Наилучшим способом биомасса используется при комбинированном производстве тепла и электроэнергии. В частности, получение максимального  энергетического эффекта  достигается в небольших системах питания (от нескольких сотен кВт до одного или двум МВт электрической мощности), построенных вблизи потребителя тепла.

Преимущества применение биомассы в ORC

По сравнению с конкурирующими технологиями, основными преимуществами  ORC технологии являются:

Высокая эффективность цикла (особенно если он используется в когенерационных установках);

Очень высокая эффективность турбины (до 90%);

Низкие механические напряжения турбины, из-за низкой скорости периферии

Низкая частота вращения турбины, позволяющая подключать электрический генератор прямым приводом без  редуктора;

Из-за отсутствия влаги в паровой насадке нет эрозии лопаток турбины;

Очень долгий срок эксплуатации машины за счет свойств рабочей жидкости, которая в отличие от пара, не подрывает и не разъедает труб и лопаток турбин;

Не требуется система очистки воды.

Есть и другие преимущества, такие как простая процедура старт-стоп, бесшумность, минимальные требования к обслуживанию и хорошее исполнение частичной нагрузки.

Описание, основные размеры и характерстики

Предлагаем для поставок в Украину когенерационные  установки  от 400 кВт до 1800 кВт электрической мощности и соответственно потреблением биомассы от 1000 до 5264 кг/час. Более подробно смотрите в следующих файлах:

Описание, технические работы и программа поставки  когенерационного турбогенератора на биомассе

Стандартные размеры и параметры когенерационных установок на биомассе 

 

Топливо из биомассы

Наиболее распространенными видами топлива для процесса когенерации являются:

Древесная биомасса, такая как опилки, щепа, кора и обработанная древесина;

Другие виды биомассы, такие как солома, рисовая и подсолнечная шелуха, высушенный ил;

Отходы, содержащие высогую часть органики.

Тепловое использование

В ТЭЦ, подразделение ORC вырабатывает электричество и горячую воду. Горячая вода может быть использована для многих целей, в том числе:

На лесопильных предприятиях в процессе сушки древесины или опилок для производства пеллет

Для предварительного нагрева воздуха при производстве MDF / OSB панелей

Сетей теплоснабжения

Производства холода через абсорбер 

Примеры использования когенерационных установок ОРЦ

Применение ОРЦ модуля на цементном заводе