Ученые НГТУ НЭТИ предложили способ полезного использования тепловых выбросов в межотопительный период
Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ предложили включение ORC-турбин (органический цикл Ренкина) в состав коммунальных систем энергоснабжения в малых и средних городах. Это позволит дополнительно вырабатывать электроэнергию из избыточного тепла в межотопительный период и повысить надежность энергоснабжения.
Как отмечает ассистент кафедры автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ НЭТИ Елизавета Насибова, в летний период потребность в тепловой энергии значительно снижается, а поскольку когенерационная установка вырабатывает тепло и электричество одновременно, возникает избыток невостребованного тепла, которое сбрасывается в атмосферу.
Чтобы решить проблему сезонного дисбаланса когенерации, ученые НГТУ НЭТИ проанализировали несколько вариантов полезного использования избыточного тепла в межотопительный период. Были рассмотрены системы накопления тепловой энергии, абсорбционные холодильные машины, двигатель Стирлинга и ORC-турбина.
«Использование систем накопления тепловой энергии ограничено из-за высоких капитальных вложений, а главное — потерь теплоты до 50% при сезонном хранении. Преобразование тепла в холод с применением абсорбционных холодильных машин нецелесообразно с точки зрения того, что не во всех малых и средних городах есть централизованные потребители холода. Также можно преобразовывать тепловые выбросы в электрическую энергию при помощи ORC-турбин и двигателей Стирлинга, но в России отсутствует серийное производство таких устройств). ORC-установка показалась нам самым перспективным решением для утилизации низкопотенциального тепла с целью выработки электроэнергии», — рассказала Елизавета Насибова.
По ее словам, к преимуществам внедрения ORC-установки относится длительный срок службы, высокий межремонтный ресурс, простота эксплуатации, использование безопасных органических теплоносителей с низкой температурой кипения. Основное преимущество такого способа использования тепловых выбросов — появление дополнительного источника электрической энергии, что еще больше повышает надежность электроснабжения.
В мультиэнергетической инфраструктуре ORC-турбина выполняет двойную роль. С одной стороны, она выступает как дополнительный теплоприемник, увеличивающий тепловую нагрузку и позволяющий сократить выбросы, с другой стороны, является дополнительным источником электрической энергии, который снижает загрузку когенерационной установки.
«Мы искали предельное время использования ORC-турбины для достижения топливного эффекта. ORC-технология эффективна, если экономия топлива на производство электрической энергии превышает дополнительный расход топлива на производство теплоты, необходимой для работы ORC-турбины. Мы выявили закономерность: чем ниже соотношение спроса на тепловую и электрическую энергию в годовом разрезе, тем дольше время использования установки. Когда тепла нужно чуть больше, чем электричества, применять установку можно в течение 8 месяцев. Если тепла нужно в два раза больше, чем электричества, имеет смысл использовать ORC-турбину внутри мультиэнергетической инфраструктуры только в межотопительный период», — объясняет Елизавета Насибова.
Исследователь добавляет, что соотношение тепло- и электропотребления индивидуально для каждого населенного пункта и зависит от таких факторов, как климатические условия, структура потребления и т. д.
В июле Елизавета Насибова приняла участие в 98-м заседании Международного научного семинара им. Ю. Н. Руденко «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики», где выступила с докладом на тему «Использование технологии ORC в системах коммунального энергоснабжения».
В перспективе планируется апробация разработанной методики на объектах коммунальной энергетики малых и средних городов. Дальнейшие исследования будут направлены на оценку фактической топливной экономичности, срока окупаемости и влияния ORC-установок на эффективность работы когенерационных источников в течение года.