ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ИЗОЛИРОВАННОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности к области геотермальной электроэнергетики и может быть использована на геотермальных электростанциях изолированных энергосистем.
Аналогами предлагаемой геотермальной электростанции являются геотермальные электростанции с паровыми турбинами. (F03G 7/00, №94043757; F24J 3/08, №2000111435; F01K 21/04, №2003126819; F03G 7/00, №2044924).
Недостатком этих аналогов является неэффективное использование геотермального теплоносителя.
Известен принятый за прототип геотермальный энергокомплекс (F24J 3/08, №95119668).
В этом энергокомплексе геотермальный теплоноситель, добываемый на продуктивной геотермальной скважине, разделяется в сепараторе на сепарат, который сбрасывается в скважину закачки, и свежий пар, поступающий на турбину привода электрогенератора. Давление свежего пара поддерживается станционным регулятором, который в зависимости от нагрузки (расхода пара) турбины больше (или меньше) пара сбрасывает через шумоглушитель в атмосферу. Это объясняется тем, что дебит продуктивной скважины в процессе ее эксплуатации практически не зависит от нагрузки турбины, поэтому получаемый в сепараторе пар в основном перераспределяется между турбиной и станционным регулятором. При этом, когда нагрузка турбины соответствует номинальной, то через станционный регулятор в атмосферу сбрасывается минимальное количество пара, когда же нагрузка турбины проваливается, то разница между номинальным и текущим расходами пара на турбину сбрасывается станционным регулятором через шумоглушитель в атмосферу.
При этом для изолированной энергосистемы, в которой геотермальный энергокомплекс является системообразующим, работа энергокомплекса с частичным использованием подаваемого после сепаратора пара характерный для эксплуатации режим, определяемый графиком внешней электрической нагрузки. В изолированных энергосистемах, где в качестве системообразующих выступают тепловые электростанции, обеспечить поддержание номинального режима работы геотермального энергокомплекса независимо от суточных, недельных и сезонных колебаний внешней электрической нагрузки энергосистемы также не всегда представляется возможным, т.к. уровень допускаемой разгрузки тепловых электростанций по технологическим причинам ограничен. В результате геотермальная электростанция переводится в режим частичной нагрузки, что приводит и в этом случае к безвозвратным потерям части геотермального теплоносителя.
Таким образом, основным недостатком известного геотермального энергокомплекса при его эксплуатации в изолированной энергосистеме являются безвозвратные потери геотермального теплоносителя из-за невозможности обеспечить номинальный режим его работы независимо от графика внешней электрической нагрузки изолированной энергосистемы. В результате существенно снижается коэффициент использования установленной мощности геотермальной электростанции, соответственно снижается удельная выработка ею электроэнергии на единицу добытого геотермального теплоносителя, повышается себестоимость производства электроэнергии и при фиксированном тарифе снижаются экономические показатели электростанции в целом.
2
2
Другим недостатком такого энергокомплекса является ухудшение экологии окружающей среды из-за сброса в атмосферу больших количеств геотермального пара, содержащего HS, СО и другие газы, при работе энергокомплекса на частичных режимах.
Указанные недостатки устраняются предлагаемой полезной моделью.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в существенном улучшении экономических и экологических показателей геотермальной электростанции изолированной энергосистемы.
Поставленная задача решается тем, что в известную геотермальную электростанцию, содержащую продуктивную скважину, сепаратор, конденсационную паровую турбину с конденсатором и конденсатным насосом, регулятор частоты вращения ротора турбины, регулятор давления свежего пара, шумоглушитель, электрогенератор с комплектным распредустройством и измеритель внешней электрической нагрузки, дополнительно вводят установку производства водорода, получаемого посредством электролиза воды, состоящую из n одинаковых модулей-электролизеров, устройство подготовки воды для электролизеров, шкаф силовой для подачи электропитания на модули-электролизеры установки производства водорода, устройство автоматического управления включением (выключением) электропитания модулей-электролизеров установки производства водорода и систему хранения водорода.
На чертеже изображена схема предлагаемой геотермальной электростанции.
Геотермальная электростанция содержит продуктивную геотермальную скважину 1, сепаратор 2, разделяющий добытый в скважине 1 геотермальный теплоноситель на сепарат и свежий пар, регулятор 3 давления свежего пара, шумоглушитель 4, регулятор 5 частоты вращения ротора турбины, конденсационную паровую турбину 6 с конденсатором 7, электрогенератор 8, который связан кинематически с ротором турбины 6, а электрически - с комплектным распредустройством 9, через который осуществляется отпуск электроэнергии во внешнюю электрическую сеть и на собственные нужды электростанции, и измеритель 10 внешней электрической нагрузки. Для откачки конденсата пара из конденсатора 7 турбины 6 электростанция снабжена конденсатным насосом 11.
Электростанция также содержит устройство 12 подготовки воды для электролизеров, которое по входу соединено с линией нагнетания конденсатного насоса 11, установку 13 производства водорода посредством электролиза воды, состоящую из n одинаковых модулей-электролизеров, каждый из которых по входу подсоединен к устройство 12 подготовки воды, шкаф силовой 14, соединенный по входу с комплектным распредустройством 9, а по выходу - автономно с каждым модулем-электролизером установки 13 производства водорода, устройство 15 автоматического управления включением (отключением) электропитания модулей-электролизеров установки 13, систему 16 хранения водорода.
Электростанция работает следующим образом.
Геотермальный теплоноситель из скважины 1 поступает в сепаратор 2, где разделяется на сепарат и свежий пар. Свежий пар через регулирующий клапан регулятора 5 поступает в турбину 6. Отработавший в турбине 6 пар сбрасывается в конденсатор 7, откуда конденсатным насосом 11 закачивается по трубопроводу 17 в скважину закачки. Часть конденсата из нагнетания насоса 11 поступает в устройство 12 подготовки воды для электролизеров. Сепарат по трубопроводу 18 сбрасывается в скважину закачки Охлаждающая вода на конденсатор 7 поступает по трубопроводу 19.
Электрогенератор 8 кинематически связан с ротором турбины 6, а электрически - с комплектным распредустройством 9 и через него с внешней электрической сетью и шкафом силовым 14, через который осуществляется электропитание модулей-электролизеров. Измерение текущей внешней электрической нагрузки электростанции производится измерителем 10.
вн
Устройство 15 автоматического управления включением (отключением) электропитания модулей-электролизеров установки 13 производства водорода обеспечивает поддержание номинальной нагрузки электростанции путем автоматического нагружения (разгружения) установки 13 в зависимости от внешней нагрузки N электростанции в пределах суточного, недельного или сезонного графиков нагрузки. При внешней
вн
вн
н
нагрузке N электростанции, равной номинальной величине нагрузки электростанции, все модули-электролизеры отключены. В случае, если внешняя нагрузка N электростанции ниже ее номинальной нагрузки N, устройство 15 через шкаф силовой 14 подключает электропитание такого количества модулей-электролизеров установки 13, при котором нагрузка электрогенератора 8 электростанции остается на уровне близком к номинальному, независимо от внешней электрической нагрузки электростанции. Управляющий сигнал устройства 15 формируется как разность между номинальной и текущей внешней электрической нагрузкой электростанции.
При этом скважность включения (отключения) электропитания модулей-электролизеров установки 13 производства водорода, реализуемая устройством 15 в шкафу силовом 14, равна номинальной электрической нагрузке одного модуля-электролизера.
Вырабатываемый на установке 13 водород транспортируется в систему 16 хранения водорода, из которой поступает внешнему потребителю.
Таким образом, применение установки 13 производства водорода в совокупности с устройством 12 подготовки воды, шкафом силовым 14 и устройством 15 автоматического управления включением (отключением) электропитания модулей-электролизеров установки 13 позволяет обеспечить поддержание нагрузки электрогенератора 8 близкой к номинальной независимо от графика внешней электрической нагрузки изолированной энергосистемы и, тем самым, максимально эффективно распорядиться добываемым геотермальным теплоносителем, исключив сброс избытка свежего пара в атмосферу, образующегося при работе турбины на частичных режимах, и используя пар при максимальном КПД турбины.
Это позволяет вырабатывать всю электроэнергию при максимальном КПД турбины и довести коэффициент использования установленной мощности электростанции практически до теоретического максимума, т.е. получить на электростанции максимально возможное за год количество
электроэнергии. При этом разница между фактически вырабатываемой электроэнергией и электроэнергией, отпущенной во внешнюю электрическую сеть, за вычетом собственных нужд электростанции, пойдет на производство экологически чистого продукта - водорода.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет:
- перевести электростанцию в номинальный (базовый) режим работы независимо от внешней электрической нагрузки с максимально возможной годовой выработкой электроэнергии;
- произвести на основе невостребованной избыточной для внешних потребителей электроэнергии водород, который может быть использован в топливных элементах транспортных средств, в стационарных топливных элементах по производству электроэнергии и тепла и т.д. Благодаря реализации водорода экономические показатели электростанции в целом существенно повышаются.
Кроме того, эксплуатация турбины на номинальном режиме работы независимо от графика внешней нагрузки позволяет минимизировать сброс пара в атмосферу и, тем самым, снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.