ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к оборудованию, применяемому в энергетике, в частности в энергокомплексах на органическом цикле Ренкина. Геотермальная электростанция предназначена для производства электроэнергии за счет утилизации тепла жидкого геотермального теплоносителя, имеющего низкую (90-100°С) начальную температуру. Геотермальная электростанция позволяет расширить географию доступных для генерации электроэнергии термальных источников, а также увеличить мощность действующих геотермальных энергоблоков за счет более полного использования тепла термальных теплоносителей.
Из существующего уровня техники известна теплоутилизационная установка с герметичным замкнутым контуром, состоящая из герметичного контейнера, парогенератора, конденсатно-питательного насоса и конденсатора, соединенных трубопроводами, с расположенными в герметичном контейнере перфорированной перегородкой, электрогенератором и турбиной с единым ротором, установленным в статоре на газодинамических опорах, отличающаяся тем, что герметичный контейнер имеет патрубок пара высокого давления для подачи от парогенератора на расширение в турбину и патрубок пара низкого давления для отвода пара в конденсатор из герметичного контейнера после охлаждения электрогенератора и прохождения через газодинамические опоры, работающие в его среде, с перепуском части пара через перфорированную перегородку, при этом патрубок пара низкого давления образует неподвижное соединение с паропроводом (RU 182819 U1 опубликовано 04.09.2018 г.).
Недостатками данного технического решения являются:
использование пара одного давления, что снижает долю тепла геотермального теплоносителя, подведенного в цикл;
невозможность утилизации тепла, отводимого от электрического генератора и подшипников;
ограниченная несущая способность газодинамических опор, которая в свою очередь ограничивает вес ротора и, как следствие, мощность турбогенератора;
применение газодинамических опор возможно только при высоких оборотах ротора, значительно превышающих синхронную частоту генератора, что в свою очередь требует применения преобразователя частоты тока, работа которого сопровождается дополнительными потерями электрической мощности;
увеличенные габариты установки за счет применения двух корпусов;
усложнение ремонта и обслуживания турбогенератора в связи с необходимостью разборки наружного корпуса для доступа к ротору и опорам.
Задачами, для решения которых предназначена заявляемая полезная модель, являются:
увеличение мощности геотермальных энергоблоков, работающих за счет тепла геотермального теплоносителя, имеющего низкую (90-100°С) начальную температуру;
снижение удельного расхода геотермального теплоносителя на единицу электрической мощности энергоблока за счет увеличения доли тепла, подводимого в цикл;
возврат в цикл тепловой энергии, отводимой от опор и обмоток электрического генератора.
Данная задача решается за счет того, что геотермальная электростанция включает питательный насос нагнетания рабочего тела, входной патрубок которого посредством фланцевого соединения подключен к трубопроводу отвода жидкого рабочего тела из конденсатора, представляющего собой теплообменный аппарат, в котором пар рабочего тела охлаждается теплоносителем, поступающим из внешней среды, а выходной патрубок посредством фланцевого соединения подключен к трубопроводу подачи жидкого рабочего тела в экономайзер, представляющий собой теплообменный аппарат, в котором жидкое рабочее тело нагревается геотермальным теплоносителем, и который, в свою очередь, посредством фланцевого соединения подключен к коллектору жидкого рабочего тела, к которому посредством фланцевых соединений присоединены: патрубок входа жидкого рабочего тела парогенератора высокого давления, представляющий собой теплообменный аппарат, в котором жидкое рабочее тело нагревается и переходит в парообразное состояние за счет тепла геотермального теплоносителя, входной патрубок насоса нагнетания жидкого рабочего тела в гидростатические подшипники герметичного турбогенератора, причем выходной патрубок указанного насоса посредством фланцевого соединения присоединен к линии подачи жидкого рабочего тела в гидростатические подшипники, регулирующий клапан парогенератора низкого давления, присоединенный фланцевым соединением со стороны выхода рабочего тела к патрубку входа жидкого рабочего тела парогенератора низкого давления, представляющего собой теплообменный аппарат, в котором жидкое рабочее тело нагревается и переходит в парообразное состояние за счет тепла геотермального теплоносителя; трубопровод пара низкого давления, присоединенный фланцевыми соединениями к патрубку выхода пара из парогенератора низкого давления с одной стороны и к патрубку входа пара низкого давления, расположенному на корпусе турбогенератора между 1-ой и 2-ой ступенями турбины, с другой стороны; трубопровод пара высокого давления, присоединенный фланцевыми соединениями к патрубку выхода пара из парогенератора высокого давления с одной стороны и к регулирующему клапану турбогенератора с другой стороны, в свою очередь, указанный клапан со стороны выхода пара присоединен фланцевым соединением к патрубку входа пара высокого давления на корпусе турбогенератора; герметичный турбогенератор, состоящий из: корпуса с патрубками подвода и отвода пара, с неподвижно закрепленными в нем с внутренней стороны гидростатическими подшипниками, на которые опирается ротор электрического генератора, причем на свободные концы указанного ротора запрессованы одновенечные диски турбины с рабочими лопатками; статором электрического генератора, закрепленного в корпусе с образованием канала между обмоткой указанного статора и корпусом, причем указанный канал обеспечивает проход пара с выхода 1-ой ступени турбины на вход 2-ой ступени с одновременным охлаждением статора; трубопровод отработанного пара, присоединенный фланцевыми соединениями к патрубку выхода пара из корпуса турбогенератора с одной стороны и к патрубку входа пара в конденсатор с другой; байпасную линию с установленным на ней посредством фланцевых соединений регулирующим клапаном, подключенную фланцевыми соединениями к трубопроводу пара высокого давления перед регулирующим клапаном турбогенератора и к трубопроводу отработанного пара перед конденсатором; контур циркуляции геотермального теплоносителя, осуществляющего обогрев парогенераторов высокого и низкого давлений, а также экономайзера, образованный трубопроводами, последовательно соединенными фланцевыми соединениями в следующем порядке: входной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора высокого давления, выходной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора высокого давления, входной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора низкого давления, выходной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора низкого давления, входной патрубок геотермального теплоносителя экономайзера, выходной патрубок геотермального теплоносителя экономайзера.
Техническими результатами, обеспечиваемыми приведенной совокупностью признаков, являются: увеличение мощности геотермальной электростанции за счет увеличения доли тепла геотермального теплоносителя, подводимого в цикл, снижение удельного расхода геотермального теплоносителя на единицу электрической мощности энергоблока, возврат в цикл тепловой энергии, отводимой от опор и обмоток электрического генератора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (Фигура 1), на котором изображена геотермальная электростанция.
Геотермальная электростанция включает питательный насос нагнетания рабочего тела 1, входной патрубок которого посредством фланцевого соединения подключен к трубопроводу отвода жидкого рабочего тела 2 из конденсатора 3, представляющего собой теплообменный аппарат, в котором пар рабочего тела охлаждается теплоносителем, поступающим из внешней среды, а выходной патрубок посредством фланцевого соединения подключен к трубопроводу подачи жидкого рабочего тела 4 в экономайзер 5, представляющий собой теплообменный аппарат, в котором жидкое рабочее тело нагревается геотермальным теплоносителем, и который, в свою очередь, посредством фланцевого соединения подключен к коллектору жидкого рабочего тела 6, к которому посредством фланцевых соединений присоединены патрубок входа жидкого рабочего тела парогенератора высокого давления 7, представляющий собой теплообменный аппарат, в котором жидкое рабочее тело нагревается и переходит в парообразное состояние за счет тепла геотермального теплоносителя, входной патрубок насоса нагнетания жидкого рабочего тела в гидростатические подшипники 8 герметичного турбогенератора, причем выходной патрубок указанного насоса посредством фланцевого соединения присоединен к линии подачи жидкого рабочего тела в гидростатические подшипники 9, регулирующий клапан парогенератора низкого давления 10, присоединенный фланцевым соединением со стороны выхода рабочего тела к патрубку входа жидкого рабочего тела парогенератора низкого давления 11, представляющему собой теплообменный аппарат, в котором жидкое рабочее тело нагревается и переходит в парообразное состояние за счет тепла геотермального теплоносителя; трубопровод пара низкого давления 12, присоединенный фланцевыми соединениями к патрубку выхода пара из парогенератора низкого давления с одной стороны и к патрубку входа пара низкого давления, расположенному на корпусе турбогенератора между 1-ой 13 и 2-ой 14 ступенями турбины, с другой стороны; трубопровод пара высокого давления 15, присоединенный фланцевыми соединениями к патрубку выхода пара из парогенератора высокого давления 7 с одной стороны и к регулирующему клапану турбогенератора 16 с другой стороны, в свою очередь указанный клапан со стороны выхода пара присоединен фланцевым соединением к патрубку входа пара высокого давления на корпусе турбогенератора; герметичный турбогенератор, состоящий из корпуса с патрубками подвода и отвода пара 17, с неподвижно закрепленными в нем с внутренней стороны гидростатическими подшипниками 18, на которые опирается ротор электрического генератора 19, причем на свободные концы указанного ротора запрессованы одновенечные диски 1-ой 13 и 2-ой 14 ступеней турбины с рабочими лопатками; статором электрического генератора 20, закрепленного в корпусе 17 с образованием канала между обмоткой указанного статора 20 и корпусом 17, причем указанный канал обеспечивает проход пара с выхода 1-ой ступени турбины 13 на вход 2-ой ступени 14 с одновременным охлаждением статора 20; трубопровод отработанного пара 21, присоединенный фланцевыми соединениями к патрубку выхода пара из корпуса турбогенератора 17 с одной стороны и к патрубку входа пара в конденсатор 3 с другой; байпасную линию 22, с установленным на ней посредством фланцевых соединений регулирующим клапаном 23, подключенную фланцевыми соединениями к трубопроводу пара высокого давления 15 перед регулирующим клапаном турбогенератора и к трубопроводу отработанного пара 21 перед конденсатором 3; контур циркуляции геотермального теплоносителя, осуществляющего обогрев парогенераторов высокого 7 и низкого давлений 11, а также экономайзера 5, образованный трубопроводами 24-27, последовательно соединенными фланцевыми соединениями в следующем порядке: входной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора высокого давления 7, выходной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора высокого давления 7, входной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора низкого давления 11, выходной патрубок геотермального теплоносителя парогенератора низкого давления 11, входной патрубок геотермального теплоносителя экономайзера 5, выходной патрубок геотермального теплоносителя экономайзера 5.
Геотермальная электростанция работает следующим образом.
Питательный насос нагнетания рабочего тела 1, откачивает жидкое рабочее тело из трубопровода 2, куда оно поступает из конденсатора 3, где пар рабочего тела охлаждается и конденсируется теплоносителем, поступающим из внешней среды. Насос 1 нагнетает жидкое рабочее тело в трубопровод 4 и далее в экономайзер 5, в котором жидкое рабочее тело нагревается геотермальным теплоносителем. Далее жидкое рабочее тело поступает в коллектор 6, от которого запитаны: парогенератор высокого давления 7, в котором жидкое рабочее тело нагревается и переходит в парообразное состояние за счет тепла геотермального теплоносителя при верхнем уровне давления цикла, насос нагнетания жидкого рабочего тела в гидростатические подшипники 8, который поддерживает давление в опорах 18, обеспечивающее всплытие ротора 19, и через регулирующий клапан 10 в парогенератор низкого давления 11, в котором жидкое рабочее тело нагревается и переходит в парообразное состояние за счет тепла геотермального теплоносителя, причем регулирующий клапан 10 обеспечивает дросселирование потока жидкого теплоносителя, за счет чего в парогенераторе 11 поддерживается давление, пониженное по отношению к начальному давлению цикла. За счет пониженной температуры кипения рабочего тела в парогенераторе 11 от геотермального теплоносителя отбирается дополнительное тепло, которое подводится в цикл при давлении, установившемся в парогенераторе 11. Пар рабочего тела из парогенератора 11 поступает в трубопровод пара низкого давления 12 и далее в канал между 1-ой 13 и 2-ой 14 ступенями турбины. Пар из парогенератора 7 поступает в трубопровод пара высокого давления 15, и далее через регулирующий клапан турбогенератора 16 подается в 1-ую ступень 13 турбины. Клапан 16 регулирует обороты ротора турбогенератора 19 посредством изменения давление и расхода пара. Пар рабочего тела, расширяясь в 1-ой ступени 13, совершает полезную работу и охлаждается. Далее он смешивается с потоком пара, поступающего из парогенератора 11, а также с рабочим телом, которое вытекает из первой по ходу пара гидростатической опоры, и, омывая поверхности обмоток статора 20 и ротора 19, дополнительно нагревается. Далее общий поток пара рабочего тела расширяется во 2-ой ступени 14 турбины, совершая полезную работу. Отработанный пар смешивается с рабочим телом, которое вытекает из второй по ходу пара гидростатической опоры, и по трубопроводу 21 поступает в конденсатор. Таким образом, цикл замыкается.
Постоянное давление перед клапаном 16 поддерживается перепуском пара в обвод турбогенератора по байпасной линии 22, при этом регулирование давления осуществляется клапаном 23.
Геотермальный теплоноситель движется по контуру циркуляции, образованному трубопроводами 24-27, последовательно осуществляя обогрев парогенераторов высокого 7 и низкого давлений 11, а также экономайзера 5.