Перспективы применения ЭГД-преобразователей энергии в энергосберегающих технологиях

6. Кондратов В.Я. К вопросу совершенствования расчета ограждающих конструкций//Жилищное стр-во.-1997 - №3. - С.8-10.

7. На Южном Урале и в низовьях Дона дома будут потреблять меньше теплоты/ Бутовский И.Н., Матросов Ю.А., Гольдштейн Д., Чао М. //ЦЭНЭФ. Январь-март, 1997. -С.9-11.

8. СНиП 10-01-94. Система нормативных документов в строительстве: Основные положения. - М.: Минстрой России, 1994. -22 с.

26 января 1998 г.

Кривошеин Александр Дмитриевич-

кандидат технических наук, доцент кафедры архитектуры гражданских и промышленных зданий Сибирского автомобильно-дорожного института;

Пахотин Геннадий Алексеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры архитектуры гражданских и промышленных зданий Сибирского автомобильно-дорожного института;

Апатин Сергей Николаевич - старший преподаватель кафедры архитектуры гражданских и промышленных зданий Сибирского автомобильно-дорожного института.

УДК 621.59

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭГД-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЯХ

ПИ. Бумагин, А.Е. Раханский, Г.И. Чернов

Омский государственный технический университет

Рассмотрены возможности создания и применения установок и систем на базе электрогазо- и электрогидродинамических (ЭГД-) преобразователей энергии для газодобывающей и газотранспортирующей отрасли, малой энергетики и низкотемпературной техники.

Резкое удорожание электрической и тепловой энергии привело к необходимости разработки энергосберегающих технологий. Одним из вариантов решения этой проблемы является создание установок и систем на базе электрогазо- и электрогидродинамических (ЭГД-) преобразователей энергии для газодобывающей и газотранс-портирующей отрасли, малой энергетики и низкотемпературной техники.

ЭГД-преобразователи энергии - это устройства, в которых процессы расширения и сжатия рабочих тел (газов и диэлектрических жидкостей) происходят путём силового взаимодействия униполярного заряженного потока с электрическим полем [1 ]. Главное достоинство ЭГД-преобразователей - полное отсутствие движущихся механических элементов. Благодаря этому ЭГД-преобразователи обладают рядом преимуществ перед своими аналогами; высокой надёжностью, большим

ресурсом работы, герметичностью, отсутствием смазки, бесшумной работой, отсутствием вибрации.

Все ЭГД-устройства можно разделить на две группы. В первой потенциальная и кинетическая энергия потока непосредственно преобразуется в электрическую, минуя механические посредники. Во второй, наоборот, электрическая энергия преобразуется в потенциальную и кинетическую энергию потока. ЭГД-устройства первой группы получили название «ЭГД-генератор» и «ЭГД-детандер», устройства второй группы - «ЭГД-нагнетатель» (ЭГД-насос и ЭГД-компрессор). ЭГД-генераторы предназначены для получения электрической энергии. В них температура сжатого рабочего тела на входе, как правило, существенно выше температуры окружающей среды. ЭГД-детандеры предназначены как для получения электрической энергии, так и для производства холода.

Температура рабочего тела на входе в ЭГД-детандер равна или ниже температуры окружающей среды.

В ЭГД-нагнеггателях осуществляется сжаггие рабочего тела (в ЭГД-компрессоре - газа, в ЭГД-насосе -диэлектрической жидкости) и перемещение его к потребителю. Первые работоспособные ЭГД-преобразователи энергии (ЭГД-насосы) разрабатывались в Омском государственном техническом университете (ОмГТУ). Эффективность ЭГД-насосов была на уровне их механических аналогов, и они нашли применение в системах теплового регулирования летательных аппаратов как более надёжные.

В настоящее время в ОмГТУ совместно с АО «Сибкриотехника» продолжается разработка и исследование ЭГД-преобразователей энергии. К ним в первую очередь следует отнести ЭГД-компрессор для систем кондиционирования воздуха (СКВ) и холодильных установок. Создание ЭГД-компрессора позволит начать разработку СКВ и холодильных систем, обладающих принципиально новыми качествами, бесшумностью работы, отсутствием вибрации, плавным регулированием холодопроиз-водительности и её температурного уровня, высокой надёжностью работы на озонобезопасных хладонах без растворения их в масле.

Ведется исследование и разработка ЭГД-насосов. Создание крио-ЭГД-насосов позволит широко применять их в воздухоразделительных установках и других низкотемпературных системах для подачи жидких азота, кислорода, других криоагентов и хладонов. Крио-ЭГД-насосы в воздухоразделительных установках необходимы как для подачи жидкого кислорода на более высокий уровень, например из нижнего конденсатора в верхний в установке АКДС-100, так и для организации циркуляции жидкого кислорода в конденсаторе для обеспечения безопасной работы установки. Крио-ЭГД-насосы могут использоваться в циркуляционных низкотемпературных системах для подачи жидкого воздуха или азота от газовой криогенной машины к различным потребителям холода.

Большой интерес для Сибири и районов Крайнего Севера вызывает применение крио-ЭГД-насосов в холодильных системах для прокачки через испаритель жидких хладонов типа к-22. По заказу АО «Транссибнефть»на кафедре «Криогенная техника» разработан крио-ЭГД-насос, развивающий напор в 20 м.вд.ст. для прокачки жидкого хладона к-22 через испаритель и конденсатор в холодное время, когда температура окружающей среды ниже температуры конденсации хладона. Это дает возможность в зимний период отключать компрессор, который требует для работы больших затрат энергии, а вместо него подключать крио-ЭГД-насос, потребляющий в десятки раз меньше электроэнергии. В холодильной системе с мощностью компрессора 40 кВт это позволяет за

шесть месяцев работы крио-ЭГД-насоса сэкономить 150 000 кВт-ч электроэнергии.

Особый интерес вызывает применение ЭГД-преобразователей энергии в газовой и газотранспортирующей отрасли, где сжатый природный газ обладает высокой потенциальной энергией. Известно, что природный газ на газораспределительных станциях (ГРС) при подходе к городам и энергетическим объектам (в том числе к городу Омску) дросселируется от давления 5,0_7,0 МПа до 0,3-0,6 МПа, теряя при этом большую потенциальную энергию. Использование вместо дроссельных заслонок обычных турбогенераторов (турбодетандеров), по мнению «газовиков», позволит получать электрическую энергию в больших количествах, но при этом существенно снижается коэффициент надёжности газораспределительной сети. Однако первые эксперименты, проведённые на ТЭЦ-21 г. Москвы, показали, что работа турбогенераторов на природном газе возможна и без снижения коэффициента надёжности. Установленные в 1995 г. два турбогенератора мощностью 5 МВт надёжно работают уже в течение двух с лишним лет, вырабатывая дополнительно 10 МВт электрической энергии только на одной газовой линии.

Расчёты показывают, что установка подобного оборудования на 3-х ГРС вблизи г. Омска позволит вырабатывать от 4,8 МВт, при минимальном расходе газа, до 18 МВт электрической энергии при максимальном расходе.

На международном семинаре по проекту erus 941 о в программе ЕК ТАСИС (г. Москва, Мострансгаз, 29 октября 1997 г.) вызвали большой интерес предложенные новые технологии по использованию энергии природного газа при эксплуатации ЭГД-преобразователей энергии, в частности ЭГД-генератора-детандера и ЭГД-компрессора. Было отмечено, что применение ЭГД-генератора-детандера на ГРС при расширении природного газа в указанных пределах давления позволяет вырабатывать с каждого килограмма в секунду 100-150 кВт электроэнергии и при этом сохранять высокий коэффициент надёжности газовой сети.

Другим примером эффективного использования ЭГД-преобразователей энергии в газовой промышленности является создание ожижителей природного газа на базе ЭГД-детандер-компрессорного блока. На организационном совещании по подготовке материалов в программу «Метан-2000», проводимом в г. Омске в АО"Сибкриотехника" 26-28 ноября 1996 г. различными предприятиями и фирмами России, были отмечены целесообразность и высокая эффективность применения сжиженного природного газа (СПГ) в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тепловозов и морских судов, самолётов, вертолётов, районных

отельных и различных бытовых нужд. Несмотря на сложность финансового положения, в АО «Сибкриотехника» (г. Омск), АО «Криогенмаш» (г.Балашиха, Московская обл.) и других предприятиях России начаты работы по созданию ожижителей природного газа. Одним из вариантов, рассматриваемых в АО «Сибкриотехника», является установка СПГ с использованием ЭГД-генератора-детандера и ЭГД-компрессора. Анализ различных схем ожижителей природного газа показал, что установка СПГ с ЭГД-детандер-компрессорным блоком обладает как большой эффективностью, так и большой надёжностью [2].Относительное высокое давление природного газа в процессе расширения от 5,0_7,0 МПа до 0,3-0,6 МПа и в процессе сжатия от 5,0_7,0 МПа до 7,0_9,0 МПа позволяет провести эти процессы в ЭГД-детандере и ЭГД-компрессоре очень эффективно. При этом электрическая энергия, вырабатываемая ЭГД-детандером, расходуется на питание ЭГД-компрессора.

Такое же эффективное применение ЭГД-преобразователей энергии возможно и на газоперекачивающих станциях, установленных на линиях магистрального трубопровода через каждые 100-130 км. На этих станциях, с одной стороны, предлагается с помощью ЭГД-генератора и ЭГД-насоса организовать циркуляционный теплосиловой контур, использующий высокопотенциальную тепловую энергию отходящих газов после газотурбинной установки, с другой стороны, производить поджатие природного газа с 5 МПа до 7,5 МПа с помощью ЭГД-компрессора (за счёт вырабатываемой ЭГД-генератором высоковольтной электрической энергии организация такого контура позволит вырабатывать на каждой 10 мВт-й установке 2,5 МВт электроэнергии).

Вызывает большой интерес применение ЭГД-генератора и ЭГД-насоса в малой энергетике. Особенно эффективно использование этих ЭГД-преобразо-вателей энергии в сочетании с атомными реакторами относительно небольшой мощности до 5 МВт. Применение специальных диэлектрических теплоносителей во вторичных циркуляционных контурах с образованием зарядов-ионов с малой подвижностью в процессе ионизации позволяет организовать работу ЭГД-генератора и ЭГД-насоса с высокой эффективностью. Атомный реактор в сочетании с этими ЭГД-преобразователями, работающими во вторичных циркуляционных контурах со специальными теплоносителями, является мобильной электростанцией, которой можно снабжать целые посёлки, удалённые от больших источников энергии.

Возможность применения ЭГД-преобразователей энергии не ограничивается перечисленными установками и областями техники. ЭГД-преобразователи энергии эффективны там, где

требуется высокая надёжность, а рабочим телом является относительно плотная диэлектрическая среда, в которой можно организовать заряды-ионы с малой подвижностью.

ЛИТЕРАТУРА.

1.Рубашов И.Б., Бортинков Ю.С. Электрогазодинамика.- М.:Атомиздат,1971.-167 с.

2. Грезин А.К., Бумагин Г.И., Ланда Ю.И. Анализ эффективности различных схем ожижителей природного газа // Криогенное и холодильное оборудование и технологии: Сб. науч. тр.: Омск, 1997. -С. 15-19.

26 января 1998 г.

Бумагин Геннадий Иванович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой криогенной техники Омского государственного технического университета; Раханский Анатолий Евгеньевич -научный сотрудник АО "Сибкриотехника"; Чернов Герман Игоревич - ассистент кафедры криогенной техники Омского государственного технического университета.