ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к детандер-генераторным агрегатам и касается детандерных установок для производства электроэнергии при использовании технологических перепадов давления транспортируемого природного газа, на станциях технологического понижения давления (газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах) системы газоснабжения.
Известна детандер-генераторная установка, содержащая трубопровод высокого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные первый, второй и третий теплообменники, детандер, кинематически соединенный с электрическим генератором, электрически соединенным с двигателем, приводящим в движение компрессор, вход которого соединен с выходом испарителя, вход которого через дросселирующее устройство соединен с выходом второго теплообменника, четвертый теплообменник, выход которого соединен с испарителем, первый насос, вход которого соединен с низкопотенциальным источником теплоты, а выход - с входом четвертого теплообменника, второй насос, вход которого соединен с солнечной энергетической установкой, а выход через общий трубопровод с первым, третьим и четвертым теплообменниками. Недостатком такой установки является то, что подача теплоты в теплообменники 2, 4 и 11 зависит от погодных условий, времени суток и времени года и связано с уменьшением энергии солнца, поступающей на солнечную энергетическую установку, и при неблагоприятных условиях полезная электрическая мощность снижается. (Агабабов B.C., Зенкина У.И., Колосов A.M. Детандер-генераторная установка / Патент на полезную модель №75880. Россия. Бюл. №24. 27.08.2008 г.. Приоритет от 10.04.08.).
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в повышении полезной электрической мощности установки при неблагоприятных для солнечной энергетической установки условиях.
Техническая задача решается тем, что известная установка, содержащая трубопровод высокого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные первый, второй и третий теплообменники, детандер, кинематически соединенный с электрическим генератором, электрически соединенным с двигателем, приводящим в движение компрессор, вход которого соединен с выходом испарителя, вход которого через дросселирующее устройство соединен с выходом второго теплообменника, четвертый теплообменник, выход которого соединен с испарителем, первый насос, вход которого соединен с низкопотенциальным источником теплоты, а выход - с входом четвертого теплообменника, второй насос, вход которого соединен с солнечной энергетической установкой, а выход через общий трубопровод с первым, третьим и четвертым теплообменниками, дополнительно снабжена биогазовой энергетической установкой, содержащей установку для получения биогаза и котел для его сжигания, вход которого соединен с выходами первого, третьего и четвертого теплообменников, а выход которого соединен со входом второго насоса. Это позволяет частично или полностью компенсировать потери электроэнергии, вырабатываемой генератором детандер-генераторного агрегата и направляемой на обеспечение работы теплового насоса, и увеличивать тем самым при прочих равных условиях полезную мощность, отдаваемую потребителю, при неблагоприятных для работы солнечной энергетической установки условиях.
На рисунке приведена принципиальная схема детандер-генераторной установки с тепловым насосом, солнечной и биогазовой энергетическими установками.
Детандер-генераторная установка содержит трубопровод 1 высокого давления, установленные по ходу газа и последовательно соединенные первый 2, второй 3 и третий 4 теплообменники, детандер 5, кинематически соединенный с электрическим генератором 6, электрически соединенным с двигателем 7, приводящим в движение компрессор 8, вход которого соединен с выходом испарителя 9, вход которого через дросселирующее устройство 10 соединен с выходом второго 3 теплообменника, четвертый теплообменник 11, выход которого соединен с испарителем 9, первый насос 12. вход которого соединен с низкопотенциальным источником теплоты 13. а выход - с входом четвертого теплообменника 11, второй насос 14, вход которого соединен с солнечной энергетической установкой 15, а выход через общий трубопровод 16 с первым 2, третьим 4 и четвертым 11 теплообменниками трубопроводами 17, 18 и 19 соответственно, дополнительно снабжена биогазовой энергетической установкой, содержащей установку 20 для получения биогаза и котел 21 для его сжигания, вход которого соединен общим трубопроводом 22 с выходами первого, третьего и четвертого теплообменников трубопроводами 23, 24 и 25 соответственно, а выход которого соединен со входом второго насоса 14, при этом выход детандера 5 соединен с трубопроводом 26 низкого давления, а электрогенератор 6 соединен с электродвигателем 7 и внешней электрической сетью электрическими связями 27 и 28 соответственно.
Установка работает следующим образом. Транспортируемый газ из трубопровода 1 высокого давления последовательно поступает в теплообменники 2, 3 и 4. Греющей средой в теплообменниках 2 и 4 является теплоноситель, поступающий из солнечной энергетической установки 15, либо из котла 21 биогазовой энергетической установки. Греющей средой в теплообменнике 3 является хладагент контура теплонасосной установки. Теплонасосная установка (ТНУ) повышает уровень температуры теплоты, полученной от низкопотенциального источника 13, в испарителе 9. Теплоноситель из низкопотенциального источника теплоты 13 подается в испаритель 9 теплонасосной установки насосом 12. Нагретый в теплообменниках 2, 3 и 4 газ высокого давления подается в детандер 5. После расширения в детандере, газ направляется в трубопровод низкого давления 26, а механическая работа, полученная в детандере, преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе 6. Часть электроэнергии, выработанной генератором, которая должна быть израсходована на технологический подогрев газа перед детандером посредством ТНУ, подается к электродвигателю 7 компрессора 8 теплонасосной установки по электрической связи 27. Оставшаяся электроэнергия может быть полезно использована для отпуска внешнему потребителю по электрической связи 28. Нагретый в солнечной энергетической установке 15, или при неблагоприятных для работы солнечной энергетической установки условиях, в котле 21 биогазовой энергетической установки, теплоноситель направляется насосом 14 по общему трубопроводу 16 к теплообменникам 2, 4 и 11 по трубопроводам 17, 18 и 19 соответственно. После теплообменника 2, 4 и 11 теплоноситель отводится в общий трубопровод 22 по линиям 23, 24 и 25 соответственно, из которого теплоноситель поступает на солнечную энергетическую установку 15 или, при неблагоприятных для работы солнечной энергетической установки условиях, - в котел 21 биогазовой энергетической установки. Подогретый в теплообменнике 11 теплоноситель из низкопотенциального источника теплоты 13 направляется в испаритель 9 теплонасосной установки. Повышение температуры теплоносителя, поступающего из низкопотенциального источника теплоты 13, в теплообменнике 11 перед подачей его в испаритель 9 теплонасосной установки, приводит к увеличению коэффициента преобразования теплоты в теплонасосной установке и, как следствие, к уменьшению электрической мощности, которая должна быть подведена к электродвигателю 7 компрессора 8 теплонасосной установки. При этом при прочих равных условиях увеличивается полезная электрическая мощность, которая может быть передана потребителю по электрической связи 28. Подогрев транспортируемого газа в теплообменниках 2 и 4 перед подачей его в детандер 5 позволяет либо увеличить электрическую мощность детандер-генераторного агрегата за счет увеличения теплоперепада, срабатываемого в детандере, либо уменьшить необходимый подогрев газа в теплообменнике-конденсаторе 3 теплового насоса. И то, и другое при прочих равных условиях повышает относительную и абсолютную величины полезной электроэнергии, которые передаются потребителю по электрической связи 28.