Способ повышения эффективности энергетической установки органического цикла Ренкина с помощью использования климатического ресурса холода
METHOD FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF A POWER PLANT OF THE ORGANIC RANKINE CYCLE USING THE CLIMATIC RESOURCE OF COLD

Изобретение относится к энергетике, а именно к способам повышения эффективности установок, использующих органический цикл Ренкина.
Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую с использованием органического цикла Ренкина (ОЦР), включающий: испарение жидкости в нагревателе с помощью источника тепловой энергии, расширение пара в турбине для производства механической энергии, конденсацию пара в теплообменнике, передающим теплоту в среду с более низкой температурой, чем температура источника тепловой энергии и возвращение жидкости в нагреватель (Кишкин А.А. Разработка установок-утилизаторов низкопотенциального тепла на основе органического цикла Ренкина / А.А. Кишкин, Д.В. Черненко, А.А. Ходенков, А.В. Делков, Ф.В. Танасиенко // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). - 2013. - №14(136). - С. 57-63.).
Недостатком известного способа является невозможность использования местного ресурса холода одной турбиной при оптимальных параметрах ее эффективности. Местным ресурсом холода можно считать температуру окружающей среды, которая может существенно меняться, например, средняя температура воздуха в Якутске меняется от +19,5°С в июле до -38,6°С в Январе. Если в качестве рабочей текучей среды принять, например, аммиак, то давление конденсации (принято, что перепад между температурой конденсации и температурой окружающей среды равен 10°С) будет изменяться от 1150 кПа в Июле до 128 кПа в Январе, т.е. почти в 9 раз. В известных энергетических установках ОЦР давление конденсации при отсутствии других источников холода определяется максимальной средней температурой окружающей среды и поддерживается примерно постоянным (для обеспечения оптимальных параметров эффективности турбины) за счет изменения расхода охлаждающей среды.
Техническим результатом изобретения является повышение мощности энергетических установок ОЦР и увеличение их эффективности за счет использования климатического ресурса холода.
Технический результат достигается тем, что в энергетической установке ОЦР установлена последовательно по движению пара к основной турбине как минимум одна дополнительная турбина, которая включается в работу через разъединительную муфту по достижении температуры конденсации, зависящей от температуры окружающей среды, достаточной для обеспечения оптимальных параметров эффективности и основной и дополнительной турбин, а отработанный пар, в зависимости от температуры окружающей среды, направляют, либо на следующую дополнительную турбину, либо в конденсатор.
Повышение мощности и эффективности установки ОЦР достигается за счет последовательного подключения к основной турбине не менее одной дополнительной («сезонной») турбины, которая позволяет получить дополнительную мощность в определенный период года при постоянной мощности источника тепловой энергии.
Заявленный способ рассмотрен на примере работы энергетической установки ОЦР без регенерации с использованием ресурса холода, принципиальная схема которой представлена на фигуре. Установка содержит парогенератор (9), соединенный паропроводом с основной турбиной (2), которая приводит в действие нагрузку (1) и через разъединительную муфту (3), управляемую системой автоматического управления (12), механически соединяется с дополнительной турбиной (4); паропроводом основная и дополнительные турбины соединены через запорный клапан (10), кроме того, через запорный клапан (6) соединены паропроводом основная турбина и конденсатор (7); дополнительная турбина соединена с конденсатором паропроводом через запорный клапан (5); питательный насос (8) расположен между конденсатором и парогенератором и соединен с ними трубопроводами.
Энергетическая установка ОЦР без регенерации работает следующим образом. Сгенерированный в парогенераторе (9) от теплоты источника низкопотенциальной энергии пар поступает по паропроводу в основную турбину (2), где расширяется и производит полезную работу, которая приводит в действие нагрузку (1); если температура окружающей среды, определяемая датчиками (13) системы автоматического управления (12), не позволяет понизить давление конденсации до такого, чтобы подключить дополнительную турбину (4), то отработанный в основной турбине пар через запорный клапан (6) направляется в конденсатор (7), при этом запорные клапаны (10) и (5) находятся в закрытом состоянии, а разъединительная муфта (3) отключена. Если температура окружающей среды позволяет понизить давление конденсации до такого, чтобы подключить дополнительную турбину (4), то запорный клапан (6) перекрывается, а отработанный в основной турбине пар через открытый запорный клапан (10) направляется в дополнительную турбину, которая подключается к основной турбине через разъединительную муфту, а отработанный в дополнительной турбине пар через открытый запорный вентиль (5) подается на конденсатор; сконденсированный в конденсаторе пар направляется на питательный насос (8), где сжимается до давления кипения и подается в парогенератор.