Электроэнергия из тепла воды

Сущность данной разработки в способе преобразования  низкопотенциального  тепла воды от +5ºС до + 90 ºС в электроэнергию. Разработка относится к области теплоэнергетики и может быть использована для производства механической работы и  электроэнергии за счет тепла, имеющегося в окружающей атмосфере, воде, твердых породах земли, а также тепла, выделяемого различными производствами и  теряющегося в атмосфере, например выхлопных газов, тепловых выделений холодильных устройств, газов вытяжной вентиляции, тепло, как побочный продукт химических производств, ТЭЦ , компрессорных станций, геотермальных вод.

Известны способы преобразования  низкопотенциального тепла в механическую работу и электроэнергию (в температурном диапазоне t ≥ 90ºС), т.е. говоря простым языком, охлаждая воду например, с 95ºС до 90ºС (т.е. понижая температуру воды на 5ºС), отобранное от воды тепло, используется для нагрева «насыщенного пара легко испаряемой рабочей жидкости» в замкнутом контуре турбогенератора. Затем эта рабочая жидкость компрессором подается в турбогенератор и резко испаряясь (и расширяясь), вращает рабочее колесо турбины и соответственно электрогенератора. Такие турбины, работающие по так называемому циклу Ренкина (ORC), производят многие компании в мире и в частности ORC Infinity Turbine.

Турбины ORC имеют ряд недостатков:


Данная технология не работает при температуре теплоносителя выше 80-90ºС;

Привязка к источнику теплоносителя;

К примеру предприятия хим. промышленности, у которых после технологических процессов много лишней горячей воды и они вынуждены ее утилизировать, либо ТЭЦ выбрасывающее тепло в атмосферу, либо металлургические предприятия и т.д.

Получаемая мощность ограничена количеством теплой воды от производства;

Затратный процесс дополнительного охлаждения теплоносителя;

Теплоноситель, утилизируемый через ORC турбину, на выходе имеет температуру 70ºС и выше, и его необходимо дополнительно охладить до температуры, позволяющей сбрасывать в окружающую среду, либо направлять его обратно в технологический цикл предприятия в качестве охладителя.

В свою очередь, главная задача нашей новой разработки является расширение способов преобразования низкопотенциального тепла в электроэнергию в диапазоне температур от +5ºС до + 90ºС и создание на основе нашей научной разработки «Устройства для получения электроэнергии из тепла воды» (УПЭТВ). Данное устройство будет использовать тепло воды в нужном нам диапазоне температур, и в этом отношении УПЭТВ не имеет аналогов и является инновационным продуктом в области генерации электроэнергии.

Турбины УПЭТВ имеют ряд достоинств:


Огромные запасы воды в природе с необходимой температурой (реки, озера, моря);

Температура воды в водоемах постоянно восстанавливается за счет солнечной энергии;

Снижение зависимости от центрального сетевого электроснабжения;

Установка в любом месте, где есть водный ресурс (например река или озеро);

Технологические процессы происходят в замкнутых контурах;

Производство электроэнергии не наносит вреда окружающей среде;

Является возобновляемым источником энергии;
 

Принципиальная схема работы турбины

В контуре УКТ с помощью нагнетателя (6) сжимают насыщенные пары углекислоты, находящиеся в замкнутом контуре, включающем ресивер (сборник) жидкой углекислоты (10), углекислую турбину (8), углекислый радиатор (7), углекислый водяной радиатор (9). На общем валу установлен УКТ (8), насос высокого давления (6), АК (1), РАТ (3) и электрогенератор (11). После резкого расширения в УКТ (8) пары углекислоты, совершив работу по вращению вала турбины (и соответственно вращению насоса высокого давления; АК; РАТ; Электрогенератора) охлаждаются (с +70 ºС до +30ºС). В дальнейшем поступая в теплообменник (9) они (насыщенные пары СО2) охлаждаются водой (например, из реки), поскольку температура воды значительно ниже (например, +15ºС), чем температура рабочего тела. Таким образом, происходит конденсация рабочего тела с отдачей тепла внешнему теплоносителю (речной воде). Затем, сконденсированные пары СО2 (жидкая углекислота) нагнетателем высокого давления (6) подаются в теплообменник АТ (7), разогреваясь при сжатии. Пройдя через теплообменник АТ (7), жидкая углекислота высокого давления нагревается до +70 ºС, получив часть тепла из контура аммиачной турбины. Далее углекислота снова попадает в силовую углекислотную турбину, где с одновременным расширением снова происходит переход энергии сжатия рабочего тела в механическую работу. Также происходит конденсация в ней паров увлажнителя с превращением их скрытой теплоты в механическую работу и далее электроэнергию. Термодинамический цикл завершился и начался новый.

Таким образом, процесс отбора тепловой энергии от внешнего теплоносителя (например, от речной воды) производится в закрытом контуре, не нарушая экологического равновесия в окружающей среде. В качестве внешнего теплоносителя, тепловую энергию от которого мы хотим преобразовывать в электроэнергию, используя предлагаемую технологию, может являться вода из реки или водоема, тепло земли, тепло «обратной воды» на ТЭЦ и т.д.

Необходимо правильно рассчитать параметры применяемого оборудования, режимы его работы, характеристики используемых материалов. Предполагается, что в дальнейшем настройка оборудования на сезонные перепады (изменения) температуры воды (в реке или водоеме) будет производиться автоматически.