Газотурбинный способ получения электроэнергии и газотурбинная электростанция

 

Способ и электростанция могут быть использованы в энергетике при получении электроэнергии. Воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия, туда же вводят энергоноситель, полученную смесь пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором. Причем на вход компрессора подают воздух с температурой от -10°С до -70°С, а в камеру взаимодействия вводят посредством устройства для распыления воды воду в виде мелкодисперсной аэрозоли с размером капель не более 0,2 мм. Электростанция снабжена системами подачи воды и герметизации и/или теплоизоляции. Изобретение позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды и повысить экономичность получения электроэнергии. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к системам получения электроэнергии, может быть использовано в качестве резервного источника энергии.

Газотурбинный способ получения электроэнергии известен: (см. Политехнический словарь, издательство "Советская энциклопедия", М. 1976, с. 101). Известный способ заключается в том, что воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру сгорания, куда вводят природный газ в качестве энергоносителя, образовавшуюся смесь продуктов сгорания пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором.

Недостатком данного способа является большой выброс продуктов сгорания в атмосферу.

Известен газотурбинный способ превращения теплоты в электроэнергию, при котором воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия (сгорания), туда же вводят энергоноситель (природный газ или жидкое топливо), образовавшуюся смесь сгоревших газов и воздуха пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором, а затем выбрасывают отработанную смесь в атмосферу (см. Теплотехника, Учебник для вузов, М. Энергоиздат, 1982, с. 197, прототип).

Недостатком прототипа является загрязнение атмосферы отработанными газами.

Данное изобретение устраняет недостатки аналога и прототипа за счет замены нефти, газа или угля на воду.

Техническим результатом изобретения является устранение загрязнения атмосферы и высокая экономичность.

Технический результат достигается тем, что в газотурбинном способе получения электроэнергии, при котором воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия, туда же вводят энергоноситель, а образовавшуюся смесь продуктов взаимодействия пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором, на вход компрессора подают воздух с температурой в диапазоне от -10^oC до -70^oC, а в камеру взаимодействия вводят воду в виде мелкодисперсной аэрозоли с размером капель не более 0,2 мм.

Сущность способа заключается в том, что распыленная вода из естественных водоемов (которая в глубине водоемов даже в самые сильные морозы имеет температуру не ниже +4^oC) в виде мелкодисперсной аэрозоли переходит из жидкого состояния в лед (снег). Распыленная вода, замерзая, выделяет теплоту фазового перехода вода-лед и нагревает воздух от внешней температуры (-10^oC - 70^oC) до нуля градусов. Воздух, который первоначально имел более низкую температуру, расширяется, турбина совершает работу, вращая генератор. В качестве выбросов образуются безвредная смесь воздуха, снега и ледяной пыли.

Использование водной аэрозоли размером более 0,2 мм проблематично, т.к. вода не успевает совершить фазовый переход, что приведет к обледенению как камеры взаимодействия, так и турбины.

Данное изобретение найдет широкое применение в ряде регионов России не только как резервный источник электроэнергии, но и как основной, т.к. Россия является одной из самых холодных стран мира. На фиг.1 в качестве иллюстрации приведена карта распределения температуры в различных регионах России ( см. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника, Справочник, М., Энергоиздат, 1983, с. 315).

Широко известны из тех же источников информации и газотурбинные электростанции. Аналог и прототип имеют одинаковые структурные схемы. Они содержат компрессор с приводом, турбину с электрогенератором, камеру взаимодействия энергоносителя с воздухом, входной и выходной тракты, выполненные в виде труб. При этом и аналог и прототип имеют общие недостатки: в зимнее время, особенно в сильные морозы, когда энергопотребление возрастает, увеличивается расход дорогостоящего топлива, увеличивается загрязнение атмосферы отработанными газами.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является полное устранение загрязнения атмосферы и повышение экономичности при получении электроэнергии.

Разработана универсальная малогабаритная газотурбинная электростанция, которая может быть использована как резервная для зимних условий, как стационарная в холодных регионах, как подводная, наземная, подземная и передвижная.

Технический результат достигается тем, что газотурбинной электростанции, содержащей компрессор с приводом, турбину с электрогенератором, камеру взаимодействия энергоносителя с воздухом, входной и выходной тракты, выполненные в виде труб, в камере взаимодействия расположено устройство для распыления воды в мелкодисперсную аэрозоль, это устройство снабжено системой подачи воды.

При выполнении электростанции погружного типа, расположенной либо на дне реки, либо под землей, она снабжена системой герметизации и теплоизоляции.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 2.

На фиг. 2 приведена в разрезе газотурбинная электростанция в случае стационарного использования на дне реки.

На дне реки под ее ледяным покровом размещена камера взаимодействия в виде трубы 1. Внутри трубы размещены компрессор 2 с приводом 3 и турбина 4, к которой присоединен электрогенератор 5. К входному фланцу трубы 6 присоединена труба 7 для забора воздуха из атмосферы, а к выходному фланцу 8 присоединена выхлопная труба 9. Между компрессором и турбиной размещены форсунки 10, снабженные устройством для распыления воды в мелкодисперсную аэрозоль.

Устройство работает следующим образом. После включения привода 3, компрессор 2 засасывает по трубопроводу 7 наружный холодный воздух (при температуре от -10^oC до -70^oC). Одновременно в камеру взаимодействия 1 через форсунки 10 впрыскивается водяная пыль, которая остывает и замерзает за время, пока смесь воды и воздуха проходит камеру взаимодействия 1, отдавая теплоту холодному воздуху. В результате температура воздуха в камере взаимодействия 1 повышается до нуля градусов. При нагреве воздух расширяется изобарически и, проходя турбину 4, совершает полезную работу и выбрасывается наружу по выхлопной трубе 9.

Около 95% теплоты выделяется при переходе воды в лед, этот переход происходит при температуре 0^oC. Выше этого значения температура в камере практически не поднимается.

Приведем данные газотурбинной установки с мощностью 100 кВт для района Якутска для случая, когда температура -50^oC, степень сжатия 1,4, полезная работа А = 2,5 кДж/(кг·сек). Для создания энергоустановки с мощностью 100 кВт расход холодного воздуха составит 40 кг/с, что составляет приблизительно 25 куб.м, расход воды - 3 кг/с.

Конструкция установки имеет следующие параметры. Камера взаимодействия 1 имеет диаметр 2 м и длину 3 м. Указанный расход воздуха осуществляется при скорости 15 м/с, поэтому время прохождения камеры составляет 0,2 с. Если диаметр капель принять 0,1 мм, то время их замерзания составляет менее 0,1 с. Для избежания потерь на приводы к компрессору и турбине их целесообразно разместить на одной общей оси.

При выполнении системы герметизации и/или теплоизоляции необходимо учесть возможность оледенения.

Основное условие отсутствия оледенения состоит в том, что температура стенок камеры должна быть равна 3-4^oC. Если установка размещена в воде, то это условие выполняется автоматически. Эти проблемы в целом относятся к области оптимальной настройки установки и всегда решаются при эксплуатации опытного образца.

Формула изобретения

1. Газотурбинный способ получения электроэнергии, при котором воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия, туда же вводят энергоноситель, а образовавшуюся смесь продуктов взаимодействия пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором, отличающийся тем, что на вход компрессора подают воздух с температурой от -10 до -70^oС, а в камеру взаимодействия вводят воду в виде мелкодисперсной аэрозоли с размером капель не более 0,2 мм.

2. Газотурбинная электростанция, содержащая компрессор с приводом, турбину с электрогенератором, камеру взаимодействия энергоносителя с воздухом, входной и выходной тракты, выполненные в виде труб, отличающаяся тем, что в камере взаимодействия расположено устройство для распыления воды в мелкодисперсную аэрозоль, снабженное системой подачи воды.

3. Электростанция по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена системой герметизации и/или теплоизоляции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2