RU2529615C1 - Method of energy accumulation - Google Patents
Method of energy accumulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529615C1 RU2529615C1 RU2013128027/06A RU2013128027A RU2529615C1 RU 2529615 C1 RU2529615 C1 RU 2529615C1 RU 2013128027/06 A RU2013128027/06 A RU 2013128027/06A RU 2013128027 A RU2013128027 A RU 2013128027A RU 2529615 C1 RU2529615 C1 RU 2529615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressed air
- air
- steam
- conversion
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится преимущественно к автономным системам и установкам энергообеспечения, использующим как различные виды топлива, так и возобновляемые источники энергии, например энергию ветра или солнца, и предназначено для обеспечения отопительным теплом, горячей водой, холодом и электроэнергией различных объектов, имеющих неравномерную энергетическую нагрузку.The invention relates mainly to autonomous systems and energy supply systems using both different types of fuel and renewable energy sources, such as wind or solar energy, and is intended to provide heating heat, hot water, cold and electricity to various objects having an uneven energy load.
Известны энергоустановки, ветроустановки с электрогенераторами или приливные электростанции, преобразующие первичную энергию в электрическую, которая запасается в электроаккумуляторах и затем по необходимости подводится к различным потребителям электроэнергии. Применяются также различные энергоустановки, преобразующие тепловую (солнечную или геотермальную) энергию в электрическую энергию. Значительный потенциал имеют атомные энергоисточники, которые выгодно использовать при постоянной нагрузке, в то время как в энергосистеме существуют дневные пики и ночные провалы мощности. Как видно из приведенного перечисления особенностей работы различных энергогенерирующих систем, существует значительная разница во временных графиках выработки и потребления энергии. Таким образом, возникает задача создания энергоаккумулирующих установок и систем, способных обеспечивать потребителя различными видами энергии, вторичными энергоносителями и опресненной водой в требуемом по условиям потребления неравномерном режиме вне зависимости от графика расхода первичной энергии.Power plants, wind turbines with electric generators or tidal power plants are known that convert primary energy into electrical energy, which is stored in electric accumulators and then, if necessary, is supplied to various consumers of electricity. Various power plants are also used that convert thermal (solar or geothermal) energy into electrical energy. Nuclear power sources have significant potential, which are advantageous to use under constant load, while in the power system there are day peaks and night power dips. As can be seen from the above enumeration of the operating characteristics of various energy generating systems, there is a significant difference in the time schedules of energy production and consumption. Thus, the problem arises of creating energy-saving installations and systems that can provide consumers with various types of energy, secondary energy carriers and desalinated water in the uneven mode required by the consumption conditions, regardless of the schedule of primary energy consumption.
Энергетический потенциал атомных и возобновляемых источников энергии более чем на два порядка превышает потребность в энергии. Использование этого потенциала решит геополитические проблемы, связанные с неравномерностью размещения природных месторождений органического топлива, а также приведет к заметному восстановлению природного экологического потенциала и улучшению состояния окружающей среды.The energy potential of nuclear and renewable energy sources exceeds the energy demand by more than two orders of magnitude. Using this potential will solve the geopolitical problems associated with the uneven distribution of natural deposits of fossil fuels, as well as lead to a noticeable restoration of the natural ecological potential and improve the environment.
Выравнивание графика нагрузок энергоисточников за счет применения традиционных накопителей электроэнергии или теплоаккумуляторов увеличивает стоимость производства энергии и усложняет регламент работы.Alignment of the load schedule of energy sources through the use of traditional energy storage devices or heat accumulators increases the cost of energy production and complicates the work schedule.
Предложен цикл воздушно-аккумулирующих газотурбинных установок (ВАГТУ) [см. в книге: Воздушно-аккумулирующие газотурбинные электростанции (ВАГТЭ). Г.Г. Ольховский, В.А. Казарян, А.Я. Столяревский. Из-во: Институт компьютерных исследований, 2011, с.113], представляющий собой вариацию стандартного цикла выработки энергии газовой турбиной. В стандартном цикле выработки электроэнергии газотурбинной электростанцией газовая турбина физически соединена с воздушным компрессором. Таким образом, при работе газовой турбины примерно две трети энергии турбины идет на сжатие воздуха. При использовании установки ВАГТУ цикл сжатия протекает отдельно от циклов сжигания и выработки. Энергия, получаемая в непиковые периоды, или избыточная электроэнергия используется для предварительного сжатия воздуха, который хранится в подземной полости, как правило, в соляной полости. Когда установка ВАГТУ преобразует энергию, сжатый воздух из подземной полости отбирается и нагревается регенератором, а затем смешивается с топливом (природным газом) и расширяется в турбине для выработки энергии. Поскольку мощности турбины для приведения в действие воздушного компрессора более не требуется, турбина того же размера может вырабатывать в три раза больше энергии, используя меньше топлива на каждый генерируемый МВт. Накапливаемый сжатый воздух занимает место газа, который нужно было бы в противном случае сжечь в процессе выработки энергии и использовать для сжатия воздуха компрессором ГТУ.A cycle of air-accumulating gas turbine units (VAGTU) is proposed [see in the book: Air-accumulating gas turbine power plants (VAGTE). G.G. Olkhovsky, V.A. Ghazaryan, A.Ya. Stolyarevsky. Because: Institute for Computer Research, 2011, p.113], which is a variation of the standard cycle of energy production by a gas turbine. In a standard power generation cycle of a gas turbine power plant, a gas turbine is physically connected to an air compressor. Thus, during the operation of a gas turbine, approximately two-thirds of the energy of the turbine is used to compress air. When using the VAGTU installation, the compression cycle proceeds separately from the combustion and production cycles. Energy generated during off-peak periods or excess electricity is used to pre-compress the air that is stored in the underground cavity, usually in the salt cavity. When the VAGTU installation converts energy, compressed air from the underground cavity is taken out and heated by the regenerator, then mixed with fuel (natural gas) and expanded in the turbine to generate energy. Since the turbine’s power is no longer required to drive an air compressor, a turbine of the same size can generate three times more energy using less fuel for each generated MW. The accumulated compressed air takes the place of gas, which would otherwise have to be burned in the process of energy production and used to compress the air with a gas turbine compressor.
Концепция ВАГТУ зарекомендовала себя на действующих установках накопления энергии сжатого воздуха. На установках есть блок сжатия, соединенный с блоком генерации общим мотор-генератором и рядом сцеплений. ВАГТУ часто имеет регенератор (воздухо-воздушный теплообменник) для утилизации отработавшего тепла газовой турбины для предварительного нагрева воздуха, поступающего из подземного хранилища. Такие изменения в конструкции повышают тепловую мощность.The concept of VAGTU has established itself in existing installations for the storage of energy of compressed air. The plants have a compression unit connected to the generation unit by a common motor generator and a number of clutches. VAGTU often has a regenerator (air-to-air heat exchanger) for utilizing the exhaust heat of a gas turbine to preheat the air coming from the underground storage. Such design changes increase heat output.
При стоимости пиковой электроэнергии на оптовом рынке в 7-10 раз выше ночной суммарная выручка от работы накопителей с учетом оплаты системных услуг обеспечивает инвестиционную привлекательность долгосрочных финансовых вложений в их строительство.When the cost of peak electricity in the wholesale market is 7-10 times higher than nightly, the total revenue from the operation of drives, taking into account payment for system services, ensures the investment attractiveness of long-term financial investments in their construction.
В частности, предложен способ работы ветроэлектростанции с водородным аккумулированием энергии, заключающийся в том, что воду разлагают на кислород и водород, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности создают замкнутый цикл, где воду нагнетают насосом в пароохладитель и электролизер, из которого водород и кислород как компоненты разложения воды собирают в резервуары для раздельного хранения, сжигают в камере сгорания, а продукты сгорания в виде перегретого водяного пара направляют в пароохладитель, где впрыскивают воду и охлаждают перегретый водяной пар, энергию которого посредством паровой турбины, генератора, конденсатора и электрокотла преобразуют в электрическую и тепловую энергию, а конденсат сливают в конденсатную емкость (заявка РФ на изобретение №99102865, дата публикации 2000.12.20). Недостатком данного решения является высокая стоимость и низкая эффективность аккумулирования энергии, что связано с большими затратами на создание и эксплуатацию электролизеров (до 3000 дол. США/кВт) и систем хранения водорода и кислорода, а также относительно низким кпд паротурбинного цикла.In particular, a method of operating a wind farm with hydrogen energy storage is proposed, which consists in decomposing water into oxygen and hydrogen, characterized in that in order to increase efficiency they create a closed cycle where water is pumped into a desuperheater and an electrolyzer from which hydrogen and oxygen how the components of the decomposition of water are collected in separate storage tanks, burned in the combustion chamber, and the combustion products in the form of superheated water vapor are sent to a desuperheater, where water is injected and oh they add superheated water vapor, the energy of which is converted into electric and thermal energy by means of a steam turbine, generator, condenser and electric boiler, and the condensate is drained into a condensate tank (RF application for invention No. 99102865, publication date 2000.12.20). The disadvantage of this solution is the high cost and low efficiency of energy storage, which is associated with high costs for the creation and operation of electrolyzers (up to 3000 US dollars / kW) and hydrogen and oxygen storage systems, as well as the relatively low efficiency of the steam turbine cycle.
Более экономичное решение предложено в патенте ЕС на изобретение №2378100 (дата публикации 19.10.2011), в котором система производства электроэнергии на основе ВАГТУ включает в себя первый компрессор, второй компрессор, камеру сгорания, сконфигурированную для приема сжатого воздуха из второго компрессора для получения потока выхлопных газов, первую турбину и силовую турбину. Первая турбина, выполненная с возможностью приема потока выхлопных газов, генерирует энергию за счет расширения потока выхлопных газов и служит также приводом для второго компрессора, сжимающего поток газа из подземного хранилища сжатого воздуха. Система включает в себя соединительное устройство, выполненное с возможностью соединения и отделения первого компрессора от второй турбины, соединенной по выхлопу газа с силовой турбиной, питающей электрогенератор, выполненного с возможностью вывода электрической мощности, - аналог. Недостатками данного решения являются относительно низкий кпд производства электроэнергии и необходимость большого объема газохранилища.A more economical solution is proposed in the EU patent for invention No. 2378100 (
Техническим решением по устранению данного недостатка стало предложение ВАГТУ по патенту РФ на изобретение №2273742 - прототип, в котором в энергоаккумулирующей установке, содержащей генератор электрического тока, компрессор, газовую турбину и соединенный с последней резервуар сжатого воздуха, последний выполнен в виде эластичной герметичной оболочки и установлен в гидросреде на глубине, определяемой соотношением рада параметров, в том числе: суммарная площадь поперечного сечения входного отверстия турбины и суммарная площадь поперечного сечения выпускных отверстий резервуара. В часы пониженной нагрузки на энергосистему воздух из атмосферы закачивается компрессором по воздуховодам в резервуар. С начала подачи воздуха давление внутри резервуара устанавливается равным гидростатическому в соответствии с глубиной его погружения. При этом воздух сжимается и его объем уменьшается во столько раз, во сколько гидростатическое давление воды на заданной глубине превышает атмосферное давление воздуха. При пиках нагрузки в энергосистеме сжатый воздух из резервуаров поступает по воздуховодам в газовую турбину с электрогенератором для выработки электроэнергии. В данном предложении недостатком является невысокий КПД и необходимость создания аккумуляторов воздуха высокой стоимости, обусловленной высоким давлением, эластичной оболочкой и большим объемом.The technical solution to eliminate this drawback was the proposal of VAGTU according to the RF patent for invention No. 2273742 - a prototype in which the energy storage unit containing an electric current generator, compressor, gas turbine and a compressed air reservoir connected to the latter, is made in the form of an elastic hermetic shell and installed in the hydraulic medium at a depth determined by the ratio of a number of parameters, including: the total cross-sectional area of the turbine inlet and the total cross-sectional area section of the outlet openings of the tank. During hours of reduced load on the power system, air from the atmosphere is pumped by the compressor through the air ducts into the tank. From the beginning of the air supply, the pressure inside the tank is set equal to hydrostatic in accordance with its immersion depth. In this case, the air is compressed and its volume decreases as many times as the hydrostatic pressure of water at a given depth exceeds atmospheric air pressure. When the load peaks in the power system, compressed air from the tanks enters through the air ducts into a gas turbine with an electric generator to generate electricity. In this proposal, the disadvantage is the low efficiency and the need to create air batteries of high cost due to high pressure, elastic shell and large volume.
Задача изобретения - это создание способа энергоаккумулирования, в котором за счет утилизации тепловой энергии продуктов сгорания в парогенераторе и применения сжатого воздуха, запасаемого в газохранилище за счет провальной электроэнергии, получают водородосодержащую парогазовую смесь с повышенным содержанием водорода, сжигание которой повышает мощность газовой турбины в пиковом режиме и снижает выбросы вредных веществ, создают условия снижения затрат энергии и вредных выбросов в атмосферу, увеличивают надежность энергоаккумулирующей установки, упрощают ее конструкцию, повышают надежность и улучшают условия эксплуатации.The objective of the invention is the creation of a method of energy storage, in which due to the utilization of thermal energy of the combustion products in the steam generator and the use of compressed air stored in the gas storage due to the failed electricity, a hydrogen-containing gas mixture with a high hydrogen content is obtained, the combustion of which increases the power of the gas turbine in peak mode and reduces emissions of harmful substances, creates conditions for reducing energy costs and harmful emissions into the atmosphere, increase the reliability of energy storage plant, simplify its design, increase reliability and improve operating conditions.
Поставленная задача решается тем, что в способе аккумулирования энергии, в котором в энергоустановку подают из газохранилища сжатый воздух, а также газообразное топливо, продукты сжигания которого используют в периоды увеличения нагрузки электросети для газотурбинного привода мотор-генератора, который в периоды провала нагрузки электросети используют для сжатия воздуха и нагнетания его в газохранилище сжатого воздуха, по меньшей мере часть сжатого воздуха, отбираемого из газохранилища сжатого воздуха, используют для проведения паровоздушной конверсии природного газа в адиабатическом реакторе конверсии, продукты которой подают в периоды увеличения нагрузки электросети на сжигание в потоке сжатого воздуха с получением продуктов сгорания, подаваемых на расширение в газотурбинный привод мотор-генератора, а затем на охлаждение в водяном парогенераторе, из которого вырабатываемый водяной пар подают на смешение со сжатым воздухом перед паровоздушной конверсией природного газа.The problem is solved in that in the method of energy storage, in which compressed air is supplied to the power plant from the gas storage, as well as gaseous fuel, the combustion products of which are used during periods of increasing power supply load for a gas turbine drive of the motor generator, which is used for periods of failure of the power supply to compressing the air and forcing it into the compressed air storage, at least a portion of the compressed air taken from the compressed air storage is used to conduct steam air-gas conversion of natural gas in an adiabatic conversion reactor, the products of which are supplied during periods of increased load of the electric grid for burning in a stream of compressed air to produce combustion products supplied for expansion into the gas turbine drive of the motor generator, and then for cooling in a water steam generator, from which the produced water steam is mixed with compressed air before the steam-air conversion of natural gas.
Кроме того:Besides:
- в периоды провала нагрузки электросети перед подачей в газохранилище сжатого воздуха его охлаждают за счет нагрева теплофикационной воды;- during periods of failure of the power supply network before supplying compressed gas to the gas storage, it is cooled by heating the heating water;
- паровоздушную конверсию природного газа проводят с использованием катализатора;- steam-air conversion of natural gas is carried out using a catalyst;
- газообразное топливо выбирают из ряда, содержащего природный газ, углеводороды, диметиловый эфир, метанол, этиловый спирт или их смеси;- gaseous fuel is selected from the range containing natural gas, hydrocarbons, dimethyl ether, methanol, ethyl alcohol or mixtures thereof;
- питательную воду в парогенератор подают из резервуара, пополняемого конденсатом, выделяемым из продуктов сгорания;- feed water to the steam generator is supplied from a reservoir replenished with condensate released from the combustion products;
- перед подачей в камеру сгорания продукты конверсии охлаждают за счет нагрева входного паровоздушного потока, поступающего на реакцию конверсии, и накапливают в емкости хранения;- before being fed into the combustion chamber, the conversion products are cooled by heating the inlet vapor-air stream entering the conversion reaction and stored in storage tanks;
- температурный режим конверсии поддерживают изменением расхода и состава входного паровоздушного потока;- the temperature regime of conversion is supported by changing the flow rate and composition of the inlet vapor-air stream;
- подачу сжатого воздуха, отбираемого из газохранилища, распределяют между камерой сгорания и реактором конверсии путем применения запирающего и/или регулирующего элемента.- the supply of compressed air taken from the gas storage is distributed between the combustion chamber and the conversion reactor by using a locking and / or control element.
Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.The essence of the present invention is as follows.
Наиболее высокой термодинамической эффективности утилизации сбросного тепла газовой турбины можно достичь при получении с помощью этого тепла химических продуктов, при сгорании которых образуется высокотемпературное рабочее тело, срабатываемое в газотурбинном цикле. К числу таких продуктов относится водород, который не только не образует при сгорании вредных продуктов, но и обеспечивает повышение эффективности турбины и позволяет работать на крайне бедной смеси с очень большим коэффициентом избытка воздуха (до λ=9.8 в случае водородо-воздушной смеси). Благодаря наличию в камере сгорания большого количества воздуха, не принимающего участия в сгорании топлива, достигается значительное снижение температуры выхлопных газов и невероятно низкий уровень выбросов NOx - менее 5 мг/нм3 или 2 ppm, что практически приближается к пределу выявления. При этом увеличение массового расхода рабочего тела приводит к росту мощности турбины. Применение продуктов конверсии, представляющих из себя водородсодержащие смеси с высоким содержанием водорода (до 30-40%), в качестве топливного газа на газотурбинных установках, в том числе - типа ВАГТУ, позволит не только существенно улучшить эксплуатационные характеристики и снизить расход топливного газа, но и значительно снизить эмиссионные показатели. Получение продуктов конверсии водородсодержащего газа согласно изобретению производят путем каталитического процесса паровоздушной конверсии природного газа (метана), в котором используют сжатый воздух, запасенный в газохранилище сжатого воздуха в периоды провала нагрузки электросети, и водяной пар, получаемый в парогенераторе, в котором утилизируют сбросное тепло продуктов сгорания водородсодержащего газа. Отбор тепла от продуктов сгорания, выводимых из газовой турбины, производят как для получения водяного пара, часть которого используют в реакции конверсии метана, а оставшийся поток может быть направлен вместе с потоком продуктов конверсии в камеру сгорания, или на силовую турбину. Тем самым удается с максимально возможной эффективностью использовать энергию продуктов сгорания, отводимых из газовой турбины.The highest thermodynamic efficiency of utilization of waste heat of a gas turbine can be achieved by using this heat to produce chemical products, during the combustion of which a high-temperature working fluid is generated, which is triggered in a gas-turbine cycle. Among these products is hydrogen, which not only does not form harmful products during combustion, but also provides an increase in turbine efficiency and allows working on an extremely poor mixture with a very large coefficient of excess air (up to λ = 9.8 in the case of a hydrogen-air mixture). Due to the presence of a large amount of air in the combustion chamber that is not involved in the combustion of the fuel, a significant reduction in the temperature of the exhaust gases and an incredibly low level of NO x emissions of less than 5 mg / nm 3 or 2 ppm are achieved, which is practically approaching the detection limit. Moreover, an increase in the mass flow rate of the working fluid leads to an increase in the turbine power. The use of conversion products, which are hydrogen-containing mixtures with a high hydrogen content (up to 30-40%), as fuel gas in gas turbine plants, including VAGTU type, will not only significantly improve operational characteristics and reduce fuel gas consumption, but and significantly reduce emissions. The production of hydrogen-containing gas conversion products according to the invention is carried out by a catalytic process of steam-air conversion of natural gas (methane), which uses compressed air stored in a compressed air storage tank during periods of power failure, and water vapor obtained in a steam generator in which waste heat of products is utilized combustion of hydrogen-containing gas. Heat is removed from the combustion products discharged from the gas turbine to produce water vapor, some of which is used in the methane conversion reaction, and the remaining stream can be directed along with the stream of conversion products to the combustion chamber, or to a power turbine. Thus, it is possible to use the energy of the combustion products discharged from the gas turbine with the highest possible efficiency.
Примером реализации изобретения служит способ аккумулирования энергии, описанный ниже.An example implementation of the invention is the method of energy storage, described below.
На фигуре дана схема реализации способа, где 1 - природный газ, 2 - камера смешения, 3 - паровоздушный поток, 4 - реактор парциального окисления, 5 - продукты конверсии, 6 - камера сгорания, 7 - сжатый воздух-окислитель, 8 - продукты сгорания, 9 - газовая турбина, 10 - мотор-генератор, 11 - электроэнергия, 12 - дымовые газы, 13 - парогенератор, 14 - питательная вода, 15 - резервуар питательной воды, 16 - водяной пар, 17 - ресивер, 18 - сжатый воздух-реагент, 19 - узел распределения, 20 -сжатый воздух, 21 - газохранилище сжатого воздуха, 22 - трубы подачи воздуха, 23 - воздух из компрессора, 24 - теплофикационный теплообменник, 25 - компрессор, 26 - воздух из атмосферы.The figure shows a diagram of the implementation of the method, where 1 is natural gas, 2 is a mixing chamber, 3 is a steam-air stream, 4 is a partial oxidation reactor, 5 is a conversion product, 6 is a combustion chamber, 7 is a compressed air oxidizer, 8 is a combustion product , 9 - gas turbine, 10 - motor generator, 11 - electricity, 12 - flue gases, 13 - steam generator, 14 - feed water, 15 - reservoir of feed water, 16 - steam, 17 - receiver, 18 - compressed air - reagent, 19 - distribution unit, 20 - compressed air, 21 - compressed air storage, 22 - air supply pipes, 23 - compressor air Sora, 24 - cogeneration heat exchanger, 25 - compressor, 26 - air from the atmosphere.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В периоды увеличения нагрузки электросети природный газ 1 подают в камеру смешения 2, в которую направляют также паровоздушный поток 3 высокого давления. За счет окисления природного газа температура смеси при давлении свыше 2.0 МПа повышается до 1100-1200°С и образуется нагретая реакционная смесь, поступающая в каталитический реактор парциального окисления 4, в котором смесь конвертируется в продукты конверсии 5, направляемые с температурой около 700°С в камеру сгорания 6, в которую также направляют сжатый воздух 7. Для коррекции состава газов в камеру сгорания 6 могут подавать дополнительный поток природного газа 1. Образующиеся в камере сгорания 6 продукты сгорания 8 с температурой 1100-1400°С подают на вход газовой турбины 9, в которой продукты сгорания 8 расширяются и превращаются в дымовые газы низкого давления с температурой 450°С, которые направляют в парогенератор 13, а затем в атмосферу. Перед камерой сгорания 6 продукты конверсии 5 могут накапливать в емкости хранения (на фигуре не показана). В парогенераторе 13 из питательной воды 14, отбираемой из резервуара 15, производят водяной пар высокого давления 16, который подают на смешение со сжатым воздухом 18 в ресивере 17. Целесообразно из охлажденных в парогенераторе 13 дымовых газов 12, направляемых в атмосферу в контактном конденсаторе (на чертеже не показан) выводить воду, конденсируя водяной пар низкого давления, содержащийся в продуктах сгорания 12, сбрасываемых после этого в атмосферу 11. Конденсацию ведут охлажденной водой. Часть конденсата после насоса (на чертеже не показан) направляют в резервуар питательной воды 15.During periods of increasing load on the mains, natural gas 1 is fed into the mixing chamber 2, into which high-pressure steam-
В периоды провала нагрузки электросети в компрессоре 25 сжимают воздух 26, забираемый из окружающей среды, подают его в газохранилище сжатого воздуха 21, предварительно охлаждая его в теплофикационном теплообменнике 24, в котором нагревают теплоноситель - теплофикационную воду, подаваемую в сеть отопления и горячего водоснабжения.During periods of load failure, the
В качестве механической нагрузки турбины 9 помимо мотор-генератора 10 (в периоды увеличения нагрузки электросети) может выступать компрессор воздуха 25 (в периоды провала нагрузки электросети).In addition to the motor generator 10 (during periods of increasing load of the power supply network), the
Реакцию в каталитическом реакторе 4 ведут без подвода тепловой энергии на катализаторе, содержащем металлы из ряда никель, железо, платина, палладий, иридий или их соединения, для повышения работоспособности которого перед смешением природного газа 1 с паровоздушным потоком 3 проводят очистку природного газа от соединений серы.The reaction in the
Давление водяного пара 16 высокого давления выбирают в диапазоне ориентировочно от 2.0 до 9.0 МПа, максимально приближая его к давлению на входе в газовую турбину 9. Предложенный способ энергоаккумулирования по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:The pressure of high
- повышается мощность газовой турбины 9 и общая вырабатываемая пиковая энергия, поскольку требуемый расход энергии, подводимой в пиковом режиме от стороннего энергоисточника, составляет только 20-30% от энергии, подводимой к рабочему телу от стороннего источника в прототипном техническом решении;- increases the power of the gas turbine 9 and the total generated peak energy, since the required energy consumption, supplied in peak mode from an external energy source, is only 20-30% of the energy supplied to the working fluid from an external source in the prototype technical solution;
- повышается надежность работы установки и снижается стоимость производства энергии за счет резкого (на 40-50%) снижения подачи природного газа в установку, подаваемого со стороны, что исключает также и зависимость от подвозки рабочего тела на площадку размещения установки;- increases the reliability of the installation and reduces the cost of energy production due to a sharp (40-50%) reduction in the supply of natural gas to the installation supplied from the outside, which also eliminates the dependence on the transportation of the working fluid to the installation site;
- обеспечивается полная экологическая безопасность предложенного способа аккумулирования энергии, поскольку резко снижается эмиссия вредных соединений в окружающую среду;- provides full environmental safety of the proposed method of energy storage, since the emission of harmful compounds into the environment is sharply reduced;
- с помощью теплофикационных аккумуляторов в предложенном способе аккумулирования энергии запасается любое требуемое количество энергии, достаточное для обеспечения отопительных нагрузок и горячего водоснабжения даже в периоды перерыва в подводе тепловой энергии от стороннего источника;- using heating batteries in the proposed method of energy storage, any required amount of energy is stored enough to provide heating loads and hot water supply even during periods of interruption in the supply of thermal energy from an external source;
- обеспечивается возможность применения данной установки для выработки пиковой электроэнергии и снабжения различных объектов тепловой энергией и холодом в режиме разуплотненного графика их потребления;- it is possible to use this installation to generate peak electricity and supply various objects with thermal energy and cold in the mode of a decompressed schedule of their consumption;
- технически просто и надежно обеспечивается возможность аккумулирования провальной ночной энергии, отпускаемой по сниженному тарифу;- technically simple and reliable, it is possible to accumulate failed night energy supplied at a reduced rate;
- обеспечивается возможность эффективной утилизации сбросного тепла различных тепловых двигателей, а также расширяется возможность применения возобновляемых природных источников энергии, обладающих значительным ресурсным потенциалом и в то же время высокой неравномерностью поступления их энергии, а также дополнительного повышения эффективности установки в холодные климатические периоды;- the possibility of efficient utilization of waste heat of various heat engines is provided, and the possibility of using renewable natural energy sources with significant resource potential and at the same time high unevenness of their energy supply, as well as an additional increase in installation efficiency in cold climates, is expanding;
- повышается надежность работы и снижается стоимость предложенного способа аккумулирования энергии за счет умеренных по температуре и давлению параметров рабочего тела.- increases the reliability and reduces the cost of the proposed method of energy storage due to moderate in temperature and pressure parameters of the working fluid.
Так, например, при расходе в период выдачи пиковой энергии 100 тыс. м3 воздуха/ч и подводе природного газа 1 с расходом 20 т/ч (около 35 тыс.м3/ч) в реактор 4 с подачей образующихся продуктов конверсии 5 в камеру сгорания 6 в газовой турбине 9 при расширении рабочего тела до давления 0.1 МПа вырабатывается 200 МВт электрической энергии. Высокое значение противодавления в газовой турбине 9 резко сокращает габариты и стоимость турбины. Для выдачи пиковой мощности в течение 8 ч/сутки емкость подземной полости газохранилища сжатого воздуха 21 составит около 0.4 млн м3, что освоено в отечественной практике, имеющей опыт создания подземных газохранилищ с давлением 10-12 МПа и емкостью около 1 млрд куб. м активного газа.So, for example, at a flow rate of 100 thousand m 3 of air / h and a supply of natural gas 1 with a flow rate of 20 t / h (about 35 thousand m 3 / h) to
Дополнительным положительным свойством данной энергоаккумулирующей установки является возможность использования уже существующих материалов, технических решений и оборудования, необходимых для ее создания.An additional positive feature of this energy storage unit is the ability to use existing materials, technical solutions and equipment necessary for its creation.
Таким образом, указанный способ позволит за счет утилизации тепловой энергии продуктов сгорания в парогенераторе и применения сжатого воздуха, запасаемого в газохранилище за счет провальной электроэнергии, получить водородосодержащую парогазовую смесь с повышенным содержанием водорода, сжигание которой повышает мощность газовой турбины в пиковом режиме и снижает выбросы вредных веществ, создать условия снижения затрат энергии и вредных выбросов в атмосферу, увеличения надежности энергоаккумулирующей установки, упрощения ее конструкции, повышения надежности и улучшения условий эксплуатации.Thus, this method will allow, by utilizing the thermal energy of the combustion products in the steam generator and using compressed air stored in the gas storage due to the failed electricity, to obtain a hydrogen-containing vapor-gas mixture with a high hydrogen content, the combustion of which increases the power of the gas turbine in peak mode and reduces harmful emissions substances, create conditions to reduce energy costs and harmful emissions into the atmosphere, increase the reliability of the energy storage unit, simplify its design functions, improving reliability and improving operating conditions.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128027/06A RU2529615C1 (en) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | Method of energy accumulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128027/06A RU2529615C1 (en) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | Method of energy accumulation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2529615C1 true RU2529615C1 (en) | 2014-09-27 |
Family
ID=51656742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013128027/06A RU2529615C1 (en) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | Method of energy accumulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2529615C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2588313C1 (en) * | 2015-07-13 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Energy conversion method |
| RU2650446C1 (en) * | 2017-06-22 | 2018-04-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Low-capacity steam compressing unit |
| RU2665745C1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-09-04 | Андрей Владиславович Курочкин | Gas turbine installation |
| RU2769816C1 (en) * | 2020-11-30 | 2022-04-06 | Государственное автономное образовательное учреждение Астраханской области высшего образования Астраханский Государственный Архитектурно-Строительный Университет | Underground storage of air accumulating unit |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1097816A1 (en) * | 1982-08-24 | 1984-06-15 | Vodyanitskij Vladimir P | Air-accumulating power station |
| US4723407A (en) * | 1985-07-19 | 1988-02-09 | Kraftwerk Union Aktiengesellschaft | Combined gas and steam turbine power generating station |
| SU1745990A1 (en) * | 1990-05-08 | 1992-07-07 | Саратовский политехнический институт | Steam-gas plant with solid fuel gasification |
| RU2372504C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-11-10 | Дмитрий Александрович Новосельцев | Multi-purpose gas turbine power plant |
| RU2385836C2 (en) * | 2008-04-07 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Method of developing hydrogen energy chemical complex and device for its realisation |
| RU2435041C2 (en) * | 2006-07-31 | 2011-11-27 | Техникум Корпорейшн | Method and device for effective and low-toxic operation of thermal power plants, and for accumulation and conversion of energy |
-
2013
- 2013-06-20 RU RU2013128027/06A patent/RU2529615C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1097816A1 (en) * | 1982-08-24 | 1984-06-15 | Vodyanitskij Vladimir P | Air-accumulating power station |
| US4723407A (en) * | 1985-07-19 | 1988-02-09 | Kraftwerk Union Aktiengesellschaft | Combined gas and steam turbine power generating station |
| SU1745990A1 (en) * | 1990-05-08 | 1992-07-07 | Саратовский политехнический институт | Steam-gas plant with solid fuel gasification |
| RU2435041C2 (en) * | 2006-07-31 | 2011-11-27 | Техникум Корпорейшн | Method and device for effective and low-toxic operation of thermal power plants, and for accumulation and conversion of energy |
| RU2372504C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-11-10 | Дмитрий Александрович Новосельцев | Multi-purpose gas turbine power plant |
| RU2385836C2 (en) * | 2008-04-07 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Method of developing hydrogen energy chemical complex and device for its realisation |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2588313C1 (en) * | 2015-07-13 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Energy conversion method |
| RU2650446C1 (en) * | 2017-06-22 | 2018-04-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Low-capacity steam compressing unit |
| RU2665745C1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-09-04 | Андрей Владиславович Курочкин | Gas turbine installation |
| RU2769816C1 (en) * | 2020-11-30 | 2022-04-06 | Государственное автономное образовательное учреждение Астраханской области высшего образования Астраханский Государственный Архитектурно-Строительный Университет | Underground storage of air accumulating unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Roushenas et al. | Thermo-environmental analysis of a novel cogeneration system based on solid oxide fuel cell (SOFC) and compressed air energy storage (CAES) coupled with turbocharger | |
| Martinez et al. | Micro-combined heat and power systems (micro-CHP) based on renewable energy sources | |
| Ozturk et al. | Thermodynamic assessment of an integrated solar power tower and coal gasification system for multi-generation purposes | |
| Su et al. | Assessment of a combined cooling, heating and power system by synthetic use of biogas and solar energy | |
| Sen et al. | Thermodynamic modeling and analysis of a solar and geothermal assisted multi-generation energy system | |
| Wang et al. | Numerical assessment of a hybrid energy system based on solid oxide electrolyzer, solar energy and molten carbonate fuel cell for the generation of electrical energy and hydrogen fuel with electricity storage option | |
| US11913434B2 (en) | Energy storage with hydrogen | |
| Sorgulu et al. | Thermodynamic analyses of a solar-based combined cycle integrated with electrolyzer for hydrogen production | |
| CN103298976A (en) | Method and energy-carrier production installation for carbon-dioxide-neutral compensation for current level fluctuations in an electrical power supply system as a result of generation peaks and generation troughs in the generation of electrical energ | |
| Yilmaz et al. | Design and thermodynamic assessment of a biomass gasification plant integrated with Brayton cycle and solid oxide steam electrolyzer for compressed hydrogen production | |
| Nasser et al. | Techno-enviro-economic analysis of hydrogen production via low and high temperature electrolyzers powered by PV/Wind turbines/Waste heat | |
| Zhang et al. | Thermodynamic performance study of a novel cogeneration system combining solid oxide fuel cell, gas turbine, organic Rankine cycle with compressed air energy storage | |
| Wen et al. | Design and analysis of biomass-to-ammonia-to-power as an energy storage method in a renewable multi-generation system | |
| DE202010012734U1 (en) | Energy carrier generation plant for carbon dioxide neutral balancing of production peaks and production valleys in the production of electrical energy and / or for the production of a hydrocarbon-containing energy carrier | |
| Li et al. | Energy, exergy and economic analyses of new coal-fired cogeneration hybrid plant with wind energy resource | |
| Ludwig et al. | Exergy and cost analyses of hydrogen-based energy storage pathways for residual load management | |
| Arslan | Performance analysis of a novel heat recovery system with hydrogen production designed for the improvement of boiler effectiveness | |
| Hai et al. | The evolutionary artificial intelligence-based algorithm to find the minimum GHG emission via the integrated energy system using the MSW as fuel in a waste heat recovery plant | |
| Stathopoulos et al. | Steam generation with stoichiometric combustion of H2/O2 as a way to simultaneously provide primary control reserve and energy storage | |
| Al-Rashed et al. | Exergy optimization of a novel hydrogen production plant with fuel cell, heat recovery, and MED using NSGAII genetic algorithm | |
| RU2273742C1 (en) | Energy-accumulating plant | |
| RU2529615C1 (en) | Method of energy accumulation | |
| Schastlivtsev et al. | Hydrogen–air energy storage gas-turbine system | |
| Yilmaz et al. | Thermodynamic performance analysis and environmental impact assessment of an integrated system for hydrogen and ammonia generation | |
| RU70312U1 (en) | INSTALLATION FOR ENSURING MANEUVERABILITY OF ATOMIC ELECTRIC STATIONS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160405 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160621 |