RU2785183C1 - Солнечная гибридная газотурбинная энергетическая установка - Google Patents
Солнечная гибридная газотурбинная энергетическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785183C1 RU2785183C1 RU2021124097A RU2021124097A RU2785183C1 RU 2785183 C1 RU2785183 C1 RU 2785183C1 RU 2021124097 A RU2021124097 A RU 2021124097A RU 2021124097 A RU2021124097 A RU 2021124097A RU 2785183 C1 RU2785183 C1 RU 2785183C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- regenerator
- gas
- power
- compressor
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 abstract 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 37
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009114 investigational therapy Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Настоящее изобретение относится к энергетике и представляет собой установку, включающую газотурбинный двигатель с интегрированным фокусирующим солнечным коллектором и предназначенную для генерации электроэнергии и теплоты. Сущность солнечной гибридной газотурбинной энергетической установки, содержащей газотурбинный двигатель, включающий компрессор, регенератор, камеру сгорания и силовую турбину и работающий на нагрузку по циклу Брайтона с регенерацией теплоты, а также фокусирующий солнечный коллектор, который расположен между регенератором и камерой сгорания, заключается в том, что заявляемая установка дополнительно содержит турбокомпрессорный утилизатор, состоящий из турбины перерасширения, соединенной валом с дожимающим компрессором, а также регенератора и охладителя газов, расположенных между ними, при этом регенератор перенесен в состав турбокомпрессорного утилизатора, а турбокомпрессорный утилизатор установлен после силовой турбины и соединен с ней только газопроводом. В результате осуществления заявляемого решения повышается КПД газотурбинного двигателя и фокусирующего солнечного коллектора. 1 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к энергетике и представляет собой установку, включающую газотурбинный двигатель с интегрированным фокусирующим солнечным коллектором и предназначенную для генерации электроэнергии и теплоты.
Известна солнечная гибридная газотурбинная энергетическая установка (Kalathakis, С., Aretakis, N., Roumeliotis, I., Alexiou, A., and Mathioudakis, K. "Investigation of Different Solar Hybrid Gas Turbines and Exploitation of Rejected Sun Power." Proceedings of the ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Volume 3: Coal, Biomass and Alternative Fuels; Cycle Innovations; Electric Power; Industrial and Cogeneration; Organic Rankine Cycle Power Systems. Seoul, South Korea. June 13-17, 2016. V003T06A017. ASME. https://doi.org/10.1115/GT2016-57700), содержащая газотурбинный двигатель (ГТД), работающий по циклу Брайтона с регенерацией теплоты (Р) и состоящий из последовательно установленных компрессора, регенератора, камеры сгорания, турбины и генератора и интегрированный фокусирующий солнечный коллектор (ФСК), расположенный между регенератором и камерой сгорания. По совокупности существенных признаков данная установка наиболее близка к заявляемому изобретению и принята за прототип.
Недостатком указанной выше установки является невысокий КПД газотурбинного цикла и низкая эффективность использования ФСК.
Известен газотурбинный двигатель (патент RU 8414 U1 от 12.03.1997 г.) с турбокомпрессорным утилизатором, содержащий газогенератор и силовой турбокомпрессорный агрегат, состоящий из вала, силовой турбины перерасширения, регенератора для подогрева газа перед камерой сгорания газогенератора, отопителя, радиатора и дожимающего компрессора, отличающийся тем, что в силовом турбокомпрессорном агрегате между силовой турбиной перерасширения и дожимающим компрессором установлен охладитель газа, а в газогенераторе между компрессором и камерой сгорания - подогреватель сжатого воздуха, которые связаны контуром промежуточного высокотемпературного теплоносителя, перекачиваемого посредством насоса, причем в контуре установлен охладитель теплоносителя, а также утилизационный теплообменник.
Недостатком указанного выше двигателя является невысокий КПД относительно КПД дизельных двигателей.
Задача изобретения - повышение КПД газотурбинного двигателя и фокусирующего солнечного коллектора.
Техническая задача достигается тем, что заявляемая установка, в отличие от прототипа, дополнительно содержит турбокомпрессорный утилизатор, состоящий из турбины перерасширения, соединенной валом с дожимающим компрессором, а также регенератора и охладителя газов, расположенных между ними, при этом регенератор перенесен в состав турбо-компрессорного утилизатора, а турбокомпрессорный утилизатор установлен после силовой турбины и соединен с ней только газопроводом.
Применение турбокомпрессорного утилизатора в газотурбинном двигателе позволяет увеличить перепад давлений в силовой турбине, что приводит к увеличению ее мощности при неизменном расходе топлива, а, следовательно, и к увеличению эффективного КПД всего двигателя. Кроме того, турбокомпрессорный утилизатор имеет встроенный регенератор теплоты отработанных газов, что снижает расход топлива на подогрев рабочего тела, и также приводит к увеличению эффективного КПД всего двигателя. Встроенный в турбокомпрессорный утилизатор охладитель отработанных газов может использоваться в качестве котла-утилизатора, который может передавать утилизируемую теплоту как для нужд теплоснабжения, увеличивая теплотехнический (общий) КПД двигателя, так и на утилизационную электрогенерирующую установку, увеличивая эффективный КПД двигателя. Поскольку температура газов за силовой турбиной в заявляемой энергетической установке ниже вследствие более высокого перепада давлений в силовой турбине, чем в ГТД с Р, то при прочих равных условиях средняя температура рабочего тела в ФСК снижается, следовательно снижаются потери теплоты в окружающую среду и эффективность использования ФСК возрастает.
В качестве ФСК могут применяться солнечные коллекторы с концентраторами различного типа (параболоидные, параболоцилиндрические, гелиостаты), обеспечивающими нагрев рабочих газов после регенератора ГТД.
Принципиальная схема солнечной гибридной газотурбинной энергетической установки (СГГЭУ) представлена на чертеже, где изображены: 1 - нагрузка; 2 - компрессор; 3 - камера сгорания; 4 - силовая турбина; 5 - турбина перерасширения; 6 - дожимающий компрессор; 7 - охладитель газов; 8 - регенератор; 9, 10 - клапаны; 11 - фокусирующий солнечный коллектор (ФСК). Установка содержит газотурбинный двигатель (ГТД) с турбокомпрессорным утилизатором (ТКУ) и регенератором 8 теплоты, имеющий повышенную эффективность по сравнению с регенеративным газотурбинным двигателем. ГТД с ТКУ представляет из себя роторный тепловой двигатель и включает компрессор 2, камеру сгорания (КС) 3, силовую турбину 4, турбину перерасширения (ТП) 5 и дожимающий компрессор (ДК) 6, регенератор 8 теплоты отработанных газов, расположенный после ТП 5, и встроенный охладитель отработанных газов (ОГ1) 7, расположенный между регенератором и ДК 6. Компрессор 2, камера сгорания 3, и силовая турбина 4 установлены соосно с нагрузкой 1. Подводящий и отводящий трубопроводы ФСК 11, снабженные запорными клапанами 9, врезаются в трубопровод, соединяющий регенератор 8 с КС 3, который снабжен запорным клапаном 10, расположенным между врезками подводящего и отводящего трубопроводов ФСК. Кроме того, турбокомпрессорный утилизатор, состоящий из турбины перерасширения 5, регенератора 8, охладителя газов 7 и дожимающего компрессора 6, соединен с силовой турбиной 4 только газопроводом.
Установка работает следующим образом.
В установке предусмотрено два режима:
1) с использованием ФКС при достаточно интенсивном солнечном излучении, в этом случае клапаны 9 открыты, а клапан 10 закрыт;
2) без использования ФСК при недостаточно интенсивном солнечном излучении (восход и заход Солнца, зимнее время), а также в вечернее и ночное время, клапан 10 открыт, а 9 - закрыты.
Рассмотрим первый режим. Работу СГГЭУ обеспечивают подачей в камеру сгорания 3 воздуха, сжатого компрессором 2 и предварительно нагретого в регенераторе 8 и ФСК 11. Нагретый таким образом воздух, а также в случае необходимости, и топливо подаются в камеру сгорания 3. Образовавшиеся в КС 3 рабочие газы поступают на турбину 4 приводящую нагрузку 1 и компрессор двигателя 2. После турбины 4 рабочие газы поступают в турбину перерасширения 5, приводящую дожимающий компрессор 6. Отработанные газы после ТП 5 поступают в регенератор 8, где охлаждаются, передавая теплоту воздуху перед ФСК 11. После регенератора отработанные газы проходят через охладитель газов 7, отдавая теплоту для нужд теплоснабжения, либо на утилизационную электрогенерирующую установку. Охлажденные в охладителе 7 отработанные газы сжимаются дожимающим компрессором 6 и выбрасываются в атмосферу.
Рассмотрим второй режим. Работу СГГЭУ обеспечивают подачей в камеру сгорания 3 воздуха, сжатого компрессором 2 и предварительно нагретого в регенераторе 8. Нагретый таким образом воздух, а также топливо подаются в камеру сгорания 3. Образовавшиеся в КС 3 рабочие газы поступают на турбину 4 приводящую нагрузку 1 и компрессор двигателя 2. После турбины 4 рабочие газы поступают в турбину перерасширения 5, приводящую дожимающий компрессор 6. Отработанные газы после ТП 5 поступают в регенератор 8, где охлаждаются, передавая теплоту воздуху перед КС 3. После регенератора 8 отработанные газы проходят через охладитель газов 7, отдавая теплоту для нужд теплоснабжения, либо на утилизационную электрогенерирующую установку. Охлажденные в охладителе 7 отработанные газы сжимаются дожимающим компрессором 6 и выбрасываются в атмосферу.
В результате осуществления заявляемого решения повышается, как КПД газотурбинного двигателя, так и фокусирующего солнечного коллектора.
Claims (1)
- Солнечная гибридная газотурбинная энергетическая установка, содержащая газотурбинный двигатель, включающий компрессор, регенератор, камеру сгорания и силовую турбину и работающий на нагрузку по циклу Брайтона с регенерацией теплоты, а также фокусирующий солнечный коллектор, который расположен между регенератором и камерой сгорания, отличающаяся тем, что содержит турбокомпрессорный утилизатор, состоящий из турбины перерасширения, соединенной валом с дожимающим компрессором, а также регенератора и охладителя газов, расположенных между ними, при этом регенератор встроен в состав турбокомпрессорного утилизатора, а турбокомпрессорный утилизатор установлен после силовой турбины и соединен с ней только газопроводом.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2785183C1 true RU2785183C1 (ru) | 2022-12-05 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4313304A (en) * | 1979-07-26 | 1982-02-02 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Radiant energy collection and conversion apparatus and method |
DE3504360A1 (de) * | 1985-02-08 | 1986-08-14 | Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln | Sonnenenergiebetriebene turbine |
EP0364106A2 (en) * | 1988-09-19 | 1990-04-18 | Ormat, Inc. | Method of and apparatus for producing power using compressed air |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4313304A (en) * | 1979-07-26 | 1982-02-02 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Radiant energy collection and conversion apparatus and method |
DE3504360A1 (de) * | 1985-02-08 | 1986-08-14 | Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln | Sonnenenergiebetriebene turbine |
EP0364106A2 (en) * | 1988-09-19 | 1990-04-18 | Ormat, Inc. | Method of and apparatus for producing power using compressed air |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Газотурбинные технологии, Каталог газотурбинного оборудования, 2006, с. 234, найдено https://mash-xxl.info/pics/423536/. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2522828B1 (en) | Organic rankine cycle systems using waste heat from charge air cooling | |
US8881528B2 (en) | System for the generation of mechanical and/or electrical energy | |
JP2012007500A (ja) | 内燃機関の排気熱回収装置 | |
CN104265500A (zh) | 柴油机高温余热回收系统 | |
CN113202582B (zh) | 压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统及方法 | |
CN108843418A (zh) | 一种双压高效燃气超临界二氧化碳联合循环发电系统 | |
CN208380648U (zh) | 一种带双压超临界二氧化碳余热锅炉的联合循环发电系统 | |
RU2785183C1 (ru) | Солнечная гибридная газотурбинная энергетическая установка | |
CN104594964B (zh) | 一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统 | |
CN215333137U (zh) | 一种前置燃料电池的天然气联合循环发电系统 | |
CN214221330U (zh) | 一种沼气发电机组 | |
KR20190069994A (ko) | 가스터빈을 이용한 복합 발전설비 | |
CN204729187U (zh) | 一种基于斯特林发动机的分布式能源系统 | |
CN102900511A (zh) | 工况自适应排气能量回收系统 | |
CN112413555A (zh) | 一种热电联产燃气发电机供热系统及方法 | |
CN216894595U (zh) | 一种内燃机与微型燃气轮机联合循环系统 | |
US8347634B1 (en) | Combined cycle power plant | |
Kusterer et al. | Combined solar thermal gas turbine and organic Rankine cycle application for improved cycle efficiencies | |
US20100300099A1 (en) | Air-medium power system | |
RU2758020C1 (ru) | Когенерационная установка | |
CN102661194A (zh) | 一种发动机排气能量回收系统 | |
CN113623039B (zh) | 一种空气-二氧化碳联合循环发电系统和方法 | |
CN214791432U (zh) | 燃气轮机余热储能供热系统 | |
CN203892045U (zh) | 一种直列式负压动力设备 | |
CN114087054A (zh) | 一种内燃机与微型燃气轮机联合循环系统 |