Инновационная технология улавливания энергии из отработанного тепла

Генераторы, не требующие топлива и выбросов, преобразуют низкопотенциальное отходящее тепло дизельных генераторов в электроэнергию.

В 2014 году были установлены три генератора с органическим циклом Ренкина (ORC) для преобразования отходящего тепла от трех дизельных генераторных установок на электростанции Датч-Харбор на отдаленных Алеутских островах Аляски в электроэнергию. Генераторы улавливают отходящее тепло при температуре до 170°F из рубашки водяного охлаждения двух дизельных двигателей Wärtsilä W12V32 и двух дизельных двигателей Caterpillar C280-16.

Даже при такой низкой температуре отходящего тепла генераторы обеспечивают примерно 75 кВт полной мощности на объекте. Произведенная электроэнергия отправляется непосредственно в сеть, где стоимость электроэнергии для населения достигает 0,50 доллара за кВтч, что является одним из самых высоких показателей в Северной Америке и в четыре раза превышает средний показатель по США, составляющий 0,12 доллара за кВтч.

1. POWER+ GENERATOR 4400 генерирует мощность до 75 кВт и идеально подходит для отработанного тепла с низким расходом. На этом изображении оператор контролирует работу установки с помощью человеко-машинного интерфейса. С разрешения: ElectraTherm

Город Уналаска и Энергетическое управление Аляски приобрели три генератора (рис. 1) для использования неиспользованных существующих ресурсов отработанного тепла на электростанции, осознав потенциал экономии десятков тысяч долларов в год на затратах на топливо. Снижение охлаждающей нагрузки является дополнительным преимуществом, поскольку установки уменьшают требуемую работу по охлаждению радиатора дизельных двигателей. Все три генератора ORC используют один контур охлаждения, обеспечиваемый морской водой со средней температурой на входе 45F.

Генераторы были предоставлены ElectraTherm и управляются программируемым логическим контроллером (ПЛК) AutomationDirect, который обеспечивает все необходимые функции управления и мониторинга. AutomationDirect также предоставляет человеко-машинный интерфейс (HMI), позволяющий операторам просматривать и корректировать работу по мере необходимости.

В типичном стационарном поршневом двигателе, работающем на дизельном, природном газе или биогазе, только около 33% подаваемой энергии топлива (сгорания) преобразуется в мощность, а оставшаяся энергия теряется в виде отходящего тепла. Некоторые из основных потерь при низких температурах включают 27% потерь на тепло радиатора и 5% потерь на трение. Еще 35% теряется в виде высокотемпературного тепла в выхлопных газах.

Такой уровень отходящего тепла характерен для поршневых двигателей. Кроме того, горячие выхлопные газы практически всех процессов сгорания, например, тех, которые используются для топки печей, печей, мусоросжигательных заводов, термических окислителей и котлов, содержат большую часть исходной энергии потребляемого топлива. Когда это тепло рекуперируется и преобразуется в электричество, общая эффективность установки увеличивается.

В прошлом существовало не так много проверенных коммерческих продуктов для преобразования этих типов отработанного тепла в электроэнергию, поэтому у операторов не было другого выбора, кроме как смириться с потерями тепла в атмосферу. Сегодня ElectraTherm внедрила более 70 установок по всему миру с совокупным наработкой более 1,2 миллиона часов, сэкономив при этом клиентам миллионы долларов.

Конструкция POWER+ GENERATOR и связанные с ней запатентованные технологии позволяют генерировать электроэнергию из низкотемпературных источников тепла в диапазоне от 170F до 270F. Эта технология преобразования отработанного тепла в электроэнергию преобразует различные источники энергии в электроэнергию, включая отходящее тепло, вырабатываемое двигателями внутреннего сгорания, малую геотермальную энергию, биомассу, концентрированную солнечную энергию и технологическое тепло.

Основное применение — преобразование отработанного тепла стационарных двигателей внутреннего сгорания в электроэнергию. Типичные места установки включают производство электроэнергии в отдаленных районах, на островах и в развивающихся странах; биогазовые установки, включая свалки и очистные сооружения; компрессорные станции природного газа; и возобновляемое биотопливо.

ElectraTherm использует технологию ORC (рис. 2), процесс, аналогичный тому, который используется в паровом двигателе. Основное отличие технологии ORC заключается в том, что вода, используемая в паровом двигателе, заменяется жидкостью с гораздо более низкой температурой кипения. Процесс ORC подобен холодильнику, работающему в обратном направлении, где тепловой поток используется для выработки энергии.