Инженеры Томского политехнического университета (ТПУ) построили и испытали опытный образец геотермальной тепловой электростанции (ГеоЭС), аналогов которой в стране нет. В основе ее работы лежит использование цикла Ренкина, который дает возможность строить такие установки для электро- и теплоснабжения на более широкой территории. Мощность протестированного прототипа составила до 25 киловатт.
В России сейчас действуют четыре ГеоЭС, расположенные на Камчатке и Курильских островах. Все они используют в работе водяной пар. Новинка ТПУ предполагает применение цикла Ренкина, при котором термодинамические процессы преобразования тепла в работу происходят с помощью рабочего тела, а им в зависимости от условий могут быть самые разные вещества: от углеводородов до хладагентов.
В нашей разработке в качестве рабочего тела выступает хладагент — озонобезопасный газ R245fa из группы фреонов. Причем, так как наша ГеоЭС работает по технологии замкнутого или бинарного цикла, используется хладагент, кипящий при более низких температурах, — от 47 и более градусов Цельсия. Это позволяет потенциально расширить географию регионов, где можно будет использовать ГеоЭС. Существующие же ГеоЭС могут функционировать только при температуре выше 100 градусов Цельсия.
Станислав Янковский, руководитель проекта, доцент Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова.
При разработке установки ученые исследовали данные о геотермальных условиях на территории России и других стран, вычислив наиболее перспективные регионы для применения ГеоЭС. К ним помимо Камчатки, Сахалина и Курил отнесли Северный Кавказ и Западную Сибирь. Геотермальный потенциал рассчитывали с учетом экономических показателей, а не только геологических. В частности, изучалась потребность в дешевой электроэнергии, плотность населения и так далее.
В результате удалось выяснить, ГеоЭС с какими параметрами подходит для той или иной территории. В том числе определить, какой хладагент лучше применять. Опытный образец установили на территории Томского политеха, рассчитав все описанные выше параметры для этого региона.
В новой ГеоЭС вместо привычной турбины установлен винтовой детандер, который эффективен при малой мощности и может быть экономичнее. Сам принцип работы станции достаточно прост. Поступающий поток от геотермального источника из скважины передает через теплообменник энергию хладагенту, который закипает и раскручивает винтовой детандер с генератором для выработки электричества. Отработанный хладагент, остывая, уходит на новый цикл.
Авторы проекта испытывают установку в разных режимах, чтобы оценить потенциал для масштабирования и гибкость настроек для будущего промышленного применения.
Ранее мы рассказывали, что российские ученые открыли новые материалы для аккумуляторов.