Разработка автономного источника электропитания с применением вихревого эффекта Ранка-Хилша
Ключевые слова:
источник электропитания, органический цикл Ренкина, вихревая труба, вихревой эффект, газ, термоэлектрический генераторный модуль, электрическая энергия, потокАннотация
Актуальность проведенных исследований заключается в разработке автономного источника электропитания на базе замкнутого органического цикла Ренкина с одновременным применением вихревого эффекта Ранка-Хилша, который может быть использован для эффективной генерации электрической энергии на объектах добычи, транспортировки, подготовки и переработки различных газов, в том числе на промышленных площадках, располагающихся в труднодоступных районах, значительно удаленных от централизованного электроснабжения, а также в районах с суровыми климатическими условиями. В статье рассмотрены основные положительные характеристики и недостатки уже существующих автономных энергоустановок, использующихся в данной отрасли промышленности, а также устройство и принцип действия разработанного автономного источника электропитания, применение которого позволит значительно снизить загрязнение окружающей среды ввиду отсутствия применения продуктов сгорания в технологическом цикле, тем самым повысить экологичность процесса выработки электрической энергии, свести к минимуму экономические затраты на топливо и обслуживание, а также повысить пожаро- и взрывобезопасность упомянутых объектов, также рассмотрен вариант конструкции автономного источника электропитания, включающего термоэлектрический генераторный модуль
Библиографические ссылки
ГОСТ
1. Zornek T., Monz T., Aigner M. Performance analysis of the micro gas turbine Turbec T100 with a new FLOX-combustion system for low calorific fuels // Applied Energy. 2015. – Vol. 159. – P. 276-284. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.08.075.
2. Bazykin D.A., Barakov A.V. Development of an autonomous power supply for oil and gas fields based on a gas turbine unit driven by an active-reactive turbine // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. –2021. – Vol. 1035. – P. 12003. EDN: EYPLFD, DOI: 10.1088/1757-899X/1035/1/012003.
3. Alford A., Nichol P., Frisby B. The Development of a Small High Speed Steam Microturbine Generator System // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. – 2015. – Vol. 90. – P. 012067.
DOI: 10.1088/1757-899X/90/1/012067
4. Чижма С.Н., Захаров А.И. Исследование имитационной модели автономной энергоустановки на возобновляемых источниках энергии // Промышленная энергетика. – 2020. – № 11. – С. 54-60. EDN: NBQSYB, DOI: https://doi.org/10.34831/EP.2020.94.76.007.
5. Автономная ветро-солнечная электростанция / П.Н. Кузнецов, Б.А. Якимович, М.Ю. Сперанский и др. // Advances in Science and Technology: Сб. ст. XXV межд. научно-практ. конф., Москва, 15 декабря 2019 года. – М.: Актуальность.РФ, 2019. – С. 117-119.
EDN: PIQSRP
6. Оценка энергетической эффективности применения детандер-генераторных агрегатов в системах с комбинированным производством тепла и электрической энергии / В.Я. Губарев, А.Г. Арзамасцев, А.И. Шарапов, А.Ю. Картель // Проблемы региональной энергетики. – 2018. – № 3(38). – С. 93-101. EDN: CJSGLP
7. Конструкции мини-ГЭС / Д.В. Кадигроб, Д.В. Куплевацкий, М.В. Горт [и др.] // Энергетика: состояние, проблемы, перспективы: Тр. XI Всерос. научно-техн. конф.. – Оренбург: ОГУ, 2020. С. 32-39. EDN: DBYWYT
8. Иброгимов Р.И. Термоэлектрические установки для электроснабжения потребителей малой мощности // Инновационные тенденции развития российской науки: мат-лы X Межд. научно-практ. конф. мол. ученых, посв. Году экологии и 65-летию Красноярского ГАУ. – Красноярск: КГАУ, 2017. – С. 114-119. EDN: YPGZEP
9. Карабарин Д.И., Михайленко С.А. Повышение энергоэффективности производства энергии в районах децентрализованной энергетики // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2017. – Т. 328, № 10. – С. 81-86.
EDN: ZWHCYT
10. Белов Г.В., Дорохова М.А. Органический цикл Ренкина и его применение в альтернативной энергетике // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2014. – № 2. – С. 99-124. EDN: SGSLVP
11. Янчошек Л., Кунц П. Органический цикл Ренкина: использование в когенерации // Турбины и дизели. – 2012. № 2. – С. 50-53. URL: http://www.turbine-diesel.ru/node/4078
12. On the role of working fluid properties in Organic Rankine Cycle performance / M.Z. Stijepovic, P. Linke, A.I. Papadopoulos, A.S. Grujic // Applied Thermal Engineering. – 2012. – Vol. 36. – P. 406-413. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2011.10.057
13. Fluid selection and parametric optimization of organic Rankine cycle using low temperature waste heat / Z.Q. Wang, N.J. Zhou, J. Guo, X.Y. Wang // Energy. – 2012. – Vol. 40, Is. 1. – P. 107-115. DOI: 10.1016/j.energy.2012.02.022.
14. Roy J.P., Mishra M.K., Misra A. Performance analysis of an Organic Rankine Cycle with superheating under different heat source temperature conditions // Applied Energy. – 2011. – Vol. 88, Is. 9. – P. 2995-3004. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.02.042
15. Белоусов А.М., Исрафилов И.Х., Харчук С.И. Исследование возможностей повышения энергоэффективности вихревой трубы Ранка – Хилша // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2015. – № 7-2. – С. 112-121. EDN: VCQCHB
16. Экспериментальное исследование термодинамической эффективности регулируемой вихревой трубы на природном газе / В. Бетлинский, М. Жидков, В. Овчинников, Д. Жидков // Нефтегазовые технологии. – 2008. – № 2. – С. 2-6. EDN: IJOMFL
17. Шостаковский П. Альтернативные источники электрической энергии промышленного применения на основе термоэлектрических генераторов // Компоненты и технологии. – 2013. – № 5(142). – С. 133-138. EDN: PZFXJR
APA
1. Zornek, T., Monz, T., & Aigner, M. (2015). Performance analysis of the micro gas turbine Turbec T100 with a new FLOX-combustion system for low calorific fuels. Applied Energy, 159, 276-284. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.08.075
2. Bazykin, D. A., & Barakov, A. V. (2021). Development of an autonomous power supply for oil and gas fields based on a gas turbine unit driven by an active-reactive turbine. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 1035, 12003. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1035/1/012003
3. Alford, A., Nichol, P., & Frisby, B. (2015). The Development of a Small High Speed Steam Microturbine Generator System. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 90, 012067. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/90/1/012067
4. Chizhma, S. N., & Zaharov, A. I. (2020). Issledovanie imitacionnoj modeli avtonomnoj energoustanovki na vozobnovlyaemyh istochnikah energii [Study of a simulation model of an autonomous power plant using renewable energy sources]. Promyshlennaya energetika, 11, 54-60.
https://doi.org/10.34831/EP.2020.94.76.007 [In Russian]
5. Kuznecov, P. N., Yakimovich, B. A., Speranskij, M. Yu, Smoktal, N. N., & Lavrenchuk, A. A. (2019). Autonomous wind-solar power station. In Proc. of Advances in Science and Technology (pp. 117-119). Aktual'nost'.RF. [In Russian]
6. Gubarev, V. Ya., Arzamascev, A. G., Sharapov, A.,I., & Kartel, A. Yu. (2018). Ocenka energeticheskoj effektivnosti primeneniya detander-generatornyh agregatov v sistemah s kombinirovannym proizvodstvom tepla i elektricheskoj energii [Assessment of the energy efficiency of using expander-generator units in systems with combined heat and electricity production]. Problemy regional'noj energetiki, 3(38) , 93-101. [In Russian]
7. Kadigrob, D. V., Kuplevackij, D. V., Gort, M. V., Fomichev, I. A., & Shaburov, P. O. (2020). Konstrukcii mini-GES [Mini-hydroelectric power station structures]. In Proc of Energetika: sostoyanie, problemy, perspektivy, Orenburg (pp. 32-39). Orenburg State University. [In Russian]
8. Ibrogimov, R. I. (2017). Termoelektricheskie ustanovki dlya elektrosnabzheniya potrebitelej maloj moshchnosti [Thermoelectric installations for power supply to low-power consumers]. In Proc. Innovacionnye tendencii razvitiya rossijskoj nauki (pp. 114-119). Krasnoyarsk State Agrarian University. [In Russian]
9. Karabarin, D. I., & Mihajlenko, S. A. (2017). Povyshenie energoeffektivnosti proizvodstva energii v rajonah decentralizovannoj energetiki [Increasing the energy efficiency of energy production in areas of decentralized energy]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov, 328(10) , 81-86. [In Russian]
10. Belov, G. V., & Dorokhova, M. A. Organicheskij cikl Renkina i ego primenenie v al'ternativnoj energetike [Organic Rankine cycle and its application in alternative energy]. (2014). Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana, 2, 99-124. [In Russian]
11. Yanchoshek, L., & Kunc, P. (2012). Organicheskij cikl Renkina: ispol'zovanie v kogeneracii [Organic Rankine cycle: use in cogeneration]. Turbiny i dizeli, 2, 50-53. http://www.turbine-diesel.ru/node/4078 [In Russian]
12. Stijepovic, M. Z., Linke, P., Papadopoulos, A. I., & Grujic, A. S. (2012). On the role of working fluid properties in Organic Rankine Cycle performance. Applied Thermal Engineering, 36, 406-413. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.10.057
13. Wang, Z. Q., Zhou, N. J., Guo, J., & Wang, X. Y. (2012). Fluid selection and parametric optimization of organic Rankine cycle using low temperature waste heat. Energy, 40(1) , 107-115. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.02.022.
14. Roy, J. P., Mishra, M. K. & Misra, A. (2011). Performance analysis of an Organic Rankine Cycle with superheat-ing under different heat source temperature conditions. Applied Energy, 88, 2995-3004. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.02.042
15. Belousov, A. M., Israfilov, I. H., & Harchuk, S. I. (2015). Issledovanie vozmozhnostej povysheniya energoeffektivnosti vihrevoj truby Ranka – Hilsha [Research on the possibilities of increasing the energy efficiency of the Ranque–Hilsch vortex tube]. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 7-2, 112-121. [In Russian]
16. Betlinskij, V., Zhidkov, M., Ovchinnikov, V., & Zhidkov, D. (2008). Eksperimental'noe issledovanie termodinamicheskoj effektivnosti reguliruemoj vihrevoj truby na prirodnom gaze [Experimental study of the thermodynamic efficiency of a controlled vortex tube using natural gas]. Neftegazovye tekhnologii, 2, 2-6. [In Russian]
17. Shostakovskij, P. (2013). Al'ternativnye istochniki elektricheskoj energii promyshlennogo primeneniya na osnove termoelektricheskih generatorov [Alternative sources of electrical energy for industrial use based on thermoelectric generators]. Komponenty i tekhnologii, 5(142) , 133-138. [In Russian]
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
URN
Лицензия
Copyright (c) 2023 Базыкин Д.А., Ильичев В.А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
