Трансформиране на остатъчната топлина в електроенергия

ORC

ORC когенератори ZE 30 – ULH и ZE 40 – ULH

С цел да отговори на потребностите на пазара, нашият партньор, италианската фирма Zuccato Energia, внедри в производство два нови модела на ORC когенератори с електрическа мощност 30 и 40 kWe.

ORC когенераторите позволяват на предприятия, разполагащи с отпадна топлина (повече от 300 kW) да се превърнат в производители на електроенергия, удовлетворявайки по този начин екологичните и децентрализирани политики за производство на електроенергия, търсени от много правителства, и използвайки, когато е възможно, програмите за стимулиране, които преследват тази цел.

Структурата на системата, която се предлага, се основава на тъй наречения нискотемпературен органичен цикъл на Ранкин (LT-ORC) и може да бъде обобщена в диаграмата на фигура 1.

ORC

Фиг. 1 Блокова схема на съоръжението

Източникът на топлина [1] загрява чрез затворен кръг гореща вода и първичен топлообменник, наричан също изпарител [2], специален работен флуид, съдържащ се в затворен ORC кръг.

Този органичен флуид, напълно биоразградим и нетоксичен, влиза в изпарител при температура много по-ниска от точката на кипене на водата и се превръща в газ с високо налягане, който при разширението си задвижва турбината [3], която е специално конструирана и оразмерена.

Турбината се върти с висока скорост (12 000 ÷ 18 000 об/мин). На нейния вал е директно закрепен ротора на генератор за производство на електроенергия [4], която може да бъде самостоятелно консумирана или да се подаде в мрежата, след синхронизация чрез инвертор във фаза и напрежение с тока в съществуващата мрежа.

На изхода на турбината работният флуид, все още в газообразна форма, се довежда до кондензатора (5), където отдава излишната топлина и се връща в течна фаза, която се събира в специален резервоар. Поради това течността вече е готова да се изпомпва обратно към първичния топлообменник така, че да се затвори цикълът.

Излишната топлина, отделена от кондензатора е източник на топлинна енергия, която може да бъде директно използвана и за други цели: предварително подгряване или изсушаване на биомаса (като по този начин се намалява влажността й и се увеличава енергийната й стойност), отопление на помещения, производство на топла вода за промишлени производствени процеси и т.н.

Ако това не е възможно, остатъчната топлина да бъде разсеяна чрез компактна охладителна кула [6].

Проектирани и произведени изцяло в Zuccato Energia с помощта на най-съвременни технологии (анализ на крайните елементи и флуидодинамичен анализ) турбогенераторите ZE са замислени и проектирани от самото начало да работят в нискотемпературен режим на органичен цикъл на Ранкин с помощта на специална работна течност, която е в състояние да предложи по-добър КПД и значителен брой предимства пред традиционните парни турбини:

– Ниска работна температура, която позволява използването на „бедни“ топлинни източници;
– Висока температура на кондензация, която позволява използването на евтини въздушни кондензатори;
– Напълно сух работен флуид, така че да няма ерозия на перките на турбината. По този начин системата има висока надеждност, ниски разходи за поддръжка и малък брой контролни проверки;
– Ниски експлоатационни налягания (до 20 бара), и като резултат по-голяма сигурност, по-малко нормативни проблеми и по-ниски инсталационни разходи;
– Никакви емисии в атмосферата (работи в затворен цикъл);

Освен това, от екологична гледна точка, работната течност не е вредна за озона, органична е, нетоксична и 100% биоразградима.

ZE турбогенераторите са проектирани специално, с цел да се монтират в малки инсталации (<1 MWe). Приложени са многобройни инженерни решения за повишаване до максимум коефициента на полезното им действие. Като пример можем да дадем:
– директно куплиране турбина-алтернатор, което премахва загубите от триене, присъщи на ограничителите на скорост;
– използване на керамични лагери, осигуряващи по-слабо износване, по-дълъг живот на работа и по-високи приемливи ротационни режими;
– използване на инвертори, специално проектирани за всеки размер турбина, като по този начин се постига максимална ефективност.

ORC

Всички системи на Zuccato Energia са оборудвани с устройства за дистанционен контрол и диагностика, които позволяват постоянно наблюдение и намеса в реално време в случай на повреда, чрез клетъчна 3G/GPRS/EDGE мрежа и устройство с интернет връзка (PC или таблет).

ORC системите могат да бъдат в две изпълнения – за монтаж в закрити помещения и в специален контейнер за външен монтаж.

Габаритните размери на модела ZE – 40 ULH са дадени на фигура 2. Теглото е около 3,1 тона.

Като опция се предлага и компактна охладителна кула за разсейване на отделената топлина в случай, когато тя не се използва за отопление, подсушаване на горивото или за други цели.

Фигура 2. Габаритни размери ZE – 40 – ULH

Многобройни са инсталациите в Италия с LT-ORC системите на Zuccato Energia.

  
Ренон (Болцано) – Рекупериране на топлина (водна риза и димни газове) от двигатели на растително масло.Рим – Рекупериране на топлина от пирогазификатори и двигатели на син газ.
  
Местре – Рекупериране на топлина от котелна биомаса и турбини на топла.S.Pietro in Gu (Падуа) – Рекупериране на топлина от двигатели на биогаз.

Основните технически данни на модулите са дадени в долната таблица.

Основните характеристики ZE – 30 – ULHZE -40 – ULH
Термична мощност на входа350 kW450 kW
Електрическа мощност на изхода30 kWe40 kWe
Ефективност на системата8,5%9,5%
Работен флуидСпециален органичен
Захранващ флуидТопла вода
Температура на водата на входа≥ 94˚С
Температура на водата на изхода86˚С
Номинален дебит на водата10,2 kg/s13,6 kg/s

 

По-подробна информация може да намерите на www.bulgariatherm.com.