Геотермальная электростанция изолированной энергосистемы с комбинированным топливом

Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности, к области геотермальной электроэнергетики, и может быть использована на геотермальных электростанциях изолированных энергосистем с комбинированным топливом.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в существенном улучшении экономических и экологических показателей геотермальной электростанции изолированной энергосистемы с комбинированном топливом за счет покрытия части пиковой составляющей графика внешней электрической нагрузки пиковыми электрогенерирующими мощностями, работающими на водородном топливе.

Поставленная задача решается тем, что в известную геотермальную электростанцию изолированной энергосистемы, содержащую продуктивную скважину, сепаратор теплоносителя, регулятор давления пара, шумоглушитель, геотермальную паротурбинную установку с электрогенератором, комплектное распредустройство, измеритель внешней нагрузки, установку электролиза воды с устройством подготовки воды и шкафом силовым, систему хранения водорода и пиковую электрогенерирующую установку на органическом топливе дополнительно вводятся регулятор давления водорода, устройство распределения водорода, состоящее из К отсечных клапанов, пиковый электрохимический генератор на базе К стационарных топливных элементов и система управления отсечными клапанами устройства распределения водорода.

Водород, получаемый в установке электролиза воды при наличии невостребованных внешним потребителем избыточных геотермальных мощностей электростанции, накапливается в системе хранения водорода. Когда же внешняя нагрузка превысит номинальную мощность электростанции, вступают в работу пиковые электрогенерирующие мощности: электрогенерирующая установка на органическом топливе и

электрохимический генератор на накопленном в системе хранения водороде, при этом установка электролиза воды отключена. Водород из системы хранения через регулятор давления и отсечные клапаны устройства распределения водорода поступает на стационарные топливные элементы электрохимического генератора.

Управление подачей водорода на стационарные топливные элементы электрохимического генератора осуществляется системой управления по сигналу, формируемому как разность между пиковой и номинальной внешней нагрузкой электростанции, посредством открытия (закрытия) отсечных клапанов системы распределения водорода.

Вырабатываемая пиковым электрохимическим генератором экологически чистая электроэнергия замещает часть электроэнергии пиковой электрогенерирующей установки на органическом топливе.

В результате обеспечивается экономия расходования органического топлива на электростанции и, тем самым, повышаются экономические и экологические показатели такой геотермальной электростанции.

Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности к области геотермальной электроэнергетики и может быть использована на геотермальных электростанциях изолированных энергосистем с комбинированным топливом.

Аналогами предлагаемой геотермальной электростанции являются геотермальные электростанции с паровыми и гидропаровыми турбинами (F24J 3/08, №2000111435; F24J 3/08, №95119668, F24J 3/08, №2184244).

Недостатком этих аналогов является неэффективное использование геотермального теплоносителя при внешней нагрузке электростанции изолированной энергосистемы ниже ее номинальной мощности.

Известна принятая за прототип геотермальная электростанция изолированной энергосистемы заявка №2007111166/22 (0121123) от 26.03.2007 г. (Патент на полезную модель №65627)

Эта геотермальная электростанция содержит продуктивную скважину, сепаратор теплоносителя, регулятор давления пара, шумоглушитель, паротурбинную установку с электрогенератором, комплектное распредустройство, измеритель внешней нагрузки, состоящую из модулей-электролизеров установку электролиза воды с устройством подготовки воды и шкафом силовым, устройство управления включением (отключением) модулей-электролизеров установки электролиза воды и систему хранения водорода.

Наличие в составе электростанции установки электролиза воды позволяет:

- обеспечить номинальный (базовый) режим работы геотермальной паротурбинной установки электростанции независимо от графика внешней

электрической нагрузки и, тем самым, максимально эффективно распорядиться добываемым геотермальным теплоносителем;

- произвести на электростанции на основе невостребованной избыточной для внешних потребителей электроэнергии электролизный водород, благодаря реализации которого конечным потребителям экономические показатели электростанции в целом существенно повышаются.

Для покрытия пиковых внешних электрических нагрузок на электростанции предусматриваются также пиковые электрогенерирующие мощности на органическом топливе.

Основным недостатком геотермальной электростанции - прототипа при ее эксплуатации в изолированной энергосистеме, содержащей пиковые электрогенерирующие модности на органическом топливе, является то, что вся пиковая часть графика внешней нагрузки энергосистемы покрывается электрогенерирующими мощностями на органическом топливе.

Указанный недостаток устраняется предлагаемой полезной моделью.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в существенном улучшении экономических и экологических показателей изолированной энергосистемы за счет покрытия части пиковой составляющей графика внешней нагрузки изолированной энергосистемы на комбинированном топливе пиковыми электрогенерирующими мощностями, работающими на водородном топливе.

Поставленная задача решается тем, что в известный прототип, содержащий продуктивную скважину, сепаратор теплоносителя, регулятор давления пара, шумоглушитель, геотермальную паротурбинную установку с электрогенератором, комплектное распредустройство, измеритель внешней нагрузки, состоящую из модулей-электролизеров установку электролиза воды с устройством подготовки воды и шкафом силовым, устройство управления включением (отключением) модулей-электролизеров установки электролиза воды, систему хранения водорода и пиковую

электрогенерирующую установку на органическом топливе, дополнительно вводят устройство распределения водорода, состоящее из К отсечных клапанов, пиковый электрохимический генератор на базе К стационарных топливных элементов и систему управления открытием (закрытием) отсечных клапанов устройства распределения водорода.

На чертеже изображена схема предлагаемой геотермальной электростанции изолированной энергосистемы с комбинированным топливом.

Геотермальная электростанция содержит продуктивную скважину 1, сепаратор 2, разделяющий добытый в скважине 1 геотермальный теплоноситель на сепарат и свежий пар, регулятор 3 давления пара, шумоглушитель 4, геотермальную паротурбинную установку 5 с электрогенератором 6, который связан кинематически с ротором геотермальной паровой турбины, а электрически - с комплектным распре дустройством 7, через которое осуществляется отпуск электроэнергии во внешнюю сеть и на собственные нужды электростанции, и измеритель внешней электрической нагрузки 8. Для откачки конденсата из конденсатора паротурбинной установки 5 электростанция снабжена конденсатным насосом 9.

Кроме того, электростанция содержит установку 10 электролиза воды, состоящую из модулей-элетролизеров, каждый из которых подсоединен по воде трубопроводом к устройству 11 подготовки воды, а по электропитанию - электрическими связями со шкафом силовым 12. Устройство 11 подготовки воды трубопроводом соединено с нагнетателем конденсационного насоса 9, а шкаф силовой 12 соединен электрической связью с комплектным распредустройством 7. Управление включением (отключением) модулей-электролизеров установки 10 осуществляет устройство 13 по сигналу, формируемому как разность между номинальной нагрузкой турбоустановки 5 и внешней нагрузкой электростанции.

Электростанция содержит также систему 14 хранения водорода, которая соединена по входу водорода - трубопроводом с установкой 10 электролиза воды, а по выход; - трубопроводом через регулятор давления 15 с устройством 16 распределения водорода, состоящим из К отсечных клапанов, управление которыми осуществляется системой управления 17, пиковый электрохимический генератор 18, состоящий из К стационарных топливных элементов, и пиковую электрогенерирующую установку 19 на органическом топливе. При этом каждый стационарный топливный элемент электрохимического генератора 18 соединен по потребляемому водороду - трубопроводом с соответствующим отсечным клапаном устройства 16 распределения водорода, а по вырабатываемой электроэнергии - электрической связью с комплектным распредустройством 7 электростанции.

Система управления 17 электрической связью соединена с измерителем 8 внешней нагрузки электростанции и устройством 16 распределения водорода, управляя включением (отключением) отсечных клапанов устройства 16 по сигналу, формируемому как разность между пиковой и номинальной внешней нагрузкой электростанции. При этом скважность открытия (закрытия) отсечных клапанов устройства 16 распределения водорода равна номинальной мощности одного стационарного топливного элемента электрохимического генератора 18.

Пиковая электрогенерирующая установка 19 на органичесокм топливе электрической связью соединена с комплектным распредустройством 7 электростанции.

Электростанция работает следующим образом.

Геотермальный теплоноситель из скважины 1 поступает в сепаратор 2, где разделяется на сепарат и свежий пар, поступающий в турбоустановку 5. В конденсаторе турбоустановки 5 отработавший пар конденсируется. Конденсат насосом 9 по трубопроводу 20 сбрасывается в скважину закачки. Сепарат из сепаратора 2 по трубопроводу 21 также сбрасывается в скважину закачки.

Электрогенератор 6 паротурбинной установки 5 соединен электрической связью с комплектным распредустройством 7, а через него с внешней электрической сетью и сетью собственных нужд электростанции, в том числе со шкафом силовым 12, через который осуществляется электропитание модулей-электролизеров установки 10. Измерение текущей внешней электрической нагрузки электростанции осуществляется измерителем 8.

Устройство 13 управления электропитанием модулей-электролизеров установки 10 обеспечивает поддержание суммарной (внешней плюс собственной) нагрузки электростанции на уровне, близком к номинальной величине, путем автоматического нагружения (разгружения) установки 10 электролиза воды в зависимости от величины избыточной мощности электростанции, определяемой как разность между номинальной нагрузкой паротурбинной установки 5 и внешней электрической нагрузкой электростанции.

Водород, получаемый в установке 10 электролиза воды в периоды наличия избыточных мощностей электростанции, накапливается в системе хранения 14 хранения водорода.

Когда внешняя нагрузка становится равной номинальной мощности электростанции, производство водорода на установке 10 электролиза воды полностью прекращается (все модули-электролизеры установки 10 отключены). Для покрытия пиковой части графика внешней нагрузки геотермальной электростанции изолированной энергосистемы с комбинированным топливом вступают в работу пиковые электрогенерирующие мощности: электрогенерирующая установка 19 на органическом топливе, например, дизельгенератор, и электрохимический генератор 18 на водороде, накопленном в системе 14 хранения. При этом водород, накопленный в системах хранения 14, через регулятор 15, поддерживающий давление водорода за собой, поступает в устройство 16 распределения водорода и через отсечные клапаны устройства 16 - в

соответствующие стационарные топливные элементы электрохимического генератора 18. В результате электрохимический генератор 18, вырабатывая экологически чистую электроэнергию, замещает часть электроэнергии пиковой электрогенерирующей установки 19 на органическом топливе. Управление подачей водорода на соответствующие стационарные топливные элементы электрохимического генератора 18 осуществляет система управления 17 посредством открытия (закрытия) отсечных клапанов устройства 16 по сигналу, формируемому как разность между пиковой и номинальной внешней нагрузкой электростанции, открывая (закрывая) отсечные клапаны устройства 16 распределения водорода со скважностью, равной мощности одного стационарного топливного элемента.

Таким образом, благодаря реализации предлагаемой полезной модели на геотермальной электростанции изолированной энергосистемы с комбинированным топливом сокращается потребление органического топлива пиковой электрогенерирующей установкой за счет его замещения на топливный водород в пиковом электрохимическом генераторе, и, тем самым, повышаются экономические и экологические показатели такой геотермальной электростанции.

Геотермальная электростанция изолированной энергосистемы с комбинированным топливом, содержащая продуктивную скважину, сепаратор теплоносителя, регулятор давления пара, шумоглушитель, паротурбинную установку с электрогенератором, комплектное распредустройство, измеритель внешней нагрузки, состоящую из модулей-электролизеров установку электролиза воды с устройством подготовки воды и шкафом силовым, устройство управления включением (отключением) модулей-электролизеров установки электролиза воды, систему хранения водорода, пиковую электрогенерирующую установку на органическом топливе, отличающаяся тем, что в электростанцию дополнительно введены регулятор давления водорода, устройство распределения водорода, состоящее из К одинаковых отсеченных клапанов и соединенное по входу трубопроводом через регулятор давления водорода с системой хранения водорода, пиковый электрохимический генератор, состоящий из К одинаковых стационарных топливных элементов, каждый из которых соединен по входу - трубопроводом с соответствующим отсечным клапаном устройства распределения водорода, а по выходу - электрической связью с комплектным распредустройством, система управления открытием (закрытием) отсечных клапанов устройства распределения водорода по сигналу, формируемому как разность между пиковой и номинальной внешней нагрузкой электростанции, при этом скважность открытия (закрытия) отсечных клапанов устройства распределения водорода равна номинальной мощности одного стационарного топливного элемента пикового электрохимического генератора.