Газотурбинный способ получения электроэнергии и газотурбинная электростанция
Способ и электростанция могут быть использованы в энергетике при получении электроэнергии. Воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия, туда же вводят энергоноситель, полученную смесь пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором. Причем на вход компрессора подают воздух с температурой от -10°С до -70°С, а в камеру взаимодействия вводят посредством устройства для распыления воды воду в виде мелкодисперсной аэрозоли с размером капель не более 0,2 мм. Электростанция снабжена системами подачи воды и герметизации и/или теплоизоляции. Изобретение позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды и повысить экономичность получения электроэнергии. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области энергетики, в частности к системам получения электроэнергии, может быть использовано в качестве резервного источника энергии.
Газотурбинный способ получения электроэнергии известен: (см. Политехнический словарь, издательство "Советская энциклопедия", М. 1976, с. 101). Известный способ заключается в том, что воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру сгорания, куда вводят природный газ в качестве энергоносителя, образовавшуюся смесь продуктов сгорания пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором. Недостатком данного способа является большой выброс продуктов сгорания в атмосферу. Известен газотурбинный способ превращения теплоты в электроэнергию, при котором воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия (сгорания), туда же вводят энергоноситель (природный газ или жидкое топливо), образовавшуюся смесь сгоревших газов и воздуха пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором, а затем выбрасывают отработанную смесь в атмосферу (см. Теплотехника, Учебник для вузов, М. Энергоиздат, 1982, с. 197, прототип). Недостатком прототипа является загрязнение атмосферы отработанными газами. Данное изобретение устраняет недостатки аналога и прототипа за счет замены нефти, газа или угля на воду. Техническим результатом изобретения является устранение загрязнения атмосферы и высокая экономичность. Технический результат достигается тем, что в газотурбинном способе получения электроэнергии, при котором воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия, туда же вводят энергоноситель, а образовавшуюся смесь продуктов взаимодействия пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором, на вход компрессора подают воздух с температурой в диапазоне от -10oC до -70oC, а в камеру взаимодействия вводят воду в виде мелкодисперсной аэрозоли с размером капель не более 0,2 мм. Сущность способа заключается в том, что распыленная вода из естественных водоемов (которая в глубине водоемов даже в самые сильные морозы имеет температуру не ниже +4oC) в виде мелкодисперсной аэрозоли переходит из жидкого состояния в лед (снег). Распыленная вода, замерзая, выделяет теплоту фазового перехода вода-лед и нагревает воздух от внешней температуры (-10oC - 70oC) до нуля градусов. Воздух, который первоначально имел более низкую температуру, расширяется, турбина совершает работу, вращая генератор. В качестве выбросов образуются безвредная смесь воздуха, снега и ледяной пыли. Использование водной аэрозоли размером более 0,2 мм проблематично, т.к. вода не успевает совершить фазовый переход, что приведет к обледенению как камеры взаимодействия, так и турбины. Данное изобретение найдет широкое применение в ряде регионов России не только как резервный источник электроэнергии, но и как основной, т.к. Россия является одной из самых холодных стран мира. На фиг.1 в качестве иллюстрации приведена карта распределения температуры в различных регионах России ( см. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника, Справочник, М., Энергоиздат, 1983, с. 315). Широко известны из тех же источников информации и газотурбинные электростанции. Аналог и прототип имеют одинаковые структурные схемы. Они содержат компрессор с приводом, турбину с электрогенератором, камеру взаимодействия энергоносителя с воздухом, входной и выходной тракты, выполненные в виде труб. При этом и аналог и прототип имеют общие недостатки: в зимнее время, особенно в сильные морозы, когда энергопотребление возрастает, увеличивается расход дорогостоящего топлива, увеличивается загрязнение атмосферы отработанными газами. Данное изобретение устраняет указанные недостатки. Техническим результатом изобретения является полное устранение загрязнения атмосферы и повышение экономичности при получении электроэнергии. Разработана универсальная малогабаритная газотурбинная электростанция, которая может быть использована как резервная для зимних условий, как стационарная в холодных регионах, как подводная, наземная, подземная и передвижная. Технический результат достигается тем, что газотурбинной электростанции, содержащей компрессор с приводом, турбину с электрогенератором, камеру взаимодействия энергоносителя с воздухом, входной и выходной тракты, выполненные в виде труб, в камере взаимодействия расположено устройство для распыления воды в мелкодисперсную аэрозоль, это устройство снабжено системой подачи воды. При выполнении электростанции погружного типа, расположенной либо на дне реки, либо под землей, она снабжена системой герметизации и теплоизоляции. Сущность изобретения поясняется на фиг. 2. На фиг. 2 приведена в разрезе газотурбинная электростанция в случае стационарного использования на дне реки. На дне реки под ее ледяным покровом размещена камера взаимодействия в виде трубы 1. Внутри трубы размещены компрессор 2 с приводом 3 и турбина 4, к которой присоединен электрогенератор 5. К входному фланцу трубы 6 присоединена труба 7 для забора воздуха из атмосферы, а к выходному фланцу 8 присоединена выхлопная труба 9. Между компрессором и турбиной размещены форсунки 10, снабженные устройством для распыления воды в мелкодисперсную аэрозоль. Устройство работает следующим образом. После включения привода 3, компрессор 2 засасывает по трубопроводу 7 наружный холодный воздух (при температуре от -10oC до -70oC). Одновременно в камеру взаимодействия 1 через форсунки 10 впрыскивается водяная пыль, которая остывает и замерзает за время, пока смесь воды и воздуха проходит камеру взаимодействия 1, отдавая теплоту холодному воздуху. В результате температура воздуха в камере взаимодействия 1 повышается до нуля градусов. При нагреве воздух расширяется изобарически и, проходя турбину 4, совершает полезную работу и выбрасывается наружу по выхлопной трубе 9. Около 95% теплоты выделяется при переходе воды в лед, этот переход происходит при температуре 0oC. Выше этого значения температура в камере практически не поднимается. Приведем данные газотурбинной установки с мощностью 100 кВт для района Якутска для случая, когда температура -50oC, степень сжатия 1,4, полезная работа А = 2,5 кДж/(кг![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Формула изобретения
1. Газотурбинный способ получения электроэнергии, при котором воздух из атмосферы с помощью компрессора подают в камеру взаимодействия, туда же вводят энергоноситель, а образовавшуюся смесь продуктов взаимодействия пропускают через турбину, соединенную с электрогенератором, отличающийся тем, что на вход компрессора подают воздух с температурой от -10 до -70oС, а в камеру взаимодействия вводят воду в виде мелкодисперсной аэрозоли с размером капель не более 0,2 мм. 2. Газотурбинная электростанция, содержащая компрессор с приводом, турбину с электрогенератором, камеру взаимодействия энергоносителя с воздухом, входной и выходной тракты, выполненные в виде труб, отличающаяся тем, что в камере взаимодействия расположено устройство для распыления воды в мелкодисперсную аэрозоль, снабженное системой подачи воды. 3. Электростанция по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена системой герметизации и/или теплоизоляции.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2