Структурная схемы устройств преобразования тепловой энергии в электрическую. (Лекции 3)

населения – система трехфазного переменного тока. Объясняется это тем, что переход от трех- к однофазной схеме электропитания осуществляется достаточно просто и не требует установки дополнительного оборудования.
На производстве же преимущественно распространена система трехфазного питания. Объясняется это прежде всего тем, что трехфазные машины переменного тока по сравнению с одно– и другими многофазными машинами отличаются оптимальным соотношением выходных характеристик и стоимости изготовления.
Вместе с тем, необходимо отметить и тот факт, что существуют производственные про-цессы, в которых возможно применение только постоянного тока. Кроме того, передача элек-троэнергии на постоянном токе осуществляется на гораздо большие расстояния, чем на пе-ременном и с меньшим ущербом для окружающей среды.
2. Структурная схема преобразования тепловой энергии в электрическую приводилась вы-ше (см. рис.1).
В качестве источника первичной энергии могут выступать различные ве-щества. В частности на ТЭС, ГеоТЭС и др. таким веществом является вода, в других уста-новках – легкокипящие жидкости, газы.
В качестве преобразователя энергии выступает турбина, а источником электрической энергии является, как правило, трехфазный генератор пере-менного тока.
На рис. 4 приведена структурная схема геотермальной тепловой электростанции.

Принцип работы установки заключается в следующем. Поступающая по трубопроводам
из продуктивной скважины в сепаратор первой ступени пароводяная смесь разделяется на
жидкую и газообразную фракции, первая из которых направляется в скважину закачки, а
вторая – в сепаратор второй ступени, где производится ее доводка до необходимой конди-ции. Из сепаратора пар подается в турбогенератор, где и происходит преобразование его ки-нетической энергии в энергию вращения вала турбогенератора. Турбогенератор вращает вал ротора трехфазного генератора переменного тока, вырабатывающего электроэнергию. Для защиты установки от чрезмерно повышенного давления пароводяной смеси, поступаю-щей из скважины, на входе установки установлено предохранительное устройство с шумо-глушителем.

На рис. 5 приведена структурная схема парокомпрессионного теплового насоса с газотур-бинной установкой.

Установка включает в себя три контура: приводной (силовой) контур, состоящий из ком-прессора К, сидящего на одном валу с турбиной Т и компрессором контура отбора теплоты и камеры сгорания КС, в которой сжигается газ; контур отбора теплоты (ПНТ), в который вхо-дит компрессор, конденсатор, дроссель и испаритель; контур подогрева сетевой воды, вклю-чающий в себя котёл-утилизатор и конденсатор.
Принцип работы установки заключается в следующем. Поступающий в испаритель кон-тура отбора теплоты источник низкопотенциальной теплоты отдаёт часть своей энергии, превращая низкокипящее рабочее тело в пар. Последнее сжимается в компрессоре, за счёт чего повышается эго энергия, и поступает в конденсатор. В конденсаторе в процессе тепло-обмена происходит подогрев поступающей от потребителя воды и охлаждение рабочего те-ла, переходящего в жидкую фракцию. Из конденсатора через дроссель рабочее тело вновь поступает в испаритель. Для приведения вала компрессора ПНТ во вращение используется газотурбинная установка приводного контура, вращение вала, которой осуществляется посредством полученных в камере сгорания газов, подаваемых на лопатки турбины. Отработавшие в турбине нагретые газы выбрасываются в атмосферу через котел-утилизатор, где они охлаждаются, отдавая теплоту подогреваемой воде. Таким образом, сетевая вода с температурой 60оС, проходя через два теплообменника нагревается до температуры 90оС.
Структурная схема ресорбционно-компрессионного теплового обменника приведена на рис. 6. Принцип работы установки заключается в следующем. Отработавшие в паровом котле газы выбрасываются в атмосферу через контактный теплообменник, где их температура падает с 50 до 25оС за счет подогрева рабочего тела, циркулирующего в контуре контактный теплообменник – дегазатор. Из дегазатора рабочее тело попадает в компрессор, где проис-

дит его сжатие и повышение температуры. В ресорбере вследствие теплообмена происходит повышение температуры поступившей от потребителя воды с 50...60оС до 80…105оС за счёт охлаждения рабочего тела. Подогретая до такой температуры вода вновь поступает в котел, а после нагревания – в потребитель. Охлажденное же в ресорбере рабочее тело поступает в теплообменник, где его температура понижается до необходимой величины, а далее нагне-тается насосом в дегазатор. В нетрадиционной возобновляемой энергетике используется также энергетический потен-циал, определяемый разницей температур между нижними и верхними слоями воды водоё-мов или нижними слоями воды и наружным воздухом. Естественные перепады температур в природе присутствуют практически везде и бывают весьма значительными: в океанах пере-пад температуры в нижних и верхних слоях достигает 15…20оС, в горных реках – 25…30оС, между подледной водой и воздухом в зимнее время года – 20…40оС.
Установки, работающие на перепаде температур, могут использовать замкнутый и разомк-нутый циклы. В установках с замкнутым циклом (Ренкина) легкокипящая жидкость типа фре-она, аммиака отработав в парообразном состоянии в турбине, направляется в конденсатор, охлаждаемый наружным воздухом, а оттуда – в парогенератор.
В установках с разомкнутым циклом теплая вода поверхностного слоя океана вскипает в испарителе с низким давлением, затем направляется в турбину, после чего – в конденсатор.
Схема установки для получения электроэнергии за счет перепада температур между про-точной водой подо льдом и наружным холодным воздухом приведена на рис. 7. Принцип работы установки заключается в следующем. Протекающая подо льдом вода на-гревает парогенератор 1, рабочее тело в котором переходит из жидкого в газообразное со-стояние и направляется на лопатки турбины 2, приводящей во вращение вал генератора пе-

Рис. 7. Установка для получения элект-роэнергии за счет перепада температур между проточной водой подо льдом и наружным холодным воздухом
1 – парогенератор (котёл), 2 – турбина, 3 – генератор, 4 – циркуляционный насос, 5 – конденсатор, 6 - вентилятор
ременного тока 3. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор 5, где переходит в жидкую фракцию и насосом 4 нагнетается опять в парогенератор. Для повышения эффективности работы конденсатора посредством вентилятора 6 производится его охлаждение атмосферным воз-духом. В номинальном режиме КПД установки состав-ляет 7%.
Для создания автономных источников энерго-снабжения, обеспечивающих совместную генера-цию электрической и тепловой энергии в отдален-ных малонаселенных пунктах, могут быть исполь-зованы маломощные ТЭС на базе теплового дви-гателя Стирлинга с внешним подводом тепла (см. рис. 8). Такой двигатель состоит из винтового мас-лонаполненного компрессора и винтовой масло-наполненной турбины, вал которой соединен с ва-лами компрессора и генератора. Основным рабо-чим телом является газ. Масло, частично заполняющее проточную часть винтового компрессора, играет роль смазывающе-го, гидравлически уплотняющего и отводящего вы-деляющуюся в процессе сжатия рабочего тела те-