Ученые ТПУ создали геотермальную станцию, работающую при 60°C вместо обычных 100°C

Энергия из недр в условиях холода

Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) провели первое всестороннее исследование работы геотермальной электростанции (ГеоЭС), предназначенной для функционирования при низких температурах. В ходе этой научной работы учёные выявили методы оптимизации конструкции станции для конкретных геотермальных источников, что позволит достичь более эффективного производства электроэнергии. Информация об этом была предоставлена пресс-службой Минобрнауки РФ и распространена ТАСС Наука.

Ранее инженеры ТПУ разработали опытный образец бинарной геотермальной тепловой электростанции. Её главное отличие заключается в способности работать при относительно невысоких температурах, начиная от 60 градусов Цельсия. Существующие аналогичные станции, как правило, требуют, чтобы температура теплоносителя была выше 100 градусов. Помимо этого, разработка томских инженеров работает по замкнутому циклу, что сокращает выбросы вредных веществ в атмосферу.

Для детального анализа всех аспектов функционирования станции исследователи ТПУ выполнили моделирование её работы:

Ученые ТПУ смоделировали работу бинарной ГеоЭС с воздушным охлаждением конденсатора в различных климатических условиях эксплуатации, период исследования - один календарный год. На основе анализа политехники разработали математическую модель, которая включает детальный тепловой расчет схемы геотермальной электростанции, поверочный расчет поверхностей охлаждения конденсатора с воздушным охлаждением и эффективность работы станции в зависимости от различных показателей (типа рабочего тела, массового расхода теплоносителя, температуры теплоносителя, параметров конденсации и других), - сказано в сообщении.

Результаты моделирования показали, что объём вырабатываемой электроэнергии может значительно колебаться. Эти изменения связаны с условиями конденсации, которые зависят от режима работы конденсатора с воздушным охлаждением. Было установлено, что температура окружающего воздуха является критически важным фактором для бинарных ГеоЭС, использующих именно этот тип конденсатора. Например, изучение суточных и годовых данных о чистой выходной мощности ГеоЭС, с учётом колебаний внешней температуры, показало, что в летние месяцы выработка энергии может снижаться примерно на 36% по сравнению с зимним периодом.

Станислав Янковский, руководитель проекта и доцент научно-образовательного центра И. Н. Бутакова Инженерной школы энергетики ТПУ, прокомментировал эти результаты:

Применение воздушного конденсатора в ГеоЭС на основе органического цикла Ренкина эффективно в климатических районах, где температура окружающего воздуха в теплый период года редко превышает 20 градусов. При этом сезонные изменения температуры действительно оказывают существенное влияние на мощность и абсолютный КПД бинарной ГеоЭС. Так, в течение календарного года колебания КПД могут составлять в среднем от 9,3% (за теплый период) до 14,7% (за холодный период), - пояснил Станислав Янковский.

По словам Янковского, собранная информация позволит усовершенствовать конструкцию и комплектацию оборудования станции. Это обеспечит более компактное размещение и максимально эффективное производство электроэнергии на любом конкретном геотермальном месторождении.

Это исследование является частью федеральной программы Министерства науки и высшего образования России "Приоритет-2030", которая в свою очередь входит в национальный проект "Молодежь и дети". Подробные итоги работы опубликованы в научном журнале Thermal Science and Engineering Progress (Q1, IF: 5.4).