Насосы в отрасли возобновляемых источников энергетики

 По всему миру, страны взяли на себя обязательство значительно увеличить свою долю в производстве электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников к 2020 году. Для достижения ожидаемого спроса чистой электроэнергии будут использоваться несколько возобновляемых источников энергии. Большинство сценариев говорит о заметном росте электроэнергии, произведенной из энергии ветра, солнца, биомассы и геотермальных источников. Из них, солнечная энергия обладает самым высоким теоретическим потенциалом, потому что солнце обеспечивает Землю таким количеством энергии каждый час, которую человеческая цивилизация использует за год.

 

Преобразование солнечной энергии в электричество требует высокого уровня технологических знаний и опыта. Системы фотоэлектрических элементов и системы концентрированной солнечной энергии (СКП) являются наиболее распространенными технологиями, коммерчески используемые для выработки солнечной электроэнергии. Фотоэлектрические панели непосредственно преобразовывают солнечный свет в электричество, в то время как системы СКП концентрируют солнечный свет для нагрева рабочей жидкости, которая запускает работу паровой турбины для производства электроэнергии.

 

Это быстро усиливающийся тип технологии производства солнечной энергии, которому необходимы устойчивые прямые солнечные лучи,  в основном используется в крупных, централизованных установках в коммунальных нуждах. На заводах СКП насосы используются для циркуляции и накапливания рабочей жидкости на солнечном «острове». В энергетическом плане, насосы используются для конденсации  извлечений, циркуляции подаваемой и охлаждаемой воды.

 

 

Наиболее широко используемые СКП технологии являются параболоцилиндрической системой, в которой длинные, желобообразные зеркала концентрируют солнечный свет на термически подготовленный приемник из трубок, расположенных вдоль фокальной линии желоба. Первые в США заводы с параболоцилиндрическими системами были введены в эксплуатацию в пустыне Мохаве. Эти трубы заполняются теплопередающей жидкостью, такой как термальное масло, которое нагревается от 285 до 310°С. Горизонтальные одноступенчатые насосы используются для циркуляции этой жидкости через теплообменники для получения сильно нагретого пара. Пар преобразуется в электрическую энергию в обычном генераторе паровой турбины или вырабатывает часть объединенного пара с газом цикла турбины. Конструкция уплотнения вала насоса этой системы обладает основополагающим значением для обеспечения надежной работы и во избежание утечек опасного и легковоспламеняющегося термального масла.

 

 

Центрально-приемные технологии позволяют работать с более высокими температурами и достигнуть более высокой эффективности, чем заводы с параболоцилиндрическими системами. Кольцевые массивы гелиостатов концентрируют солнечный свет на антенных тепловых приемниках, содержащие теплопередающие среды, которые преобразуют солнечную энергию в тепловую для генерации сильно нагретого пара. Этот пар преобразуется в электрическую энергию через обычные паровые турбины. Теплопередающей средой может быть как вода/пар, так и расплавленные соли. Системы с центральной вышкой концентрируют тепло при более высоких температурах по сравнению с другими системами СКП, улучшая их эффективность преобразования. Рабочая температура в этой системе находится в диапазоне от 500°C до 600°C, генерируя сверхкритический пар, который оптимизирует эффективность теплового цикла.

 

 

 

СКП генерирует энергию под прямыми солнечными лучами, но процесс передачи тепла с теплоаккумуляцией, встроенный в систему СКП, обеспечивает производство электроэнергии в ночное время или в течение длительного периода времени при наличии облаков.

 

Большинство заводов СКП дополнительно оснащено системой парогенерации, работающей на природном газе. Таким образом, завод может обеспечить базовой электроэнергией в любое время, обеспечивая высокую коммерческую ценность владельцу завода. Кроме того, накопители тепловой энергии позволяют СКП предприятиям удовлетворять базовый спрос без использования резервных видов топлива. Расплавленные соли все чаще используются сегодня на заводах СКП для аккумулирования тепла или в качестве первичных теплоносителей из-за их высокой удельной теплоемкости.

 

В случае если тепловой резервуар, использующий расплавленные соли, внедрен в систему СКП  предприятия, электричество может генерироваться и после захода солнца, увеличивая сроки работы от шести до восьми часов.

 

В элементах центральной вышки с теплоаккумулирующими расплавленными солями, жидкость может достигать температуры до 570 градусов, а на заводах с параболоцилиндрическими системами с накапливающими тепло расплавленными солями температура около 400 градусов. Разработка насосов для высоких температур требует обширного координирования между материалами, технологией завода и проектированием. Вертикальные насосы, устанавливаемые в емкостях, являются предпочтительными для упрощения работы системы расплавленных солей. Так устраняется необходимость в насосных колодцах, запорной арматуре, уровневых приборах и соответствующих обогревателях. Также уменьшаются потери тепла, что позволяет системе парогенератора сливать все непосредственно в баки.

 

Один из насосов для циркуляции расплавленных солей в параболоцилиндрической системе оснащен гидравликой. Это вертикальный диагональный гидравлический насос с высокой производительностью и от среднего к высокому напором. В нем уравновешены высокая эффективность, низкое погружение и допускаемый кавитационный запас (NPSH). Насос, используемый для холодной и горячей циркуляции, дренажа, для плавления солей, достигает максимального давления в 16 бар и может работать вплоть до максимальной температуры в 400 ° С

 

Геотермальное тепло образуется от консолидации Земли из пыли и газа вот уже на протяжении более четырех миллиардов лет. Тепло от ядра Земли непрерывно течет наружу и ведет к окружению слоем породы-мантии. Если температура и давление станет достаточно высоким, мантия расплавится, и горные породы превратятся в магму и медленно двинутся вверх к земной коре, неся тепло снизу. Геотермальные технологии используют энергию, хранящуюся в горных породах и в поглощенных парах или жидкостях, таких как вода или соляной раствор. Эта энергия может быть использована для выработки электроэнергии и подачи тепла.

 

Для производства электроэнергии обычно используются геотермальные ресурсы температурой выше 100С. Скважины, пробуренные в геотермальные резервуары, выводят эти ресурсы на поверхность, производя электричество на геотермальных электростанциях. Несколько заводов на геотермальных технологиях существуют уже сегодня, и общей мировой геотермальной установленной мощностью является объем в ~ 10,7 гигаватт в час, как результат 67,2 тераватт в час производится в год. Геотермальные типы заводов включают в себя паровые, в которой сильно нагретый пар под давлением очень быстро поднимается к поверхности и проходит через паровую турбину для выработки электроэнергии.

 

В геотермальных электростанциях на парогидротермах, заводах с двоичным циклом или комбинированным парогидротермальным/двоичным циклом, часть геотермальной жидкости, которая превращается в пар при пониженном давлении, в первую очередь преобразуется в электричество в паровой турбине противодавления. Пар низкого давления, выходящий из противодавления турбины, конденсируется в двойной системе. Новые технологии, такие как усовершенствованные геотермальные системы (УГС), разрабатываются в Австралии и США.

 

Увеличение доли производства электроэнергии из возобновляемых источников непредсказуемо изменит способ эксплуатации электрических сетей. С глобальной целью в 20 процентов возобновляемой энергии в общем производстве электричества к 2020 году, большая доля не диспетчеризуемых и сильно скачкообразных образований приведет к необходимости накопителя большой вместимости. Некоторые технологии, такие как хранение энергии сжатого воздуха (ЧАЭС), батареи кластеров электромобилей, получение водорода электролизом и технологии гидроаккумулирующей электростанции, вероятно, внесут свой вклад в решение задачи будущих потребностей накопления энергии. В электросети с высокой долей ветровой и солнечной энергии, вырабатываемая энергия может временно превысить текущий спрос, в результате получаем мощность из электросети для стабилизации частоты.

 

 

Гидроаккумулирующие электростанции, перемещая воду между резервуарами на различных высотах, обеспечивают наиболее эффективное средство накопления энергии для крупномасштабных электросетей. В периоды низкого электрического спроса, избыток генерирующих мощностей используется для перекачки воды в вышестоящий резервуар. Во время высокого спроса электроэнергии, вода идет обратно в нижний резервуар через турбину, которая улучшает ежедневный коэффициент мощности электрогенерирующей системы.

 

Малые, децентрализованные гидроаккумулирующие заводы, состоящие из центробежных насосов, используемых на обратном ходу, смогут обеспечить быструю реакцию, что делает их важным компонентом смешанной энергетической системы. Такие аккумулирующие заводы будут иметь установленную мощность ниже, чем на обычных ГАЭС. Тем не менее, некоторые из этих агрегатов, балансирующих количество энергии на ветре и солнечной энергии, обеспечат оптимальное использование возобновляемой энергией.

 

 

Эти новые ГАЭС будут использовать избыток возобновляемой энергии возможно без необходимости значительного увеличения пропускной способности электросети. Это гарантирует, что возобновляемая энергия, выходная мощность которой не может управляться операторами сети, будет бесперебойной и передаваемой. Чтобы ограничить глобальное среднее повышение температуры до 2C, доля электроэнергии из возобновляемых источников будет значительно увеличиваться в ближайшие годы.

 

 

Материал подготовила Ирина Смородина для zenova.ru