Щеклеин Сергей Евгеньевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Атомные станции и возобновляемые источники энергии».
Екатеринбург
Sergey E. Shcheklein - Doctor of technical science, professor, Urals Federal University, head of Atomic Stations and Renewable Energy Sources Department.
Yekaterinburg
Дубинин Алексей Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетики и Теплотехники».
Екатеринбург
Alexey M. Dubinin - Doctor of Technical Sciences, Professor at the Department of Nuclear Stations and Renewable Energy Sources of the Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin.
Yekaterinburg
Широкое распространение в нашей стране дизель-электрических генераторов, обусловлено необходимостью резервирования ответственных потребителей энергии и частных домовладений, в случаях потери централизованного энергоснабжения. Большая территория страны, освоение дальневосточных и арктических территорий также приводит к необходимости использования дизель-электрических генераторов и организации поставок больших объёмов дизельного топлива в эти удаленные регионы. В отличие от стационарных ТЭС такие автономные электростанции практически не имеют систем очистки продуктов сгорания, имеют низкие КПД, высокие удельные расходы топлива, высокую себестоимость производства энергии, имеют ограниченный моторный ресурс и нуждаются в постоянном техническом обслуживании.
В тоже время, современный уровень развития прямых методов преобразования химической энергии топлива в электрический ток на основе электрохимических генераторов, позволяет создать автономную электростанцию, работающую на традиционных видах топлива, лишённую указанных недостатков. В данной статье рассмотрена инновационная технология комбинированного производства электрической и тепловой энергии с использованием предварительной конверсии дизельного топлива в синтез газ, с последующей подачей его на высокотемпературный электрохимический генератор. Разработана схема полного технологического цикла установки - включая воздушную конверсию дизельного топлива в синтез газ и дальнейшего использования его в ТОТЭ и котле - утилизаторе.
Методами физико-химического моделирование и составления энергетических балансов горелки, батареи ЭХГ и котла - утилизатора определены основные энергетические характеристики установки: электрический КПД батареи ТОТЭ, химический КПД горелки, температура в аноде ТОТЭ, ЭДС планарного элемента, доля водорода, окисленного в аноде ТОТЭ, удельные расходы дизельного топлива на производство электрической и тепловой энергии.
Показано, что удельный расход дизтоплива на производство электрической энергии 114 гр/кВт∙ч (162 гр.у.т./кВт∙ч), а тепловой 31,7 кг/ГДж (45,1 кг у.т./ ГДж, 189 кг у.т./ Гкал). Удельные расходы топлива соответствуют хорошей ТЭЦ и более чем в 3 раза ниже современных дизель-электрических станций равной мощности.
The wide spread of diesel-electric generators in our country is due to the need to reserve responsible energy consumers and private households, in cases of loss of centralized energy supply. The large territory of the country, the development of the Far Eastern and Arctic territories also leads to the need to use diesel-electric generators and organize the supply of large volumes of diesel fuel to these remote regions.
Unlike stationary thermal power plants, such autonomous power plants have practically no combustion product cleaning systems, have low efficiency, high specific fuel consumption, high cost of energy production, have a limited motor resource and need constant maintenance.
At the same time, the current level of development of direct methods of converting the chemical energy of fuel into an electric current based on electrochemical generators makes it possible to create an autonomous power plant operating on traditional fuels, devoid of these shortcomings.
This article considers an innovative technology of combined production of electric and thermal energy using the preliminary conversion of diesel fuel into gas synthesis, followed by its supply to a high-temperature electrochemical generator. A scheme of the full technological cycle of the installation, including the air conversion of diesel fuel into synthesis gas and its further use in SOFC and waste heat boiler, has been developed. On the basis of heat balances of the burner, ECG and waste-heat boiler-utilizer, electrical efficiency of the solid oxide fuel cells’ (SOFC) battery, chemical efficiency of the burner, the temperature at the SOFC anode, the EMF of the planar cell, a portion of hydrogen oxidized at the SOFC anode, specific consumption of diesel fuel for the production of electrical and heat power were calculated. Specific consumption of diesel fuel for the production of electrical and heat power was found to be equal to 114 g/kWh (162 g r.f./kW·h) and 31.7 kg/GJ (45.1 kg r.f./GJ, 189 kg r.f./ Gcal), respectively. Specific consumption of diesel fuel corresponds to a high-efficient heat power-station and more than 3 times lower than in modern diesel generators of equal power.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.