Возможности применения термоэлектрических генераторов для повышения энергетической эффективности цементной промышленности Узбекистана

Оценен объем бросового тепла цементных заводов Узбекистана и выяснено, что он составляет более 6,8 млрд. кВт∙час в год.

Изучены способы и устройства для преобразования бросового тепла в электричество на цементных заводах, их достоинства и недостатки. Выяснено, что для этих целей наиболее подходящими являются термоэлектрический генератор (ТЭГ). Показано, что существующими способами (установки ОЦР, ТЭГ с КПД около 20 %) из бросового тепла цементных заводов можно получить до 1,47 млрд. кВт∙час электроэнергии в год, удовлетворяя потребность этих заводов в электроэнергии, экономя топливо и снижая энергетическое загрязнение окружающей среды.

Достигнутые в новых материалах значения безразмерной термоэлектрической добротности ZT = 3,6 и 5-6 показывают, что ТЭГ уже становится не только конкурентоспособным против традиционных электромеханических устройств, но и может превзойти их в долговечности, снижении объема технического обслуживания и ремонта, дешево и эффективно преобразуя бросовое тепло, экономя топливо и содействуя улучшению экологии.

Изучен состав минералов Узбекистана в качестве сырья для дешевых, безопасных и достаточно эффективных термоэлектрических материалов. Установлено, что имеется ряд месторождений минералов, перспективных для этих целей, но их термоэлектрические свойства не исследованы.

1. Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017—2021 годах. Приложение № 1 к Указу Президента Республики Узбекистан от 07.02.2017 г. №УП- 4947 // Все законодательство Узбекистана [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://nrm.uz/contentf?doc=491559.

2. Стратегия по переходу Республики Узбекистан на "зеленую" экономику на период 2019-2030 годов. Приложение N 1 к Постановлению Президента РУз от 04.10.2019 г. №ПП-4477 // Все законодательство Узбекистана. [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://nrm.uz/contentf?doc=602063.

3. Агентство по привлечению иностранных инвестиций при Министерстве инвестиций и внешней торговли Республики Узбекистан [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://invest.gov.uz/ru/investor/stroitelstvo/.

4. Беседин П. В. Энерготехнологический анализ процессов в технологии цементного клинкера / П. В. Беседин, П. А. Трубаев; Под общ. ред. П. В. Беседина. Белгород: Изд-во БелГТАСМ: БИЭИ, 2005. - 456 с.

5. International Finance Corporation. Institute for Industrial Productivity, Waste Heat Recovery for the Cement Sector: Market and Supplier Analysis. World Bank Group, 2014. pp. - 81.

6. Manual on Waste Heat Recovery in Indian Cement Industry As As part of World Class Energy Efficiency in Cement Industry part of World Class Energy Efficiency in Cement, Confederation of Indian Industry, CII Sohrabji Godrej Green Business Centre, 2009. pp. - 62.

7. Waste Heat Recovery in Turkish Cement Industry: Review of Existing Installations and Assessment of Remaining Potential, International Finance Corporation, 2018. pp. - 59.

8. Aboelwafa O., Ahmed T.S., Soliman A.F., Ismail I.M., Power Generation Using Waste Heat Recovery by Organic Rankine Cycle and Steam Rankine Cycle in Cement Industry, in: 1st Int. Conf. New Trends Sustain. Energy, Alexandria - Egypt, 2016. https://www.researchgate.net/publication/308953250.

9. Компания «Малая и Альтернативная энергетика» (Turboden) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://maenerg.ru/turboden.html.

10. Turboden clean energy ahead [Электронный ресурс]. Режим доступа: - https://www.turboden.com/products/2463/orc-system.

11. Junior E.P.B., Arrieta M.D.P., Arrieta F.R.P., C.H.F. Silva, Assessment of a Kalina cycle for waste heat recovery in the cement industry, Applied Thermal Engineering. 147(2019), pp. 421-437.

12. Mirolli M.D. The Kalina cycle for cement kiln waste heat recovery power plants. Cement Industry Technical Conference. Conference record, IEEE, 2005, May 15-20. pp. 330- 336.

13. Goldsmid H. J. Introduction to Thermoelectricity/ Goldsmid H. J. - Springer, Heidelberg, London, New York, 2010. - 242.

14. Abdurakhmanov G., Zakhidov R.A., Vakhidova G.S., Mamatkulova S.A. On the criteria of efficiency of power supply to individual households using thermo- and photovoltaic converters. Applied Solar Energy 46, 2010. - No.3, pp. 165-168.

15. Yee S. K., LeBlanc S., Goodson K. E. and Dames C. $ per W metrics for thermoelectric power generation: beyond ZT. Energy and Environmental Science. 6, 2013. – pp. 2561-2571.

16. Caillat T., Borshchevsky A., Fleurial J. -P.. Development of High Effciency Thermoelectric Generators Using Advanced Materials. Proceedings of the 15th Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion, Mohamed S. El-Genk editor, AIP proceedings No. 420, Albuquerque, New Mexico, USA, 1998. - pp. 1647-1651.

17. Rowe D. M., “General Principles and Basic Considerations,” in Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano, edited by D. M. Rowe. CRC Press, Boca Raton. 2005. - pp. 1–14.

18. Ghodke S.et al. Distinctive Thermoelectric Properties of Supersaturated Si-Ge-P Compounds: Achieving Figure of Merit ZT> 3.6 [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1909/1909.12476.pdf.

19. Hinterleitner, B., Knapp, I., Poneder, M., Shi, Y., Müller, H., Eguchi, G., Eisenmenger-Sittner, C., StögerPollach, M., Kakefuda, Y., Kawamoto, N., Guo, Q., Baba, T., Mori, T., Ullah, S., Chen, X.-Q., Bauer, E.: Thermoelectric performance of a metastable thin-film Heusler alloy. Nature 576, 2019. - pp. 85–90.

20. Narducci Dario. Do we really need high thermoelectric figures of merit? A critical appraisal to the power conversion efficiency of thermoelectric materials. Applied Physics Letters, 99(10):10–13, 2011. ISSN 00036951. doi: 10.1063/1.3634018.

21. Иорданишвили Е. К. Введение в термоэлектричество. Термоэлектрические эффекты. В: Термоэлектрическое охлаждение. Под ред. Булата Л. П. С.-Пб., СПбГУНиПТ, 2002. – C. 9-38.

22. Bednorz J. G., Müller K. A. Possible high Tc superconductivity in the Ba−La−Cu−O system. Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 64 (2), 1986. - pp. 189–193.

23. Terasaki, I., Sasago, Y. & Uchinokura, K. Large thermoelectric power in NaCo2O4 single crystals. Physical Review B 56, 1997. - R12685–R12687.

24. Koshibae, W., Tsutsui, K. & Maekawa, S. Thermopower in cobalt oxides. Physical Review B 62, 2000. - pp. 6869–6872.

25. G.A. Slack, “New Materials and Performance Limits for Thermoelectric Cooling” in CRC Handbook of Thermoelectrics. edited by D.M. Rowe, CRC Press, Boca Raton, 1995. - pp. 407–440.

26. Nonews [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://nonews.co/directory/lists/countries/electricpower-consumption.