Разработка мобильной энергоустановки на древесном топливе для автономного энергообеспечения объектов лесного комплекса

Актуальность автономного энергообеспечения объектов лесного комплекса обусловлена большими ресурсами древесины на удаленных от сетей централизованного электроснабжения и газоснабжения территориях. Целью работы является повышение эффективности автономного энергообеспечения объектов лесного комплекса путем разработки и оптимизации миниэлектростанций на древесном топливе. При решении поставленных задач применены методы численного моделирования технических систем с использованием среды динамического моделирования SimInTech. Выполнен анализ результатов серии имитационных экспериментов функционирования технологической схемы мини-электростанции. В статье предложена имитационная модель автономной энергоустановки на древесном топливе, выполненная в программе SimInTech с применением инструментов модуля «Теплогидравлика». Представлены результаты численного моделирования работы мини-электростанции электрической мощностью 3,8 МВт, на базе газовой турбины открытого цикла, турбины органического цикла Ренкина и термохимической газификации древесного топлива. Получены результаты численного моделирования в виде основных номинальных режимных параметров мини-электростанции. Определены давления, температуры и массовые расходы потоков рабочих тел циклов энергоустановки и теплоносителей. Определены механические мощности: компрессора и турбины газотурбинной установки, вентилятора системы конденсации органического рабочего тела, турбины цикла Ренкина на фреоне R113 и насоса подачи фреона в испаритель при заданном режиме работы мини-электростанции. Предложенная модель позволяет исследовать режимы работы энергоустановки, при переменных параметрах древесного топлива и окружающей среды, подбирать оптимальные конструктивные и режимные параметры компонентов миниэлектростанции. В частности, были определены оптимальные значения расхода охлаждающего конденсатор органического рабочего тела воздуха по условию максимизации КПД нетто электростанции. Полученные результаты способствуют дальнейшей технологической и конструктивной проработке энергоустановок, могут быть использованы для обоснования эффективности и реализуемости проектов автономного энергообеспечения промышленных объектов.

1. Анисимов П.Н., Медяков А.А. Разработка и численное моделирование энергоустановки с газовой турбиной открытого цикла и паровой турбиной с органическим рабочим телом // Энергосбережение и водоподготовка. 2022. № 6(140). С. 42–46.

2. Беляев С.В., Левина М. О роли биомассы в повышении топливноэнергетического потенциала регионов // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 4. С. 25–36. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4882

3. Глуховский В.М., Ильин А.М., Каляшов В.А. Автономное энергоснабжение лесоперерабатывающих предприятий // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2009. № 188. С. 172–179.

4. Жуйков А.В., Матюшенко А.И. Способы получения и практического применения синтез-газа (обзор) // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2020. Т. 13. № 4. С. 383–405.

5. Кольниченко Г.И., Лавриченко В.А., Тарлаков Я.В., Сиротов А.В. Использование топливной древесины в условиях распределенной энергетики // Лесной вестник. 2020. Т. 24. № 2. С. 74–80. DOI: 10.18698/2542-1468-2020-2-74-80

6. Куницкая О.А., Помигуев А.В., Калита Е.Г., Швецова В.В., Тихонов Е.А. Анализ газогенерирующих систем для автономного энергоснабжения лесных терминалов // Resources and Technology. 2021. Т. 18. № 3. С. 53–76.

7. Медведев С.О., Мохирев А.П. Отдельные аспекты развития транспортной инфраструктуры в лесной отрасли // Актуальные вопросы строительства: взгляд в будущее: сб. науч. ст. по матер. Всерос. научно-практич. конф., посвящ. 40-летию создания Инженерно-строительного института. Красноярск, 2022. С. 46–49.

8. Митрофанов А.В. Разработка модели термического разложения доломита в кипящем слое для обеспечения сорбционных систем газогенераторных установок // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2017. № 4. С. 56–61.

9. Мохов С.П., Арико С.Е., Кононович Д.А., Протас П.А. Методика оценки эффективности применения комплекса машин для сбора и транспортировки лесосечных отходов // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2020. № 231. С. 76–90. DOI: 10.21266/2079-4304.2020.231.76-90

10. Онучин Е.М., Анисимов П.Н. Математическая модель функционирования измельчающе-транспортной машины для производства топливной щепы на лесосеке с энергообеспечением от газогенераторного двигателя Стирлинга // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2017. № 221. С. 258–270. DOI: 10.21266/2079-4304.2017.221.258-270

11. Петухов В.Н. Отечественная среда динамического моделирования SimInTech – это очень просто. Конечные автоматы в среде динамического моделирования SimInTech // Автоматизация и IT в энергетике. 2018. № 1 (102). С. 4–13.

12. Помигуев А., Бурмистрова Д., Куницкая О. Автономное энергоснабжение лесных терминалов // ЛесПромИнформ. 2022. № 3 (165). С. 112–122.

13. Птичников А.В., Шварц Е.А. Современная климатическая повестка: какие изменения актуальны в лесном хозяйстве России? // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2023. Вып. 242. С. 129–142. DOI: 10.21266/2079-4304.2023.242.129-142

14. Boyaghchi F.A. Chavoshi M., Sabeti V. Multi-generation system incorporated with PEM electrolyzer and dual ORC based on biomass gasification waste heat recovery: Exergetic, economic and environmental impact optimizations // Energy. 2018. Vol. 145. P. 38–51. DOI: 10.1016/j.energy.2017.12.118

15. Feron P., Cousins A., Jiang K., Zhai R., Shwe Hla S., Thiruvenkatachari R., Burnard K. Towards Zero Emissions from Fossil Fuel Power Stations // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2019. Vol. 87. P 188–202. ISSN 1750-5836, https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2019.05.018.