• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
02.11.2023
Игорь Байдов
44
104 050

В США представили первую «суперкритическую» турбину — в десять раз меньше обычной

4.2

Новая турбина работает на углекислом газе вместо традиционного пара. За счет этого она получает больше энергии из того же объема топлива, а по размерам равна обычному офисному столу.

турбина STEP
Так выглядит турбина STEP, работающая на сверхкритическом углекислом газе / © Southwest Research Institute / Автор: Plinia Abito

Сегодня практически все угольные (36 процентов мировой электрогенерации) и атомные (10 процентов мировой генерации) электростанции используют паровые турбины. Из них же получают примерно 30 процентов электроэнергии на газовых ТЭС комбинированного цикла (20 процентов мировой генерации). В итоге около половины всего электричества на планете производят именно паровые установки, то есть устройства, где топливо сперва нагревает водяной пар под давлением, а затем он крутит турбину, попутно расширяясь и охлаждаясь. Вращение ротора турбины генерирует ток.

Сама эта технология появилась еще в XIX веке. Большой рост давления и температур позволил существенно поднять их КПД, но фундаментальные ограничения «века пара» никуда не делись.

Главный недостаток таких установок — они очень громоздкие: ротор имеет массу от трех до 150 тонн, а размах лопастей может достигать нескольких метров. Общая длина крупной паровой турбины доходит до десятков метров: иначе водяной пар не успеет отдать всю свою энергию.

Необходимость в настолько крупных установках резко увеличивает размер электростанций и их стоимость. Но даже при таких габаритах КПД паровых турбин трудно поднять выше 45 процентов. Причина в том, что нагревать пар до необходимых 550-560 градусов (и выше) технически очень непросто.

Инженеры давно ищут способы, с помощью которых можно было бы уменьшить размеры таких турбин и при этом сохранить или даже повысить исходные мощности. В качестве альтернативы рассматривают турбины на углекислом газе (CO2).

При температуре 31 градус и давлении 74 бара углекислый газ переходит в сверхкритическое состояние. В этом состоянии вещество расширяется, занимая весь предоставленный объем, подобно газу, но имеет высокую плотность, как у жидкости. Затем с помощью относительно небольших изменений температуры можно вызвать значительные изменения плотности вещества.

Принцип работы такой турбины достаточно прост: солнечная энергия нагревает соль, которая после используется для нагрева углекислого газа, изначально хранящегося в виде сухого льда. Этот перегретый СО2 превращается в сверхкритическую жидкость — она подается в турбину, и на выходе производится электроэнергия.

КПД турбины, работающей на сверхкритическом углекислом газе, — около 50 процентов, то есть из того же количества тепловой энергии она может получить на 10 процентов больше электричества, чем обычная паровая. Также они достаточно компактные. Турбина CO2 длиной в метр может выполнять тот же объем работы, что и паровая турбина длиной 20 метров.

Кроме того, установки на CO2 запускаются, включаются и выключаются гораздо быстрее, чем паровые. Прототипы турбин на углекислом газе показали, что при рабочей температуре около 700 градусов им требуется примерно две минуты, чтобы начать генерировать энергию, тогда как у паровых турбин на это уходит минимум полчаса.

До недавнего времени таких установок представлено не было. В 2016 году компания General Electric сообщила, что собирается построить первую турбину, но окончательный рабочий вариант не показала. Зато это сделали специалисты из Юго-Западного исследовательского института (США), компании GTI Energy и GE Vernova, а также Министерства энергетики США. В конце октября в городе Сан-Антонио (штат Техас) они представили совместный проект: открыли первую в мире турбину, работающую на углекислом газе, которая получила название Supercritical Transformational Electric Power (STEP).

Предприятие в Сан-Антонио
Предприятие в Сан-Антонио, где стоит турбина STEP / © Southwest Research Institute

Пока это пилотная версия, но разработчики заявили, что она «технически завершена». STEP имеет размер офисного стола и в 10 раз меньше обычной паровой турбины такой же мощности.

Мощность STEP составила 10 мегаватт, она обеспечит электроэнергией около 10 тысяч домов. Конечно, 10 мегаватт — лишь пилотный образец, а в дальнейшем на таком же принципе планируют строить намного более крупные устройства.

Учитывая, что именно паровые турбины сегодня дают половину всей мировой электроэнергии, полная их замена на сверхкритические потенциально может снизить потребление ископаемого и атомного топлива в паротурбинном цикле на одну десятую. Помимо этого, она может сделать АЭС, использующие только паровые турбины, заметно меньше и дешевле.

Инженеры планируют ввести STEP в эксплуатацию к 2024 году. До этого времени она будет проходить испытания на специальном заводе. Если установка окажется эффективной, ее можно будет внедрить в работу различных коммунальных служб, и начать вытеснять ею паровые турбины на электростанциях.

В любом случае представители Юго-Западного исследовательского института уверены, что их разработка изменит представление о производстве электроэнергии уже в ближайшее время.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 14:41
Елизавета Александрова

На новых изображениях сверхмассивной черной дыры в нашей Галактике ее ближайшие окрестности выглядят не так, как на опубликованном в 2022 году известном снимке.

Вчера, 14:05
Березин Александр

Когда в Штатах отодвинули фон Брауна — американская космонавтика испытала сильнейший упадок в считаные годы. Сходный быстрый упадок испытал советский космос после смерти Королева. Сегодня глава NASA хочет нанести удар по Маску. Можно ли спрогнозировать, насколько быстро американский космос в этом случае потеряет свои нынешние, безусловно доминирующие над Россией и Китаем позиции?

Вчера, 21:01
Татьяна

Триасовый период завершился 201 миллион лет назад одним из крупнейших массовых вымираний. По времени это совпало с началом раскола суперконтинента Пангея, масштабным излиянием базальтов и, как следствие, усилением парникового эффекта. Оставшуюся часть мезозойской эры на Земле царили динозавры, до того занимавшие подчиненное положение. Механизмы, связывающие все эти события, по сей день остаются предметом дебатов. В новом исследовании международный коллектив ученых пришел к выводу, что для сухопутных видов губительными стали резкие, скоротечные похолодания, а не глобальное потепление.

26 октября
Юлия Трепалина

Финансовое благополучие человека зависит от разных факторов. Новое крупное исследование на примере норвежских жителей показало, как изменения в структуре семьи и смена поколений сказываются на благосостоянии людей.

25 октября
МАИ

Инженерная компания из Дубая LEAP71 сообщила, что спроектированный нейронной сетью Noyron и напечатанный в 3D-формате из меди ракетный двигатель успешно прошел первые испытания на полигоне в Великобритании. Возможно ли это — рассказал эксперт МАИ, старший преподаватель кафедры «Космические системы и ракетостроение» Иван Рудой.

26 октября
Татьяна

В саге о норвежском конунге Сверрире есть эпизод о набеге на замок Сверресборг в Тронхейме в 1197 году. Нападавшие разграбили и сожгли все строения внутри, и видимо, чтобы отравить воду, сбросили в колодец мертвое тело, завалив его валунами. Останки несчастного обнаружили в 1938 году во время археологических раскопок. Сейчас генетики извлекли его ДНК и выяснили происхождение, косвенно подтвердив события, описанные более восьми столетий назад.

14 октября
Алиса Гаджиева

Полторы тысячи лет назад климат в Северном полушарии резко изменился. В Дании так похолодало, что там стало невозможно заниматься сельским хозяйством. Авторы нового исследования считают, что именно этот период был прообразом Фимбульвинтера — зимы, предшествующей Рагнарёку.

15 октября
Татьяна

Сейчас Япония привлекает людей со всего мира, но так было не всегда. На протяжение десяти тысяч лет архипелаг оставался изолированным от остального мира, пока туда не начали прибывать первые «мигранты» с континента. Это показал генетический анализ останков человека эпохи Яёй.

25 октября
МАИ

Инженерная компания из Дубая LEAP71 сообщила, что спроектированный нейронной сетью Noyron и напечатанный в 3D-формате из меди ракетный двигатель успешно прошел первые испытания на полигоне в Великобритании. Возможно ли это — рассказал эксперт МАИ, старший преподаватель кафедры «Космические системы и ракетостроение» Иван Рудой.

[miniorange_social_login]

Комментарии

44 Комментариев
-
1
+
А энергетические затраты на производство со2 учтены? Может я чего-то не знаю, но в природе он не встречается в жидком или твёрдом состоянии.
    Sam Dowson
    04.11.2023
    -
    2
    +
    Видимо перевод СО2 в твердую или жидкую фазы учтен в суммарном КПД турбины - 50%, хотя сомнительно. Но иначе смысла в ней нет никакого. Сжать СО2 это далеко не то же самое, что сжать природный газ по энергозатратам.
serg tostinni
04.11.2023
-
0
+
Это волюнтаризм.☝️
Grand. Classic
03.11.2023
-
0
+
Это серьёзная заявка.
Самая "малость", охладить и сжать отработаный СО2. Про систему рекуперации Запамятовали упомянуть 😉 Ну чисто отчёт и показ как при ЦК КПСС. П. С. И таки да, при высоких давления и температуре СО2 имеет забавные свойства. Янки выкрали секреты технологии СССР работы в углекислотный атмосфере в экстремальных условиях, у разработчиков венерианских автоматических спускаемых аппаратов. В 90е гребли всё подряд, и людей тоже.
Dmitry t
03.11.2023
-
-1
+
Автор не дружит с математикой, прирост КПД 10%, даёт плюс 20% выработки электроэнергии
    Вот только в тексте новости нет ничего о приросте КПД на 10%. Там есть совсем иное: КПД новой турбины -- ок. 50%. старой -- ок. 45%. Несложно посчитать, что это значит - из того же количества тепловой энергия новая турбина даст на 10% больше электрической энергии.
Alvard Grabovskij
03.11.2023
-
0
+
Углекислого газ? А как насчёт экологии. Водяной пар безопасный для природы, чего не скажешь про углекислоту Про кислотные дожди читали, слышали?
-
2
+
Чтобы получить углекислый газ в твёрдом виде, надо уже затратить много энергии, не говоря уже о затратах на его получение. А воду можно просто взять из водоёма, деаэрировать, химически обессолить и сразу подавать в котёл.
Egor Yarin
03.11.2023
-
2
+
А почему не приведены расчёты на затраты для получения этого самого CO2 ? Его что можно как воду из соседнего пруда выкачать?
-
1
+
Комментарий удален пользователем или модератором...
    В газовой турбине снимают гораздо больше.
    +
      ещё комментарии
      -
      0
      +
      Комментарий удален пользователем или модератором...
        Разумеется, ГТД-10РМ довольно габаритна. Но она же включает вещи, которых в этой турбине нет, потому что эта турбина -- закрытого цикла. Без компрессора и при высоком входящем давлении газовая турбина сама по себе примерно таких размеров и будет.
      Я немного запутался тут во всех турбинах. Эта турбина может заменить газовые и потом вытеснить метан, или все ровно для этих турбин нужен уголь, газ или атом???
        daimos Vxlim
        04.11.2023
        -
        0
        +
        Заменить паровые турбины. Водяной пар на углекислоту. Но нагрев в любом случае нужен... углем, газом или атомной энергией. Все лишь для того что бы испарить воду и заставить паром крутить турбину, которая крутит генератор.
          То есть, уголь нагревает уже не воду, а углекислый газ , который крутит турбину.... Спасибо теперь ясно, а то статья так написано, как будто солнце светит на сухой лёд, тот испаряясь вырабатывает 10 мегаватт....я ещё удивился, а чего человечество раньше таким путем не пошло, все углем да газом
        "или все ровно для этих турбин нужен уголь, газ или атом???" Если прочитать новость выше, то можно даже заметить, что для нагрева СО2 в этой конкретной турбине не нужен ни уголь, ни газ, ни атом.
-
1
+
Автор конечно плавает в материале, при чем тут солнце вообще не понятно. Для работы нужен перепад тепла, а чем он обеспечивается неважно. Да и с атомом CO2 использовать непросто, теплоноситель будет замедлителем, в своё время бриты отказались от реактора где теплоноситель и замедлитель углекислота. Лет10 как были представлены первые прототипы сверхкритических турбин на CO2, но до больших мощностей всё не дойдут, не выходит цветочек.
Affidavit Donda
02.11.2023
-
0
+
//устройство поглощает CO2, производимый, например, массивными //электростанциями, а затем превращает его в электроэнергию ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- Это, простите, как?
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно