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.
Так выглядит турбина STEP, работающая на сверхкритическом углекислом газе / © Southwest Research Institute
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).
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.
Комментарии
//устройство поглощает CO2, производимый, например, массивными
//электростанциями, а затем превращает его в электроэнергию
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Это, простите, как?
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.
Диалектика качество и количество. Вопрос в применении. Если запустят в массы и сделают хорошо, уважение за труд уж точно заслужат.
Комментарий удален пользователем или модератором...
В газовой турбине снимают гораздо больше.
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???
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.
А почему не приведены расчёты на затраты для получения этого самого CO2 ? Его что можно как воду из соседнего пруда выкачать?
А зачем сразу расчёты? Жидкая углекислота - крупнотоннажный коммерческий продукт. Цена примерно 100 долларов за тонну. Сухой лёд ещё дешевле.
Жидкая углекислота?
Пардон, вы открыли новую физику?
Какие условия должны быть что бы СО2 стал жидкостью, экзотические параметры Юпитера?
Поздравляю, тогда у вас БОМБА.
Опять нужен ржущий смайлик. Ну посмотрите на фазовую диаграмму в той же Вики. В каком агрегатном состоянии находится углекислота в стандартных баллонах? https://www.promgaznovosib.ru/goods/149682230-uglekisly_gaz_ne_meneye_99_8_zhidki_gost_8050_85_sort_vysshi . Задолбали, неучи.
Не знал, что углекислый газ на нашей планете в природе существует в баллонах или в виде льда.
Очередной бессмысленный комментарий
Извиняюсь, а почем тонна воды?
В данном случае это не имеет значения, да хоть бесплатная.
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.
Мир идёт к решению путем усложнения, возможно я не прав беря аналогию из автомобилестроения.
СО2 в виде газа есть отход металлургического и энергетического циклов производства. Его девать некуда! В атмосферу сбрасывают! А тут он в дело пойдет, молодцы!
Углекислого газ? А как насчёт экологии. Водяной пар безопасный для природы, чего не скажешь про углекислоту Про кислотные дожди читали, слышали?
Жаль, что здесь нельзя поставить ржущий смайлик
От твоего дыхания идут кислотные дожди, чувак, ты выдыхаешь углекислоту.
Теперь живи с этим.
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.
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.
Хватит нести ерунду, в ответе мне вы уже опозорились.
Ну, чья бы корова, как говорится. СССР был главным в мире специалистом по воровству всего, от атомной бомбы до электробритвы.
Да ладно вам. Уж с космосом как-то справились сами.
Самые воришки это пиндосы, воруют по всему шарику до сих пор. И после победы СССР в ВОВ успели залесть и своровать умные немецкие головы... Вобщем бездарная "нация"
Почему такое ужасное восприятие реальности. У меня воруют, знание о мире доступно любому человеку, мир един для каждого человека на земле. Изучай и твори. Делай и делись. Двигай прогресс. Радуйся за человечество. Знания с собой в могилу?
Совестливо и неполживо! Так победите!
Знания принадлежит человечеству, а девиации внутреннего мира человека скрадывает система в которой он творит мотивируя личность (капитализм, коммунизм). Знания знаниями, деньги деньгами.
Объективная реальность говорит нам о том что без системотизации мы жить не можем , не доросли пару тыщ лет.... По этому "пиндосы" как система воры и лгуны
Вся советская техника была либо сворована, либо сначала сворована, а потом слегка доработана. Даже президент не постеснялся выразить надежду на "цап-царап"! И с работы тащат все: от начальника до последнего сторожа. Вся страна опутана КПП, ЧОПами и колючей проволокой. Все двери в домах железные. Вор на воре сидит и вором погоняет. Дворец построил? Молодец, хорошо воруешь!
Сами-то много наворовали? Или так, на троечку 😂 Ох, уж это Спб вечно им все не нравится. То пиво бельгийское не прет в ресторане, то суп луковый, то страна...
А я написал что-то неправильное? И что, в рестораны ходят только воры?
То есть вы один такой честный а воруют все остальные?
Это серьёзная заявка.
Это волюнтаризм.☝️