А.А. Бориско, Г.А. Ершов

Научный руководитель Яблокова Виктория Сергеевна

доцент кафедры электроэнергетики и электротехники ДВФУ,

г. Владивосток

ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНЫЙ АГРЕГАТ НА ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

СТАНЦИЯХ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В работе рассмотрены вопросы использования детандер-генераторных агрегатов

на

газораспределительных

станциях

разных

производительностей

в

целях

воспроизведения вторичных энергоресурсов. Определены типы детандер-генераторных

агрегатов, применяемые в условиях разных газотранспортных систем.

Магистральный

газопровод,

газораспределительная

станция,

детандер-

генераторный агрегат, энергетические ресурсы.

Производство энергии всё ещё оказывает отрицательное воздействие на состояние

окружающей

среды.

Энергетические

потребности

многих

стран

в

основном

удовлетворяются за счет сжигания различных видов топлива на объектах энергетики,

следствием

чего

являются

выбросы

загрязняющих

веществ

в

атмосферу,

химическое

загрязнение биосферы. В связи с этим ключевой задачей человечества является решение

вопросов рационального использования вторичных энергетических ресурсов.

В газотранспортной системе потенциальным источником энергоресурсов являются

газораспределительные станции (ГРС).

Назначением газораспределительных станций является снижение давления газа

перед

подачей

его

потребителям.

В

ходе

данного

процесса

теряется

значительное

количество

энергии

сжатого

природного

газа,

которую

можно

перерабатывать

и

использовать с целью энергосбережения на самом производстве.

Таким образом, актуальной проблемой является выбор новых технических решений

и средств, позволяющих использовать теряемый потенциал газа.

Одним из эффективных способов энергосбережения в газотранспортной системе

является получение электроэнергии с помощью детандер-генераторных агрегатов (ДГА) на

газораспределительных станциях и пунктах при редуцировании газа.

Детандер-генераторный агрегат (ДГА) – это конструкция, через которую проходит

природный

газ,

здесь

он

используется

как

рабочее

тело

(не

сжигается),

энергия

транспортируемого газа преобразуется в механическую энергию в детандере, а после

этого механическая энергия в генераторе преобразуется в электроэнергию.

Устанавливают ДГА обычно параллельно ГРП (газоредуцирующим пунктам), в

совокупности эти агрегаты выполняют сразу несколько функций: происходит уменьшение

давления

подаваемого

газа,

а

также

вместе

с

этим

процессом

вырабатывается

электроэнергия.

При отсутствии детандер-генераторных агрегатов в процессе редуцирования газа

энергия

потока

не

несет

за

собой

никакой

полезной

работы,

поэтому

объединение

процессов

редуцирования

и

производства

электроэнергии

является

правильным

и

экономически-выгодным решением. Происходят значительные перепады давления при

редуцировании газа, что впоследствии и требуется для образования электроэнергии.

По магистральным газопроводам природный газ транспортируется при давлении

около 70-80 атмосфер, затем это давление снижается при редуцировании на ГРП до одной

атмосферы. Процесс происходит в 2 этапа. Сначала давление падает примерно до 1,5 МПа

на ГРС, затем еще больше на ГРП, до 0,1-0,4 МПа. Можно заметить, что перепады

давления происходят всегда, поэтому установка детандер-генераторных агрегатов является

актуальной.

1

Мощность ДГА определяется перепадами давления, а также количеством газа,

подаваемым

через

турбину.

Соответственно,

чем

больше

данные

параметры,

тем

выработанная электроэнергия больше.

Детандер-генераторный агрегат способен работать и вырабатывать электроэнергию

при соблюдении некоторых условий. Одним из которых является отсутствие появления

гидратов,

их

выпадения

в

редуцируемом

природном

газе.

Гидратообразование

–

недопустимое

явление.

Данный

процесс

возможен

при

достаточном

понижении

температуры

газа.

Поэтому

температуру

природного

газа

следует

поддерживать

на

фиксированном уровне.

Исходя из этого, были сконструированы целые системы подогрева газа, которые

являются одними из главных параметров, определяющих работоспособность детандер-

генераторных установок в целом. Но так как абсолютно все показатели ДГА, затраты на

стоимость

и

производство

электроэнергии

зависят

от

систем

подогрева,

выбор

экономически-выгодной схемы подгрева в детандерно-генераторых агрегатах является

одной из главных задач, осуществляемых при проектировании.

В настоящее время внедряется и применяется электроподогрев природного газа. У

данного метода существует ряд преимуществ перед традиционным «огненным» методом

подогрева.

Электроподогрев

газа

улучшает

показатели

экологических

характеристик

газораспределительных

станций,

показатели

пожаробезопасности

на

ГРС,

а

также

отсутствия лишних трат природного газа при использовании «огненного» метода [3].

Система

электроподогрева

является

самым

экономически-выгодным

решением,

данная система выполняет ряд полезных функций. Если газ поступает на ГРС с заведомо

высокой температурой, то количество электроэнергии, которое подается на подогреватель,

уменьшается,

а

если

газ

поступает

с

низкой

температурой,

то

он

нагревается

до

фиксированной без больших затрат. Исходя из этого, на процесс подогрева природного

газа требуется минимальное количество электрической энергии, а вся электроэнергия,

произведенная

на

ДГА,

передается

через

электросеть

потребителям,

из-за

этого

повышается

экономическая

эффективность

ГРС

в

целом

[3].

Расход

ресурсов

на

электроподогрев не превышает 20% вырабатываемой электроэнергии на станциях, это

является еще одной причиной целесообразности использования детандер-генераторных

установок.

Тип используемого ДГА напрямую зависит от вида ГРС, где выбранный детандер

будет применяться.

На крупных ГРС нашли применение безредукторные детандеры, состоящие из

детандера и электрогенератора, выполненные по схеме «единый вал».

При этом частота

генерируемого

напряжения

определяется

скоростью

вращения

общего

вала

детандер-

генераторного агрегата.

Также

применяются

энергоустановки

с

двух

и

трехступенчатыми

детандерами

осевого

типа

для

утилизации

энергии

избыточного

давления

газа

в

узлах

его

редуцирования с коэффициентом перепада давления 3 и более.

На

малых

и

средних

ГРС

применение

ДГА

осевого

и

центростремительного

невыгодно в связи с высокой себестоимостью изготовления машин. В настоящее время

существует множество разработок и патентов, направленных на выработку электроэнергии

при помощи ДГА именно на малых ГРС. Так Денисов-Винский предлагает использовать

генераторы на базе вихревых турбин. Основными преимуществами ВТ являются простота

конструкции, низкая себестоимость изготовления и сравнительная низкооборотность, что

делает возможным безредукторное исполнение агрегата [1].

Из анализа Патракеева следует, что наиболее приемлемым для установки на ГРС

малой производительности является ДГА «ТурбоСфера», специфика которого заключается

в

многоступенчатом

дросселировании

газа

по

круговой

спирали

через

каналы

теплообменника.

Также

отмечен

ДГА

«ТДА-СРТ»,

чья

специфика

заключается

в

2

дросселировании газа через тяговые каналы рабочего колеса, чем создаётся механическая

работа генератора и вращение вала [2].

Таким образом, для снижения экологической нагрузки хорошим методом является

внедрение детандер-генераторных агрегатов на газораспределительные станции. Большое

разнообразие патентов и изобретений позволяет сделать выбор в пользу экономически-

выгодного ДГА и использовать потенциал природных ресурсов в более полном объеме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Денисов-Винский Н.Д.

Автономные источники энергоснабжения на базе вихревой

турбины, работающие на перепаде давления // Энергобезопасность в документах и фактах. - 2007.

- №6 (18). – с.10-13

[ 2 ]

П а т р а к е е в

В . О .

Применение

детандер-генератора

для

повышения

ресурсоэффективности газораспределительной станции магистрального газопровода / Материалы

научно-практической конференции. – 2018. - Омск

[3] Степанов С.Ф. Коваленко В.В.

Разработка нового поколения высокоэффективных

газораспределительных станций с попутной выработкой электроэнергии и электроподогревом

редуцируемого газа // Вестник СГТУ. – 2011. – №1(54). - с.84-90

3