Розробка математичної моделі, програмного забезпечення та розрахункові дослідження з оцінки потенціалу локальних газових мереж та газових родовищ щодо доцільності використання турбодетандерів
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-774X.2025.02.01Анотація
Враховуючи той факт, що турбодетандерні установки забезпечують розосереджене виробництво електроенергії без шкідливого впливу на навколишнє середовище то перед енергетичною галуззю України стоїть задача якнайширшого впровадження турбодетандерних технологій. Для визначення найбільш пристосованих для впровадження турбодетандерних технологій локальних газових мереж, які оперують природнім газом різного компонентного складу, різними тисками і температурами та масовими витратами газу потрібно мати можливість проведення швидкої експертної оцінки потенціалу цих газових мереж щодо можливості та раціональності впровадження турбодетандерних технологій для виробництва електроенергії. В статті наведена математична модель з оцінки потужності турбодетандера, як функції основних параметрів природного газу локальної газової мережі і внутрішнього відносного коефіцієнта корисної дії турбодетандера. Наведено приклад програмної реалізації математичної моделі на мові програмування C++. Показана програмна реалізація розв’язання рівнянь стану багатокомпонентних сумішей природного газу для чотирьох локальних газових мереж України. Приведені результати числових досліджень впливу параметрів природного газу та ККД на потужність, яку можна отримати при використанні турбодетандерів, а також виконано порівняльний аналіз локальних газових мереж щодо отримання максимальної потужності турбодетандерів. Розроблене програмне забезпечення може буде корисним, як для виробників турбодетандерів, так і замовників для проведення швидких експертних оцінок потенціалу локальних газових мереж і газових родовищ щодо доцільності використання турбодетандерів.
Посилання
Usatyi O., Novikov M. (2024), “Search and Analysis of the Methods to Increase the Power Andefficiency of Tur-boexpanders Operating on a Natural Gas Mixture”, Bulle-tin of NTU “KhPI”. Series: Power and heat engineering processes and equipment, no. 2(18), pp. 5–20, ISSN 2078-774X (print), ISSN 2707-7543 (on-line), https://doi.org/10.20998/2078-774X.2024.02.01.
Tkachuk M, Lvov G., Kravchenko S., Moiseiev S., Novikov M., Burniashev A., Pakki G., Podrieza S. (2023), “Substantiating Promising Technical Solutions for Turbo-Expander Power Plants Based on the Research into Work-ing Processes and States”, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 4, no. 7(124), pp. 98–105, https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.285865.
Morgese G., Fornarelli F., Oresta P., Capurso T., Stefanizzi M., Camporeale S. M., Torresi M. (2020), “Fast Design Procedure for Turboexpanders in Pressure Energy Recov-ery Applications”, Energies, no. 13(14), 3669, https://doi.org/10.3390/en13143669.
Avetian T., Rodriguez L. E. (2020), “Fundamentals of turboexpander design and operation”, Gas Processing & LNG, Access mode: https://gasprocessingnews.com/articles/2020/06/fundamentals-of-turboexpander-design-and-operation/ (accessed 12 March 2025).
Dezfouli A. M., Saffarian M. R. (2022), “Investigating the possibility of using the turbo-expander for natural gas pressure reduction stations”, Thermophysics and Aerome-chanics, vol. 29, pp. 185–195, https://doi.org/10.1134/S0869864322020044.
Sokovnin O. M., Zagoskina N. V., Zagoskin S. N. (2022), “Thermodynamic calculation of the natural gas pressure reduction in a turboexpander”, Journal of Applied Me-chanics and Technical Physics, vol. 63, pp. 89–95, https://doi.org/10.1134/S002189442201014X.
Sam A. A., Ghosh P. (2017), “Flow field analysis of high-speed helium turboexpander for cryogenic refrigeration and liquefaction cycles”, Cryogenics, vol. 82, pp. 1–14, https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2017.01.004.
Ying Q., Zhuge W., Zhang Y., Zhang L. (2017), “Design Optimization of A Small Scale High Expansion Ratio Or-ganic Vapour Turbo Expander for Automotive Applica-tion”, Energy Procedia, vol. 129, pp. 1133–1140, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.185.
Dong B., Xu G., Luo X., Zhuang L., Quan Y. (2017), “Analysis of the supercritical organic Rankine cycle and the radial turbine design for high temperature applica-tions”, Applied Thermal Engineering, vol. 123, pp. 1523–1530, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.12.123.
Alshammari F., Karvountzis-Kontakiotis A., Pesiridis A., Minton T. (2017), “Radial Expander Design for an Engine Organic Rankine Cycle Waste Heat Recovery System”, En-ergy Procedia, vol. 129, pp. 285–292, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.155.
Li L., Ge Y., Luo X., Tassou S. A. (2017), “Experimental investigation on power generation with low grade waste heat and CO2 transcritical power cycle”, Energy Procedia, vol. 123, pp. 297–304, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.249.
Li L., Ge Y. T., Luo X., Tassou S. A. (2018), “Experi-mental analysis and comparison between CO2 transcritical power cycles and R245fa organic Rankine cycles for low-grade heat power generations”, Applied Thermal Engineer-ing, vol. 136, pp. 708–717, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.03.058.
Bojko A. V., Govorushhenko Yu. M. (1989), Osnovy teorii' optymal'nogo projektuvannja protochnoi' chastyny os'ovyh turbin [Fundamentals of the theory of optimal de-sign of the flow part of axial turbines: a manual], Khar-kov, Ukraine, 217 p.
Bojko A. V., Garkusha A. V. (1999), Aerodynamika pro-tochnoi' chastyny parovyh ta gazovyh turbin: rozrahunky, doslidzhennja, optymizacija, proektuvannja [Aerodynam-ics of the flow part of steam and gas turbines: calculations, research, optimization, design], Kharkov, Ukraine, 360 p.
