energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2018-11-4-319-324energsecurity-605Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSСтендовая система охлаждения циклового воздуха для микро-ГТУExperimental cycle air cooling system for gas microturbine unitКатеневГ. М.KatenevG. M.KatenevGM@mpei.ruТумановскийВ. А.TumanovskiiV. A.СтепановаТ. А.StepanovaT. A.ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University Moscow Power Engineering Institute (NRU MPEI)Russian Federation201821012019114319324Copyright © Катенев Г.М., Тумановский В.А., Степанова Т.А., 20192019Катенев Г.М., Тумановский В.А., Степанова Т.А.Katenev G.M., Tumanovskii V.A., Stepanova T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/605

Рассматривается стендовая система охлаждения циклового воздуха Combustion Turbine Inlet Cooling (CTIC), поступающего в микрогазотурбинную установку (микро-ГТУ), что позволяет сохранять вырабатываемую установкой электрическую мощность на проектном уровне в период сезонного повышения температуры воздуха. Охлаждение воздуха на входе в турбокомпрессор установки происходит до значения его расчетной температуры (по стандарту ISO равной 15˚С). Основу макета CTIC составляет промышленная система охлаждения на базе паровой компрессионной холодильной установки с аккумулятором холода. В качестве тела-накопителя холода в аккумуляторе использован водяной лед, в качестве охлаждающей цикловой воздух среды — ледяная вода (вода при температуре 0,5˚С – 1˚С). Эффект охлаждения циклового воздуха достигается пропуском ледяной воды, поступающей из аккумулятора холода через воздухо-водяной теплообменник, установленный на входе в турбокомпрессор микро-ГТУ. Цель исследования заключалась в определении ресурса работы аккумулятора холода в зависимости от скорости циркулирующей воды. Эксперименты проводились на стендовом макете системы охлаждения с аккумулятором холода, имеющим запас водяного льда 200 кг при работе с микро-ГТУ «C-30» фирмы Capstone. Поддержание температуры циклового воздуха на расчетном уровне достигается с помощью регулируемого по частоте циркуляционного насоса и цифровой измерительно-регулирующей системы с программным пакетом LabVIEW. Результаты исследования показали, что рассмотренная макетная система CTIC в режиме разрядки аккумулятора способна поддерживать необходимую расчетную температуру циклового воздуха 15°C в течение 6 часов, что вполне достаточно для покрытия пиковой нагрузки рабочего дня. Оценены техникоэкономические показатели установки.

The article considers the Combustion Turbine Inlet Cooling (CTIC) system — an experimental system for cooling the cycle air entering the gas microturbine unit. This enables to save electrical power of the unit generated at the design level in the period of seasonal increase in air temperature. Cooling of the air at the inlet to the turbocharger of the unit occurs up to its design temperature (which is, according to the ISO standard, equal to 15˚С). The basis of the CTIC model is an industrial cooling system based on a vapor compression refrigeration unit with a cold accumulator. Water ice is used as a cold storage medium in the accumulator, while ice water is used as a medium cooling the cycle air (ice water is water at a temperature of 0.5˚С – 1˚С). The eff ect of cooling of cycle air is achieved by pumping ice water coming from the cold accumulator through an air-to-water heat exchanger installed at the inlet to the turbocharger. The purpose of the study was to determine the operating time of a cold accumulator, depending on the speed of the circulating water. The experiments were carried out on a model of a cooling system with a cold accumulator having a 200 kg ice storage and working with the Capstone C-30 microturbine. Maintaining the temperature of the cycle air at its design level is achieved using a frequency-controlled circulation pump and a digital measurement and control system with the LabVIEW software package. The results of the study show that the considered CTIC system, while discharging the cold accumulator, is able to maintain the required design temperature of the cycle air at 15°C for 6 hours, which is quite enough to cover the peak load of the working day. Technical and economic parameters of the plant are evaluated.

система охлаждения циклового воздуха CTICмикро-ГТУкомпрессионная холодильная установкааккумулятор холодаледяная водачастотно-регулируемый циркуляционный насосцифровая измерительная системапрограммный пакет LabVIEWвиртуальный прибор (ВП)Combustion Turbine Inlet Cooling — CTICgas microturbinecycle aircompression refrigerating unitcold accumulatorice waterfrequency-controlled circulating pumpdigital measuring systemsoftware package LabVIEWVirtual Instrument (VI)ReferencesProduct Specification Model C30 Capstone MicroTurbine, 460000 Rev. J. (December 2010): [Electronic resource.] // Capstone Turbine Corporation. URL: https://www.capstoneturbine.com/ (Date of asking: 28.04.2018.)Product Specification Model C30 Capstone MicroTurbine, 460000 Rev. J. (December 2010): [Electronic resource.] // Capstone Turbine Corporation. URL: https://www.capstoneturbine.com/ (Date of asking: 28.04.2018.)Friedrich M., Armstrong P. R., Smith D. L. New technology demonstration of microturbine with heat recovery at Fort Drum, New York. Pacific Northwest National Laboratory Richland, Washington 2004.Friedrich M., Armstrong P. R., Smith D. L. New technology demonstration of microturbine with heat recovery at Fort Drum, New York. Pacific Northwest National Laboratory Richland, Washington 2004.Punwani D. V. Turbine inlet cooling case study for an industrial CHP system for multiple buildings in the Midwest. Intern. District Energy Association Annual Conf. Chicago, Illinois, June 2012.Punwani D. V. Turbine inlet cooling case study for an industrial CHP system for multiple buildings in the Midwest. Intern. District Energy Association Annual Conf. Chicago, Illinois, June 2012.Buecker B., Mieckowski C. Turbine Inlet Air Cooling Cutting Edge Technology. Power Engineering. April 2012; 116(4): 58–62.Buecker B., Mieckowski C. Turbine Inlet Air Cooling Cutting Edge Technology. Power Engineering. April 2012; 116(4): 58–62.Hany A. Al-Ansary, Jamel A. Orfi, Mohamed E. Ali Impact of the use of a hybrid turbine inlet air cooling system in arid. Climates Energy Conversion and Management 2013; (75): 214–223.Hany A. Al-Ansary, Jamel A. Orfi, Mohamed E. Ali Impact of the use of a hybrid turbine inlet air cooling system in arid. Climates Energy Conversion and Management 2013; (75): 214–223Наши Шахин, Хасан Акул – Фритерм А. С. Системы охлаждения циклового воздуха для газовых турбин // Турбины и дизели 2011, (2): 28–31.Nashi Shahin, Hassan Akul – Friterm A. S. Combustion turbine inlet cooling systems for gas turbines. Turbines and diesel engines 2011; 2: 28–31. (In Russ.)Наши Шахин, Хасан Акул – Фритерм А. С. Системы охлаждения циклового воздуха для газовых турбин// Турбины и дизели 2011, (3): 32–35.Nashi Shahin, Hassan Akul – Friterm A. S. Combustion turbine inlet cooling systems for gas turbines. Turbines and diesel engines 2011; (3): 32–35. (In Russ.)Sepehr Sanaye, Abbasali Fardad, Masoud Mostakhdemi. Thermoeconomic optimization of an ice thermal storage system for gas turbine inlet cooling. Energy 2011; (36): 1057–1067.Sepehr Sanaye, Abbasali Fardad, Masoud Mostakhdemi. Thermoeconomic optimization of an ice thermal storage system for gas turbine inlet cooling. Energy 2011; (36): 1057–1067.R. Chacartegui, F. Jimenez-Espadafor, D. Sanchez. T. Sanchez. Analysis of combustion turbine inlet air cooling systems applied to an operating cogeneration power plant. Energy Conversion and Management 2008; (49): 2130–2141.R. Chacartegui, F. Jimenez-Espadafor, D. Sanchez. T. Sanchez. Analysis of combustion turbine inlet air cooling systems applied to an operating cogeneration power plant. Energy Conversion and Management 2008; (49): 2130–2141.Jean-Pierre Bedecarrats, Francoise Strub. Gas turbine performance increase using an air cooler with a phase change energy storage. Applied Thermal Engineering 2009; (29): 1166–1172.Jean-Pierre Bedecarrats, Francoise Strub. Gas turbine performance increase using an air cooler with a phase change energy storage. Applied Thermal Engineering 2009; (29): 1166–1172.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.