Розробка математичної моделі, програмного забезпечення та розрахункові дослідження з оцінки потенціалу локальних газових мереж та газових родовищ щодо доцільності використання турбодетандерів

Abstract

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 турбодета-ндерних 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. Given the fact that turboexpander installations provide distributed electricity production without harmful effects on the environment, the energy sector of Ukraine is faced with the task of the widest possible implementation of turboexpander technologies. To determine the most suitable local gas networks for the implementation of turboexpander technologies, which operate with natural gas of different component composition, different pressures and temperatures and gas mass flows, it is necessary to have the ability to conduct a rapid expert assessment of the potential of these gas networks regarding the possibility and rationality of implementing turboexpander technologies for electricity production. The article presents a mathematical model for estimating the power of a turboexpander as a function of the main parameters of natural gas of the local gas network and the internal relative efficiency of the turboexpander. An example of a software implementation of the mathematical model in the C++ programming language is given. A software implementation of solving the equations of state of multicomponent mixtures of natural gas for four local gas networks of Ukraine is shown. The results of numerical studies of the influence of natural gas parameters and efficiency on the power that can be obtained when using turboexpanders are presented, and a comparative analysis of local gas networks in terms of obtaining the maximum power of turboexpanders is also performed. The developed software can be useful both for turboexpander manufacturers and customers for conducting rapid expert assessments of the potential of local gas networks and gas fields in terms of the feasibility of using turboexpanders.