Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Калининградский государственный технический университет

Кафедра судовых энергетических установок и теплоэнергетики

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Вариант №3

Выполнил: студент гр. 03-ТС

Ананьев А.

Проверил: Беркова Е.А.

Калининград

2006

Задача №1

На солнечной электростанции башенного типа установлено п=263 гелиостатов, каждый из которых имеет поверхность Fг=58 м2. Гелиостаты отражают солнечные лучи на приемник, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетическая освещенность Н пр = 2,5 МВт/мг. Коэффициент отражения гелиостата Rг =0,8. коэффициент поглощения приемника Апр =0,95. Максимальная облученность зеркала гелиостата Hг=600 Вт/мг .

Определить площадь поверхности приемника Fпр и тепловые потери в нем, вызванные излучением и конвекцией, если рабочая температура теплоносителя составляет t=660 °С. Степень черноты приемника епр =0,95. Конвективные потери вдвое меньше потерь от излучения.

Дано:

n=263

Fг=58 м2

Н пр=2,5 МВт/мг

Rг =0,8

Апр =0,95

Hг=600 Вт/мг

t=660 °С

епр =0,95

Найти: Fпр, qлуч - ?

Решение:

Энергия, полученная приемником от солнца через гелиостаты (Вт), может быть определена по уравнению:

Q = Rг·Апр·Fг Нг ·п = 0,8·0,95·58·600·263=6955824 Вт

где Нг - облученность зеркала гелиостата в Вт/м2

Fг- площадь поверхности гелиостата, м2 ;

п - количество гелиостатов;

Rг - коэффициент отражения зеркала концетратора,

Aпр - коэффициент поглощения приемника.

Площадь поверхности приемника может быть определена, если известна энергетическая освещенность на нем Нпр Вт/ мг ,

Fпр=Q/Hпр=6955824/2500000=2,782 м2

В общем случае температура на поверхности приемника может достигать tпов= 1160 К, что позволяет нагреть теплоноситель до 700 оС. Потери тепла за счет излучения в теплоприемнике можно вычислить по закону Стефана-Больцмана:

qлуч = епр·Co·(T/100)4=0,95·5,67·=4,08·10 4 Вт/м2

где T - абсолютная температура теплоносителя, К;

епр - степень черноты серого тела приемника;

Co - коэффициент излучения абсолютно черного чела, Вт / (м2·K4)

Вт

Ответ: Площадь поверхности приемника Fпр=2,782 м2, тепловые потери, вызванные излучением и конвекцией Вт

Задача №2

Считается, что действительный КПД здейств океанической ТЭС, использующей температурный перепад поверхностных и глубинных вод (T1-T2)= ?T и работающей по циклу Ренкина, вдвое меньше термического КПД установки, работающей по циклу Карно, зtk. Оценить возможную величину действительного КПД ОТЭС, рабочим телом которой является аммиак, если температура воды на поверхности океана t1= 28 °С, а температура воды на глубине океана t2= 4 °С. Какой расход теплой воды V, м3/c потребуется для ОТЭС мощностью N= 8 МВт ?

Считать, что плотность воды с= 1·10 3 кг/м3 , а удельная массовая теплоемкость Сp = 4,2·103 Дж/(кг-К).

Дано:

здейств=0,5· зtk

t1= 28 °С

t2= 4 °С

N= 8 МВт

с= 1·10 3 кг/м3

Сp = 4,2·10 3 Дж/(кг·К)

Найти: V-?

Решение

Разность температур поверхностных и глубинных вод:

?T = T1-T2 = 28-4=24 K.

Термического КПД установки, работающей по циклу Карно, зtk:

зtk=(?T)/T1=.

В идеальном теоретическом цикле Карно механическая мощность N0 (Вт) может быть определена как:

N0=зtk·Qo

Реальный КПД установки, работающей по циклу Ренкина (по условию):

здейств=0,5· зtk=0,5·0,0797=0,0398

Механическая мощность N (Вт) в установке, работающей по циклу Ренкина:

N= здейств ·Qo

Тепловую мощность Qo (Вт), полученную от теплой воды можно представить как:

=201 МВт

или как Q0=p·V·Cp·?T, отсюда расход теплой воды V:

м3/c

Ответ: действительного КПД ОТЭС здейств=3,98 %, расход теплой воды V = 1,99 м3/c

Задача №3

Определить начальную температуру t2 и количество геотермальной энергии Еo (Дж) водоносного пласта толщиной h=0,8 км при глубине залегания z=3,5 км, если заданы характеристики породы пласта: плотность ргр = 2700 кг/ м3 ; пористость а = 5 %; удельная теплоемкость Сгр =840 Дж/(кг· К). Температурный градиент (dT/dz) =65 °С /км

Среднюю температуру поверхности to принять равной 10 °С. Удельная теплоемкость воды Св = 4200 Дж/(кг · К); плотность воды с= 1·103 кг/м3 . Расчет произвести по отношению к площади поверхности F = 1 км2. Минимально допустимую температуру пласта принять равной t1 =40 ° С.

Определить также постоянную времени извлечения тепловой энергии фo(лет) при закачивании воды в пласт и расходе ее V =0,1 м3/(с·км2). Какова будет тепловая мощность, извлекаемая первоначально (dE/dф)ф=0 и через 10 лет (dE/dф)ф=10 ?

Дано:

h=0,8 км

z=3,5 км

ргр = 2700 кг/ м3

лгр =2 Вт/(м·К)

а = 5 %

Сгр =840 Дж/(кг· К)

(dT/dz) =65 °С /км

to=10 °С

Св = 4200 Дж/(кг · К)

с= 1·103 кг/м3

F = 1 км2

t1 =40 ° С

V =0,1 м3/(с·км2)

1.) ф=0 лет

2.) ф=10 лет

Найти: t2, Еo, фo

Решение

Определим температуру водоносного пласта перед началом его эксплуатации:

T2=To+(dT/dz)·z=10+65·3,5=237,5 °С=510,5 K

[°С+·км]= [°С]

Теплоемкость пласта Спл (Дж/К) можно определить по уравнению:

Cпл=[б·св·Cв+(1-б)·сгр·Cгр]·h·F=[0,05·1·103·4200+(1-0,05)· 2,7·103·840]· 800·1·106=(210000+2154600)· 800·1·106=189168·1010 Дж/К=1,9·10 15 Дж/К

[]·м·м2=[Дж/К]

Тепловая мощность, извлекаемая первоначально Еo (Дж):

E0=Cпл·(T2-T1)= 189168·1010 ·(237,5-40)=

=37360680· 1010 Дж= 3,7·10 17 Дж

[]=Дж

Постоянную времени пласта ф0 (возможное время его использования, лет) в случае отвода тепловой энергии путем закачки в него воды с объемным расходом V (м3/с) можно определить по уравнению:

ф0=Cпл/(V·св·Св) = c = 4,5·10 9 с =143 года

МВт

МВт

Ответ: начальная температура t2 = 237,5 °С, тепловой потенциал к началу эксплуатации Еo=3,7· 10 17 Дж, возможное время использования пласта ф0=143 года; тепловая мощность, извлекаемая первоначально МВт, через 10 лет 76 МВт.

Задача №4

Определить объем биогазогенератора Vб и суточный выход биогаза Vг в установке, утилизирующей навоз от п=18 коров, а также обеспечиваемую ею тепловую мощность N (Вт). Время цикла сбраживания ф = 14 сут при температуре t = 25° С; подача сухого сбраживаемого материала от одного животного идет со скоростью W = 2 кг/сут; выход биогаза из сухой массы нг= 0,24 м3 /кг . Содержание метана в биогазе составляет 70 %. КПД горелочного устройства з=0,68. Плотность сухого материала, распределенного в массе биогазогенератора, р сух ?50 кг/мг . Теплота сгорания метана при нормальных физических условиях Qнр =28 МДж/м3.

Дано:

п=18

ф = 14 сут

t = 25° С

W = 2 кг/сут

нг= 0,24 м3 /кг

з=0,68

р сух ?50 кг/мг

Qнр =28 МДж/м3

Найти: Vб, Vг, N

Решение

Подача сухого сбраживаемого материала от 18 животных идет со скоростью m0 ( кг/сут):

m0=W·n=2·18=36 кг/сут;

Cуточный объем жидкой массы Vсут, поступающей в биогазогенерагор (м3/сут) можно определить по формуле:

Vсут=m0/ссух=36/50=0,72 м3/сут

Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м3):

Vб=ф·Vсут =14·0,72=10,08 м3

Суточный выход биогаза:

Vг=m0·н г =36·0,24=8,64 м3/сут

Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):

N=з·Qнр·Vг·ѓм = 0,68·28·8,64·0,70= 115 Мдж/сут.

Ответ: объем биогазогенератора Vб=10,08 м3, суточный выход биогаза Vг =8,64 м3/сут, тепловая мощность устройства, использующего биогаз N =115 Мдж/сут.

Задача №5

Для отопления дома в течение суток потребуется Q=0,60 ГДж теплоты. При использовании для этой цели солнечной энергии тепловая энергия может быть запасена в водяном аккумуляторе. Допустим, что температура горячей воды t1=54 ° С. Какова должна быть емкость бака аккумулятора V (м3), если тепловая энергия может использоваться в отопительных целях до тех пор, пока температура воды не понизится до t2=29 °C? Величины теплоемкости и плотности воды взять из справочной литературы.

Дано:

Q=0,60 Гдж

t1=54 ° С

t2=29 °C

с=1000 кг/м3

ср=4,2·103 Дж/(кг·К)

Найти: V-?

Ответ: емкость бака аккумулятора V=5,71 м3.

Решение

Q=с·V·Cр·(t1-t2) =>

м3

Задача №6

Используя формулу Л.Б. Бернштейна, оценить приливный потенциал бассейна Э пот (кВт·ч), если его площадь F=1000 км2, а средняя величина прилива Rср=7,2 м.

Дано:

F=1000 км2

Rср=7,2 м

Найти: Э пот - ?

Ответ: приливный потенциал бассейна Э пот = 102·109 кВт·ч.

Решение

Приливный потенциал бассейна Э пот (кВт·ч):

Эпот =1,97·106·R2ср·F = 1,97·106·7,22·1000 =

= 102·109 кВт·ч.

Задача №7

Как изменится мощность малой ГЭС, если напор водохранилища Н в засушливый период уменьшится в п=1,2 раз, а расход воды V сократится на m= 20 % ? Потери в гидротехнических сооружениях, водоводах, турбинах и генераторах считать постоянными.

Решение

Мощность ГЭС (Вт) можно определить по простому уравнению: N=9,81·V·H·з.

Пусть N - мощность малой ГЭС. Известно, что напор водохранилища H в засушливый период уменьшится в 1,2 раза, а расход воды V сократится на 20 %, то есть Vзас=0,8·V, Hзас = H/1,2.

конвекция геотермальный энергия биогаз

Дано

n = 1,2 раза

m = 20 %

раза

Ответ: мощность малой ГЭС в засушливый период уменьшится в 1,5 раза.

Размещено на Allbest.ru

...