Расчет параметров различных энергоустановок на базе возобновляемых источников энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоммерческое акционерное общество

Алматинский университет энергетики и связи

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

Контрольная работа

Расчет параметров различных энергоустановок на базе возобновляемых источников энергии

Алматы 2015

Введение

Сегодня возобновляемые источники энергии (ВИЭ) привлекают все большее внимание, как простых людей, так и руководств многих государств, международных организаций. На заседаниях Большой восьмерки (двадцатки) в последнее время регулярно обсуждаются нарастающие проблемы энергетики и экологии, решение которых в мировом масштабе в будущем не представляется возможным без широкого использования экологически чистых ВИЭ.

Возобновляемые источники включают широкий спектр источников энергии и технологий их преобразования в полезные для человека виды (электричество, тепло, холод, печные и моторные топлива и т.п.). Большая часть ВИЭ имеют солнечное происхождение (само солнечное излучение, ветер, водные потоки, биомасса). К «не солнечным» относятся геотермальная энергия, морские приливы, сбросное тепло антропогенного происхождения и др. Отмечу, что все известные источники в той или и иной степени могут претендовать на то, чтобы найти эффективное применение в том или ином секторе экономики.

возобновляемый энергия солнечный геотермальный

Задача 1

На солнечной электростанции башенного типа установлено n=273 гелиостатов, каждый из которых имеет поверхность F_г=46 м². Гелиостаты отражают солнечные лучи на приемник, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетическая освещенность Н _пр = 2,5 МВт/м^г. Коэффициент отражения гелиостата R_г =0,8. коэффициент поглощения приемника А_пр=0,95. Максимальная облученность зеркала гелиостата H_г=600 Вт/м² .

Определить площадь поверхности приемника F_пр и тепловые потери в нем, вызванные излучением и конвекцией, если рабочая температура теплоносителя составляет t=540 °С. Степень черноты приемника е_пр =0,95. Конвективные потери вдвое меньше потерь от излучения.

Дано:

n = 273

F_г= 46 м²

Н _пр=2,5 МВт/м^г

R_г =0,8

А_пр =0,95

H_г=600 Вт/м²

t=540 °С

е_пр =0,95

Найти: F_пр, q_луч - ?

Решение:

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

Q = Rг*Апр*Fг Нг *n = 0,8*0,95*46*600*273 = 5726448 Вт

где Нг - облученность зеркала гелиостата в Вт/м2

Fг- площадь поверхности гелиостата, м2 ;

n - количество гелиостатов;

Rг - коэффициент отражения зеркала концентратора,

Aпр - коэффициент поглощения приемника.

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

Fпр=Q/Hпр=5726448/2500000 = 2,29м2

Потери тепла за счет излучения в теплоприемнике можно вычислить по закону Стефана-Больцмана:

qлуч = епр* у *(T/100)4=0,95*5,67* = 23,532 кВт/м2

где T - абсолютная температура теплоносителя, К;

епр - степень черноты серого тела приемника;

у - постоянная Стефана-Больцмана, Вт / (м2*K4) Вт

Ответ: Площадь поверхности приемника Fпр= 2,29 м2, тепловые потери, вызванные излучением и конвекцией Вт

Задача 2

Считается, что действительный КПД з_действ 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, з_t^k. Оценить возможную величину действительного КПД ОТЭС, рабочим телом которой является аммиак, если температура воды на поверхности океана t₁= 24 °С, а температура воды на глубине океана t₂= 5 °С. Какой расход теплой воды V, м³/c потребуется для ОТЭС мощностью N= 7 МВт ?

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

Дано:з_действ=0,5· з_t^k

t₁= 24 °С

t₂= 5 °С

N= 7 МВт

с= 1·10 ³ кг/м³

С_p = 4,2·10 ³ Дж/(кг·К)

Найти:V-?

Решение

Разность температур поверхностных и глубинных вод:

?T = T1-T2 = 24-5=19 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=з_t^k·Q_o

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

з_действ=0,5· з_t^k=0,5·0,064=0,032

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

N= з_действ ·Q_o

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

=218,75 МВт

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

м³/c

Ответ: действительного КПД ОТЭС з_действ=3,2 %, расход теплой воды V = 2,74 м³/c

Задача 3

Определить начальную температуру t₀ и количество геотермальной энергии Е_o (Дж) водоносного пласта толщиной h=0,9 км при глубине залегания z=2,5 км, если заданы характеристики породы пласта: плотность р_гр = 2700 кг/ м³ ; пористость а = 5 %; удельная теплоемкость С_гр =840 Дж/(кг· К). Температурный градиент (dT/dz) =40 °С /км

Среднюю температуру поверхности t_ср принять равной 10 °С. Удельная теплоемкость воды С_в = 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 ф_o(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=0,6 км

z=3,5 км

р_гр = 2700 кг/ м³

л_гр =2 Вт/(м·К)

а = 5 %

(dT/dz) =45 °С /км

Tср=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:t0, Еo, фo

Решение

Определим температуру водоносного пласта перед началом его эксплуатации:

T₀=T_ср+(dT/dz)·z=10+40·2,5=110°С=373 K

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

C_пл=[б·с_в·C_в+(1-б)·с_гр·C_гр]·h·F= [0,05·1·10³·4200+(1-0,05)· 2,7·10³·840]· 900·1·10⁶=(210000+2154600)· 900·1·10⁶=212814·10¹⁰ Дж/К=2,1·10 ¹⁵ Дж/К

Тепловая мощность, извлекаемая первоначально Е_o (Дж):

E₀=C_пл·(T₂-T₁)= 212814·10¹⁰ ·(110-40) = 14896980 · 10¹⁰ Дж= 14,9·10 ¹⁶ 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 = 161 лет

МВт

МВт

Ответ: начальная температура t₀ = 110 °С, тепловой потенциал к началу эксплуатации Е_o=14,9· 10 ¹⁶ Дж, возможное время использования пласта ф₀=161 года; тепловая мощность, извлекаемая первоначально МВт, через 10 лет 37,8 МВт.

Заключение

В ходе выполнения данной расчетно-графической работы я ознакомилась с основными способами использования возобновляемых источников энергии. Изучила способы преобразования солнечной, геотермальной энергии и энергии перепадов поверхностных и глубинных вод. Определила площадь поверхности приемников солнечных лучей, расход теплой воды океанической ТЭС, а также определила начальную температуру и количество геотермальной энергии водоносного пласта. Улучшила навыки работы с технической литературой.

Список литературы

1. Умбетов Е.С., Живаева О.П. Основы использования возобновляемых источников энергии и энергосбережение. Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ № 1,2 для студентов специальности 5В081200-Энергобеспечение сельского хозяйства. - Алматы: АУЭС, 2013.- 13 с.

2. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / П.П. Безруких, Ю.Д. Арбузов, Г.А. Борисов и др. - СПб.: Наука, 2002.

3. Твайделл Д. Возобновляемые источники энергии/Д.Твайделл, А.Уэйр. - М.: Эиергоатомиздат, 1990.

Размещено на Allbest.ru