Hешение задач по альтернативным источникам энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание №1

Рассчитать скорость ветра и мощность ветроэнергетической установки (ВЭУ) при значениях высоты башни h2 = 10; 30; 60; 100 метров. Рассчитать наименьшую допустимую высоту башни ВЭУ и определить скорость ветра и мощность установки при этом значении высоты. Построить график зависимости N = f (h2). Сделать вывод по результатам работы.

Исходные данные:

Скорость ветра на высоте 10 м.: 7 м/с;

Температура воздуха: 16 0С;

Диаметр ветроколеса: 5 м;

КПД ветроколеса: 0,8;

КПД электрооборудования: 0,9;

Тип самого высокого препятствия: дерево;

Высота препятствия: 2,5 м;

Расстояние до препятствия: 150 м.

Барометрическое давление: 760 мм рт. ст.

Справочные данные для выбора коэффициента градиента ветра приведены в табл. 1.

Расчет:

Площадь, отметаемая лопастями ветроколеса ВЭУ, определяется по формуле

F = рr2 = рl 2, м²

при длине лопасти 2,5 метра:

F = р · (2,5)² = 19,635 м²

Плотность воздуха при рабочей температуре воздуха 16 °С определяется по формуле:

С = с₀ , кг/м³

С = 1,226 = 1,222 кг/м³

где с₀ - номинальная плотность воздуха на высоте уровня моря при температуре 15 °С и атмосферном давлении 760 мм рт.ст., кг/м³,

с₀ = 1,226 кг/м3 ; В - барометрическое давление, мм рт.ст; Т - рабочая температура воздуха, К.

Минимальная высота башни ВЭУ, исходя из общих положений расчета ВЭУ, рассчитывается с учетом высоты самого высокого препятствия в радиусе 150 метров и диаметра ветроколеса:

h_2min = 2,5+10+2,5 = 15 м

Скорости ветра на различной высоте рассчитываются по формуле

= ^б

где щ₀ - скорость ветра, измеренная на высоте h1, м/с; h1 - высота, на которой известно значение скорости ветра, м; h2 - высота башни ВЭУ, на которой будет расположено ветроколесо, м; б - коэффициент градиента (увеличения) скорости ветра с увеличением высоты.

б = 0,3

= ^0,3 щ = 7 м/с

= ^0,3 щ = 7,9 м/с

= ^0,3 щ = 9,73 м/с

= ^0,3 щ = 11,98 м/с

= ^0,3 щ = 13,97 м/с

Массовый расход воздуха через площадь, отметаемую лопастями ветроколеса, рассчитывается по формуле:

m = с·щ·F, кг/с,

m = 1,222·7·19,635 = 167,96 кг/с

m = 1,222·7,9·19,635 = 189,68 кг/с

m = 1,222·9,73·19,635 = 233,46 кг/с

m = 1,222·11,98·19,635 = 287,45 кг/с

m = 1,222·13,97·19,635 = 335,20 кг/с

Энергия ветрового потока на различной высоте ветроколеса определяется по формуле

E = Вт,

E = = 4115,02 Вт

E = = 5919,05 Вт

E = = 11051,17 Вт

E = = 20627,47 Вт

E = = 32708,96 Вт

з - КПД установки;

з = зв · зэ,

з = 0,8 · 0,9 = 0,72

где зв - КПД ветроколеса; зэ - КПД электрооборудования.

Электрическая мощность, развиваемая ВЭУ, рассчитывается по формуле:

N = з·ж·E, Вт,

где ж - коэффициент использования энергии ветра.

ж = 0,45;

N = 0,72·0,45·4115,02 = 1333,27 Вт

N = 0,72·0,45·5919,05 = 1917,77 Вт

N = 0,72·0,45·11051,17 = 3580,58 Вт

N = 0,72·0,45·20627,47 = 6683,3 Вт

N = 0,72·0,45·32708,96 = 10597,7 Вт

Вывод: Мощность ветроэнергетической установки возрастает с увеличением высоты башни. Мощность установки при минимальной высоте башни (17,5 метра) составит N =1917,77 Вт = 1,9 кВт

Задание № 2

Определить расход геотермальной воды из скважины и сделать вывод о классе скважины по степени водоотдачи.

Исходные данные:

Количество жителей: 1400 человек;

Количество жилых домов: 480;

Площадь одного жилого дома: 50 м² ;

Количество общественных зданий: 1;

Площадь одного общественного здания: 150 м² ;

КПД геотермальной установки: 0,75;

Температура воды, поступающей из геотермального источника: 80 °С;

Температура воды на выходе из системы: 53 °С.

При расчетах принимать:

удельный расход теплоты на отопление одного м2 здания - 126 Вт/м2 ;

удельный расход теплоты на ГВС - 320 Вт/чел;

удельная теплоемкость воды - 4,19 кДж/кг*К.

Расчет:

Общая площадь жилых зданий составляет: Fж = 480·50 = 24000 м².

Общая площадь общественных зданий составляет: Fо = 1·150 = 150 м².

Тепловая нагрузка на отопление жилых и общественных зданий рассчитывается по формуле:

Qoт=q0 укр · (Fж + Fо · (1+K)), Вт,

где q0 укр -укрупн?нный показатель максимального расхода теплоты на отопление 1 м² общей площади зданий, Вт/м² ; K - поправочный коэффициент, учитывающей расход теплоты на отопление общественных зданий, К = 0,25.

Qот = 126 · (24000 + 150 · (1 + 0,25)) = 3 047,625 кВт

Средняя тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилых зданий определяется по формуле:

Qгв ср =gгв укр. · m, Вт,

где m - количество жителей, чел; gгв укр - укрупн?нный тепловой расход на обеспечение горячей водой одного жителя, Вт/чел.

Qг ср = 320 · 1400 = 448 000 Вт = 448 кВт.

Максимальная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилых зданий

Qгв max=2,4*Qт ср, Вт,

где 2,4 - коэффициент максимальной тепловой нагрузки

Qгв max=2,4*448 000 = 1075200 Вт = 1075,2 кВт

Требуемая тепловая мощность источника теплоснабжения определяется по формуле:

Q тр=А·Qот+ В·Qгв max, Вт,

где А и В - коэффициенты потерь мощности в установке.

При расчетах принимать А = 1,018, В = 1,0526

Q тр = 1,018 · 3 047,625 + 1,0526 · 1075,2 = 4234,238 кВт.

Расход воды из геотермальной скважины на отопление и горячее водоснабжение определяется по формуле:

Gгв = , кг/c,

где з - КПД геотермальной установки, доли от 1; С - удельная теплоемкость воды, кДж / кг·К; ДТ - перепад температур геотермальной воды на входе в систему и на выходе из не?, К.

Gгв = = 49,904 кг/c

Плотность воды при температуре 98 °С составляет 960 кг/м3, поэтому объемный расход воды из скважины составляет:

Vгв = = = 0,052 м³/c

Вывод: скважину можно отнести по классу водоотдачи к высокодебитным.



Задание № 3

реактор ветроэнергетический геотермальный мощность

Определить суточный выход биогаза из реактора и количество тепла, которое может быть получено от его сжигания.

Исходные данные:

Тип биомассы: свиной навоз;

Суточное количество биомассы, поступающей на переработку: 29,55 т/сут;

Плотность навоза: 1050 кг/м³ ;

Температура процесса анаэробного сбраживания: 34 °С

При расчетах принимать:

1) содержание органического вещества в навозе - 6,8 %;

2) содержание сухого вещества - 11,5 %;

3) концентрация метана в биогазе - 70 %;

4) предельный выход метана за сутки на 1 кг органического вещества (В₀) = 0,55 м³ /сут·кг;

5) низшая теплота сгорания биогаза - 23 МДж/м³.

Расчет:

Минимальное время полного обмена жидкости в реакторе (И) составляет 12 суток.

Максимальная скорость роста микроорганизмов зависит от температуры процесса и определяется по формуле:

м_м/о = 0,013·Т - 0,129, сут ^-1,

м_м/о = 0,013·34 - 0,129 = 0,313 сут ^-1.

Концентрация органического вещества на выходе из реактора вычисляется по формуле

S₀ = , кг/м³

и зависит от суточного расхода сухих веществ и объема биомассы.

Суточный объем биомассы определяется по формуле: Wб = Gб/сб, м³ /сут,

Wб = 29550/1050 = 28,143 м³/сут.

Суточный выход сухих веществ вычисляется по формуле: Gсух = Gб· Cсух, кг/сут,

Gсух = 29550 · 0,115 = 3398,25 кг/сут.

Концентрация органического вещества на выходе из реактора:

S₀ = = 8,21 кг/м³

Кинетический коэффициент для свиного навоза определяется по формуле:

К = 0,5 + 0,0043·е0,091·Sо ;

К = 0,5 + 0,0043·е0,091·8,21 = 0,5 + 0,0043·2,14 = 0,5091.

Удельный суточный выход метана рассчитывается по формуле:

L₀ СH4 = = = 0,0566 м³/сут· м³

где Во - предельный выход метана за сутки с 1 кг органического вещества, м³/сут·кг;

Sо - концентрация органического вещества на выходе, кг/м³ ;

И - время полного обмена жидкости в реакторе, сут. Минимальный срок выдержки навоза - 12 суток;

К - кинетический коэффициент; м_м/о - максимальная скорость роста микроорганизмов, сут ^-1.

минимальный объем реактора:

V min реакт = Wб 28,143 · 12 = 337,716 м³.

Суточный выход метана из реактора при загрузке реактора на 90 % в соответствии с формулой (14) составит:

LCH4 = = = 21,23 м³/ сут

kз - коэффициент заполнения реактора, доли от 1. Реактор должен быть заполнен не более чем на 90 %.

Суточный выход биогаза из реактора:

Lбг = LCH4/C CH4 = 21,23/70 = 30,328 м³/ сут

Количество тепла от сжигания биогаза:

Qсут = LБГ · Qi r = 30,328 · 23 = 697,54 МДж/сут,

где Qi r - низшая теплота сгорания биогаза, МДж/м3.

В результате мезофильного анаэробного сбраживания свиного навоза в количестве 29,55 т/сут может быть получено до 697,54 МДж тепла в сутки. Эта тепловая энергия может быть использована для отопления производственных и административных помещений сельскохозяйственного предприятия в холодные периоды года.

Размещено на Allbest.ru

...