Проектирование и моделирование тригенерационной системы на основе солнечного тепла с тарельчатым резервуаром
Представлена конструкция и моделирование солнечной тепловой электростанции мощностью 1МВт. Обсуждается конструкция энергетического цикла и посредством моделирования оценивается годовая выработка электроэнергии силовым блоком и объема охлаждения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.12.2021 |
| Размер файла | 483,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Проектирование и моделирование тригенерационной системы на основе солнечного тепла с тарельчатым резервуаром
Костин К.А., студент магистратуры 2 курс, факультет Электротехнический, Самарский Государственный Технический Университет, Россия, г. Самара
Аннотация
В данной статье представлена конструкция и моделирование солнечной тепловой электростанции мощностью 1МВт. Она вырабатывает пар параболическими концентраторами с помощью солнечной энергии. В этой статье также обсуждается конструкция энергетического цикла и посредством моделирования оценивается годовая выработка электроэнергии силовым блоком и объема охлаждения, производимого паропоглощающим охладителем. Отработанное тепло от системы абсорбции пара можно использовать для низкопотенциального отопления.
Ключевые слова: солнечная тепловая электростанция, пар, солнечное охлаждение.
Abstract
This article presents the design and simulation of a solar thermal power plant with a capacity of 1 MW. It generates steam with parabolic concentrators using solar energy. This article also discusses the design of the power cycle and estimates the annual power generation of the power unit and the tons of cold produced by the steam-absorbing cooler by means of simulations. The waste heat from the steam absorption system can be used for low-potential heating.
Keywords: solar thermal power plant, steam, solar refrigeration.
Введение
Энергия - важнейший ресурс для развития любой страны. На глобальном уровне спрос на потребление первичной энергии удовлетворяется в основном за счет ископаемого топлива, которое вносит основной вклад в глобальное потепление. Ключевым решением для смягчения этого является использование неисчерпаемых возобновляемых источников энергии. Среди различных возобновляемых источников энергии наибольшую долю в мировой энергетике занимают солнечная и ветровая энергия за счёт возобновляемых источников энергии [1].
Производство солнечной энергии
моделирование солнечная тепловая электростанция
Солнечная энергия используется для производства электроэнергии двумя разными способами. Первый способ - это использование фотоэлектрического эффекта светопоглощающих материалов, например силикона, для непосредственного производства электроэнергии. Второй способ использования солнечной энергии - это использование теплового эффекта солнечного излучения в качестве теплового источника энергии. На обычных тепловых электростанциях уголь используется для производства пара. Вместо сжигания угля можно использовать солнечную тепловую энергию для выработки пара, что резко снижает выбросы углерода от электростанции [2].
Основными компонентами стандартной тепловой электростанции являются турбина, конденсатор, насосы и котел. На солнечных тепловых электростанциях производство пара производится солнечными концентраторами вместо котлов. Вспомогательные котлы обычно используются для обеспечения резервной тепловой энергии в несолнечные часы.
Солнечное охлаждение
Создание охлаждающего эффекта от солнечной тепловой энергии возможно с помощью паропоглощающей холодильной системы (ППХС). ППХС - это в общем случае: 1) аквааммиачная система с аммиаком в качестве хладагента и водой в качестве абсорбента; 2) система вода - бромид лития (Li Br), в которой LiBr является абсорбентом, а вода - хладагентом. Среди основных компонентов присутствуют как абсорбер, небольшой насос, генератор, конденсатор, расширительное устройство и испаритель. В ППХС хладагент поглощается абсорбером, затем крепкий раствор перекачивается в генератор, повышая его давление. В генераторе тепло подается за счет солнечной энергии или любого имеющегося отработанного тепла. Благодаря этому нагреванию раствор абсорбента и хладагента нагревается. Поскольку он нагревается выше точки кипения хладагента, хладагент отделяется от абсорбента. Затем пары хладагента конденсируются в конденсаторе, и конденсат дросселируется до давления испарителя, после чего испаряется в испарителе, создавая охлаждающий эффект. Хладагент создает охлаждающий эффект в испарителе и отдает тепло в атмосферу через конденсатор.
Когенерация - это комбинированная выработка тепла и электроэнергии, которая представляет собой систематический способ отвода небольшой части пара из турбины для дальнейшего различного применения. Пар, в данном случае, необходимый для охладителя ППХС, отводится от турбины при промежуточном давлении.
Была проанализирована промышленная тригенерационная система, производящая электроэнергию, тепло и охлаждение с рекуперацией отработанного тепла из двигателей внутреннего сгорания в виде горячей воды под давлением, которая затем подается в ППХС [3].
Проектирование электростанции
Рассматриваемое место - Крым, Россия. Площадка условно располагается на побережье Арабатского залива. Рядом расположено озеро Акшатское, воды которого предполагается использовать для работы электростанции и для её когенерационных элементов после очистки. На участке достаточно солнечного излучения в течение примерно 300 солнечных дней. Среднемесячное прямое солнечное излучение (ПСИ) и среднемесячная температура для площадки показаны на Рисунке 1.
Рисунок 1. Среднемесячные данные ПСИ и температуры
Солнечное поле
В качестве концентраторов солнечной энергии в системе используются солнечные генераторы. Это параболические тарелки с двухосевым трекингом, они оснащены высокоэффективным приемником [4].
После анализа данных о солнечной радиации выяснилось, что это место потенциально может обеспечивать оптимальную солнечную энергию с 8 до 16 часов обычного дня.
Расположение тарелок должно быть таким, чтобы они не загораживали и не затеняли друг друга, когда солнце находится на горизонте. Для местоположения были рассчитаны угол возвышения (а) и азимута (у). Было обнаружено, что между 8-м и 16-м часами каждого дня в течение года наименьшее значение а составляет 14,10 °. Соответствующий угол у оказался равным 58,74 °. Параболические тарелки были расставлены с учетом этой ориентации. На данных позициях исключается вероятность затенения соседней тарелки. Все остальные значения а и у будут такими, чтобы они не отбрасывали тени. Для выходной мощности системы мощностью 1 МВт необходимо спроектированное солнечное поле, состоящее из 14 солнечных тарелок площадью 520 м2, с учетом проектного ПСИ 700 Вт / м2.
Проектирование силового цикла
Энергетический цикл основан на регенеративном цикле Ренкина с конденсационной турбиной. Турбина имеет два слива, один идет в охладитель ППХС, а другой в деаэратор. Отвод к ППХС зависит от требований к охлаждающей нагрузке. Чем меньше спрос, тем больше пара будет доступно для турбины для выработки энергии и конденсации. На Рисунке 2 показана блок-схема силового цикла с ППХС-машиной (ППМ) и деаэратором. Пар из солнечного поля входит в турбину при давлении 65 бар и температуре 360 °С
Рисунок 2. Структурная схема силового цикла с ППМ
Изэнтропический КПД турбины равен 60%. Хотя предлагаемая система предназначена для производства пара под давлением и температурой порядка 160 бар и 500 ° C, давление и температура на входе в турбину были выбраны на основе турбины мощностью 1 МВт, доступной на рынке. Первый отбор пара под давлением 8,5 бар и 174,5 ° C с расходом 360 кг / ч подается в ППМ, а второй отбор под давлением 4,76 бар подается в деаэратор, остающийся пар после расширения в турбине выходит при давлении 0,2 бара и направляется в конденсатор. Конденсат из конденсатора затем перекачивается в деаэратор, где он встречает конденсат из ППМ и извлекается из турбины. Конденсат из деаэратора затем перекачивается до давления котла и отправляется обратно в солнечную батарею [6].
Расчет пароабсорбционного охладителя Существующее требование для охлаждения, которое должно быть выполнено, составляет около 80 тонн охладителя (ТО), поэтому был выбран охладитель ППМ, обеспечивающий 80 ТО для охлаждения помещения. Если посмотреть на дневной температурный профиль в этом месте, максимальная температура составила 45 °C. Требуемый тоннаж охлаждения уменьшается при более низких температурах, предполагая, что все другие факторы, влияющие на тепловые нагрузки, не меняются. В качестве ППХС выбран охладитель ППМ с двойным эффектом, использующий раствор LiBr-вода в качестве хладагента с рабочим давлением 8,5 бар и расходом пара 360 кг / ч при полной нагрузке [7].
Результаты и обсуждение
Предлагаемая система была смоделирована с помощью MATLAB, и результаты моделирования представлены на Рисунках 3, 4, 5.
Рисунок 3. Среднемесячный объем поставленного холодильного оборудования
Рисунок 4. Среднемесячное производство электроэнергии (МВт*ч)
Рисунок 5. КПД когенерационного цикла (фракция)
Рисунок 3 показывает среднемесячный объем холодоснабжения, в общей сложности - 15870 ТО, в среднем 43,47 ТО каждый день в году, с пиком в марте, апреле и мае, когда очень востребован.
Рисунок 4 представляет собой среднемесячную произведённую электроэнергию с общим объемом производства 2566 МВт*ч электроэнергии в течение года и около 250 МВт*ч в месяц в течение почти восьми месяцев.
Рисунок 5 представляет КПД цикла когенерации, результаты показывают, что система, предположительно, будет работать в диапазоне 25¬28%, что является очень хорошими характеристиками для энергосистем мощностью 1 МВт. Отработанное тепло от абсорбера и конденсатора ППМ можно использовать для низкотемпературных систем отопления, таких как подача горячей воды, или его также можно использовать для дистилляции.
Такая комбинированная система будет обеспечивать мощность, охлаждение, а также тепло и, следовательно, тригенерационную систему [8].
Заключение
В данной статье представлена конструкция и моделирование тригенерационной системы на базе солнечной тепловой электростанции мощностью 1 МВт. Эта система разработана для расположения в Крыму, Россия. Анализ данных показывает, что предлагаемая площадка имеет достаточно ПСИ для запуска такой системы.
Парогенератор на солнечной энергии, использующий солнечную параболическую тарелку площадью 520 м2. Концентраторы используются в предлагаемой тригенерационной системе для подачи пара при давлении 65бар и температуре 360°C, производя 2566 МВт*ч электроэнергии в течение года. Пар, извлекаемый из турбины, приводит в действие паропоглощающую охлаждающую установку для производства 15870 тонн холода в течение года с пиком в марте, апреле и мае, когда он очень востребован. Предполагается, что предлагаемая система будет работать в диапазоне эффективности 25-28%. Отработанное тепло от системы абсорбции пара можно использовать для низкопотенциального отопления.
Помимо конструкции энергетического цикла, расположение посуды также рассчитано на максимальное производство пара от солнечного поля.
Использованные источники
1. Перспективы технологий (2015) Международное энергетическое агентство. https://webstore.iea.org/dow nload / summary / 542? fileName = Chinese-ETP-2015-ES.pdf. Доступ 3 июля 2019 г.
2. Пай Дж, Хьюз Дж., Аббаси Э., Асселинеу С.-А, Берджесс Дж., Ковентри Дж., Логи В., Венн Ф., Сапата Дж. (2016) Разработка высокопроизводительного трубчатого полого ресивера для прямого производства пара на тарелочном концентраторе. В: Материалы конференций AIP.
3. Бехнам П., Арефи А., Шафии М.Б. (2018) Эксергетический и термоэкономический анализ системы тригенерации, производящей электричество, горячую воду и пресную воду, управляемую низкотемпературными геотермальными источниками. Energy Convers Manag 57: 266-276.
4. Лавгроув К., Берджесс Дж., Пай Дж. (2011) Новый параболоидный тарельчатый солнечный концентратор. Солнечная энергия 85 (4): 620-626.
5. Colonna P, Gabrielli S (2003) Промышленная тригенерация с использованием аммиачно-водного абсорбционного охлаждения системы (AAR). Appl Therm Eng 23 (4): 381-396.
6. Gakkhar N, Soni MS, Jakhar S (2016) Второй закон термодинамического исследования солнечной дистилляции система: обзор. Renew Sustain Energy Rev 56: 519-535.https://doi.org/10.1016/j.rser.2015. 11,076;
7. Le Lostec B, Galanis N, Millette J (2013) Моделирование водо-аммиачного охладителя. Возобновляемая энергия 60: 269-283.
8. Сунил B, Soni MS (2019) Сравнительная оценка производительности гибридной солнечно-угольной электростанции. Process Integr Optim Sustain 3 (2): 227-235. https://doi.org/10.1007/s41660-018-0066-x.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение сметной стоимости строительства ТЭЦ. Сметно-финансовый расчет капитальных вложений в сооружение тепловой электростанции. Режим работы ТЭЦ, расчет выработки электроэнергии и потребности в топливе. Расход электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ.
курсовая работа [85,5 K], добавлен 09.02.2010Особенности технологической схемы ТЭЦ. Специфика пароводяного контура и способ выдачи электроэнергии. Мощность теплового оборудования ТЭЦ в сравнении с электрической мощностью электростанции. Схема конденсационной электростанции. Вакуумный насос.
презентация [1,6 M], добавлен 22.05.2016Проектирование системы горячего водоснабжения наземного объекта на базе солнечного теплового коллектора, его технико-эксплуатационные характеристики и разработка функциональной схемы. Расчет энергоприхода солнечной радиации на наклонную поверхность.
дипломная работа [871,4 K], добавлен 30.06.2011Солнечная энергетика. История развития солнечной энергетики. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Достоинства и недостатки использования солнечной энергетики. Типы фотоэлектрических элементов. Технологии солнечной энергетики.
реферат [19,4 K], добавлен 30.07.2008Численное решение уравнений движения планет и их спутников по орбите. Влияние возмущений на характер орбиты. Возмущения в пространстве скоростей. Радиальные, тангенциальные возмущения. Законы движения Кеплера и Ньютона. Влияние "солнечного ветра".
курсовая работа [486,0 K], добавлен 22.07.2011Расчет экономических показателей котельной. Установленная мощность котельной. Годовой отпуск тепла на котельной и годовая выработка тепла. Число часов использования установленной мощности котельной в году. Удельный расход топлива, электроэнергии, воды.
курсовая работа [128,8 K], добавлен 24.12.2011Рентабельность развития солнечной космической электростанции, этапы и направления данного процесса, его перспективы, значение. Фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения. Беспроводная передача энергии с использованием уравнения передачи Фриис.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 17.06.2012Выбор основного энергетического оборудования, паровых турбин. Высотная компоновка бункерно-деаэраторного отделения электростанции. Сооружения и оборудование топливоподачи и системы пылеприготовления. Вспомогательные сооружения тепловой электростанции.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 28.05.2014Моделирование как одно из средств отображения явлений и процессов реального мира. Основы и необходимые условия физического моделирования. Его использование в экспериментальных исследованиях. Влияние научно-технического прогресса на развитие моделирования.
реферат [15,2 K], добавлен 21.11.2010Конструкция теплообменного аппарата водно-воздушного теплообменника. Использование аппарата в системе охлаждения контура охлаждающей воды системы аварийного охлаждения контура охлаждающей воды теплового двигателя. Выбор моделей вентиляторов и насосов.
курсовая работа [177,5 K], добавлен 15.12.2013Производство электроэнергии различными способами. Фотоэлектрические установки, системы солнечного теплоснабжения, концентрирующие гелиоприемники, солнечные коллекторы. Развитие солнечной энергетики. Экологические последствия развития солнечной энергетики.
реферат [315,1 K], добавлен 27.10.2014Общие характеристики и конструкция тепловой части реактора ВВЭР-1000. Технологическая схема энергоблоков с реакторами, особенности системы управления и контроля. Назначение, состав и устройство тепловыделяющей сборки. Конструктивный расчет ТВЕЛ.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.01.2013Жидкостные тепловые аккумуляторы. Физические основы для его создания. Аккумуляторы тепла, основанные на фазовых переходах. Особенности тепловых аккумуляторов с твёрдым теплоаккумулирующим материалом. Конструкция теплового аккумулятора фазового перехода.
реферат [726,5 K], добавлен 18.01.2010Область применения солнечных коллекторов. Преимущества солнечных установок. Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат при отоплении зданий. Преимущества использования вакуумного солнечного коллектора. Конструкция солнечной сплит-системы.
презентация [770,2 K], добавлен 23.01.2015Проектирование ТЭЦ для производственных нужд ОАО "ЧТЗ" (мощностью до 30 МВт) с использованием имеющихся на заводе котлов. Определение тепловых нагрузок. Составление бланков для виртуального тренажера по оперативным переключениям в электрических схемах.
дипломная работа [798,7 K], добавлен 21.06.2011Понятие солнечной радиации и ее распределение по поверхности Земли. История развития солнечной энергетики, достоинства и недостатки ее использования. Виды фотоэлектрического эффекта. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения.
курсовая работа [939,1 K], добавлен 12.02.2014Традиционные методы производства электроэнергии. Электростанции, использующие энергию течений. Приливные, волновые, геотермальные и солнечные электростанции. Способы получения электроэнергии. Проблемы развития альтернативных источников электроэнергии.
презентация [2,5 M], добавлен 21.04.2015Параметры и тепловая схема блока электростанции. Определение энтальпии в отборах и суть процесса расширения пара. Расчёт схемы регенеративного подогрева питательной воды. Проектирование топливного хозяйства. Тепловой баланс сушильно-мельничной системы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 31.01.2013Основные виды физических полей в конструкциях РЭС. Моделирование теплового поля интегральной схемы в САПР ANSYS. Моделирование поля электромагнитного поля интегральной схемы, изгибных колебаний печатного узла. Высокая точность и скорость моделирования.
методичка [4,2 M], добавлен 20.10.2013Определение тепловой мощности объекта. Построение годового графика теплопотребления. Интенсивность прямой и рассеянной солнечной радиации. Площадь солнечных коллекторов. Годовой график теплопоступления. Подбор бака-аккумулятора и котла-дублера.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.01.2012
