Читайте также:
|
|
В з адаче 1 рассмотрены вопросы использования солнечной энергии на электростанции башенного типа с использованием гелиостатов, отправляющих солнечные лучи на приемник, в котором, в конечном счете, получают перегретый водяной пар для работы в паровой турбине.
Энергия, полученная приемником от солнца через гелиостаты (Вт), может быть определена по уравнению [2]:
Q = R г ·А пр ·F г Н г ·п, | (1.1) |
где Н г – облученность зеркала гелиостата в Вт/м2 (для типичных условий Hг= 600 Вт/м2);
F г – площадь поверхности гелиостата, м2;
п – количество гелиостатов;
R г – коэффициент отражения зеркала концетратора, R г =0,7÷0,8;
A пр – коэффициент поглощения приемника, Апр < 1.
Площадь поверхности приемника может быть определена, если известна энергетическая освещенность на нем Н пр Вт/ мг,
F пр= Q / H пр. | (1.2) |
В общем случае температура на поверхности приемника может достигать t пов= 1160 К, что позволяет нагреть теплоноситель до 700 оС. Потери тепла за счет излучения в теплоприемнике можно вычислить по закону Стефана-Больцмана:
q луч = ε пр· C o·(T /100)4, Вт/м2, | (1.3) |
где T – абсолютная температура теплоносителя, К;
ε пр – степень черноты серого тела приемника;
C o – коэффициент излучения абсолютно черного чела, Вт/(м2·K4).
В з адаче 2 рассмотрены вопросы использования перепада температур поверхностных и глубинных вод океана для получения электроэнергии на ОТЭС, работающей по известному циклу Ренкина. В качестве рабочего тела предполагается использование легкокипящих веществ (аммиак, фреон). Вследствие небольших перепадов температур (∆ T =15÷26 oC) термический КПД установки, работающей по циклу Карно, составляет всего 5-9 %. Реальный КПД установки, работающей по циклу Ренкина, будет вдвое меньше [6]. В результате для получения доли относительно небольших мощностей на ОТЭС требуются большие расходы "теплой" и "холодной" воды и, следовательно, огромные диаметры подводящих и отводящих трубопроводов.
Если считать теплообменники (испаритель и конденсатор) идеальными, то тепловую мощность, полученную от теплой воды Q 0, Вт можно представить как
Q 0= r · V · C p·∆ T, | (1.4) |
где r – плотность морской воды, кг/м3;
С р – массовая теплоемкость морской воды, Дж/(кг · К);
V – объемный расход воды, м3/с;
∆ T = T 1- T 2 – разность температур поверхностных и глубинных вод (температурный перепад цикла) в °С или К.
В идеальном теоретическом цикле Карно механическая мощность N0 (Вт) может быть определена как:
N 0= η tk· Q 0 , | (1.5) |
или с учетом (1.2) и выражения для термического КПД цикла Карно ηtk:
N 0= r · C p· V ·(∆ T)2/ T 1. | (1.6) |
Задача 2 посвящена тепловому потенциалу геотермальной энергии, сосредоточенной в естественных водоносных горизонтах на глубине z (км) от земной поверхности. Обычно толщина водоносного слоя h (км) меньше глубины его залегания. Слой имеет пористую структуру - скальные породы имеют поры, заполненные водой (пористость оценивается коэффициентом α). Средняя плотность твердых пород земной коры r гр =2700 кг/м3, а коэффициент теплопроводности λ гр =2 Вт/(м·К). Изменение температуры грунта по направлению к земной поверхности характеризуется температурным градиентом (dT / dz), измеряемым в °С/км или К/км.
Наиболее распространены на земном шаре районы с нормальным температурным градиентом (менее 40 °С/км) с плотностью исходящих в направлении поверхности тепловых потоков ≈ 0,06 Вт/м2 (например, Алматинская область). Экономическая целесообразность извлечения тепла из недр Земли здесь маловероятна.
В полутермальных районах температурный градиент равен 40-80 °С/км (например, Северный Кавказ). Здесь целесообразно использовать тепло недр для отопления, в теплицах, в бальнеологии.
В гипертермальных районах (вблизи границ платформ земной коры) градиент более 80 °С/км. Здесь целесообразно строить ГеоТЭС [2].
При известном температурном градиенте можно определить температуру водоносного пласта перед началом его эксплуатации:
T г= T o+(dT / dz)· z, | (1.7) |
где Т o - температура на поверхности Земли, К (°С).
В расчетной практике характеристики геотермальной энергетики обычно относят к 1 км 2 поверхности F.
Теплоемкость пласта С пл (Дж/К) можно определить по уравнению
C пл=[ α · ρ в· C в+(1 – α)· ρ гр· C гр]· h · F, | (1.8) |
где ρ в и С в – соответственно плотность и изобарная удельная теплоемкость
воды;
ρ гр и С гр – плотность и удельная теплоемкость грунта (пород пласта); обычно ρ гр = 820-850 Дж/(кг·К).
Если задать минимально допустимую температуру, при которой можно использовать тепловую энергию пласта Т1 (К), то можно оценить его тепловой потенциал к началу эксплуатации (Дж):
E 0= C пл·(T 2- T 1). | (1.9) |
Постоянную времени пласта τ 0 (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:
τ 0= C пл/(V · ρ в· С в). | (1.10) |
Считают, что тепловой потенциал пласта во время его разработки изменяется по экспоненциальному закону:
, | (1.11) |
где τ - число лет с начала эксплуатации;
е - основание натуральных логарифмов.
Тепловая мощность геотермального пласта в момент времени τ (лет с начала разработки) в Вт (МВт):
Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 31 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |