Geotermal elektrik stansiyasının istilik diaqramının hesablanması. Geotermal enerji

GEOTERMAL ELEKTRİK stansiyanın hesablanması

Uyğun olaraq ikili tipli geotermal elektrik stansiyasının istilik dövrəsini hesablayaq.

Bizim geotermal elektrik stansiyamız iki turbindən ibarətdir:

Birincisi, genişləndiricidə əldə edilən doymuş su buxarında işləyir. Elektrik enerjisi - ;

İkincisi, genişləndiricidən çıxarılan suyun istiliyi səbəbindən buxarlanan soyuducu R11-in doymuş buxarında işləyir.

Geotermal quyulardan təzyiq pgw və temperatur tgw olan su genişləndiriciyə daxil olur. Genişləndirici pp təzyiqi ilə quru doymuş buxar istehsal edir. Bu buxar buxar turbininə göndərilir. Genişləndiricidən qalan su buxarlandırıcıya gedir, orada soyudulur və yenidən quyuya axır. Temperatur fərqi buxarlanma qurğusu= 20°C. İşçi mayelər turbinlərdə genişlənir və kondensatorlara daxil olur, burada çaydan gələn su ilə soyudulur. Kondensatorda suyun qızdırılması = 10°C, doyma temperaturuna qədər qızdırılması = 5°C.

Turbinlərin nisbi daxili səmərəliliyi. Turbogeneratorların elektromexaniki səmərəliliyi = 0,95.

İlkin məlumatlar Cədvəl 3.1-də verilmişdir.

Cədvəl 3.1. GeoPP hesablanması üçün ilkin məlumatlar

İkili tipli GeoPP-nin sxematik diaqramı (Şəkil 3.2).

düyü. 3.2.

Şəkildəki diaqrama görə. 3.2 və ilkin məlumatlar əsasında hesablamalar aparırıq.

Quru doymuş su buxarında işləyən buxar turbininin dövrəsinin hesablanması

Turbin kondensatorunun girişindəki buxar temperaturu:

kondensatorun girişindəki soyuducu suyun temperaturu haradadır; - kondensatorda suyun qızdırılması; - kondensatorda temperatur fərqi.

Turbin kondensatorunda buxar təzyiqi su və su buxarının xüsusiyyətləri cədvəlindən müəyyən edilir:

Hər turbin üçün mövcud istilik itkisi:

turbinin girişində quru doymuş buxarın entalpiyası haradadır; - turbində buxarın genişlənməsinin nəzəri prosesinin sonunda entalpiya.

Genişləndiricidən buxar turbininə buxar sərfi:

nisbi daxili haradadır Buxar səmərəliliyi turbinlər; - turbogeneratorların elektromexaniki səmərəliliyi.

Geotermal su genişləndiricisinin hesablanması

Genişləndirici İstilik Balans Tənliyi

quyudan geotermal suyun axımı haradadır; - quyudan geotermal suyun entalpiyası; - genişləndiricidən buxarlandırıcıya su axını; - genişləndiricinin çıxışında geotermal suyun entalpiyası. Su və su buxarının xassələri cədvəlindən qaynar suyun entalpiyası kimi müəyyən edilir.

Genişləndirici Material Balans Tənliyi

Bu iki tənliyi birlikdə həll etməklə və müəyyən etmək lazımdır.

Genişləndiricinin çıxışındakı geotermal suyun temperaturu su və su buxarının xüsusiyyətləri cədvəllərindən genişləndiricidəki təzyiqdə doyma temperaturu kimi müəyyən edilir:

Freonda işləyən turbinin istilik dövrəsinin xarakterik nöqtələrində parametrlərin təyini

Turbin girişindəki freon buxarının temperaturu:

Turbin çıxışında freon buxarının temperaturu:

Turbinin girişindəki soyuducu buxarının entalpiyası ilə müəyyən edilir p-h diaqramı doyma xəttində freon üçün:

240 kJ/kq.

Turbinin çıxışındakı freon buxarının entalpiyası xətlərin və temperatur xəttinin kəsişməsindəki freon üçün p-h diaqramından müəyyən edilir:

220 kJ/kq.

Kondensatorun çıxışında qaynayan freonun entalpiyası temperaturla qaynayan maye üçün əyri üzərindəki freon üçün p-h diaqramından müəyyən edilir:

215 kJ/kq.

Buxarlandırıcının hesablanması

Buxarlandırıcının çıxışında geotermal suyun temperaturu:

Buxarlandırıcı istilik balansı tənliyi:

suyun istilik tutumu haradadır. =4,2 kJ/kq götürün.

Bu tənlikdən müəyyən etmək lazımdır.

Freonda işləyən turbinin gücünün hesablanması

freon turbininin nisbi daxili səmərəliliyi haradadır; - turbogeneratorların elektromexaniki səmərəliliyi.

Quyuya geotermal suyun vurulması üçün nasosun gücünün müəyyən edilməsi

nasosun səmərəliliyi haradadır, 0,8 qəbul edilir; - geotermal suyun orta xüsusi həcmi.

Mühazirənin məqsədi: enerji təchizatı sistemlərində geotermal istilikdən istifadə imkanlarını və yollarını göstərir.

İsti bulaqlar və qeyzerlər şəklində istilik elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər müxtəlif sxemlər geotermal elektrik stansiyalarında (GeoPP). Ən asan həyata keçirilən sxem, aşağı qaynama nöqtəsi olan mayelərin buxarından istifadə edən sxemdir. qaynar su təbii mənbələr, buxarlandırıcıda belə bir mayenin qızdırılması, onu turbində istifadə olunan və cari generator üçün sürücü kimi xidmət edən buxara çevirir.

Şəkil 1 bir işçi maye ilə dövranı göstərir, məsələn, su və ya freon ( A); iki işləyən maye ilə dövrə - su və freon ( b); birbaşa buxar dövrü ( V) və ikiqat dövrəli dövr ( G).

İstehsal texnologiyaları elektrik enerjisiəsasən termal suların termal potensialından asılıdır.

Rəsm. 1 - Elektrik enerjisi istehsalı üçün dövrün təşkili nümunələri:

I – geotermal mənbə; II – turbin dövrü; III - soyuducu su

Yüksək potensiallı yataqlar buxar turbinləri olan istilik elektrik stansiyalarının demək olar ki, ənənəvi dizaynlarından istifadə etməyə imkan verir.

Cədvəl 1 -Spesifikasiyalar geotermal elektrik stansiyaları

Şəkil 2 ən çoxunu göstərir sadə dövrə isti yeraltı mənbəyinin istiliyindən istifadə edən kiçik elektrik stansiyası (GeoPP).

Təxminən 95 ° C temperaturda isti bulaqdan gələn su nasos 2 ilə qaz təmizləyici 3-ə verilir, burada həll olunan qazlar ayrılır.

Sonra, su buxarlandırıcıya 4 daxil olur, orada doymuş buxara çevrilir və əvvəllər kondensator ejektorunda tükənmiş buxarın istiliyi (köməkçi qazandan) səbəbindən bir qədər qızdırılır.

Bir az qızdırılan buxar şaftında cərəyan generatoru olan 5-ci turbində işləyir. İşlənmiş buxar kondensator 6-da kondensasiya olunur, normal temperaturda su ilə soyudulur.

Şəkil 2-. Kiçik bir GeoPP sxemi:

1 - qəbuledici isti su; 2 - isti su nasosu; 3 - qaz təmizləyicisi;

4 - buxarlandırıcı; 5 – cərəyan generatoru olan buxar turbin; 6 - kondansatör; 7 – dövriyyə nasosu; 8 - soyuducu su qəbuledicisi

Belə sadə qurğular artıq 50-ci illərdə Afrikada fəaliyyət göstərirdi.

Müasir elektrik stansiyası üçün açıq dizayn variantı Şəkil 3-də göstərilən az qaynayan işləyən maddəyə malik geotermal elektrik stansiyasıdır. Saxlama çənindən isti su buxarlandırıcıya 3 daxil olur və burada o, öz istiliyini aşağı temperaturlu hansısa maddəyə verir. qaynama nöqtəsi. Belə maddələr karbon qazı, müxtəlif freonlar, kükürd heksaflorid, butan və s. ola bilər. Kondensator 6, səthi hava soyuducudan gələn soyuq maye butanla soyudulan qarışdırma növüdür. Kondensatordan gələn butanın bir hissəsi qidalandırıcı nasos 9 vasitəsilə qızdırıcıya 10, sonra isə buxarlandırıcıya 3 verilir.

Əhəmiyyətli xüsusiyyət bu sxem işləmək bacarığıdır qış vaxtı aşağı kondensasiya temperaturu ilə. Bu temperatur sıfıra yaxın və ya hətta mənfi ola bilər, çünki sadalanan maddələrin hamısının donma temperaturu çox aşağıdır. Bu, dövrədə istifadə olunan temperatur hədlərini əhəmiyyətli dərəcədə genişləndirməyə imkan verir.

Rəsm 3. Aşağı qaynar işləyən bir maddə olan bir geotermal elektrik stansiyasının sxemi:

1 – quyu, 2 – anbar çəni, 3 – buxarlandırıcı, 4 – turbin, 5 – generator, 6 – kondensator, 7 – sirkulyasiya nasosu, 8 – yerüstü hava soyuducu, 9 – qidalandırıcı nasos, 10 – işləyən maddə qızdırıcısı

Geotermal Elektrik stansiyası ilə birbaşa istifadə edərək təbii buxar.

Ən sadə və ən əlverişli geotermal elektrik stansiyası arxa təzyiqə malik buxar turbin qurğusudur. Quyudan çıxan təbii buxar birbaşa turbinə verilir və sonra atmosferə və ya qiymətli kimyəvi maddələri tutan qurğuya buraxılır. Arxa təzyiq turbininə ikinci dərəcəli buxar və ya separatordan alınan buxar verilə bilər. Bu sxemə görə, elektrik stansiyası kondensatorlar olmadan işləyir və kondansatörlərdən kondensasiya olunmayan qazları çıxarmaq üçün kompressora ehtiyac yoxdur. Bu quraşdırma ən sadə kapitaldır və əməliyyat xərcləri minimaldır; Kiçik bir ərazini tutur və demək olar ki, tələb etmir köməkçi avadanlıq və asanlıqla portativ geotermal elektrik stansiyası kimi uyğunlaşdırıla bilər (Şəkil 4).

Şəkil 4 - Təbii buxarın birbaşa istifadəsi ilə geotermal elektrik stansiyasının sxemi:

1 - quyu; 2 - turbin; 3 – generator;

4 – atmosferə və ya kimya zavoduna çıxış

Baxılan sxem təbii buxarın kifayət qədər ehtiyatı olan ərazilər üçün ən sərfəli ola bilər. Rasional əməliyyat imkanı verir səmərəli iş hətta dəyişən quyu axını ilə belə bir quraşdırma.

İtaliyada bir neçə belə stansiya fəaliyyət göstərir. Onlardan biri təxminən 20 kq/s və ya 80 t/saat xüsusi buxar sərfi ilə 4 min kVt gücə malikdir; digəri isə 16 min kVt gücə malikdir, burada hər birinin gücü 4 min kVt olan dörd turbogenerator quraşdırılıb. Sonuncu 7-8 quyudan buxarla təmin olunur.

Kondensasiya turbinli və təbii buxarın birbaşa istifadəsi ilə geotermal elektrik stansiyası (Şəkil 5) elektrik enerjisinin istehsalı üçün ən müasir sxemdir.

Quyudan gələn buxar turbinə verilir. Turbində sərf olunur, qarışdırıcı kondensatora daxil olur. Turbində artıq işlənmiş soyuducu su və buxar kondensatının qarışığı kondensatordan yeraltı çənə axıdılır və oradan götürülür. sirkulyasiya nasosları və soyutma üçün soyuducu qülləyə göndərilir. Soyuducu qüllədən soyuducu su yenidən kondensatora axır (Şəkil 5).

Bir çox geotermal elektrik stansiyaları bəzi modifikasiyalarla bu sxem üzrə işləyir: Larderello-2 (İtaliya), Wairakei ( Yeni Zelandiya) və s.

Tətbiq sahəsi az qaynayan işləyən maddələrdən istifadə edən iki dövrəli elektrik stansiyaları (freon-R12, su-ammiak qarışığı,) temperaturu 100...200 °C olan termal suların istiliyinin, həmçinin hidrotermal buxar yataqlarında ayrılmış suyun istifadəsidir.

Şəkil 5 - Kondensasiya turbinli və təbii buxarın birbaşa istifadəsi ilə geotermal elektrik stansiyasının sxemi:

1 - quyu; 2 - turbin; 3 – generator; 4 - nasos;

5 - kondansatör; 6 - soyutma qülləsi; 7 - kompressor; 8 - sıfırlayın

Birləşdirilmiş elektrik və istilik enerjisinin istehsalı

Geotermal istilik elektrik stansiyalarında (GeoTES) elektrik və istilik enerjisinin birgə istehsalı mümkündür.

100 °C-ə qədər temperaturu olan isti suyun istiliyindən istifadə etmək üçün vakuum tipli geotermal elektrik stansiyasının ən sadə diaqramı Şəkil 6-da göstərilmişdir.

Belə bir elektrik stansiyasının istismarı aşağıdakı kimi davam edir. 1-ci quyudan isti su akkumulyator çəninə 2 daxil olur. Çəndə o, içində həll olunmuş qazlardan azad edilir və 0,3 atm təzyiqin saxlanıldığı genişləndirici 3-ə göndərilir. Bu təzyiqdə və 69 °C temperaturda suyun kiçik bir hissəsi buxara çevrilir və vakuum turbininə 5 göndərilir, qalan su isə nasos 4 vasitəsilə istilik təchizatı sisteminə vurulur. Turbində işlənmiş buxar qarışdırıcı kondensatora 7 boşaldılır. Kondensatordan havanı çıxarmaq üçün vakuum nasosu 10 quraşdırılır, nasos 8 vasitəsilə soyuducu su ilə işlənmiş buxar kondensatının qarışığı götürülür və soyumağa göndərilir. ventilyasiya soyutma qülləsi 9. Soyuducu qüllədə soyudulan su vakuum hesabına kondensatora cazibə qüvvəsi ilə verilir.

Gücü 12 MVt (3x4 MVt) olan Verxne-Mutnovskaya GeoTPES, Petropavlovsk-Kamçatski sənaye bölgəsini elektrik enerjisi ilə təmin etmək üçün yaradılmış 200 MVt layihə gücünə malik Mutnovskaya GeoTES-in pilot mərhələsidir.

Şəkil 6 -. Bir genişləndirici ilə vakuum geotermal elektrik stansiyasının diaqramı:

1 – quyu, 2 – anbar çəni, 3 – genişləndirici, 4 – isti su nasosu, 5 – 750 kVt vakuum turbin, 6 – generator, 7 – qarışdırıcı kondensator,

8 – soyuducu su nasosu, 9 – ventilyator soyutma qülləsi, 10 – vakuum nasosu

Gücü 11 MVt olan Pauzetskaya Geotermal Elektrik Stansiyasında (Kamçatkanın cənubu) buxar turbinlərində yalnız geotermal quyulardan alınan buxar-su qarışığından ayrılmış geotermal buxar istifadə olunur. Kürü tökən Ozernaya çayına temperaturu 120 °C olan böyük miqdarda geotermal su (təxminən 80 PVA-nın ümumi istehlakı) axıdılır ki, bu da nəinki geotermal soyuducunun istilik potensialının itirilməsinə, həm də əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. çayın ekoloji vəziyyətini pisləşdirir.

İstilik nasosları

İstilik nasosu- istilik enerjisini aşağı temperaturlu aşağı dərəcəli istilik enerjisi mənbəyindən daha yüksək temperaturlu soyuducu istehlakçıya ötürmək üçün cihaz. Termodinamik olaraq istilik nasosu ters çevrilmiş soyuducu maşındır. Əgər daxil soyuducu maşınəsas məqsəd buxarlandırıcı tərəfindən istənilən həcmdən istiliyi çıxararaq soyuq istehsal etməkdir və kondensator istiliyi ətraf mühitə buraxır, sonra istilik nasosunda şəkil əksinədir (Şəkil 7). Kondensator istehlakçı üçün istilik istehsal edən istilik dəyişdiricisidir və buxarlandırıcı su anbarlarında, torpaqlarda, aşağı dərəcəli istilikdən istifadə edən istilik dəyişdiricisidir. tullantı suları və s. Əməliyyat prinsipindən asılı olaraq istilik nasosları sıxılma və udma bölünür. Kompressiv istilik nasosları həmişə elektrik mühərriki ilə idarə olunur, udma istilik nasosları isə istilikdən enerji mənbəyi kimi də istifadə edə bilər. Kompressor aşağı dərəcəli istilik mənbəyinə də ehtiyac duyur.

Əməliyyat zamanı kompressor elektrik enerjisi istehlak edir. Yaranan istilik enerjisi ilə istehlak olunan elektrik enerjisinin nisbəti transformasiya əmsalı (və ya istilik çevrilmə əmsalı) adlanır və səmərəliliyin göstəricisi kimi xidmət edir. istilik nasosu. Bu dəyər buxarlandırıcı və kondensatordakı temperatur səviyyələrinin fərqindən asılıdır: fərq nə qədər böyükdürsə, bu dəyər bir o qədər kiçikdir.

By soyuducu növü giriş və çıxış sxemlərində nasoslar altı növə bölünür: “yeraltı su”, “su-su”, “hava-su”, “yer-hava”, “su-hava”, “hava-hava”.

Torpaq enerjisindən istilik mənbəyi kimi istifadə edildikdə, mayenin sirkulyasiya etdiyi boru kəməri müəyyən bir bölgədə torpağın donma səviyyəsindən 30-50 sm aşağıda torpağa basdırılır (şəkil 8). 10 kVt gücündə bir istilik nasosunun quraşdırılması üçün 350-450 m uzunluğunda bir torpaq dövrə tələb olunur, onun quraşdırılması üçün təxminən 400 m² (20x20 m) sahəsi olan bir torpaq sahəsi tələb olunur.

Şəkil 7 – İstilik nasosunun iş diaqramı

Şəkil 8 - Torpaq enerjisinin istilik mənbəyi kimi istifadəsi

İstilik nasoslarının üstünlükləri, ilk növbədə, səmərəliliyi əhatə edir: istilik sisteminə 1 kWh istilik enerjisi ötürmək üçün istilik nasosunun quraşdırılması 0,2-0,35 kVt elektrik enerjisi sərf etməlidir külək və günəş elektrik stansiyalarından əldə edilə bilən avadanlığın istismarı üçün tələb olunan elektrik enerjisi dəyərindən başqa xərclər. İstilik nasoslarının geri qaytarılma müddəti 4-9 ildir, əsaslı təmirdən əvvəl xidmət müddəti 15-20 ildir.

Müasir istilik nasoslarının faktiki səmərəlilik dəyərləri −20 °C mənbə temperaturunda COP = 2.0, mənbə temperaturu +7 ° C olduqda COP = 4.0 səviyyəsindədir.

Rusiyada geotermal enerji ehtiyatları əhəmiyyətli sənaye potensialına, o cümlədən enerji potensialına malikdir. Yerin temperaturu 30-40 °C olan istilik ehtiyatları (Şəkil 17.20, rəng əlavəsinə baxın) Rusiyanın demək olar ki, bütün ərazisində mövcuddur və bəzi bölgələrdə temperaturu 300 °C-ə qədər olan geotermal ehtiyatlar mövcuddur. Temperaturdan asılı olaraq geotermal ehtiyatlardan istifadə olunur müxtəlif sənaye sahələri Milli iqtisadiyyat: elektrik enerjisi sənayesi, mərkəzi istilik, sənaye, Kənd təsərrüfatı, balneologiya.

Geotermal ehtiyatların 130 °C-dən yuxarı temperaturda tək dövrəli istifadə edərək elektrik enerjisi istehsal etmək mümkündür. geotermal elektrik stansiyaları(GeoES). Bununla belə, Rusiyanın bir sıra bölgələrində 85 ° C və daha yüksək səviyyədə aşağı temperaturda olan geotermal suların əhəmiyyətli ehtiyatları var (Şəkil 17.20, rəng əlavəsinə baxın). Bu halda, ikili dövrü olan bir GeoPP-dən elektrik almaq mümkündür. İkili elektrik stansiyaları hər bir dövrədə öz işçi mayesindən istifadə edən iki dövrəli stansiyalardır. İkili stansiyalar da bəzən iki işçi mayenin - ammonyak və suyun qarışığında işləyən tək dövrəli stansiyalar kimi təsnif edilir (Şəkil 17.21, rəng əlavəsinə baxın).

Rusiyada ilk geotermal elektrik stansiyaları 1965-1967-ci illərdə Kamçatkada tikilib: Kamçatkada işləyən və hazırda ən ucuz elektrik enerjisini istehsal edən Pauzetskaya GeoPP və binar dövrəli Paratunka GeoPP. Sonradan dünyada ikili dövrəli 400-ə yaxın GeoPP quruldu.

2002-ci ildə Kamçatkada ümumi gücü 50 MVt olan iki enerji bloku olan Mutnovskaya GeoPP istifadəyə verildi.

Elektrik stansiyasının texnoloji sxemi geotermal quyulardan götürülmüş buxar-su qarışığının iki mərhələli ayrılması nəticəsində əldə edilən buxardan istifadəni nəzərdə tutur.

Ayrıldıqdan sonra təzyiqi 0,62 MPa və quruluq dərəcəsi 0,9998 olan buxar səkkiz pilləli iki axınlı buxar turbininə daxil olur. ilə qoşalaşmışdır buxar turbin nominal gücü 25 MVt və gərginliyi 10,5 kV olan generator işləyir.

Ətraf mühitin təmizliyini təmin etmək texnoloji sxem Elektrik stansiyası kondensatın və separatorun yerin laylarına geri vurulması, həmçinin atmosferə hidrogen sulfid emissiyasının qarşısının alınması üçün sistemlə təchiz edilib.

Geotermal ehtiyatlardan isitmə məqsədləri üçün, xüsusilə isti geotermal suyun birbaşa istifadəsində geniş istifadə olunur.

İstilik nasoslarından istifadə edərək temperaturu 10 ilə 30 °C arasında olan aşağı potensiallı geotermal istilik mənbələrindən istifadə etmək məqsədəuyğundur. İstilik nasosu daxili enerjini aşağı temperaturlu soyuducudan yüksək temperaturlu soyuducuya ötürmək üçün nəzərdə tutulmuş bir maşındır ki, işi yerinə yetirmək üçün xarici təsirlərdən istifadə edir. İstilik nasosunun iş prinsipi tərs Carnot dövrünə əsaslanır.

kVt elektrik enerjisi istehlak edən istilik nasosu istilik sistemini 3 ilə 7 kVt istilik enerjisi ilə təmin edir. Transformasiya əmsalı aşağı dərəcəli geotermal mənbənin temperaturundan asılı olaraq dəyişir.

İstilik nasoslarından dünyanın bir çox ölkəsində geniş istifadə olunur. Ən güclü istilik nasos qurğusu İsveçdə 320 MVt istilik gücü ilə işləyir və Baltik dənizi suyunun istiliyindən istifadə edir.

İstilik nasosundan istifadənin səmərəliliyi əsasən elektrik və qiymətlərin nisbəti ilə müəyyən edilir istilik enerjisi, həmçinin sərf olunan elektrik (və ya mexaniki) enerji ilə müqayisədə istilik enerjisinin neçə dəfə çox istehsal edildiyini göstərən transformasiya əmsalı.

İstilik nasoslarının işləməsi enerji sistemindəki minimum yüklər dövründə ən qənaətcildir.

üçün ədəbiyyat öz-özünə təhsil

17.1.İstifadəsi su enerjisi: universitetlər üçün dərslik / ed. Yu.S. Vasilyeva. -
4-cü nəşr, yenidən işlənmiş. və əlavə M.: Energoatomizdat, 1995.

17.2.Vasiliev Yu.S., Vissarionov V.I., Kubışkin L.I. Hidroenergetika həlli
Rus tapşırıqları kompüterdə. M .: Energoatomizdat, 1987.

17.3.Neporojni P.S., Obrezkov V.I.İxtisasla tanışlıq. Su elektrik enerjisi
işarələyin: dərslik universitetlər üçün. - 2-ci nəşr, yenidən işlənmiş. və əlavə M: Energoatomizdat,
1990.

17.4.Su-energetika və su-təsərrüfat hesablamaları: universitetlər üçün dərslik /
tərəfindən redaktə edilmiş VƏ. Vissarionova. M.: MPEI nəşriyyatı, 2001.

17.5.Hesablama resurslar günəş enerjisi: universitetlər üçün dərslik / red.
VƏ. Vissarionova. M.: MPEI nəşriyyatı, 1997.

17.6.Resurslar və bərpa olunan enerji mənbələrindən istifadənin səmərəliliyi
Rusiyada / Müəlliflər Komandası. Sankt-Peterburq: Nauka, 2002.

17.7.Dyakov A.F., Perminov E.M., Şakaryan Yu.Q. Rusiyada külək enerjisi. dövlət
və inkişaf perspektivləri. M.: MPEI nəşriyyatı, 1996.

17.8.Hesablama külək enerjisi ehtiyatları: universitetlər üçün dərslik / ed. VƏ. Wissa
Rionova. M.: MPEI nəşriyyatı, 1997.

17.9.Mutnovski Kamçatkadakı geotermal elektrik kompleksi / O.V. Britvin,

Mövzu: Geotermal elektrik stansiyasının istilik diaqramının hesablanması

Geotermal elektrik stansiyası iki turbindən ibarətdir:

birincisi genişlənmədə əldə edilən doymuş su buxarında işləyir

bədən Elektrik enerjisi - N ePT = 3 MVt;

ikincisi doymuş soyuducu buxar üzərində işləyir - R11, istifadə olunur

genişləndiricidən çıxarılan suyun istiliyinə görədir. Elektrik

güc - N eHT, MW.

Geotermal quyulardan su temperaturu t gv = 175 °C-dən sonra

genişləndiriciyə tökülür. Genişləndirici ilə quru doymuş buxar əmələ gəlir

temperatur 25 dərəcə aşağı t Mühafizəçilər Bu buxar göndərilir

turbin. Genişləndiricidən qalan su buxarlandırıcıya gedir, burada

60 dərəcə soyudulur və yenidən quyuya vurulur. Nedog-

buxarlanma qurğusunda uğultu - 20 dərəcə. İşləyən mayelər genişlənir -

turbinlərdə və kondensatorlara daxil olur, buradan su ilə soyudulur

temperaturu olan çaylar t xv = 5 °C. Kondensatorda suyun istiləşməsidir

10 ºС və doyma temperaturu 5 ºС-ə qədər qızdırılır.

Turbinlərin nisbi daxili səmərəlilikləri ç oi= 0,8. Elektromexaniki

Turbogeneratorların texniki səmərəliliyi çem = 0,95-dir.

Müəyyənləşdirmək:

freonda işləyən turbinin elektrik enerjisi - N eCT və

ümumi güc Haqqımızda Şirkətin Adı: GeoTES;

hər iki turbin üçün işçi mayelərin istehlakı;

quyudan su axını;

Geotermal elektrik stansiyasının səmərəliliyi.

Seçimlər üçün Cədvəl 3-dən ilkin məlumatları götürün.

Cədvəl 3

3 nömrəli tapşırıq üçün ilkin məlumatlar

həyata

3. Xarakterik nöqtələrdəki entalpiyaları təyin edin:

4. Turbində mövcud istilik itkisini hesablayırıq:

PT PT

5. Turbində faktiki istilik itkisini tapın:

NIPT =NOPT ⋅ç oi = 744,6 ⋅ 0,8 = 595,7kJ /Kiloqram .

6. Buxarın (geotermal quyudan su) suya sərf edilməsi

düsturdan istifadə edərək turbin tapırıq:

DoPT =

NIPT ⋅ç Em

5,3Kiloqram /ilə .

7. Suyun geotermal quyudan buxarlandırıcıya və ona axması

Bütün geotermal elektrik stansiyasını ümumi olaraq tənliklər sistemindən tapırıq:

PT ISP

Bu sistemi həll edərək, tapırıq:

7.1 geotermal quyudan buxarlandırıcıya su axını:

hGW −hp

2745,9 − 733,25

733,25 − 632, 25

7.2 Geotermal quyudan ümumi su axını

DGW = 5,3 + 105,6 = 110,9Kiloqram /ilə .

8. İkinci turbində freon axınının sürəti istilik tənliyindən tapılır

ümumi balans:

ISP vykhI XT XT

harada ç Və= 0,98 - buxarlandırıcının səmərəliliyi.

⋅ç Və ⋅

hp −hexit

105,6 ⋅ 0,98 ⋅

632,25 − 376,97

114,4Kiloqram /ilə .

9. Soyuducuda işləyən ikinci turbinin elektrik enerjisi

düsturla müəyyən edilir:

Harada HiXT = (hp −h HT)ç oi- ikinci faktiki istilik fərqi

XT XT T

10. Geotermal elektrik stansiyasının ümumi elektrik enerjisi aşağıdakılara bərabər olacaq:

GeoTES XT

11. GeoTES-in səmərəliliyini tapaq:

ç GeoTES

GeoTES

D −h

⎜ ⎜D

N eGeoTES

⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞

⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠

Praktiki dərs № 6

Hədəf: geotermal elektrik stansiyalarının və okean istilik enerjisinin çevrilməsi texnologiyalarının (OTEC) iş prinsipi, habelə onların hesablanması metodologiyası ilə tanış olmaq.

Dərsin müddəti- 2 saat

Tərəqqi:

1. İşin nəzəri hissəsinə əsasən, geotermal elektrik stansiyalarının iş prinsipi və okeanın istilik enerjisinin çevrilməsi texnologiyaları ilə tanış olun (PTEC.

2. Fərdi tapşırığa uyğun olaraq praktiki məsələləri həll edin.

1. NƏZƏRİ HİSSƏ

Okean İstilik Enerjisindən istifadə

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) texnologiyası isti və soyuq okean suyu arasındakı temperatur fərqindən istifadə edərək elektrik enerjisi yaradır. Boru ilə 1000 metrdən çox dərinlikdən (günəş şüalarının heç vaxt çatmadığı yerdən) soyuq su çəkilir. Sistem həmçinin okean səthinə yaxın ərazidən isti sudan istifadə edir. Günəş şüaları ilə qızdırılan su ilə istilik dəyişdiricisindən keçir kimyəvi maddələr elektrik generatorlarının turbinlərini hərəkətə gətirən kimyəvi buxar yaradan ammonyak kimi aşağı qaynama nöqtəsi ilə. Buxar daha sonra dərin okeandan soyudulmuş sudan istifadə edərək yenidən maye halına gətirilir. Tropik bölgələr PTEC sistemləri üçün ən uyğun yer hesab olunur. Bu, dayaz və dərin sularda su arasındakı daha böyük temperatur fərqi ilə bağlıdır.

Külək və günəş fermalarından fərqli olaraq, okean istilik elektrik stansiyaları ilin 365 günü gecə-gündüz təmiz elektrik enerjisi istehsal edə bilir. Belə enerji bloklarının yeganə əlavə məhsulu soyuq sudur ki, ondan enerji istehsal edən obyektin yaxınlığında yerləşən inzibati və yaşayış binalarının soyudulması və kondisionerləşdirilməsi üçün istifadə oluna bilər.

Geotermal enerjidən istifadə

Geotermal enerji- Bu, Yerin təbii istiliyindən əldə edilən enerjidir. Bu istiliyi quyulardan istifadə etməklə əldə etmək olar. Quyudakı geotermal gradient hər 36 metrdən bir 1 °C artır. Bu istilik səthə buxar və ya isti su şəklində verilir. Bu istilik həm evlərin və binaların isitilməsi, həm də elektrik enerjisi istehsalı üçün birbaşa istifadə edilə bilər.

Müxtəlif hesablamalara görə, Yerin mərkəzində temperatur ən azı 6650 °C-dir. Yerin soyuma sürəti milyard ildə təxminən 300-350 °C-dir. Yer 42·10 12 Vt istilik yayır, bunun 2%-i yer qabığında, 98%-i isə mantiyada və nüvədə udulur. Müasir texnologiyalarçox dərindən ayrılan istiliyə çatmağa imkan verməyin, lakin 840000000000 W (2%) mövcud geotermal enerji bəşəriyyətin ehtiyaclarını ödəyə bilər. uzun müddətə. Kontinental plitələrin kənarları ətrafındakı sahələrdir ən yaxşı yer geotermal stansiyaların tikintisi üçün, çünki belə ərazilərdə yer qabığı daha nazikdir.

Geotermal elektrik stansiyalarından enerji əldə etməyin bir neçə yolu var:

· Birbaşa sxem: buxar borular vasitəsilə elektrik generatorlarına qoşulmuş turbinlərə yönəldilir;

· Dolayı sxem: birbaşa sxemə bənzər, lakin buxar borulara daxil olmamışdan əvvəl, boruların məhvinə səbəb olan qazlardan təmizlənir;

· Qarışıq sxem: birbaşa sxemə bənzəyir, lakin kondensasiyadan sonra onun içində həll olunmamış qazlar sudan çıxarılır.

2. PRAKTİKİ HİSSƏ

Tapşırıq 1. İlkin temperaturu təyin edin t 2 və geotermal enerjinin miqdarı E o (J) su qatının qalınlığı h km dərinlikdə z km, lay süxurunun xüsusiyyətləri verildikdə: sıxlıq r gr = 2700 kq/m3; məsaməlilik A = 5%; xüsusi istilik gr ilə =840 J/(kq K). Temperatur qradiyenti (dT/dz) °C / km ilə tapşırıq seçimləri cədvəlindən seçin.

Səthin orta temperaturu t o 10 ° C-yə bərabər qəbul edin. Suyun xüsusi istilik tutumu C in = 4200 J/(kq K); suyun sıxlığı ρ = 1·10 3 kq/m3. Səth sahəsinə əsasən hesablayın F = 1 km 2. Minimum icazə verilən temperatur formalaşmasını bərabər qəbul edin t 1=40°C.

Həmçinin istilik enerjisinin çıxarılması üçün vaxt sabitini təyin edin τ o (il) su anbarına vurulduqda və istehlak edildikdə V =0,1 m 3 /(s km 2). İlkin olaraq çıxarılan istilik enerjisi nə qədər olacaq? (dE/dz) τ =0 və 10 ildən sonra (dE/dz) τ =10?

Tapşırıq 1 təbiətdə cəmlənmiş geotermal enerjinin istilik potensialına həsr edilmişdir sulu təbəqələr z (km) dərinlikdə yer səthi. Tipik olaraq, akiferin qalınlığı h (km) onun dərinliyindən azdır. Qat məsaməli bir quruluşa malikdir - süxurların su ilə dolu məsamələri var (məsaməlik α əmsalı ilə qiymətləndirilir). Orta sıxlıq sərt qayalar yer qabığı p gr =2700 kq/m 3, və istilik keçiricilik əmsalı λ gr =2 Vt/(m K). Yerin səthinə doğru yerin temperaturunun dəyişməsi °C/km və ya K/km ilə ölçülən temperatur qradiyenti (dT/dz) ilə xarakterizə olunur.

Ən çox yayılmışdır qlobus səthə doğru çıxan istilik axınlarının sıxlığı ≈ 0,06 Vt/m2 olan normal temperatur qradiyenti (40 °C/km-dən az) olan ərazilər. Yerin bağırsaqlarından istilik çıxarılmasının iqtisadi məqsədəuyğunluğu burada mümkün deyil.

Yarımtermal vəziyyətdə sahələrdə temperatur qradiyenti 40-80 °C/km təşkil edir. Burada yeraltı təbəqənin istiliyindən istilik üçün, istixanalarda və balneologiyada istifadə etmək məqsədəuyğundur.

Hipertermal vəziyyətdəərazilərdə (yer qabığının platformalarının hüdudlarına yaxın) gradient 80 °C/km-dən çoxdur. Burada geotermal elektrik stansiyası tikmək məqsədəuyğundur.

Məlum bir temperatur qradiyenti ilə sulu təbəqənin istismarına başlamazdan əvvəl onun temperaturunu təyin etmək mümkündür:

T g =T o +(dT/dz)·z,

burada T o Yer səthindəki temperatur, K (° C).

Hesablama praktikasında geotermal enerjinin xüsusiyyətləri adətən F səthinin 1 km 2-yə aid edilir.

Laymanın istilik tutumu Cpl (J/K) tənliyi ilə müəyyən edilə bilər

C pl =[α·ρ in ·C in +(1- α)·ρ gr ·C gr ]·h·F,

burada p in və C in müvafiq olaraq sıxlıq və izobar xüsusi istilikdir

r gr və C gr - qruntun (forma süxurlarının) sıxlığı və xüsusi istilik tutumu; adətən p gr = 820-850 J/(kq K).

T 1 təbəqəsinin istilik enerjisinin istifadə oluna biləcəyi minimum icazə verilən temperaturu təyin etsəniz (K), əməliyyatın başlanğıcında onun istilik potensialını qiymətləndirə bilərsiniz (J):

E 0 =C pl (T 2 -T 1)

Rezervuar vaxtı sabiti τ 0 ( mümkün vaxtİstifadəsi, illər) həcmi V (m 3 / s) ilə suyun vurulması ilə istilik enerjisinin çıxarılması halında tənlik ilə müəyyən edilə bilər:

τ 0 =C pl /(V·ρ in ·С in)

Ehtimal olunur ki, su anbarının istilik potensialı onun inkişafı zamanı eksponensial qanuna uyğun olaraq dəyişir:

E=E 0 ·e -(τ / τ o)

burada τ əməliyyatın başlanmasından illərin sayıdır;

e natural loqarifmlərin əsasıdır.

İstilik gücü geotermal su anbarı τ vaxtında (inkişafın əvvəlindən illər) W (MW):

Problem 2 Faktiki səmərəliliyin olduğuna inanılır η Yerüstü və dərin sular arasındakı temperatur fərqindən (T 1 -T 2) = ∆T istifadə edən və Rankine dövrü ilə işləyən okean istilik elektrik stansiyası Karno dövrü ilə işləyən qurğunun istilik səmərəliliyinin yarısıdır, η t k . Okean səthində suyun temperaturu olduqda işçi mayesi ammonyak olan OTES-in faktiki səmərəliliyinin mümkün dəyərini təxmin edin. t , °С və okeanın dərinliyində suyun temperaturu t 2 , °C. İsti suyun istehlakı nədir V , tutumlu OTES üçün m/saat tələb olunacaq N MW?

Problem 2 tanınmış Rankine dövrünə uyğun olaraq işləyən OTES-də elektrik enerjisi istehsal etmək üçün səth və dərin okean suları arasındakı temperatur fərqindən istifadə perspektivlərinə həsr edilmişdir. İşləyən mayenin aşağı qaynayan maddələrdən (ammiak, freon) istifadə etməsi nəzərdə tutulur. Kiçik temperatur fərqlərinə görə (∆T=15÷26 o C) Karno dövrü ilə işləyən qurğunun istilik səmərəliliyi cəmi 5-9% təşkil edir. Rankine dövrünə uyğun olaraq işləyən quraşdırmanın faktiki səmərəliliyi yarısı qədər olacaq. Nəticədə, OTES-də nisbətən kiçik tutumların payını əldə etmək üçün "isti" və "soyuq" suyun böyük axınları və nəticədə böyük diametrli giriş və çıxış boru kəmərləri tələb olunur.

Q 0 =p·V·C p ·∆T,

burada p dəniz suyunun sıxlığı, kq/m3;

Ср - dəniz suyunun kütləvi istilik tutumu, J/(kq K);

V - həcmli su axını, m 3 / s;

∆T = T 1 -T 2 - səth və dərin sular arasındakı temperatur fərqi

(dövrün temperatur fərqi) °C və ya K.

İdeal nəzəri Karno dövrəsində mexaniki güc N 0 (W) kimi təyin edilə bilər

N 0 =η t k ·Q o ,

və ya (1) və Karno dövrünün η t k istilik səmərəliliyinin ifadəsini nəzərə alaraq:

N 0 =p·C p ·V·(∆T) 2 /T 1.

Problem 3 Elektrik enerjisi ilə iki dövrəli buxar-su geotermal elektrik stansiyası N temperaturda geotermal quyulardan sudan istilik alır t gc . Buxar generatorunun çıxışında quru doymuş buxar temperaturdan 20 0 C aşağıdır t gc . Buxar turbində genişlənir və kondensatora daxil olur və oradan su ilə soyudulur mühit temperatur ilə t xv . Soyuducu su kondensatorda 12 0 C qızdırılır. Kondensatın temperaturu 20 0 C yüksəkdir. t xv . Geotermal su kondensatdan 15 0 C yüksək temperaturda buxar yaradan zavodu tərk edir. Nisbi daxili turbin əmsalı η oi , turbogeneratorun elektrik səmərəliliyi η e =0,96. Rankine dövrünün istilik səmərəliliyini, buxar sərfini və müəyyən edin xüsusi istehlak istilik, geotermal quyulardan və ətraf mühitdən su sərfi.

Bir dövrəli buxar turbinli geotermal elektrik stansiyasında, ayrıldıqdan sonra quru doymuş buxarın entalpiyası geotermal suyun temperaturu t gv ilə müəyyən edilir. Su və su buxarının termodinamik xassələri cədvəllərindən və ya h-s qrafikləri s. İki dövrəli GeoTEP vəziyyətində buxar generatorunda Δt temperatur fərqi nəzərə alınır. Hesablamanın qalan hissəsi günəş buxar turbinli istilik elektrik stansiyası üçün olduğu kimi aparılır.

Buxar sərfiyyatı nisbətdən müəyyən edilir

kq/s,

burada η t dövrün istilik səmərəliliyidir,

η oі – Turbinin nisbi daxili səmərəliliyi,

η e – turbogeneratorun elektrik səmərəliliyi,

N – GeoTEU gücü, kVt,

Geotermal quyulardan isti suyun sərfi düsturla müəyyən edilir

, kq/s,

istehlak soyuq suətraf mühitdən buxar kondensasiyasına qədər

, kq/s,

burada с = 4,19 kJ/kg∙K – suyun istilik tutumu,

η pg – buxar generatorunun səmərəliliyi,

Δt pg – buxar generatorunda geotermal suyun temperatur fərqi, 0 C,

Δt xv – kondensatorda soyuq suyun temperatur fərqi, 0 C.

Aşağı qaynayan və qarışıq işçi mayeləri olan geotermal elektrik stansiyalarının hesablanması termodinamik xassələrin cədvəllərindən və bu mayelərin buxarlarının h-s diaqramlarından istifadə etməklə aparılır.