Perhitungan skema termal pembangkit listrik tenaga panas bumi. energi panas bumi

PERHITUNGAN PLTP

Kami akan menghitung skema termal dari pembangkit listrik tenaga panas bumi tipe biner, menurut.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi kami terdiri dari dua turbin:

Yang pertama bekerja pada uap air jenuh yang diperoleh di expander. Tenaga listrik - ;

Yang kedua bekerja pada uap jenuh freon R11, yang menguap karena panas air yang dikeluarkan dari expander.

Air dari sumur panas bumi dengan tekanan pgw dan suhu tgw masuk ke dalam expander. Ekspander menghasilkan uap jenuh kering pada tekanan pp. Uap ini dikirim ke turbin uap. Air yang tersisa dari expander masuk ke evaporator, di mana ia mendingin dan berakhir kembali ke sumur. perbedaan suhu dalam tanaman penguapan= 20С. Fluida kerja berekspansi di turbin dan masuk ke kondensor, di mana mereka didinginkan oleh air dari sungai dengan suhu txw. Pemanasan air di kondensor = 10°C, dan subcooling sampai suhu jenuh = 5°C.

Efisiensi internal relatif turbin. Efisiensi elektromekanis turbogenerator = 0,95.

Data awal diberikan pada Tabel 3.1.

tab. 3.1. Data awal untuk perhitungan GeoPP

Diagram skema GeoPP tipe biner (Gbr. 3.2).

Beras. 3.2.

Menurut diagram pada Gambar. 3.2 dan data awal kami melakukan perhitungan.

Perhitungan skema turbin uap yang beroperasi pada uap jenuh kering

Temperatur uap pada saluran masuk kondensor turbin:

dimana suhu air pendingin pada saluran masuk kondensor; - pemanas air di kondensor; adalah perbedaan suhu di kondensor.

Tekanan uap di turbin kondensor ditentukan dari tabel sifat air dan uap:

Penurunan panas yang tersedia ke turbin:

di mana adalah entalpi uap jenuh kering pada saluran masuk turbin; - entalpi pada akhir proses ekspansi uap teoritis di turbin.

Aliran uap dari expander ke turbin uap:

di mana internal relatif efisiensi uap turbin; - efisiensi elektromekanis turbogenerator.

Perhitungan ekspander air panas bumi

Persamaan keseimbangan panas expander

dimana laju aliran air panas bumi dari sumur; - entalpi air panas bumi dari sumur; - aliran air dari expander ke evaporator; - entalpi air panas bumi di outlet ekspander. Itu ditentukan dari tabel sifat air dan uap air sebagai entalpi air mendidih.

Persamaan Keseimbangan Bahan Expander

Dengan menyelesaikan dua persamaan ini bersama-sama, perlu untuk menentukan dan.

Suhu air panas bumi di outlet expander ditentukan dari tabel sifat air dan uap air sebagai suhu jenuh pada tekanan di expander:

Penentuan parameter pada titik karakteristik sirkuit termal turbin yang beroperasi dalam freon

Temperatur uap freon pada saluran masuk turbin:

Temperatur uap freon di outlet turbin:

Entalpi uap freon pada saluran masuk turbin ditentukan oleh: diagram p-h untuk freon pada garis saturasi di :

240 kJ/kg.

Entalpi uap freon di outlet turbin ditentukan dari diagram p-h untuk freon di persimpangan garis dan garis suhu:

220 kJ/kg.

Entalpi didih freon di saluran keluar kondensor ditentukan dari diagram p-h untuk freon pada kurva untuk mendidihkan cairan berdasarkan suhu:

215 kJ/kg.

Perhitungan Evaporator

Suhu air panas bumi di outlet evaporator:

Persamaan keseimbangan panas evaporator:

dimana adalah kapasitas panas air. Terima = 4,2 kJ / kg.

Dari persamaan tersebut perlu ditentukan.

Perhitungan daya turbin yang beroperasi pada freon

di mana efisiensi internal relatif dari turbin freon; - efisiensi elektromekanis turbogenerator.

Menentukan kekuatan pompa untuk memompa air panas bumi ke dalam sumur

dimana efisiensi pompa diasumsikan 0,8; - rata-rata volume spesifik air panas bumi.

Tujuan kuliah: menunjukkan kemungkinan dan cara menggunakan panas bumi dalam sistem catu daya.

Panas dalam bentuk mata air panas dan geyser dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan berbagai skema di pembangkit listrik tenaga panas bumi (GeoES). Skema yang paling mudah diterapkan adalah skema menggunakan sepasang cairan dengan titik didih rendah. Air panas dari sumber alami, memanaskan cairan seperti itu di evaporator, mengubahnya menjadi uap, yang digunakan dalam turbin dan berfungsi sebagai penggerak untuk generator saat ini.

Gambar 1 menunjukkan siklus dengan satu fluida kerja, misalnya dengan air atau freon ( tetapi); siklus dengan dua fluida kerja - air dan freon ( B); siklus uap langsung ( di dalam) dan siklus dua putaran ( G).

Teknologi produksi energi listrik sangat tergantung pada potensi termal air panas.

Gambar. 1 - Contoh organisasi siklus untuk pembangkit listrik:

I - sumber panas bumi; II - siklus turbin; III - air pendingin

Deposit berpotensi tinggi memungkinkan penggunaan desain tradisional pembangkit listrik termal dengan turbin uap.

Tabel 1 -Spesifikasi pembangkit listrik tenaga panas bumi

Gambar 2 menunjukkan yang paling sirkuit sederhana pembangkit listrik kecil (GeoES) menggunakan panas dari sumber bawah tanah yang panas.

Air dari mata air panas dengan suhu sekitar 95 ° C dipompa oleh pompa 2 ke gas remover 3, di mana gas-gas terlarut di dalamnya dipisahkan.

Selanjutnya, air masuk ke evaporator 4, yang diubah menjadi uap jenuh dan sedikit terlalu panas karena panas uap (dari boiler tambahan), yang sebelumnya telah habis di ejektor kondensor.

Uap superheated sedikit bekerja di turbin 5, di poros yang ada generator arus. Uap buang mengembun di kondensor 6, yang didinginkan oleh air pada suhu normal.

Gambar 2-. Skema GeoPP kecil:

1 - penerima air panas; 2 - pompa air panas; 3 - penghilang gas;

4 - penguap; 5 - turbin uap dengan generator saat ini; 6 - kapasitor; 7 - pompa sirkulasi; 8 - penerima air pendingin

Instalasi sederhana seperti itu sudah beroperasi di Afrika pada 1950-an.

Pilihan desain yang jelas untuk pembangkit listrik modern adalah pembangkit listrik panas bumi dengan zat kerja dengan titik didih rendah, ditunjukkan pada Gambar 3. Air panas dari tangki penyimpanan memasuki evaporator 3, di mana ia melepaskan panasnya ke beberapa zat dengan suhu rendah. titik didih. Zat tersebut dapat berupa karbon dioksida, berbagai freon, belerang heksafluorida, butana, dll. Kondensor 6 adalah jenis pencampuran, yang didinginkan oleh butana cair dingin yang berasal dari pendingin udara permukaan. Bagian dari butana dari kondensor disuplai oleh pompa umpan 9 ke pemanas 10, dan kemudian ke evaporator 3.

Fitur penting skema ini adalah kemampuan untuk bekerja di waktu musim dingin dengan suhu kondensasi rendah. Suhu ini bisa mendekati nol atau bahkan negatif, karena semua zat yang terdaftar memiliki titik beku yang sangat rendah. Ini memungkinkan Anda untuk secara signifikan memperluas batas suhu yang digunakan dalam siklus.

Gambar 3. Skema pembangkit listrik tenaga panas bumi dengan zat kerja dengan titik didih rendah:

1 - sumur, 2 - tangki penyimpanan, 3 - evaporator, 4 - turbin, 5 - generator, 6 - kondensor, 7 - pompa sirkulasi, 8 - pendingin udara permukaan, 9 - pompa umpan, 10 - pemanas medium kerja

panas bumi pembangkit listrik dari langsung menggunakan uap alami.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi yang paling sederhana dan paling terjangkau adalah turbin uap tekanan balik. Uap alami dari sumur disuplai langsung ke turbin dengan pelepasan berikutnya ke atmosfer atau ke perangkat yang menangkap bahan kimia berharga. Turbin tekanan balik dapat disuplai dengan uap sekunder atau uap yang diperoleh dari separator. Menurut skema ini, pembangkit listrik beroperasi tanpa kapasitor, dan kompresor tidak perlu mengeluarkan gas yang tidak dapat terkondensasi dari kapasitor. Pemasangan ini paling sederhana, modal dan biaya operasionalnya minimal. Ini menempati area kecil, hampir tidak memerlukan peralatan bantu dan mudah untuk beradaptasi sebagai pembangkit listrik tenaga panas bumi portabel (Gambar 4).

Gambar 4 - Skema pembangkit listrik tenaga panas bumi dengan penggunaan langsung uap alami:

1 - baik; 2 - turbin; 3 - pembangkit;

4 - keluar ke atmosfer atau ke pabrik kimia

Skema yang dipertimbangkan dapat menjadi yang paling menguntungkan untuk daerah-daerah di mana terdapat cadangan uap alam yang cukup. Operasi rasional memberikan kesempatan kerja yang efektif instalasi seperti itu bahkan dengan laju aliran sumur variabel.

Ada beberapa stasiun seperti itu di Italia. Salah satunya memiliki kapasitas 4 ribu kW dengan konsumsi uap spesifik sekitar 20 kg / s atau 80 t / jam; satunya lagi berkapasitas 16 ribu kW, yang dipasang empat turbogenerator dengan kapasitas masing-masing 4 ribu kW. Yang terakhir disuplai dengan uap dari 7-8 sumur.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi dengan turbin kondensasi dan penggunaan langsung uap alami (Gambar 5) adalah skema paling modern untuk menghasilkan energi listrik.

Uap dari sumur diumpankan ke turbin. Menghabiskan di turbin, memasuki kondensor pencampuran. Campuran air pendingin dan kondensat uap yang sudah habis di turbin dibuang dari kondensor ke tangki bawah tanah, dari mana ia diambil pompa sirkulasi dan dikirim ke menara pendingin untuk pendinginan. Dari menara pendingin, air pendingin kembali masuk ke kondensor (Gambar 5).

Menurut skema ini, dengan beberapa perubahan, banyak pembangkit listrik tenaga panas bumi beroperasi: Larderello-2 (Italia), Wairakei ( Selandia Baru) dan sebagainya.

Cakupan pembangkit listrik sirkuit ganda pada zat kerja dengan titik didih rendah (freon-R12, campuran air-amonia,) adalah penggunaan panas air termal dengan suhu 100 ... 200 ° C, serta air yang dipisahkan dalam endapan hidrotermal uap.

Gambar 5 - Skema pembangkit listrik tenaga panas bumi dengan turbin kondensasi dan penggunaan langsung uap alami:

1 - baik; 2 - turbin; 3 - pembangkit; 4 - pompa;

5 - kapasitor; 6 - menara pendingin; 7 - kompresor; 8 - setel ulang

Gabungan produksi energi listrik dan panas

Produksi gabungan energi listrik dan panas dimungkinkan di pembangkit listrik tenaga panas bumi (GeoTPP).

Diagram paling sederhana dari GeoTPP tipe vakum untuk penggunaan panas air panas dengan suhu hingga 100 ° C ditunjukkan pada Gambar 6.

Pengoperasian pembangkit listrik tersebut berlangsung sebagai berikut. Air panas dari sumur 1 masuk ke tangki penyimpanan 2. Di dalam tangki, ia dibebaskan dari gas terlarut di dalamnya dan dikirim ke expander 3, di mana tekanan 0,3 atm dipertahankan. Pada tekanan ini dan pada suhu 69 ° C, sebagian kecil air berubah menjadi uap dan dikirim ke turbin vakum 5, dan sisa air dipompa oleh pompa 4 ke sistem pasokan panas. Uap yang habis di turbin dibuang ke kondensor pencampur 7. Untuk mengeluarkan udara dari kondensor, dipasang pompa vakum (10) secara gravitasi karena pelepasan.

GeoTPP Verkhne-Mutnovskaya dengan kapasitas 12 MW (3x4 MW) adalah tahap percontohan GeoTPP Mutnovskaya dengan kapasitas desain 200 MW, yang dibuat untuk memasok listrik ke kawasan industri Petropavlovsk-Kamchatsky.

Gambar 6 -. Skema GeoTPP vakum dengan satu expander:

1 - sumur, 2 - tangki penyimpanan, 3 - expander, 4 - pompa air panas, 5 - turbin vakum 750 kW, 6 - generator, 7 - kondensor pencampur,

8 - pompa air pendingin, 9 - menara pendingin kipas, 10 - pompa vakum

Di Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Pauzhetskaya (selatan Kamchatka) berkapasitas 11 MW, turbin uap hanya menggunakan uap panas bumi yang dipisahkan dari campuran uap-air yang diperoleh dari sumur panas bumi. Sejumlah besar air panas bumi (sekitar 80 dari total konsumsi PVA) dengan suhu 120 °C dibuang ke Pemijahan Sungai Ozernaya, yang tidak hanya menyebabkan hilangnya potensi termal pendingin panas bumi, tetapi juga secara signifikan memperburuk keadaan ekologi sungai.

Pompa panas

Pompa panas- perangkat untuk mentransfer energi panas dari sumber energi termal tingkat rendah dengan suhu rendah ke konsumen pembawa panas dengan suhu lebih tinggi. Secara termodinamika, pompa kalor adalah mesin refrigerasi terbalik. Jika di mesin pendingin tujuan utamanya adalah untuk menghasilkan dingin dengan mengambil panas dari volume berapa pun oleh evaporator, dan kondensor melepaskan panas ke lingkungan, kemudian di pompa panas gambarnya terbalik (Gambar 7). Kondensor adalah alat penukar panas yang menghasilkan panas untuk konsumen, dan evaporator adalah alat penukar panas yang memanfaatkan panas tingkat rendah yang terletak di badan air, tanah, penyaluran pecomberan dll. Tergantung pada prinsip operasi, pompa panas dibagi menjadi kompresi dan penyerapan. Pompa kalor kompresi selalu digerakkan oleh motor listrik, sedangkan pompa kalor absorpsi juga dapat menggunakan kalor sebagai sumber energi. Kompresor juga membutuhkan sumber panas tingkat rendah.

Selama operasi, kompresor mengkonsumsi listrik. Rasio energi panas yang dihasilkan dan energi listrik yang dikonsumsi disebut rasio transformasi (atau koefisien konversi panas) dan berfungsi sebagai indikator efisiensi. pompa panas. Nilai ini tergantung pada perbedaan antara tingkat suhu di evaporator dan kondensor: semakin besar perbedaannya, semakin kecil nilainya.

Oleh jenis pendingin di sirkuit input dan output, pompa dibagi menjadi enam jenis: "air tanah", "air-air", "udara-air", "udara-tanah", "air-udara", "udara-udara" .

Saat menggunakan energi tanah sebagai sumber panas, pipa di mana cairan bersirkulasi terkubur di dalam tanah 30-50 cm di bawah tingkat pembekuan tanah di wilayah tertentu (Gambar 8). Untuk memasang pompa kalor dengan kapasitas 10 kW, diperlukan sirkuit pembumian sepanjang 350-450 m, untuk peletakan yang membutuhkan sebidang tanah sekitar 400 m² (20x20 m).

Gambar 7 - Skema operasi pompa kalor

Gambar 8 - Penggunaan energi tanah sebagai sumber panas

Pertama-tama, keunggulan pompa panas termasuk efektivitas biaya: untuk mentransfer 1 kWh energi panas ke sistem pemanas, instalasi HPP perlu menghabiskan 0,2-0,35 kWh listrik .. Semua sistem beroperasi menggunakan sirkuit tertutup dan praktis tidak memerlukan biaya operasional, kecuali biaya listrik yang diperlukan untuk mengoperasikan peralatan, yang dapat diperoleh dari pembangkit listrik tenaga angin dan surya. Periode pengembalian pompa panas adalah 4-9 tahun, dengan masa pakai 15-20 tahun sebelum perbaikan besar.

Nilai efisiensi aktual pompa kalor modern adalah orde COP = 2,0 pada suhu sumber -20 °C, dan orde COP = 4,0 pada suhu sumber +7 °C.

Sumber daya energi panas bumi di Rusia memiliki potensi industri yang signifikan, termasuk energi. Cadangan panas Bumi dengan suhu 30-40 °С (Gbr. 17.20, lihat sisipan warna) tersedia hampir di seluruh Rusia, dan di beberapa wilayah ada sumber daya panas bumi dengan suhu hingga 300 °С. Tergantung pada suhu, sumber daya panas bumi digunakan dalam berbagai industri ekonomi Nasional: industri tenaga listrik, suplai panas, industri, pertanian, balneologi.

Pada suhu sumber daya panas bumi di atas 130 ° C, dimungkinkan untuk mendapatkan listrik pada sirkuit tunggal pembangkit listrik tenaga panas bumi(GeoES). Namun, sejumlah wilayah Rusia memiliki cadangan air panas bumi yang signifikan dengan suhu lebih rendah sekitar 85 ° C ke atas (Gbr. 17.20, lihat sisipan warna). Dalam hal ini, dimungkinkan untuk memperoleh listrik di GeoPP dengan siklus biner. Pembangkit listrik biner adalah stasiun sirkuit ganda yang menggunakan fluida kerja mereka sendiri di setiap sirkuit. Stasiun biner juga kadang-kadang disebut sebagai stasiun loop tunggal yang beroperasi pada campuran dua fluida kerja - amonia dan air (Gbr. 17.21, lihat sisipan warna).

Pembangkit listrik tenaga panas bumi pertama di Rusia dibangun di Kamchatka pada tahun 1965-1967: GeoPP Pauzhetskaya, yang beroperasi dan saat ini menghasilkan listrik termurah di Kamchatka, dan GeoPP Paratunskaya dengan siklus biner. Di masa depan, sekitar 400 GeoPP dengan siklus biner dibangun di dunia.

Pada tahun 2002, GeoPP Mutnovskaya dioperasikan di Kamchatka dengan dua unit daya dengan total kapasitas 50 MW.

Skema teknologi pembangkit listrik menyediakan penggunaan uap yang diperoleh dengan pemisahan dua tahap campuran uap-air yang diambil dari sumur panas bumi.

Setelah pemisahan, uap dengan tekanan 0,62 MPa dan derajat kekeringan 0,9998 memasuki turbin uap aliran ganda dengan delapan tahap. Dipasangkan dengan turbin uap generator dengan daya nominal 25 MW dan tegangan 10,5 kV sedang beroperasi.

Untuk menjamin kebersihan lingkungan di skema teknologi Pembangkit listrik menyediakan sistem untuk memompa kondensat dan memisahkan kembali ke lapisan bumi, serta mencegah emisi hidrogen sulfida ke atmosfer.

Sumber daya panas bumi banyak digunakan untuk suplai panas, terutama bila menggunakan air panas bumi secara langsung.

Sumber panas panas bumi berpotensi rendah dengan suhu 10 hingga 30 °C harus digunakan dengan pompa panas. Pompa kalor adalah mesin yang dirancang untuk mentransfer energi internal dari pendingin dengan suhu rendah ke pendingin dengan suhu tinggi menggunakan pengaruh eksternal untuk melakukan pekerjaan. Prinsip operasi pompa kalor didasarkan pada siklus Carnot terbalik.

Pompa panas, mengkonsumsi) kW daya listrik, memberikan ke sistem pasokan panas dari 3 hingga 7 kW daya termal. Rasio transformasi bervariasi tergantung pada suhu sumber panas bumi tingkat rendah.

Pompa panas banyak digunakan di banyak negara di dunia. Pabrik pompa panas paling kuat beroperasi di Swedia dengan kapasitas termal 320 MW dan menggunakan panas Laut Baltik.

Efisiensi penggunaan pompa kalor ditentukan terutama oleh rasio harga listrik dan energi termal, serta rasio transformasi, yang menunjukkan berapa kali lebih banyak energi panas yang dihasilkan dibandingkan dengan energi listrik (atau mekanik) yang dikonsumsi.

Pengoperasian pompa kalor yang paling ekonomis adalah selama periode beban minimum dalam sistem tenaga. Pengoperasiannya dapat membantu menyamakan kurva beban listrik sistem tenaga.

Sastra untuk Belajar sendiri

17.1.Penggunaan energi air: buku teks untuk universitas / ed. Yu.S. Vasiliev. -
edisi ke-4, direvisi. dan tambahan Moskow: Energoatomizdat, 1995.

17.2.Vasiliev Yu.S., Vissarionov V.I., Kubyshkin L.I. Solusi tenaga air
tugas di komputer. Moskow: Energoatomizdat, 1987.

17.3.Neporozhny P.S., Obrezkov V.I. Pengenalan spesialisasi. kekuatan hydroelectric
kayu jati: tutorial untuk universitas. - Edisi ke 2. Direvisi. dan tambahan M: Energoatomizdat,
1990.

17.4 Perhitungan energi air dan pengelolaan air: buku teks untuk universitas /
ed. DI DAN. Vissarinov. Moskow: Rumah Penerbit MPEI, 2001.

17.5.Pembayaran sumber daya energi matahari: buku teks untuk universitas / ed.
DI DAN. Vissarinov. Moskow: Rumah Penerbit MPEI, 1997.

17.6 Sumber Daya dan efisiensi energi terbarukan
di Rusia / Tim penulis. Sankt Peterburg: Nauka, 2002.

17.7.Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. Industri tenaga angin di Rusia. Negara
dan prospek pengembangan. Moskow: Rumah Penerbitan MPEI, 1996.

17.8.Pembayaran sumber energi angin: buku teks untuk universitas / ed. DI DAN. wisa
rionova. Moskow: Rumah Penerbit MPEI, 1997.

17.9 Mutnovsky kompleks listrik panas bumi di Kamchatka / O.V. Britvin,

Topik: Perhitungan skema termal pembangkit listrik tenaga panas bumi

Pembangkit listrik tenaga panas bumi terdiri dari dua turbin:

yang pertama bekerja pada uap air jenuh yang diperoleh dalam ekspansi

tubuh. Tenaga listrik - n ePT = 3 MW;

yang kedua - bekerja pada uap jenuh freon - R11, yang digunakan

ryatsya karena panasnya air yang dikeluarkan dari expander. Listrik

kekuatan - n eHT, MW.

Air dari sumur panas bumi dengan suhu T gv = 175 °С pasca-

masuk ke ekspander. Ekspander menghasilkan uap jenuh kering dengan

25 derajat lebih dingin T penjaga Uap ini dikirim ke jalur

turbin. Air yang tersisa dari expander masuk ke evaporator, di mana

didinginkan hingga 60 derajat dan dipompa kembali ke dalam sumur. Tidak baik-

mengaum di pabrik penguapan - 20 derajat. Badan kerja berkembang -

di turbin dan masuk ke kondensor, di mana mereka didinginkan oleh air dari

sungai dengan suhu T xv \u003d 5 ° . Pemanasan air di kondensor adalah

10 , dan pendinginan hingga suhu saturasi 5 .

Efisiensi turbin internal relatif oi= 0.8. elektromekanis

efisiensi kal turbogenerator em = 0,95 .

Mendefinisikan:

daya listrik turbin yang beroperasi pada freon - n eChT dan

kekuatan total GeoTPP;

konsumsi fluida kerja untuk kedua turbin;

aliran air dari sumur;

Efisiensi GeoTPP.

Ambil data awal dari Tabel 3 sesuai pilihan.

Tabel 3

Data awal untuk tugas No.3

KELUAR

3. Tentukan entalpi pada titik-titik karakteristik:

4. Kami menghitung penurunan panas yang tersedia di turbin:

jumat jumat

5. Kami menemukan penurunan panas aktual di turbin:

NiPT =NIPT ⋅ç oi = 744,6 ⋅ 0,8 = 595,7kJ /kg .

6. Konsumsi uap (air dari sumur panas bumi) untuk air

turbin ditemukan dengan rumus:

DoPT =

NiPT ⋅ç em

5,3kg /dari .

7. Air mengalir dari sumur panas bumi ke evaporator dan

keseluruhan GeoTPP secara umum didapat dari sistem persamaan :

PT ISP

Memecahkan sistem ini, kami menemukan:

7.1 aliran air dari sumur panas bumi ke evaporator:

hHW −hp

2745,9 − 733,25

733,25 − 632, 25

7.2 aliran air dari sumur panas bumi secara umum

DGV = 5,3 + 105,6 = 110,9kg /dari .

8. Konsumsi Freon pada turbin kedua didapatkan dari persamaan kalor

neraca keuangan:

ISP OUT XT XT

dimana Dan= 0,98 - Efisiensi Evaporator.

⋅ç Dan ⋅

hp −hout

105,6 ⋅ 0,98 ⋅

632,25 − 376,97

114,4kg /dari .

9. Daya listrik turbin kedua, yang bekerja pada pendinginan

Selesai, ditentukan dengan rumus:

di mana HiXT = (hp −h XT)ç oi- penurunan panas aktual detik

XT XT T

10. Total daya listrik GeoTPP akan sama dengan:

GeoTES XT

11. Cari faktor efisiensi GeoTPP:

ç GeoTPP

GeoTPP

D −H

⎜ ⎜D

N eGeoTPP

⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞

⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠

Latihan #6

Target: berkenalan dengan prinsip operasi GeoTPP dan teknologi konversi energi panas laut (OTEC), serta dengan metodologi untuk perhitungannya.

Durasi pelajaran- 2 jam

Proses kerja:

1. Atas dasar bagian teoretis dari pekerjaan, berkenalan dengan prinsip operasi GeoTPP dan teknologi untuk mengubah energi panas laut (PTEC.

2. Sesuai dengan tugas individu, memecahkan masalah praktis.

1. BAGIAN TEORITIS

Penggunaan energi panas laut

Teknologi konversi energi panas laut (OTEC) menghasilkan listrik dari perbedaan suhu antara air laut yang hangat dan dingin. Air dingin dipompa melalui pipa dari kedalaman lebih dari 1000 meter (dari tempat di mana sinar matahari tidak pernah mencapai). Sistem ini juga menggunakan air hangat dari daerah yang dekat dengan permukaan laut. Air yang dipanaskan oleh sinar matahari melewati penukar panas dengan bahan kimia dengan titik didih rendah, seperti amonia, yang menciptakan uap kimia yang menggerakkan turbin generator listrik. Uap tersebut kemudian dikondensasi kembali menjadi bentuk cair menggunakan air dingin dari laut dalam. Daerah tropis dianggap sebagai tempat terbaik untuk menempatkan sistem PTEC. Hal ini disebabkan perbedaan suhu yang lebih besar antara air di perairan dangkal dan di kedalaman.

Tidak seperti pembangkit listrik tenaga angin dan surya, pembangkit listrik tenaga panas laut dapat menghasilkan listrik bersih sepanjang waktu, 365 hari setahun. Satu-satunya produk sampingan dari unit daya tersebut adalah air dingin, yang dapat digunakan untuk pendinginan dan penyejuk udara di gedung administrasi dan perumahan di dekat fasilitas pembangkit listrik.

Penggunaan energi panas bumi

energi panas bumi adalah energi yang diperoleh dari panas alami bumi. Panas ini dapat dicapai dengan bantuan sumur. Gradien panas bumi di sumur meningkat 1°C setiap 36 meter. Panas ini dikirim ke permukaan dalam bentuk uap atau air panas. Panas seperti itu dapat digunakan baik secara langsung untuk memanaskan rumah dan bangunan, dan untuk produksi listrik.

Menurut berbagai perkiraan, suhu di pusat Bumi setidaknya 6650 °C. Laju pendinginan Bumi kira-kira sama dengan 300-350 ° C per miliar tahun. Bumi memancarkan 42·10 12 W panas, yang 2% diserap di kerak bumi dan 98% di mantel dan inti. Teknologi modern tidak memungkinkan untuk mencapai panas yang dilepaskan terlalu dalam, tetapi juga 840000000000 W (2%) energi panas bumi yang tersedia dapat memenuhi kebutuhan umat manusia untuk lama. Daerah di sekitar tepi lempeng benua adalah tempat terbaik untuk pembangunan stasiun panas bumi, karena kulit kayu di daerah tersebut jauh lebih tipis.

Ada beberapa cara untuk mendapatkan energi di GeoTPP:

· Skema langsung: uap dikirim melalui pipa ke turbin yang terhubung ke generator listrik;

· Sirkuit tidak langsung: mirip dengan sirkuit langsung, tetapi sebelum memasuki pipa, uap dibersihkan dari gas yang menyebabkan kerusakan pipa;

· Sirkuit campuran: mirip dengan sirkuit langsung, tetapi setelah kondensasi, gas yang belum larut di dalamnya dikeluarkan dari air.

2. BAGIAN PRAKTIS

Tugas 1. Tentukan suhu awal t2 dan jumlah energi panas bumi E o (J) ketebalan akuifer H km di kedalaman z km, jika karakteristik batuan reservoir diberikan: densitas p gr \u003d 2700 kg / m 3; porositas tetapi = 5%; panas spesifik C gr =840 J/(kg K). gradien suhu (dT/dz) dalam °C / km, pilih sesuai dengan tabel opsi tugas.

Suhu permukaan rata-rata ke ambil sama dengan 10 °С. Kapasitas panas spesifik air Dari untuk = 4200 J/(kg K); kepadatan air ρ \u003d 1 10 3 kg / m 3. Hitung sehubungan dengan luas permukaan F \u003d 1 km 2. Minimum suhu yang diijinkan reservoir harus diambil sama t1= 40 °C

Tentukan juga konstanta waktu ekstraksi energi panas Hai (tahun) ketika air disuntikkan ke reservoir dan konsumsinya V \u003d 0,1 m 3 / (s km 2). Berapa daya termal yang diekstraksi pada awalnya (dE/dz) =0 dan setelah 10 tahun (dE/dz) =10?

Tugas 1 dikhususkan untuk potensi termal energi panas bumi yang terkonsentrasi di alam akuifer pada kedalaman z (km) dari permukaan bumi. Biasanya ketebalan akuifer h (km) kurang dari kedalamannya. Lapisan tersebut memiliki struktur berpori - batuan memiliki pori-pori yang berisi air (porositas diperkirakan dengan koefisien ). Kepadatan rata-rata batu keras kerak bumi p gr \u003d 2700 kg / m 3, dan koefisien konduktivitas termal gr \u003d 2 W / (m K). Perubahan suhu tanah menuju permukaan bumi ditandai dengan gradien suhu (dT/dz), diukur dalam °C/km atau K/km.

Paling umum di dunia daerah dengan gradien suhu normal (kurang dari 40°C/km) dengan densitas kalor mengalir keluar menuju permukaan 0,06 W/m 2. Kelayakan ekonomi untuk mengekstraksi panas dari perut Bumi tidak mungkin terjadi di sini.

Dalam semi-termal daerah, gradien suhu adalah 40-80 °C/km. Di sini disarankan untuk menggunakan panas perut untuk pemanasan, di rumah kaca, di balneologi.

Dalam keadaan hipertermal daerah (dekat batas platform kerak bumi) gradien lebih dari 80 °C/km. Adalah bijaksana untuk membangun GeoTPP di sini.

Dengan gradien suhu yang diketahui, adalah mungkin untuk menentukan suhu akuifer sebelum memulai operasinya:

T g \u003d T o + (dT / dz) z,

di mana T o adalah suhu di permukaan bumi, K (° C).

Dalam praktek perhitungan, karakteristik energi panas bumi biasanya disebut 1 km 2 dari permukaan F.

Kapasitas kalor reservoir C pl (J/K) dapat ditentukan dengan persamaan

C pl \u003d [α dalam C dalam + (1- ) gr C gr ] h F,

di mana p in dan C in masing-masing adalah densitas dan kalor jenis isobarik

p gr dan C gr - kepadatan dan kapasitas panas spesifik tanah (batuan formasi); biasanya p gr \u003d 820-850 J / (kg K).

Jika Anda mengatur suhu minimum yang diizinkan di mana Anda dapat menggunakan energi termal reservoir T 1 (K), maka Anda dapat memperkirakan potensi termalnya pada awal operasi (J):

E 0 \u003d C pl (T 2 -T 1)

Konstanta waktu reservoir 0 ( kemungkinan waktu penggunaannya, tahun) dalam hal penghilangan energi panas dengan memompa air ke dalamnya dengan volume aliran V (m 3 / s) dapat ditentukan dengan persamaan:

0 \u003d C pl / (V dalam C dalam)

Dipercayai bahwa potensi termal reservoir selama perkembangannya berubah sesuai dengan hukum eksponensial:

E=E 0 e -(τ / o)

di mana adalah jumlah tahun sejak dimulainya operasi;

e adalah basis logaritma natural.

Daya termal reservoir panas bumi pada waktu (tahun sejak pengembangan) dalam W (MW):

Tugas 2 Diyakini bahwa efisiensi yang sebenarnya η pembangkit listrik termal samudera, menggunakan perbedaan suhu permukaan dan perairan dalam (T 1 -T 2) = T dan beroperasi menurut siklus Rankine, adalah setengah efisiensi termal dari pembangkit yang beroperasi menurut siklus Carnot, t k . Perkirakan kemungkinan nilai efisiensi sebenarnya dari OTES, fluida kerja yang amonia, jika suhu air di permukaan laut T , °С, dan suhu air di kedalaman laut t2 , °С. Berapa konsumsi air hangat V , m/jam akan dibutuhkan untuk OTES dengan kapasitas n MW?

Tugas 2 dikhususkan untuk prospek penggunaan perbedaan suhu antara permukaan dan perairan laut dalam untuk menghasilkan listrik di OTES yang beroperasi sesuai dengan siklus Rankine yang terkenal. Sebagai fluida kerja, penggunaan zat dengan titik didih rendah (amonia, freon) seharusnya. Karena perbedaan suhu yang kecil (∆T=15÷26 o C), efisiensi termal dari pembangkit yang beroperasi menurut siklus Carnot hanya 5-9%. Efisiensi nyata dari pabrik yang beroperasi pada siklus Rankine akan menjadi setengahnya. Akibatnya, untuk mendapatkan bagian dari kapasitas yang relatif kecil di OTES, konsumsi besar air "hangat" dan "dingin" diperlukan dan, akibatnya, diameter pipa saluran masuk dan keluar yang besar.

Q 0 =p V C p T,

di mana p adalah massa jenis air laut, kg / m 3;

C p - kapasitas panas massa air laut, J / (kg K);

V - aliran air volumetrik, m 3 / s;

T \u003d T 1 -T 2 - perbedaan suhu antara permukaan dan perairan dalam

(perbedaan suhu siklus) dalam °C atau K.

Dalam siklus Carnot teoritis yang ideal, daya mekanik N 0 (W) dapat didefinisikan sebagai:

N 0 \u003d t k Q o,

atau dengan mempertimbangkan (1) dan ekspresi untuk efisiensi termal dari siklus Carnot t k:

N 0 \u003d p C p V (∆T) 2 /T 1.

Tugas 3 Pembangkit listrik tenaga panas bumi air-uap sirkuit ganda dengan tenaga listrik n menerima panas dari air dari sumur panas bumi dengan suhu t gs . Uap jenuh kering di outlet pembangkit uap memiliki suhu 20 0 C lebih rendah dari t gs . Uap mengembang di turbin dan memasuki kondensor, di mana ia didinginkan oleh air dari lingkungan dengan suhu t xv . Air pendingin dipanaskan dalam kondensor sebesar 12 0 C. Kondensat memiliki suhu 20 0 C lebih tinggi dari t xv . Air panas bumi meninggalkan pembangkit uap pada suhu 15 0 C lebih tinggi dari kondensat. Koefisien internal turbin relatif oi , efisiensi listrik turbogenerator e =0,96. Tentukan efisiensi termal dari siklus Rankine, aliran uap dan konsumsi tertentu panas, aliran air dari sumur panas bumi dan dari lingkungan.

Dalam turbin uap sirkuit tunggal GeoTEP, entalpi uap jenuh kering setelah pemisahan ditentukan oleh suhu air panas bumi t gw. Dari tabel sifat termodinamika air dan uap air atau diagram h-s S. Dalam kasus GeoTEU sirkuit ganda, perbedaan suhu dalam pembangkit uap t diperhitungkan. Jika tidak, perhitungan dilakukan seperti untuk TPP turbin uap surya.

Konsumsi uap ditentukan dari rasio

kg/s,

di mana t adalah efisiensi termal siklus,

оі - Efisiensi internal relatif turbin,

e adalah efisiensi listrik turbogenerator,

N adalah kekuatan GeoTEU, kW,

Laju aliran air panas dari sumur panas bumi ditentukan dari rumus

, kg/s,

konsumsi air dingin dari lingkungan hingga kondensasi uap

, kg/s,

di mana c = 4,19 kJ/kg∙K adalah kapasitas panas air,

pg adalah efisiensi pembangkit uap,

t pg – perbedaan suhu air panas bumi di pembangkit uap, 0 ,

t xv - penurunan suhu air dingin di kondensor, 0 C.

Perhitungan GeoTEU dengan fluida kerja dengan titik didih rendah dan campuran dilakukan dengan menggunakan tabel sifat termodinamika dan diagram hs dari uap cairan tersebut.