Ģeotermālās elektrostacijas termiskās shēmas aprēķins. geotermāla enerģija

ĢEOTERMĀLĀS ELEKTROSTACIJAS APRĒĶINS

Mēs aprēķināsim binārā tipa ģeotermālās elektrostacijas termisko shēmu, saskaņā ar.

Mūsu ģeotermālā spēkstacija sastāv no divām turbīnām:

Pirmie darbi pie piesātinātā ūdens tvaikiem, kas iegūti paplašinātājā. Elektroenerģija - ;

Otrais darbojas ar piesātinātu R11 freona tvaiku, kas iztvaiko no paplašinātāja izņemtā ūdens siltuma dēļ.

Ūdens no ģeotermālajām akām ar spiedienu pgw un temperatūru tgw nonāk paplašinātājā. Paplašinātājs ģenerē sausu piesātinātu tvaiku ar spiedienu pp. Šis tvaiks tiek nosūtīts uz tvaika turbīnu. Atlikušais ūdens no paplašinātāja nonāk iztvaicētājā, kur tas atdziest un nonāk atpakaļ akā. temperatūras starpība iekšā iztvaicēšanas iekārta= 20°С. Darba šķidrumi izplešas turbīnās un nonāk kondensatoros, kur tos atdzesē upes ūdens ar temperatūru txw. Ūdens sildīšana kondensatorā = 10°C un apakšdzesēšana līdz piesātinājuma temperatūrai = 5°C.

Turbīnu relatīvā iekšējā efektivitāte. Turboģeneratoru elektromehāniskā efektivitāte = 0,95.

Sākotnējie dati sniegti 3.1. tabulā.

Tab. 3.1. Sākotnējie dati GeoPP aprēķinam

Binārā tipa GeoPP shematiskā diagramma (3.2. att.).

Rīsi. 3.2.

Saskaņā ar diagrammu attēlā. 3.2 un sākotnējos datus veicam aprēķinus.

Tvaika turbīnas, kas darbojas ar sausu piesātinātu tvaiku, shēmas aprēķins

Tvaika temperatūra pie turbīnas kondensatora ieejas:

kur ir dzesēšanas ūdens temperatūra pie kondensatora ieejas; - ūdens sildīšana kondensatorā; ir temperatūras starpība kondensatorā.

Tvaika spiedienu turbīnas kondensatorā nosaka no ūdens un tvaika īpašību tabulām:

Pieejamais siltuma kritums turbīnai:

kur ir sausa piesātināta tvaika entalpija pie turbīnas ieplūdes; - entalpija teorētiskā tvaika izplešanās procesa beigās turbīnā.

Tvaika plūsma no paplašinātāja uz tvaika turbīnu:

kur ir relatīvais iekšējais tvaika efektivitāte turbīnas; - turboģeneratoru elektromehāniskā efektivitāte.

Ģeotermālā ūdens paplašinātāja aprēķins

Paplašinātāja siltuma bilances vienādojums

kur ir ģeotermālā ūdens plūsmas ātrums no akas; - ģeotermālā ūdens entalpija no akas; - ūdens plūsma no paplašinātāja uz iztvaicētāju; - ģeotermālā ūdens entalpija pie paplašinātāja izejas. To nosaka no ūdens un ūdens tvaiku īpašību tabulām kā verdoša ūdens entalpiju.

Paplašinātāja materiāla līdzsvara vienādojums

Atrisinot šos divus vienādojumus kopā, ir jānosaka un.

Ģeotermālā ūdens temperatūru paplašinātāja izejā nosaka no ūdens un tvaika īpašību tabulām kā piesātinājuma temperatūru pie spiediena paplašinātājā:

Parametru noteikšana freonā strādājošas turbīnas termiskās ķēdes raksturīgajos punktos

Freona tvaiku temperatūra pie turbīnas ieejas:

Freona tvaiku temperatūra pie turbīnas izejas:

Freona tvaiku entalpiju turbīnas ieplūdē nosaka ar p-h diagramma freonam piesātinājuma līnijā:

240 kJ/kg.

Freona tvaiku entalpiju turbīnas izejā nosaka no p-h diagrammas freonam līniju un temperatūras līnijas krustpunktā:

220 kJ/kg.

Verdošā freona entalpiju pie kondensatora izejas nosaka no p-h diagrammas freonam uz viršanas šķidruma līknes pēc temperatūras:

215 kJ/kg.

Iztvaicētāja aprēķins

Ģeotermālā ūdens temperatūra iztvaicētāja izejā:

Iztvaicētāja siltuma bilances vienādojums:

kur ir ūdens siltumietilpība. Pieņemt = 4,2 kJ / kg.

No šī vienādojuma ir jānosaka.

Uz freona darbināmas turbīnas jaudas aprēķins

kur ir freona turbīnas relatīvā iekšējā efektivitāte; - turboģeneratoru elektromehāniskā efektivitāte.

Sūkņa jaudas noteikšana ģeotermālā ūdens sūknēšanai akā

kur ir sūkņa efektivitāte, pieņem 0,8; - vidējais īpatnējais ģeotermālā ūdens tilpums.

Lekcijas mērķis: parādīt ģeotermālā siltuma izmantošanas iespējas un veidus elektroapgādes sistēmās.

Siltumu karsto avotu un geizeru veidā var izmantot elektroenerģijas ražošanai dažādas shēmasģeotermālajās elektrostacijās (GeoES). Visvieglāk īstenojamā shēma ir shēma, kurā izmanto šķidrumu pāri ar zemu viršanas temperatūru. Karstais ūdens no dabiskie avoti, karsējot šādu šķidrumu iztvaicētājā, pārvērš to tvaikā, kas tiek izmantots turbīnā un kalpo kā strāvas ģeneratora piedziņa.

1. attēlā parādīts cikls ar vienu darba šķidrumu, piemēram, ar ūdeni vai freonu ( A); cikls ar diviem darba šķidrumiem - ūdeni un freonu ( b); tiešais tvaika cikls ( V) un divu cilpu ciklu ( G).

Ražošanas tehnoloģijas elektriskā enerģija lielā mērā ir atkarīgi no termālo ūdeņu termiskā potenciāla.

Zīmējums. 1 — elektroenerģijas ražošanas cikla organizēšanas piemēri:

I - ģeotermālais avots; II - turbīnas cikls; III - dzesēšanas ūdens

Augsta potenciāla nogulsnes ļauj izmantot praktiski tradicionālās konstrukcijas termoelektrostacijas ar tvaika turbīnām.

1. tabula - Specifikācijasģeotermālās elektrostacijas

2. attēlā redzams visvairāk vienkārša ķēde neliela elektrostacija (GeoES), kas izmanto karsta pazemes avota siltumu.

Ūdens no karstā avota, kura temperatūra ir aptuveni 95 ° C, ar sūkni 2 tiek sūknēts uz gāzes noņēmēju 3, kur tiek atdalītas tajā izšķīdušās gāzes.

Tālāk ūdens nonāk iztvaicētājā 4, kurā tas pārvēršas piesātinātā tvaikā un nedaudz pārkarst, pateicoties tvaika siltumam (no palīgkatla), kas iepriekš ir iztukšots kondensatora ežektorā.

Nedaudz pārkarsēts tvaiks gan strādā 5. turbīnā, uz kuras vārpstas ir strāvas ģenerators. Izplūdes tvaiki kondensējas kondensatorā 6, ko normālā temperatūrā dzesē ūdens.

2. attēls-. Neliela GeoPP shēma:

1 - uztvērējs karsts ūdens; 2 - karstā ūdens sūknis; 3 - gāzes noņemšanas līdzeklis;

4 - iztvaicētājs; 5 - tvaika turbīna ar strāvas ģeneratoru; 6 - kondensators; 7 - cirkulācijas sūknis; 8 - dzesēšanas ūdens uztvērējs

Šādas vienkāršas iekārtas jau darbojās Āfrikā pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados.

Acīmredzams mūsdienu elektrostacijas konstrukcijas variants ir ģeotermālā elektrostacija ar zemu viršanas temperatūru, kas parādīta 3. attēlā. Karstais ūdens no uzglabāšanas tvertnes nonāk iztvaicētājā 3, kur tas atdod savu siltumu kādai vielai ar zemu. vārīšanās punkts. Šādas vielas var būt oglekļa dioksīds, dažādi freoni, sēra heksafluorīds, butāns uc Kondensators 6 ir jaukšanas veids, ko atdzesē ar aukstu šķidru butānu, kas nāk no virszemes gaisa dzesētāja. Daļa butāna no kondensatora tiek piegādāta ar padeves sūkni 9 uz sildītāju 10 un pēc tam uz iztvaicētāju 3.

Svarīga iezīmeŠī shēma ir spēja strādāt ziemas laiks ar zemu kondensācijas temperatūru. Šī temperatūra var būt tuvu nullei vai pat negatīva, jo visām uzskaitītajām vielām ir ļoti zemi sasalšanas punkti. Tas ļauj ievērojami paplašināt ciklā izmantotās temperatūras robežas.

Zīmējums 3. Ģeotermālās elektrostacijas shēma ar zemu viršanas temperatūru darba vielu:

1 - aka, 2 - uzglabāšanas tvertne, 3 - iztvaicētājs, 4 - turbīna, 5 - ģenerators, 6 - kondensators, 7 - cirkulācijas sūknis, 8 - virsmas gaisa dzesētājs, 9 - padeves sūknis, 10 - darba vides sildītājs

Ģeotermālā elektrostacija Ar tiešā veidā izmantojot dabīgais tvaiks.

Vienkāršākā un pieejamākā ģeotermālā elektrostacija ir pretspiediena tvaika turbīna. Dabīgais tvaiks no akas tiek piegādāts tieši turbīnai ar sekojošu izplūdi atmosfērā vai ierīcē, kas uztver vērtīgas ķīmiskas vielas. Pretspiediena turbīnu var piegādāt ar sekundāro tvaiku vai tvaiku, kas iegūts no separatora. Saskaņā ar šo shēmu elektrostacija darbojas bez kondensatoriem, un nav nepieciešams kompresors, lai no kondensatoriem noņemtu nekondensējamās gāzes. Šī uzstādīšana ir visvienkāršākā, kapitāla un ekspluatācijas izmaksas tai ir minimālas. Tas aizņem nelielu platību, gandrīz nav nepieciešams palīgiekārtas un to ir viegli pielāgot kā pārnēsājamu ģeotermālo elektrostaciju (4. attēls).

4. attēls. Ģeotermālās spēkstacijas shēma ar tiešu dabisko tvaiku izmantošanu:

1 - labi; 2 - turbīna; 3 - ģenerators;

4 - izeja atmosfērā vai ķīmiskajā rūpnīcā

Aplūkotā shēma var kļūt par visrentablāko apgabaliem, kur ir pietiekamas dabiskā tvaika rezerves. Racionāla darbība sniedz iespēju efektīvs darbsšāda iekārta pat ar mainīgu akas plūsmas ātrumu.

Itālijā ir vairākas šādas stacijas. Vienam no tiem ir jauda 4 tūkstoši kW pie īpatnējā tvaika patēriņa aptuveni 20 kg / s vai 80 t / h; otrs ar jaudu 16 tūkstoši kW, kurā uzstādīti četri turboģeneratori ar jaudu 4 tūkstoši kW katrs. Pēdējais tiek piegādāts ar tvaiku no 7–8 akām.

Ģeotermālā elektrostacija ar kondensācijas turbīnu un tiešu dabiskā tvaika izmantošanu (5. attēls) ir vismodernākā shēma elektroenerģijas ražošanai.

Tvaiks no akas tiek ievadīts turbīnā. Iztērēts turbīnā, tas nonāk sajaukšanas kondensatorā. Turbīnā jau izsmeltais dzesēšanas ūdens un tvaika kondensāta maisījums tiek novadīts no kondensatora pazemes tvertnē, no kurienes tiek ņemts. cirkulācijas sūkņi un nosūtīts uz dzesēšanas torni dzesēšanai. No dzesēšanas torņa dzesēšanas ūdens atkal nonāk kondensatorā (5. attēls).

Saskaņā ar šo shēmu ar dažām izmaiņām darbojas daudzas ģeotermālās spēkstacijas: Larderello-2 (Itālija), Wairakei ( Jaunzēlande) un utt.

Darbības joma divkontūru spēkstacijas uz zemas viršanas temperatūras darba vielām (freons-R12, ūdens-amonjaka maisījums,) ir termālo ūdeņu siltuma izmantošana ar temperatūru 100 ... 200 ° C, kā arī atdalītā ūdens izmantošana tvaika hidrotermu nogulsnēs.

5. attēls - Ģeotermālās elektrostacijas shēma ar kondensācijas turbīnu un tiešu dabiskā tvaika izmantošanu:

1 - labi; 2 - turbīna; 3 - ģenerators; 4 - sūknis;

5 - kondensators; 6 - dzesēšanas tornis; 7 - kompresors; 8 - atiestatīt

Kombinēts elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošana

Ģeotermālajās termoelektrostacijās (GeoTPP) ir iespējama kombinēta elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošana.

Vienkāršākā vakuuma tipa GeoTPP diagramma karstā ūdens siltuma izmantošanai ar temperatūru līdz 100 ° C ir parādīta 6.

Šādas spēkstacijas darbība notiek šādi. Karstais ūdens no 1. akas nonāk uzglabāšanas tvertnē 2. Tvertnē tas tiek atbrīvots no tajā izšķīdušajām gāzēm un tiek nosūtīts uz paplašinātāju 3, kurā tiek uzturēts spiediens 0,3 atm. Pie šāda spiediena un 69 ° C temperatūrā neliela ūdens daļa pārvēršas tvaikā un tiek nosūtīta uz vakuuma turbīnu 5, bet atlikušo ūdeni sūknis 4 sūknē uz siltumapgādes sistēmu. Turbīnā izplūstošais tvaiks tiek izvadīts sajaukšanas kondensatorā 7. Gaisa izvadīšanai no kondensatora tiek uzstādīts vakuumsūknis 10. ar gravitācijas spēku izplūdes dēļ.

Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP ar jaudu 12 MW (3x4 MW) ir Mutnovskaya GeoTPP izmēģinājuma posms ar projektēto jaudu 200 MW, kas izveidots, lai apgādātu Petropavlovskas-Kamčatskas industriālo reģionu ar elektroenerģiju.

6. attēls -. Vakuuma GeoTPP shēma ar vienu paplašinātāju:

1 - aka, 2 - uzglabāšanas tvertne, 3 - paplašinātājs, 4 - karstā ūdens sūknis, 5 - vakuuma turbīna 750 kW, 6 - ģenerators, 7 - maisīšanas kondensators,

8 - dzesēšanas ūdens sūknis, 9 - ventilatora dzesēšanas tornis, 10 - vakuumsūknis

Paužetskas ģeotermālajā elektrostacijā (uz dienvidiem no Kamčatkas) ar jaudu 11 MW tvaika turbīnās tiek izmantots tikai atdalīts ģeotermālais tvaiks no tvaika-ūdens maisījuma, kas iegūts no ģeotermālajām akām. Nārstojošajā Ozernajas upē tiek novadīts liels daudzums ģeotermālā ūdens (apmēram 80  no kopējā PVS patēriņa) ar temperatūru 120 °C, kas noved ne tikai pie ģeotermālā dzesēšanas šķidruma termiskā potenciāla zuduma, bet arī būtiski pasliktina upes ekoloģisko stāvokli.

Siltumsūkņi

Siltumsūknis- ierīce siltumenerģijas pārnešanai no zemas kvalitātes siltumenerģijas avota ar zemu temperatūru siltumnesēja patērētājam ar augstāku temperatūru. Termodinamiski siltumsūknis ir apgriezta saldēšanas iekārta. Ja iekšā saldēšanas mašīna galvenais mērķis ir ražot aukstumu, paņemot siltumu no jebkura tilpuma ar iztvaicētāju, un kondensators izvada siltumu vidē, tad siltumsūknī attēls ir pretējs (7. attēls). Kondensators ir siltummainis, kas ģenerē siltumu patērētājam, un iztvaicētājs ir siltummainis, kas izmanto zemas kvalitātes siltumu, kas atrodas ūdenstilpēs, augsnēs, kanalizācija utt. Atkarībā no darbības principa siltumsūkņus iedala kompresijas un absorbcijas sūkņos. Kompresijas siltumsūkņus vienmēr darbina elektromotors, savukārt absorbcijas siltumsūkņi var izmantot arī siltumu kā enerģijas avotu. Kompresoram ir nepieciešams arī zemas kvalitātes siltuma avots.

Darbības laikā kompresors patērē elektroenerģiju. Saražotās siltumenerģijas un patērētās elektroenerģijas attiecību sauc par transformācijas koeficientu (vai siltuma konversijas koeficientu) un kalpo kā efektivitātes rādītājs. siltumsūknis. Šī vērtība ir atkarīga no atšķirības starp temperatūras līmeņiem iztvaicētājā un kondensatorā: jo lielāka atšķirība, jo mazāka šī vērtība.

Autors dzesēšanas šķidruma veids ieejas un izejas ķēdēs sūkņi ir sadalīti sešos veidos: "grunts-ūdens", "ūdens-ūdens", "gaiss-ūdens", "zeme-gaiss", "ūdens-gaiss", "gaiss-gaiss" .

Izmantojot augsnes enerģiju kā siltuma avotu, cauruļvads, kurā cirkulē šķidrums, tiek aprakts zemē 30-50 cm zem augsnes sasalšanas līmeņa attiecīgajā reģionā (8. attēls). Lai uzstādītu siltumsūkni ar jaudu 10 kW, nepieciešams 350-450 m garš zemes kontūrs, kura ieklāšanai nepieciešams zemes gabals ap 400 m² (20x20 m).

7. attēls - siltumsūkņa darbības shēma

8. attēls. Augsnes enerģijas kā siltuma avota izmantošana

Pirmkārt, siltumsūkņu priekšrocības ietver izmaksu lietderību: lai apkures sistēmai nodotu 1 kWh siltumenerģijas, HES iekārtai jāpatērē 0,2-0,35 kWh elektroenerģijas Visas sistēmas darbojas, izmantojot slēgtas ķēdes un praktiski dara. neprasa ekspluatācijas izmaksas, izņemot iekārtu darbināšanai nepieciešamās elektroenerģijas izmaksas, ko var iegūt vēja un saules elektrostacijās. Siltumsūkņu atmaksāšanās laiks ir 4-9 gadi, ar kalpošanas laiku 15-20 gadi pirms kapitālā remonta.

Mūsdienu siltumsūkņu faktiskās efektivitātes vērtības ir COP = 2,0 pie avota temperatūras -20 ° C un COP = 4, 0 pie avota temperatūras +7 ° C.

Ģeotermālajiem enerģijas resursiem Krievijā ir ievērojams industriālais potenciāls, tostarp enerģētika. Zemes siltuma rezerves ar temperatūru 30-40 °С (17.20. att., sk. krāsu ieliktni) pieejamas gandrīz visā Krievijā, un atsevišķos reģionos ir ģeotermālie resursi ar temperatūru līdz 300 °С. Atkarībā no temperatūras tiek izmantoti ģeotermiskie resursi dažādas nozares Tautsaimniecība: elektroenerģētika, siltumapgāde, rūpniecība, lauksaimniecība, balneoloģija.

Ģeotermālo resursu temperatūrā virs 130 ° C ir iespējams iegūt elektrību vienā ķēdē ģeotermālās elektrostacijas(ĢeoES). Tomēr vairākos Krievijas reģionos ir ievērojamas ģeotermālo ūdeņu rezerves ar zemāku temperatūru aptuveni 85 ° C un augstāk (17.20. att., sk. krāsu ieliktni). Šajā gadījumā ir iespējams iegūt elektroenerģiju GeoPP ar bināro ciklu. Binārās spēkstacijas ir divu ķēžu stacijas, kurās katrā ķēdē izmanto savu darba šķidrumu. Binārās stacijas dažkārt dēvē arī par vienas cilpas stacijām, kas darbojas ar divu darba šķidrumu - amonjaka un ūdens maisījumu (17.21. att., sk. krāsu ieliktni).

Pirmās ģeotermālās elektrostacijas Krievijā tika uzceltas Kamčatkā 1965.-1967.gadā: Pauzhetskaya GeoPP, kas darbojas un pašlaik ražo lētāko elektroenerģiju Kamčatkā, un Paratunskaya GeoPP ar bināro ciklu. Nākotnē pasaulē tika uzbūvēti aptuveni 400 GeoPP ar bināro ciklu.

2002. gadā Kamčatkā tika nodota ekspluatācijā Mutnovskaya GeoPP ar diviem energoblokiem ar kopējo jaudu 50 MW.

Elektrostacijas tehnoloģiskā shēma paredz izmantot tvaiku, kas iegūts, divpakāpju atdalot no ģeotermālajām akām tvaika-ūdens maisījumu.

Pēc atdalīšanas tvaiks ar spiedienu 0,62 MPa un sausuma pakāpi 0,9998 nonāk dubultplūsmas tvaika turbīnā ar astoņām pakāpēm. Pārī ar tvaika turbīna darbojas ģenerators ar nominālo jaudu 25 MW un spriegumu 10,5 kV.

Lai nodrošinātu vides tīrību iekšā tehnoloģiskā shēma Elektrostacijā ir izveidota sistēma kondensāta atsūknēšanai un atdalīšanai atpakaļ zemes slāņos, kā arī sērūdeņraža emisiju atmosfērā novēršana.

Ģeotermālie resursi tiek plaši izmantoti siltumapgādei, īpaši izmantojot karsto ģeotermālo ūdeni tieši.

Ar siltumsūkņiem jāizmanto zema potenciāla ģeotermālie siltuma avoti ar temperatūru no 10 līdz 30 °C. Siltumsūknis ir iekārta, kas paredzēta iekšējās enerģijas pārnešanai no dzesēšanas šķidruma ar zemu temperatūru uz dzesēšanas šķidrumu ar augstu temperatūru ar ārējas ietekmes palīdzību darba veikšanai. Siltumsūkņa darbības princips ir balstīts uz apgriezto Carnot ciklu.

Siltumsūknis, patērējot) kW elektroenerģijas, siltumapgādes sistēmai saražo no 3 līdz 7 kW siltumenerģijas. Transformācijas koeficients mainās atkarībā no zemas kvalitātes ģeotermālā avota temperatūras.

Siltumsūkņi tiek plaši izmantoti daudzās pasaules valstīs. Zviedrijā darbojas jaudīgākā siltumsūkņu stacija ar 320 MW siltuma jaudu un izmanto Baltijas jūras siltumu.

Siltumsūkņa izmantošanas efektivitāti nosaka galvenokārt cenu attiecība par elektroenerģiju un siltumenerģija, kā arī transformācijas koeficients, kas norāda, cik reižu vairāk tiek saražots siltumenerģija, salīdzinot ar patērēto elektrisko (vai mehānisko) enerģiju.

Visekonomiskākā siltumsūkņu darbība ir minimālo slodžu periodā energosistēmā, kuru darbība var palīdzēt izlīdzināt energosistēmas elektriskās slodzes līknes.

Literatūra priekš pašmācība

17.1.Lietošanaūdens enerģija: mācību grāmata universitātēm / red. Yu.S. Vasiļjevs. -
4. izdevums, pārskatīts. un papildu Maskava: Energoatomizdat, 1995.

17.2.Vasiļjevs Ju.S., Vissarionovs V.I., Kubiškins L.I. Hidroenerģijas risinājums
uzdevumi datorā. Maskava: Energoatomizdat, 1987.

17.3.Neporožnij P.S., Obrezkovs V.I. Ievads specialitātē. hidroelektrostacija
tīkkoks: pamācība universitātēm. - 2. izdevums Pārskatīts. un papildu M: Energoatomizdāts,
1990.

17.4.Ūdens-enerģijas un ūdenssaimniecības aprēķini: mācību grāmata augstskolām /
ed. UN. Vissarionovs. Maskava: MPEI izdevniecība, 2001.

17.5.Aprēķins resursus saules enerģija: mācību grāmata augstskolām / red.
UN. Vissarionovs. Maskava: MPEI izdevniecība, 1997.

17.6. Resursi un atjaunojamās enerģijas efektivitāte
Krievijā / Autoru komanda. Sanktpēterburga: Nauka, 2002.

17.7.Djakovs A.F., Perminovs E.M., Šakarjans Ju.G. Vēja enerģijas nozare Krievijā. Valsts
un attīstības perspektīvas. Maskava: MPEI izdevniecība, 1996.

17.8.Aprēķins vēja enerģijas resursi: mācību grāmata augstskolām / red. UN. wissa
rionova. Maskava: MPEI izdevniecība, 1997.

17.9.Mutnovskisģeotermālais elektriskais komplekss Kamčatkā / O.V. Britvins,

Tēma: Ģeotermālās elektrostacijas termiskās shēmas aprēķins

Ģeotermālā elektrostacija sastāv no divām turbīnām:

pirmais darbojas ar piesātinātiem ūdens tvaikiem, kas iegūti izplešanās procesā

ķermeni. Elektroenerģija - N ePT = 3 MW;

otrais - darbojas uz piesātināta freona tvaika - R11, kas tiek izmantots

ryatsya no paplašinātāja izņemtā ūdens siltuma dēļ. Elektriskie

jauda - N eHT, MW.

Ūdens no ģeotermālajām akām ar temperatūru t gv = 175 °С pēc-

nonāk paplašinātājā. Paplašinātājs ģenerē sausu piesātinātu tvaiku ar

Par 25 grādiem vēsāks t sargi Šis tvaiks tiek nosūtīts uz joslu

turbīna. Atlikušais ūdens no paplašinātāja nonāk iztvaicētājā, kur

atdzesē par 60 grādiem un iesūknē atpakaļ akā. Nav labi-

rēkt iztvaicēšanas iekārtā - 20 grādi. Darba struktūras paplašinās -

turbīnās un nonāk kondensatoros, no kurienes tos dzesē ūdens

upes ar temperatūru t xv \u003d 5 ° С. Ūdens sildīšana kondensatorā ir

10 ºС, un nepietiekama dzesēšana līdz piesātinājuma temperatūrai 5 ºС.

Relatīvā iekšējā turbīnas efektivitāte ç oi= 0,8. Elektromehāniskās

turboģeneratoru cal efektivitāte çem = 0,95 .

Definēt:

turbīnas elektriskā jauda, ​​kas darbojas ar freonu - N eChT un

kopējā jauda GeoTPP;

darba šķidrumu patēriņš abām turbīnām;

ūdens plūsma no akas;

GeoTPP efektivitāte.

Ņemiet sākotnējos datus no 3. tabulas atbilstoši iespējām.

3. tabula

Sākotnējie dati uzdevumam Nr.3

IEEJAS

3. Nosakiet entalpijas raksturīgos punktos:

4. Mēs aprēķinām pieejamo siltuma kritumu turbīnā:

piekt piekt

5. Mēs atrodam faktisko siltuma kritumu turbīnā:

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

6. Tvaika (ūdens no ģeotermālās akas) patēriņš ūdenim

Turbīnu atrod pēc formulas:

DoPT =

NiPT ⋅ç Em

5,3Kilograms /Ar .

7. Ūdens plūsma no ģeotermālās akas uz iztvaicētāju un

viss GeoTPP kopumā ir atrodams no vienādojumu sistēmas:

PT ISP

Atrisinot šo sistēmu, mēs atrodam:

7.1. ūdens plūsma no ģeotermālās akas uz iztvaicētāju:

hHW −hp

2745,9 − 733,25

733,25 − 632, 25

7.2 ūdens plūsma no ģeotermālās akas kopumā

DGV = 5,3 + 105,6 = 110,9Kilograms /Ar .

8. Freona patēriņš otrajā turbīnā tiek atrasts no siltuma vienādojuma

Bilance:

ISP OUT XT XT

kur ç Un= 0,98 - iztvaicētāja efektivitāte.

⋅ç Un ⋅

hp −čau

105,6 ⋅ 0,98 ⋅

632,25 − 376,97

114,4Kilograms /Ar .

9. Otrās turbīnas elektriskā jauda, ​​kas darbojas ar dzesēšanu

Gatavs, nosaka pēc formulas:

Kur HiXT = (hp −h XT)ç oi- faktiskais siltuma kritums sekundē

XT XT T

10. GeoTPP kopējā elektriskā jauda būs vienāda ar:

GeoTES HT

11. Atradīsim GeoTPP lietderības koeficientu:

ç GeoTPP

GeoTPP

D −h

⎜ ⎜D

N eGeoTPP

⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞

⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠

Prakse #6

Mērķis: iepazīties ar GeoTPP un okeāna siltumenerģijas pārveidošanas tehnoloģiju (OTEC) darbības principu, kā arī ar to aprēķināšanas metodiku.

Nodarbības ilgums- 2 stundas

Progress:

1. Pamatojoties uz darba teorētisko daļu, iepazīties ar GeoTPP darbības principu un okeāna siltumenerģijas pārveidošanas tehnoloģijām (PTEC.

2. Atbilstoši individuālajam uzdevumam risināt praktiskas problēmas.

1. TEORĒTISKĀ DAĻA

Okeāna siltumenerģijas izmantošana

Okeāna siltumenerģijas pārveidošanas tehnoloģija (OTEC) ražo elektroenerģiju no temperatūras starpības starp siltu un aukstu okeāna ūdeni. Aukstais ūdens tiek sūknēts pa cauruli no vairāk nekā 1000 metru dziļuma (no vietas, kur saules stari nekad nesasniedz). Sistēma izmanto arī siltu ūdeni no apgabala, kas atrodas tuvu okeāna virsmai. Saules staru uzsildītais ūdens iziet caur siltummaini ar ķīmiskās vielas ar zemu viršanas temperatūru, piemēram, amonjaks, kas rada ķīmisku tvaiku, kas darbina elektrisko ģeneratoru turbīnas. Pēc tam tvaiki tiek kondensēti atpakaļ šķidrā veidā, izmantojot atdzesētu ūdeni no dziļā okeāna. Tropiskie reģioni tiek uzskatīti par labāko vietu PTEC sistēmu izvietošanai. Tas ir saistīts ar lielāku temperatūras starpību starp ūdeni seklā ūdenī un dziļumā.

Atšķirībā no vēja un saules enerģijas parkiem, okeāna termoelektrostacijas var ražot tīru elektroenerģiju visu diennakti, 365 dienas gadā. Vienīgais šādu energobloku blakusprodukts ir aukstais ūdens, ko var izmantot dzesēšanai un gaisa kondicionēšanai administratīvajās un dzīvojamās ēkās pie elektroenerģijas ražošanas iekārtas.

Ģeotermālās enerģijas izmantošana

geotermāla enerģija ir enerģija, kas iegūta no Zemes dabiskā siltuma. Šo siltumu var panākt ar aku palīdzību. Ģeotermālais gradients akā palielinās par 1°C ik pēc 36 metriem. Šis siltums tiek piegādāts virsmai tvaika vai karsta ūdens veidā. Šādu siltumu var izmantot gan tieši māju un ēku apkurei, gan elektroenerģijas ražošanai.

Pēc dažādām aplēsēm, temperatūra Zemes centrā ir vismaz 6650 °C. Zemes dzesēšanas ātrums ir aptuveni vienāds ar 300-350 ° C uz miljardu gadu. Zeme izdala 42·10 12 W siltuma, no kura 2% tiek absorbēti garozā un 98% apvalkā un kodolā. Mūsdienu tehnoloģijas neļauj sasniegt siltumu, kas izdalās pārāk dziļi, bet arī 840000000000 W (2%) pieejamās ģeotermālās enerģijas var apmierināt cilvēces vajadzības pēc ilgu laiku. Reģioni ap kontinentālo plātņu malām ir labākā vietaģeotermālo staciju celtniecībai, jo miza tādās vietās ir daudz plānāka.

Ir vairāki veidi, kā iegūt enerģiju GeoTPP:

· Tiešā shēma: tvaiks pa caurulēm tiek nosūtīts uz turbīnām, kas savienotas ar elektriskajiem ģeneratoriem;

· Netiešā ķēde: līdzīga tiešajai ķēdei, bet pirms ievadīšanas caurulēs tvaiks tiek attīrīts no gāzēm, kas izraisa cauruļu iznīcināšanu;

· Jauktā ķēde: līdzīga tiešajai ķēdei, bet pēc kondensācijas no ūdens tiek izvadītas tajā neizšķīdušās gāzes.

2. PRAKTISKĀ DAĻA

1. uzdevums. Nosakiet sākuma temperatūru t2 un ģeotermālās enerģijas daudzumu E o (J) ūdens nesējslāņa biezums h km dziļumā z km, ja ir doti rezervuāra iežu raksturojumi: blīvums p gr \u003d 2700 kg / m 3; porainība A = 5%; īpašs karstums C gr =840 J/(kg K). temperatūras gradients (dT/dz) °C / km, atlasiet saskaņā ar uzdevumu opciju tabulu.

Vidējā virsmas temperatūra t o ņem vienādu ar 10 °C. Ūdens īpatnējā siltumietilpība No uz = 4200 J/(kg K); ūdens blīvums ρ \u003d 1 10 3 kg / m 3. Aprēķināt attiecībā pret virsmas laukumu F \u003d 1 km 2. Minimums pieļaujamā temperatūra rezervuārs jāņem vienāds t1=40°C.

Noteikt arī siltumenerģijas ieguves laika konstanti o (gadi), kad ūdens tiek ievadīts rezervuārā, un tā patēriņš V \u003d 0,1 m 3 / (s km 2). Kāda būs sākotnēji iegūtā siltuma jauda (dE/dz) τ =0 un pēc 10 gadiem (dE/dz) τ =10?

1. uzdevums ir veltīts ģeotermālās enerģijas termiskajam potenciālam, kas koncentrēts dabiskajā ūdens nesējslāņi dziļumā z (km) no zemes virsma. Parasti ūdens nesējslāņa biezums h (km) ir mazāks par tā dziļumu. Slānim ir poraina struktūra - iežiem ir poras, kas piepildītas ar ūdeni (porainību novērtē pēc koeficienta α). Vidējais blīvums cietais akmens zemes garoza p gr \u003d 2700 kg / m 3, un siltumvadītspējas koeficients λ gr \u003d 2 W / (m K). Zemes temperatūras izmaiņas virzienā uz zemes virsmu raksturo temperatūras gradients (dT/dz), ko mēra °C/km vai K/km.

Visbiežāk uz globuss apgabali ar normālu temperatūras gradientu (mazāk nekā 40 ° C / km) ar siltuma plūsmu blīvumu, kas izplūst virzienā uz virsmu, ≈ 0,06 W / m 2. Šeit maz ticams, ka ir ekonomiski izdevīgi iegūt siltumu no Zemes zarnām.

Daļēji termiski apgabalos, temperatūras gradients ir 40-80 °C/km. Šeit vēlams izmantot zarnu siltumu apkurei, siltumnīcās, balneoloģijā.

Hipertermiskā gadījumā teritorijās (pie zemes garozas platformu robežām) gradients ir lielāks par 80 °C/km. Šeit ir lietderīgi izveidot GeoTPP.

Ar zināmu temperatūras gradientu ir iespējams noteikt ūdens nesējslāņa temperatūru pirms tā darbības sākuma:

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

kur T o ir temperatūra uz Zemes virsmas, K (° C).

Aprēķinu praksē ģeotermālās enerģijas raksturlielumi parasti tiek attiecināti uz 1 km 2 virsmas F.

Rezervuāra siltumietilpību C pl (J / K) var noteikt ar vienādojumu

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

kur p in un C in ir attiecīgi blīvums un izobārais īpatnējais siltums

p gr un C gr - augsnes (veidošanās iežu) blīvums un īpatnējā siltumietilpība; parasti p gr \u003d 820-850 J / (kg K).

Ja iestatāt minimālo pieļaujamo temperatūru, pie kuras varat izmantot rezervuāra siltumenerģiju T 1 (K), tad līdz darbības sākumam varat novērtēt tā termisko potenciālu (J):

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

Rezervuāra laika konstante τ 0 ( iespējamais laiks tā izlietojumu, gadi) siltumenerģijas noņemšanas gadījumā, iesūknējot tajā ūdeni ar tilpuma plūsmu V (m 3 / s), var noteikt ar vienādojumu:

τ 0 \u003d C pl / (V ρ C in)

Tiek uzskatīts, ka rezervuāra termiskais potenciāls tā attīstības laikā mainās saskaņā ar eksponenciālo likumu:

E=E 0 e -(τ / τ o)

kur τ ir gadu skaits kopš darbības sākuma;

e ir naturālo logaritmu bāze.

Siltuma jaudaģeotermālais rezervuārs laikā τ (gadi kopš izstrādes) W (MW):

2. uzdevums Tiek uzskatīts, ka faktiskā efektivitāte η Okeāna termoelektrostacija, izmantojot virszemes un dziļo ūdeņu temperatūras starpību (T 1 -T 2) = ∆T un darbojas saskaņā ar Rankina ciklu, ir uz pusi mazāka par termoelektrostaciju, kas darbojas saskaņā ar Kārno ciklu, η t k . Novērtējiet OTES, kura darba šķidrums ir amonjaks, faktiskās efektivitātes iespējamo vērtību, ja ūdens temperatūra uz okeāna virsmas t , °С un ūdens temperatūru okeāna dziļumā t2 , °С. Kāds ir siltā ūdens patēriņš V , m/h būs nepieciešami OTES ar jaudu N MW?

2. uzdevums ir veltīts perspektīvām izmantot temperatūras starpību starp virszemes un dziļajiem okeāna ūdeņiem, lai ražotu elektroenerģiju OTES, kas darbojas saskaņā ar labi zināmo Rankine ciklu. Kā darba šķidrumu paredzēts izmantot vielas ar zemu viršanas temperatūru (amonjaks, freons). Nelielo temperatūras atšķirību (∆T=15÷26 o C) dēļ iekārtas, kas darbojas pēc Kārno cikla, termiskā efektivitāte ir tikai 5-9%. Reālā rūpnīcas efektivitāte, kas darbojas pēc Rankine cikla, būs uz pusi mazāka. Rezultātā, lai iegūtu daļu no salīdzinoši mazām OTES jaudām, ir nepieciešams liels "silta" un "aukstā" ūdens patēriņš un līdz ar to milzīgi ieplūdes un izplūdes cauruļvadu diametri.

Q 0 =p V C p ∆T,

kur p ir jūras ūdens blīvums, kg / m 3;

C p - jūras ūdens masas siltumietilpība, J / (kg K);

V - tilpuma ūdens plūsma, m 3 / s;

∆T \u003d T 1 -T 2 - temperatūras starpība starp virszemes un dziļajiem ūdeņiem

(cikla temperatūras starpība) °C vai K.

Ideālā teorētiskajā Kārno ciklā mehānisko jaudu N 0 (W) var definēt kā

N 0 \u003d η t k Q o,

vai ņemot vērā (1) un Karno cikla termiskās efektivitātes izteiksmi η t k:

N 0 \u003d p C p V (∆T) 2 /T 1.

3. uzdevums Divkontūru tvaika-ūdens ģeotermālā elektrostacija ar elektrisko jaudu N saņem siltumu no ūdens no ģeotermālajām akām ar temperatūru t gs . Sausā piesātinātā tvaika temperatūra pie tvaika ģeneratora izejas ir par 20 0 C zemāka nekā t gs . Tvaiki izplešas turbīnā un nonāk kondensatorā, no kurienes to dzesē ūdens vidi ar temperatūru t xv . Dzesēšanas ūdens tiek uzkarsēts kondensatorā par 12 0 C. Kondensāta temperatūra ir par 20 0 C augstāka nekā t xv . Ģeotermālais ūdens iziet no tvaika ražošanas iekārtas temperatūrā, kas ir par 15 0 C augstāka nekā kondensāts. Relatīvais turbīnas iekšējais koeficients η oi , turboģeneratora elektriskā efektivitāte η e =0,96. Noteikt Rankine cikla termisko efektivitāti, tvaika plūsmu un specifiskais patēriņš siltums, ūdens plūsma no ģeotermālajām akām un no apkārtējās vides.

Vienkontūras tvaika turbīnā GeoTEP sausā piesātinātā tvaika entalpiju pēc atdalīšanas nosaka ģeotermālā ūdens temperatūra t gw. No ūdens un ūdens tvaiku termodinamisko īpašību tabulām vai h-s diagrammas s. Divkāršās ķēdes GeoTEU gadījumā tiek ņemta vērā temperatūras starpība tvaika ģeneratorā Δt. Pretējā gadījumā aprēķins tiek veikts kā saules tvaika turbīnas TPP.

Tvaika patēriņu nosaka pēc attiecības

kg/s,

kur η t ir cikla termiskā efektivitāte,

η оі - turbīnas relatīvā iekšējā efektivitāte,

η e ir turboģeneratora elektriskā efektivitāte,

N ir GeoTEU jauda, ​​kW,

Karstā ūdens plūsmas ātrumu no ģeotermālajām akām nosaka pēc formulas

, kg/s,

patēriņu auksts ūdens no vides līdz tvaika kondensācijai

, kg/s,

kur c = 4,19 kJ/kg∙K ir ūdens siltumietilpība,

η pg ir tvaika ģeneratora efektivitāte,

Δt pg - ģeotermālā ūdens temperatūras starpība tvaika ģeneratorā, 0 C,

Δt xv - aukstā ūdens temperatūras kritums kondensatorā, 0 C.

GeoTEU aprēķins ar zemas viršanas temperatūras un jauktiem darba šķidrumiem tiek veikts, izmantojot termodinamisko īpašību tabulas un šo šķidrumu tvaiku h-s diagrammas.