1. Изохорный процесс изменение состояния идеального газа

• Название: 1. Изохорный процесс изменение состояния идеального газа
• Анкор: Shpory_Energetika.doc
• Дата: 19.03.2019
• Размер: 15.63 Mb.
• Имя файла: Shpory_Energetika.doc
• Тип: Документы; #26122
• страница: 4 из 6

34 Солнечное излучение

Кол-во энергии излучения солнца во всем диапазоне длин волн, полученной в единицу времени единичной площадкой ┴ солн лучам вне земной атмосферы на среднем расстоянии между землей и солнцем, наз солн постоянной. I₀=1353 Вт/м²

Эффективная солн постоянная учитывает сезонные колебания и определяется по формуле:

I_{0 эф}= I₀[1+0,033 cos 360n/365], n-порядковый номер дня от 1 января

При прохождении солн излучения через атмосферу, его мощность ослабляется в рез процессов поглощения и рассеивания аэрозолями и мол-ми газа, кот входят в состав атмосферы.

Потоки солн излучения имеют коротковолновую и длинноволновую и видимую, включая часть часть света 0,3-2,5 мкм, части.

Потоки энергии излучения, кот связывает атмосферу с землей, составляет 1 кВ/м², но эти потоки перекрывают длинноволновый спектральный диапазон от 5 до 25 мкм с макс на 10 мкм.

В процессе прохождения коротко-волнового солн излучения наблюдается поглощение, рассеивание, отражение.

При поглощении происходит переход энергии излучения в тепло с последующим излучением света с большей длиной волны.

Рассеивание- изменение направления распространения света в зависимости от длины волны.

Отражение- вне зависимости от длины волны.

При отражении порядка 30% солн излучения обратно отражается космическое пространство (большую часть облака, а снег, лед – меньше отражают на пов-ти Земли).

ρ потока составляет (1- ρ)*1,3_1 кВт/м², ρ -альбеда-коэф-т отражения

Длинноволновое излучение Е=πR²(1-_)I₀

Эта энергия = энергии, излучаемой Землей космич пространство с излучательной способностью ξ=1 и ср t.

При т/д равновесии πR²(1-_)I₀=4 πR²σТ⁴

σ=5,67*10^-8-пост Больцмана, Т=250 К=-23⁰

Спектральное распределение – длина волнового излучения с пов-ти Земли соотв-ет спектральному распространению абсолютно черного тела при t=250 К.

Максимум этого распределения при этой t соств-ет 10 мкм и находится в инфракрасной области.

Ρ этого потока составляет порядка 2 кВ/м².

Средняя t пов-ти Земли 14⁰, на 40 ↑ атмосферы, кот выступает как инфракрасный теплоизоляционный кран (парниковый эффект).

Поскольку она не пропускает инфракр-е узлучение из Земли наружу, но пропускает коротковолновое солн излучение внутрь.

Основную роль экрана в атмосфере – диоксид углерода.
Поглощение в атмосфере

Коротковолновая УФ область излучения λ<0,3 мкм практически полностью поглощается на уровне моря атомами кислорода и ионами азота 0,3<λ<0,4, видимый диапазон 0,4<λ<0,7 приходится на половину потока излучения.

Различные аэрозоли могут существенно поглощать > 20% этого диапазона.

Дальше область УФ - λ>12 мкм непрозрачна.

Солн-е излучение хар-ся низкой концентрацией. Из попадающего из атмосферы потока 1340 Вт/м² до Земли доходит 960 Вт/м².

35 Солнечн эл ст башенного типа с т/д циклом

Преобразователи солн энергии в эл-кую:

1. 
   Использовать солнечную энергию как источник тепла в т/д цикле Ренкина
   
2. 
   непосредственно преобразовать солн-ную энергию в эл ток солн-х элементов
   

1-гелиостат

2-центр-й приемник отраж солн лучей

3-паровая турбина

4-электрогенератор

5-конденсатор

6-градирня

7-аккумулятор солнечной энергии

8-система автоматич. управления потоком солнечных лучей

9-центральная башня

Принцип действия в том, что солн энергия отражается многочисленными зеркалами на центр. приемник, расположенный на вершине башни. В центр-м приемнике раб тело нагревается до заданных параметров и направляется либо непосредственно в турбину (одноконтурная), либо в промежуточный парогенератор теплообменника (2х конт-я), а далее по традиционной схеме.

Гелиостат – устройство, состоящее из системы зеркал, закрепленных на общей опорной конструкции и имеющие систему слежения за солнцем.

Основные параметры солнечной электростанции

	Италия	Япония	Испания	Франция	США	Крым
Срок ввода	VII(1981)	VII(1981)	VII(1981)	II(1982)	IV(1982)	V(1986)
N,МВт	1	1	0,5	2,5	10	5
Эфф погл-я изл-я	93	-	90,5	85	83	-
теплоноситель	H2O	H2O	Na	Соль Hitec	H2O	H2O
t теплоносителя на выходе	512	249	530	450	-	250
Система аккумулирования теплоты	Бак с H2O (4,3 т), 2 бака (1,6 т)	5 баков по 60 кубов H2O	140 кубов с ж натрием	60 кубов Hitec	7 тыс т гальки и 908 м3 масла	Масло Caloria
0С	510	487	510	410	510	250
Среднее давление МПа	5,9	1,2	10	4	10	4
КПД	16	10,3	12,5	20	15,3	-

36 Солн эл ст с ПЦК солн излучения



1-поле ПЦК

2-пароперегреватель

3-парогенератор

4-паровая турбина

5-котел

Зеркальная пов-ть параболоцилиндрических концентраторов солн энергии на теплоприемники, выполненная в виде трубы и расположенная горизонт-но и имеющей селиктивное покрытие, пропускает все длины волн, на нее попадающие, и ничего не отражает.

Труба заключена в аккумированную стеклянную оболочку, каждый концентратор с теплоприемником и системой слежения, образует модуль, кот соед с др модулями послед-но или параллельно.

Рабочее тело, пройдя через теплоприемники, нагревается и через систему трубопроводов направляется в центр-ную преобразовательную систему, работающую по циклу Ренкина.

В схеме 2 контура.

В 1 контуре исп-ся кремний-органический теплоноситель с повышенной теплостойкостью. Во 2 контуре раб телом явл вода, нет системы аккумулировая, вместо нее исп-ся 5.

Более 10 станций построено в США, макс мощность 90 МВт, сост из 888 параболоцил-х конденсаторов, площадь каждого 545 км².

Р=10 Мпа перегретого пара, t=371⁰, годовая выработка 250 тыс МВт в час, КПД=37,5%.

Эти станции целесообразны для широт не менее 60⁰ и числа часов солн сияния не ниже 250 в году.

Эти станции конкурентно способны к электростанциям на органическом топливе и к АЭС, они перспективны и имеют более ↑ КПД.

37 Накопитель солн энергии, осн на синтезе аммиака



1-теплообменник

2-зеркало

3-приемник

4-тепловой двигатель

5-камера синтеза аммиака

6-сепаратор

7-к др зеркалам

Солнечные лучи фокусируются на приемнике 3, на кот газообразный NH3 при р=30 МПа диссоциирует на N2 и H2, это реакция эндотермичная, подвод теплоты - 46 кДж/моль.

Солн излучение обеспечивает систему такой энергией, образущиеся моли H2 и N2 направляются в 5, где в присутствии катализаторов N2 и H2 рекомбинируют с образованием аммиака и выделением тепла. Тепло это исп-ся во внешнем двигателе 4.

Преимущество этой системы сост в том, что тепло может передаваться на большие расстояния и в течении длительного времени (с вечера всю ночь), что позволяет осуществить непрерывную генерацию эл энергии.

38 Солн фотоэл-кие преобразователи

В основе получения эл энергии с помощью фотоэл-х преобразователей (ФЭП) нижний внутренний фотоэффект - образование свободных носителей тока под действием теплового ионизирующего излучения.

Поглощение света и фотоионизация ↑ энергию электронов и дырок, не разделяя их в пространстве.

Появление фотоЭДС, обусловленной разделением эл-х зарядов разных знаков, объясняется различием подвижных носителей тока, неравномерностью освещения и неоднородностью п/пров-х структур.

Неоднородные полупроводниковые системы

Для эффективного преобразования теплового излучения в электричество исп-ют п/п структуры с р-n переходом. В рез взаимной диффузии основных носителей: электронов и дырок, образуется 2ой эл слой объемных зарядов, напряженность кот направлена от n к р типу.

Устройства в п/проводниках наз фотоэлементами, компенсируемых в виде батарей.

КПД преобразования солн-го света – отношение мощности используемого излучения к мощности солн-ной радиации.

Промышленные фотоэлементы имеют КПД 15-20% и могут вырабатывать до 2,5 кВт с м² электроэнергии за световой день.

При плотности облучения солнечного потока (1 кВт с м²) плотность тока в элементах достигает до 200 А с м².

Солн батарея в таких элементах имеет напряжение до 120 В. Для ↑ КПД солн-х батарей исп-ют концентраторы солн энергии на основе галлия, кадмия, германия.

В США создали эл модули с линзами Френеля с КПД 30%.

В наст время солн батареи применяются в космич. промышленности и планируется исп-ть в энергетике.

В Росси создали и провели испытания солн элементы на основе кремния, применение этих элементов позволило работать концентраторам до неск 10 кВт на м² и одновр-но получ эл и тепловую энергию высокого качества.

39 Энергия с косм электростанций

Для эффективного преобразования солн энергии в электрич-ю можно исп-ть солн-е электростанции на искусств-х спутниках Земли. Приемники солн энергии на станции должны быть направлены на солнце, излучение которого в безвоздушном пространстве имеет более высокую инт-ть, чем на Земле, при одинаковых площадях батарей электростанции в космосе в 6-15 раз мощнее станций на Земле.

Невесомость в космосе позволит развернуть огромные солн-е коллекторы на высоте 35800 км.

В США спутниковая электростанция должна иметь 2 системы солн-х элементов с пов-тью 16 км² каждая.

Для доставки полученной энергии на Землю эл ток от солн-х элементов в СВЧ-генераторах преобразуется в микроволновые излучения, кот с помощью бортовой антенны напр-ся на Землю.

На СЭС установлен ряд СВЧ-генераторов, расположенных так, что одновременно они образуют каркас передающей антенны диаметром 1км. На Земле монтируется приемная антенна диаметром 7 км, в аппаратуре приемной станции установленное антенной сверхвысокочастотное излучение превращается в постоянный ток, кот напр-ся в электросеть.

Космические солн электростанции выгоднее поместить над экватором.

В течении суток работа не должна превышать 72 мин, пока она на Земле. Планируется построить до 25 года.


40 АЭС + и –

На АЭС тепловая энергия, необходимая для производства пара, выделяется при делении ядер атома вва, кот наз-ся горючим. В основе служит уран-238 или 235.

Реактор водо-водяной представляет собой металлический корпус с размещенными в нем кассетами. Каждая кассета состоит из металлич кожуха с СОБР-ми в нем стержнями. Стержни сост из тонкой цирконоврй оболочки, заполненной ураном. Стержни явл тепловыделяющими элементами (твелы). Через корпус реактора, т.е через кассеты твелов насосами прогоняется теплоноситель, кот напр-ся за счет теплоты, выделяющейся в рез делений ядерного топлива.

Ядра атома уран-235 самопроизвольно делятся, осколки деления разлетаются с огромной скоростью 2*10⁴ км/с. За счет преобразования кинетич энергии этих частиц в тепловую в твелах выделяется огромное кол-во теплоты. Преодолеть металлический кожус твела могут только нейтроны. Попадая в соседние твелы, они вызывают деление ядер урана-238 и создают цепную ядерную реакцию. Вода явл теплоносителем, одновременно выполняет роль нейронов. Для поддержания цепной реакции нужны замедленные (тепловые) нейроны, скорость кот не более 2 км/с. Роль замедлителя играет вода.

Двухконтурные АЭС вполне надежны и не оказывают вредного влияния на окружающую среду и здоровье обслуживающего персонала.
На АЭС, работающей по одноконтурной схеме, пар образуется в активной зоне реактора и оттуда направляется в турбину. В некоторых случаях до поступления в турбину пар подвергается перегреву в перегревательных каналах реактора.

Достоинства: одноконтурная схема наиболее проста.

Недостатки: образующийся в реакторе пар радиоактивен, поэтому большая часть оборудования должна иметь защиту от излучения. В процессе работы электростанции в паропроводах, турбине и других элементах оборудования могут скапливаться выносимые из реактора с паром твердые вещества (содержащиеся в воде примеси, продукты коррозии), обладающие наведенной активностью, что затрудняет контроль за оборудованием и его ремонт.
По двухконтурной и трехконтурной схемам отвод теплоты из реактора осуществляется теплоносителем, который затем передает теплоту рабочей среде непосредственно или через теплоноситель промежуточного контура.

Достоинства: 1) рабочая среда и теплоноситель второго контура в н.у. нерадиоактивны, поэтому эксплуатация ЭС существенно облегчается;

2) продукты коррозии паропроводов, конденсаторов и турбинного тракта не попадают в реактор.

Недостатки: 1) высокие капитальные затраты;

2) при небольших нарушениях плотности возможен контакт активного натрия с водой и аварию ликвидировать довольно трудно. При трехконтурной схеме контакт активного натрия с водой исключен.

41.Принципиальная схема одноконтурной АЭС, ее работа. Достоинства и недостатки.

1 – реактор

2 – паровая турбина (ЦВД и ЦНД)

4 – конденсатор

5 – диаратор

6 – сепаратор

7 – паросборник

9 – конденсаторный насос

10 – циркуляционный насос

11 – питательный насос

13 – электрогенератор

Вода из паросборника с помощью циркуляционного насоса проходит реактор, где за счет теплоты выделяющейся в результате ядерных реакций проходит процессы испарения, парообразования, пароперегрева и направляется в паросборник. Из паросборника полученный перегретый пар попадает на лопатки ЦВД отрабатывает и после этого проходит сепаратор, где из него удаляется влага, после этого попадает на лопатки ЦНД отрабатывает, соосно работает электрогенератор. После чего пар проходит конденсатор, конденсируется и с помощью конденсаторного насоса направляется в диаратор, где из питательной воды удаляются газы в виде О₂, СО₂, которые могут вызвать коррозию. После чего вода с помощью питательного насоса направляется в паросборник, откуда с помощью циркуляционного насоса направляется в реактор.

Достоинства: простота

Недостатки: возможность радиоактивного загрязнения всего оборудования, что усложняет его эксплуатацию.

Теплоноситель – вода.
42.Принципиальная схема двухконтурной АЭС, ее работа.

В двухконтурных АЭС контур первичного теплоносителя и рабочего тела разделены.

1 – реактор

2 – паровая турбина (ЦВД и ЦНД)

3 – парогенератор

4 – конденсатор

5 – диаратор

6 – сепаратор

8 – компенсатор обмена

9 – конденсаторный насос

10 – циркуляционный насос

11 – питательный насос

12 – промежуточный (вторичный) пароперегреватель

13 – электрогенератор

Во II контуре в качестве рабочего тела используется вода, в качестве теплоносителя – жидкий натрий. В питательном насосе питательная вода направляется в парогенератор, где за счет теплоты жидкого натрия, который нагревается в реакторе, вода превращается перегретый пар, после чего одна часть пара отрабатывает в ЦВД, а другая часть направляется в промежуточный пароперегреватель. Из промежуточного пароперегревателя пар попадает в ЦНД отрабатывает, и со статорной обмотки электрогенератора снимается напряжение. Из ЦНД пар попадает в конденсатор, где происходит его конденсация, а также конденсация пара из промежуточного пароперегревателя. Полученный конденсат с помощью конденсаторного насоса проходит в диаратор, где осуществляется процесс удаления агрессивных газов О₂, СО₂. Полученная питательная вода с помощью питательного насоса направляется на процесс парообразования в парогенератор.

В I контуре в использовании жидкий натрий, с помощью циркуляционного насоса теплоноситель направляется в реактор, где в результате ядерных реакций выделяется тепло, он нагревается и направляется в парогенератор, где отдает тепло воде.

Чтобы избежать в I контуре вскипания в нем поддерживается более высокое давление, чем во II контуре. Чтобы понизить давление можно использовать высоко кипящий теплоноситель (органические жидкости, жидкие металлы при отсутствии высокого давления).
двухконтурная схема дает меньшую радиоактивность, что улучшает ее эксплуатацию.