Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики
 Скачать 98.46 Kb.
|
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4Расчет геотермальных энергетических установок Задачи для решения Задача 1: Двухконтурная пароводяная геотермальная электростанция c элек- трической мощностью N получает теплоту от воды из геотермальных скважин с температурой tгс. Сухой насыщенный пар на выходе из парогенератора имеет тем- пературу на 20 оС ниже, чем tгс. Пар расширяется в турбине и поступает в конден- сатор, где охлаждается водой из окружающей среды с температурой tхв. Охлажда- ющая вода нагревается в конденсаторе на 12 оС. Конденсат имеет температуру на 20 оС выше, чем tхв. Геотермальная вода выходит из парогенерирующей установки с температурой на 15 оС выше, чем конденсат. Относительный внутренний коэффи- циент турбины η0i, электрический КПД турбогенератора ηэ= 0,96. Определить термический КПД цикла Ренкина, расход пара и удельный расход теплоты, расходы воды из геотермальных скважин и из окружающей среды. Задача 2: Определить начальную температуру t2и количество геотермальной энергии Еo(Дж) водоносного пласта толщиной h км при глубине залегания z км, ес- ли заданы характеристики породы пласта: плотность ргр=2700кг/м3; пористость а =5%;удельная теплоемкость Сгр=840Дж/(кг·К).Температурный градиент (dT/dz)в°С/км выбрать по таблице вариантов задания. Среднюю температуру поверхности toпринять равной 10 °С. Удельная теп- лоемкость воды Св = 4200 Дж/(кг · К); плотность воды ρ= 1·103кг/м3 . Расчет про- извести по отношению к площади поверхности F = 1 км2. Минимально допустимую температуру пласта принять равной t1 =40°С. Определить также постоянную времени извлечения тепловой энергии τo(лет) при закачивании воды в пласт и расходе ее V=0,1м3/(с·км2).Какова будет тепловая мощность, извлекаемая первоначально (dE/dz)τ=0и через 10 лет (dE/dz)τ=10? РешениеВариант 5Согласно исходным данным: N=8 МВт, tгс=230 оС, tхв=15 оС, η0i=78%.В одноконтурной паротурбинной ГеоТЭУ энтальпия сухого насыщен- ного пара после сепарации определяется по температуре геотермальной воды tгвиз таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара или h – s диаграммы. В случае двухконтурной ГеоТЭУ учитывается перепад температур в парогенера- торе ∆t. В остальном расчет ведется, как и для солнечной паротурбинной ТЭС. Расход пара (кг/с) определяется из соотношения d= N/((h1-h2) toi э= 10 *106/( где ηt– термический КПД цикла, η0i- относительный внутренний КПД турбины, ηэ- электрический КПД турбогенератора, N - мощность ГеоТЭУ, кВт, Расход горячей воды (кг/с) из геотермальных скважин определяется из формулы GГС N/t0iэПГсtПГ GГС10 *106/ расход холодной воды (кг/с) из окружающей среды на конденсацию пара Gхв dh2 hK ctхв, Gхв= 724. где с= 4,19 кДж / (кг*К) – теплоемкость воды, ηпг- КПД парогенератора, ∆tпг– перепад температур геотермальной воды в парогенераторе, о С, ∆tхв– перепад температур холодной воды в конденсаторе, о С. Расчет ГеоТЭУ с низкокипящими и смесевыми рабочими телами производится с использованием таблиц термодинамических свойств и h – s диаграмм паров этих жидкостей. Задача посвящена тепловому потенциалу геотермальной энергии, со- средоточенной в естественных водоносных горизонтах на глубине z(км) от земной поверхности. Обычно толщина водоносного слоя h(км)меньше глубины его зале- гания. Слой имеет пористую структуру - скальные породы имеют поры, заполнен- ные водой (пористость оценивается коэффициентом α).Средняя плотность твердых пород земной коры ргр=2700кг/м3,а коэффициент теплопроводности λгр=2Вт/(м·К).Изменение температуры грунта по направлению к земной поверхности характеризуется температурным градиентом (dT/dz), измеряемым в °С/км или К/км .Наиболее распространены на земном шаре районы с нормальным температур- ным градиентом (менее 40 °С/км) с плотностью исходящих в направлении поверх- ности тепловых потоков ≈ 0,06 Вт/м2. Экономическая целесообразность извлечения тепла из недр Земли здесь маловероятна. В полутермальных районах температурный градиент равен 40-80 °С/км (на- пример, Северный Кавказ). Здесь целесообразно использовать тепло недр для отоп- ления, в теплицах, в бальнеологии. В гипертермальных районах (вблизи границ платформ земной коры) градиент более 80°С/км.Здесь целесообразно строить ГеоТЭС (2, гл. 15; 3, гл. 6; 7, 8). Согласно исходным данным: h=1,2 км, z=4,0 км, (dT/dz)=45 °C/км При известном температурном градиенте можно определить температуру во- доносного пласта перед началом его эксплуатации: Tг=To+(dT/dz)·z, Tг=14+45*4=194. где Тo-температура на поверхности Земли, К(°С). В расчетной практике характеристики геотермальной энергетики обычно от- носят к 1 км 2 поверхности F. Теплоемкость пласта Спл (Дж/К)можно определить по уравнению Cпл=[α·ρв·Cв+(1-α)·ρгр·Cгр]·h·F, Cпл= [0,05*1000*4200+(1-0,05)*820*0,82]*1,2*1=252,767(кДж). где рв и Св- соответственно плотность и изобарная удельная теплоемкость воды; ргр иСгр-плотность и удельная теплоемкость грунта (пород пласта); обычно ргр =820-850Дж/(кг·К). Если задать минимально допустимую температуру, при которой можно ис- пользовать тепловую энергию пласта Т1 (К), то можно оценить его тепловой потен- циал к началу эксплуатации (Дж): E0=Cпл·(T2-T1), E0=252 767*(433-(273+40))=30,3 (МДж). Постоянную времени пласта τ0(возможное время его использования, лет) в случае отвода тепловой энергии путем закачки в него воды с объемным расходом V(м3/с)можно определить по уравнению: τ0=Cпл/(V·ρв·Св), τ0=252 767/(0,1*1000*4200)=60. Считают, что тепловой потенциал пласта во время его разработки изменяется по экспоненциальному закону: E=E0·e-(τ/τo) , E=30,3*106*e^  =2,19(МДж).где τ- число лет с начала эксплуатации; е-основание натуральных логарифмов. Тепловая мощность геотермального пласта в момент времени τ(летсначаларазработки)вВт(МВт): dE E0 d exp . 0 0 |