Альтернативные источники электроэнергии» Вариант 6. Шуплецов А.В.. Контрольная работа по дисциплине Альтернативные источники электроэнергии Вариант 6 Шуплецов А. В

• Название: Контрольная работа по дисциплине Альтернативные источники электроэнергии Вариант 6 Шуплецов А. В
• Анкор: Альтернативные источники электроэнергии» Вариант 6
• Дата: 07.06.2022
• Размер: 30.9 Kb.
• Имя файла: Шуплецов А.В..docx
• Тип: Контрольная работа; #575114

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Государственный аграрный университет Северного Зауралья»

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства»


Контрольная работа

по дисциплине:

«Альтернативные источники электроэнергии»

Вариант 6

Выполнил: Шуплецов А.В.

Студент 3 курса Б-ЭЭ32зу группы

Специальность «Электрооборудование и электротехнологии АПК».

№ зачет.книжки: 18206 .

Подпись:__________________________

Руководитель: Ст. преподаватель Злобина С.И.

Оценка: ___________________________

Дата: _____________________________

Подпись:__________________________

Проверил:_________________________

Рег. № ___________________________

г. Тюмень, 2022 г.

Задача 1. Определить мощность малой ГЭС, если расход воды Q = 20 м³/с, напор Н = 8 м.Коэффициент потерь напора в открытом гидроканале К= 0,85, КПД гидротурбины _т =76% , КПД гидрогенератора _э = 95%. Как изменится мощность, если затвором уменьшить расход воды до 70% от номинального? Будет она больше или меньше, чем 70% от номинальной мощности?

Дано:

Q = 20 м³/с - расход воды,

Н= 8 м - напор (разность уровней воды верхнего и нижнего бьефов), м,

К= 0,85 - коэффициент потерь напора в гидроканале,

_т =0,82- КПД гидротурбины (изменяется в пределах 0,7…0,88),

_э = 0,95 - КПД гидрогенератора (в пределах 0,9…0,96).


Решение.

Электрическая мощность гидроэнергетической установки рассчитывается по формуле:

N=К ·_т · _э ·  ·g· H·Q (Вт)

где  = 1000 кг/м ³ – плотность воды,

g = 9,8 м/с ² – ускорение силы тяжести,

N=К·_т·η_э··g· H·Q = 0,85∙ 0,82∙ 0,95∙1000∙9,8∙8∙20 =1038251,2 (Вт) =1038,25 (кВт)

При условии уменьшения расхода воды до 70% от номинального, мощность изменится:

N₁ = 0,85∙ 0,82∙ 0,95∙1000∙9,8∙8∙ (20 ∙ 0,7) = 726775,36 (Вт), в сторону уменьшения на N1/N = 311475,36/ 1038251,2 =0,7= 70%

Ответ: мощность малой ГЭС равна 1038,25 кВт. Мощность малой ГЭС будет меньше на 70%, если затвором уменьшить расход воды до 70% от номинального.
Задача 2. Определить мощность ветровой электростанции, содержащей

n = 11 шт.однотипных ветроэнергетических установок. Длина лопасти ветроколеса L = 66 м, скорость ветра w= 14 м/с,КПД ветродвигателя _в = 32%,электрический КПД установки (генератора и преобразователя) _э = 77%, температура воздуха t = 5°С, атмосферное давление р = 99 кПа.

Дано:

n= 11шт

L = 66м

w= 14 м/с

_в = 0,32%

_э =0,77%

t = 5°С

р = 99 кПа
Решение.

Ветровой поток, проходящий через площадь F, ометаемую лопастями ветродвигателя, имеет энергию:

Е = т w²/2, Дж, где

w - скорость ветра, м/с,

т - масса воздуха.

За секунду через площадь F протекает т = ρw F кг/с, где

ρ = р / RT - плотность воздуха, кг/м ³,

р - атмосферное давление, Па,

R = 287 Дж/кг⁰К - газовая постоянная,

Т — абсолютная температура, К.

ρ = 99000/287∙278 =1,24 кг/м³

Площадь F определяется через длину лопасти L ветроколеса: F = πL². Соответственно электрическая мощность N, развиваемая ВЭУ, определяется формулой:

N= μ_в∙ μ_э∙ρ∙ πL²∙w³/2 , Вт,

N = 0,32∙ 0,77∙ 1,24∙3,14∙66²∙14³/2 = 5,73 (МВт)

11*n = 11*5,73 = 63,07 (МВт)

Ответ: мощность ветровой электростанции, содержащей 11однотипных ветроэнергетических установок равна 63,07 МВт

Задача 3. Определить теплоту, подводимую гелиостатами к установленному на башне парогенератору паротурбинной солнечной электростанции, если количество гелиостатов п = 9000 шт, площадь зеркал одного гелиостата F = 11м², интенсивность солнечного излучения I = 600 Вт/м², коэффициент эффективности использования солнечного излучения _и = 50%. Определить также термический КПД и теоретическую мощность паротурбинной установки СЭС, работающей по циклу Ренкина, если параметры острого пара p₁ = 9МПа,t₁ = 400 ^оС, давление в конденсаторе р₂ = 10 кПа,КПД парогенератора _пг = 0,85. Как изменится мощность СЭС, если вместо паротурбинной установки применить кремниевые фотоэлектрические преобразователи с КПД _фэ = 0,15, занимающие ту же площадь, что и зеркала гелиостатов?

Дано:

F =11 м²

n =9000 шт

I = 600 Вт/м²

_и = 0,5

р₁ = 9 Мпа

t₁ = 400 ^оС

р₂ = 10 кПа

_пг = 0,85

_фэ = 0,16
Решение.

В паротурбинных солнечных энергетических установках теплота солнечного излучения от зеркал гелиостатов концентрируется на парогенераторе, установленном на башне. Общее количество теплоты, воспринятой парогенератором, составляет:

Q=_и пFI= 0,5·9000·11·600=29700000 Вт = 29,7 МВт,

где _и – коэффициент эффективности использования солнечного излучения (изменяется в пределах 0,35…0,5),

п –количество гелиостатов,

F– площадь зеркал одного гелиостата, м ²,

I-интенсивность солнечного излучения, Вт/м ².

Работа килограмма пара паротурбинной установки в цикле Ренкина равна:

l=h₁–h₂=3118,27 - 2040,2 = 1078,07кДж/кг,

термический КПД:

 _t = (h₁–h₂ ) / (h₁–h_к ) = 3118,27- 2040,2/3118,27-191,84 = 0,37 ,

где h₁=3118,27 кДж/кг–с,

h₂= 2040,2 кДж/кг – энтальпия отработавшего в турбине пара (определяются по h–sдиаграмме водяного пара),

h_к =191,84 кДж/кг – энтальпия конденсата (определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара).

Теоретическая мощность паротурбинной СЭУ составит:

N_пт= _t _э Q = 0,37 · 0,92· 29,7· = 10,11 МВт

где _э – КПД электрогенератора (в пределах 0,92…0,96).

Мощность СЭУ с фотоэлектрическими преобразователями определяется соотношением:

N_фэ=_фэ F_фэI=0,15·99000·600= 9504000Вт = 9,5МВт

где _фэ - КПД фотоэлектрических преобразователей (изменяется в пределах 0,13…0,18), F_фэ – их общая площадь, м ² _.

Если вместо паротурбинной установки применить кремниевые фотоэлектрические преобразователи с КПД_фэ = 0,16, занимающие ту же площадь, что и зеркала гелиостатов, то в данном случае мощность СЭС уменьшится на 0,61 МВт.
Ответ: Q= 29,7 МВт,N_пт = 10,11 МВт, η_t=0,37, N_фэ = 9,5 МВт. Мощность СЭС упадет на 0,61 МВт, если вместо паротурбинной установки применить кремниевые фотоэлектрические преобразователи.
Задача 4. Двухконтурная пароводяная геотермальная электростанция c электрической мощностьюN = 9 МВтполучает теплоту от воды из геотермальных скважин с температурой t_гс= 240. Сухой насыщенный парна выходе из парогенератора имеет температуру на 20^оС ниже, чем t_гс. Пар расширяется в турбине и поступает в конденсатор, где охлаждается водой из окружающей среды с температурой t_хв= 10. Охлаждающая вода нагревается в конденсаторе на 12^оС. Конденсат имеет температуру на 20^оС выше, чем t_хв. Геотермальная вода выходит из парогенерирующей установки с температурой на 15^оС выше, чем конденсат. Относительный внутренний коэффициент турбины _0i=79%, электрический КПД турбогенератора _э = 0,96. Определить термический КПД цикла Ренкина, расход пара и удельный расход теплоты, расходы воды из геотермальных скважин и из окружающей среды.

Дано:

N= 9 МВт

t_гс= 240

_0i=0,79

_э = 0,96
Решение.

В одноконтурной паротурбинной ГеоТЭУ энтальпия сухого насыщенного пара после сепарации определяется по температуре геотермальной воды t_гв из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара или h–sдиаграммы. В случае двухконтурной ГеоТЭУ учитывается перепад температур в парогенераторе t. В остальном расчет ведется, как и для солнечной паротурбинной ТЭС.

t_h = t_гс – 20 = 240-20 = 220⁰С;

t_k=t_хв + 20 = 10+20 = 30⁰ С;

t_охв= 30+ 15 = 45⁰С.

Расход пара определяется из соотношения:

d=N / [(h₁-h₂) _t _0i_э ] , кг/c,

d = 9000 /(2954,62 – 2281,68) ·0,23·0,79·0,96= 76,67 кг/c,

где h₁= 2954,62 кДж/кг - энтальпия пара на входе в парогенератор,

h₂ = 2281,68 кДж/кг - энтальпия отработавшего пара,

_t – термический КПД цикла,

_0i - относительный внутренний КПД турбины,

_э - электрический КПД турбогенератора,

N–мощность ГеоТЭУ, кВт.
Термический КПД:

 _t = (h₁–h₂ ) / (h₁–h_к ) =(2954,62 – 2281,68)/ (2954,62 - 125,7) = 0,23

h_к = с·t_к= 4,19 · 30 = 125,7 кДж/кг

Расход горячей воды из геотермальных скважин определяется из формулы:

G_гс=N/ (_t_0i _пг _Эct_пг ) , кг/с ,

G_гс= 4000/(0,23·0,79·0,85·0,96·4,19·195) = 29,2 кг/с.

Расход холодной воды из окружающей среды на конденсацию пара

G_хв = d(h₂–h_к) /(ct_хв)] , кг/с,

G_хв = 76,67(2281,68-125,7)/(4,19·20)=1972,5кг/с,

где с =4,19 кДж / (кг.К) – теплоемкость воды,

_пг - КПД парогенератора (0,85)

t_пг – перепад температур геотермальной воды в парогенераторе, ^оС,

 t_хв – перепад температур холодной воды в конденсаторе, ^оС.
Ответ:  _t = 0,23, d = 76,67 кг/с, G_гс = 29,2 кг/с, G_хв = 1972,5 кг/с.