АИЭ задачаи. Контрольная работа по дисциплине Альтернативные источники энергии Задача 1

• Название: Контрольная работа по дисциплине Альтернативные источники энергии Задача 1
• Дата: 10.02.2022
• Размер: 32.44 Kb.
• Имя файла: АИЭ задачаи.docx
• Тип: Контрольная работа; #357305

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВО «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ»

Институт дистанционного образования

Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства»

Контрольная работа по дисциплине

«Альтернативные источники энергии»

Задача 1.

Определить мощность малой ГЭС, если расход воды Q=28, напор Н = 8 м.Коэффициент потерь напора в открытом гидроканале К= 0,85, КПД гидротурбины _т =84 , КПД гидрогенератора _э = 96%. Как изменится мощность, если затвором уменьшить расход воды до 70% от номинального? Будет она больше или меньше, чем 70% от номинальной мощности?

Дано:

Q = 28 - расход воды,
Н= 8 м- напор (разность уровней воды верхнего и нижнего бьефов), м,
К= 0,85- коэффициент потерь напора в гидроканале,

_т =84- КПД гидротурбины,

_э = 96% - КПД гидрогенератора.

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

N= 0,85 · 0,84·0,96 · 1000 · 9,8 · 8 · 28 =1 504 677,89 Вт =

1,5 МВт

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

N₁ = 0,85 · 0,84·0,96 · 1000 · 9,8 · 8 · (28 ∙ 0,7) = 1 053 274,52(Вт), в сторону уменьшения на N1/N = 1 053 274,52/ 1 504 677,89 =0,7= 70%

Ответ: N = 1,5 МВт
мощность малой ГЭС равна 1 053 274,52 мВт.

Мощность малой ГЭС будет меньше на 70%, если затвором уменьшить расход воды до 70% от номинального.

Задача 2.

 Определить мощность ветровой электростанции, содержащей п = 7 штоднотипных ветроэнергетических установок.

Длина лопасти ветроколеса L= 78 м, скорость ветра w= 18 м/с,КПД ветродвигателя _в=34,электрический КПД установки (генератора и преобразователя) _э =79, температура воздуха t= 25, атмосферное давление р= 101 кПа.

Дано:

п =7 шт, L= 78м,

w= 18 м/с, _в = 34,

_э =79, t= 25,

р = 101 кПа
Решение. Ветровой поток, проходящий через площадь F, отметаемую лопастями ветродвигателя, имеет энергию:

Е =mw²/2

Е = 357 623,1 · 18² /2=57 934 948,7 Дж = 57,9 М Дж

где w– скорость ветра, м/с,

m– масса воздуха, которая протекает за секунду через площадь F:

Площадь Fопределяется через длину лопасти L ветроколеса:

F=L²= 3,14·78² =19103,8 м²

m=wFкг/с,

где = р /RT–плотность воздуха, кг/м ³,

 = р /RT=101 000/ 287· 298 =1,04 кг/м ³

р –атмосферное давление, Па,

R=287 Дж/кг.К – газовая постоянная,

T– абсолютная температура, К.

За секунду через площадь F протекает:

m=wF=1,04·18·19103,8 =357 623,1= кг/с,

Соответственно электрическая мощность N, развиваемая ВЭУ, определяется формулой:

N=_в _э L²w³ / 2 , Вт,

где _в – КПД ветродвигателя (изменяется в пределах 0,25…0,35)

_э - электрический КПД ветрогенератора и преобразователя (в пределах 0,70…0,85).

Мощность одной ветроэнергетической установки:

N=_в _э L²w³ / 2

N = 0,34·0,79·1.04·19103,8 ·18³/2=8,645 МВт

Ветровая электростанция, содержит 7 штукоднотипных ветроэнергетических установок, значит её мощность равна: N= 8,645 · 7 = 60,516 МВт.

Ответ: N = 60,516 МВт.

Задача 3.

Определить теплоту, подводимую гелиостатами к установленному на башне парогенератору паротурбинной солнечной электростанции, если количество гелиостатов п=12000 шт, площадь зеркал одного гелиостата F=14м², интенсивность солнечного излучения I=750 Вт/м², коэффициент эффективности использования солнечного излучения _и =49. Определить также термический КПД и теоретическую мощность паротурбинной установки СЭС, работающей по циклу Ренкина, если параметры острого пара p₁=12МПа,t₁=430, 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 =14 м², n =12000 шт.

I = 750 Вт/м², _и = 49.

P₁ = 12МПа, t₁ = 430.

р₂ = 10 кПа, _пг = 0,85.

_фэ = 0,15.

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= 0.49·12000·14·750=61 740 000 Вт = 61,7 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= 3149.59- 2610,0 = 539,59кДж/кг,

термический КПД:

 _t = (h₁–h₂ ) / (h₁–h_к ) = 3149.59- 2610,0 /3149.59-2512,84 = 0,84

где h₁=3149.59 кДж/кг–энтальпия острого пара (по справочнику),

h₂= 2610,0 кДж/кг – энтальпия отработавшего в турбине пара (определяются по h–sдиаграмме водяного пара),

h_к =2512,84 кДж/кг – энтальпия конденсата (определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара).

Теоретическая мощность паротурбинной СЭУ составит:

N_пт= _t _э Q = 0,84· 0,95· 61 740 000 =49 268 520 Вт = 49,26 МВт

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

Мощность СЭУ с фотоэлектрическими преобразователями определяется соотношением:

N_фэ=_фэ F_фэI=0,17·168000·750= 21 420 000Вт = 21,42 МВт

где _фэ - КПД фотоэлектрических преобразователей (изменяется в пределах 0,13…0,18),

 F_фэ = 12000х14 = 168000– их общая площадь, м ² _.

Вычислим как изменится мощность СЭС после замены паротурбинной установки на кремниевые фотоэлектрические преобразователи соотношением:
(N_ПГ - N_ФЭ )/ N_ПГ∙ 100 % = (49,26 – 21,42)/ 49,26 ∙ 100 % = 56,51%
Ответ:

Q= 61,7 МВт; N_пт = 49,26 МВт

η_t=0,84;N_фэ = 21,42 МВт


Задача 4.

Двухконтурная пароводяная геотермальная электростанция c электрической мощностью N= 13 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= 20. 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=81, 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=13 МВт, t_гс= 240,t_хв= 20,_0i=81, _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 = 20+20 = 40⁰ С;

t_охв= t_хв + 12= 20+ 12 = 32⁰С.

t_гв = t_k + 15 = 40+15= 55 ⁰С

t _пг= 240-55= 185 ⁰С
Термический КПД:

 _t = (h₁–h₂ ) / (h₁–h_к ) =(2801.05 - 943.642)/ (2801.05 - 167,6) = 0,70=70%

h_к = с·t_к= 4,19 · 40 = 167,6 кДж/кг

h₁= 2801.05 кДж/кг - энтальпия пара на входе в парогенератор при t = t_гс – 20 = 220^оС,

h₂ = 943.642 кДж/кг - энтальпия отработавшего пара,

h_k = 167.541 кДж/кг - энтальпия конденсата при t_к = t_хв + 20 = 40^оС

_0i - относительный внутренний КПД турбины,

_э - электрический КПД турбогенератора,

N–мощность ГеоТЭУ, кВт.

Расход пара определяется из соотношения:

d=N / [(h₁-h₂) _t _0i_э ] , кг/c,

d =  /(2801.05 – 943.642) ·0,70·0,81·0,96= 12,85 кг/c,

где 

_t – термический КПД цикла,

Расход горячей воды из геотермальных скважин определяется из формулы:

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

G_гс=  / (0,70·0,81·0,85·0,96·4,19·185) = 36,24 кг/с

Расход холодной воды из окружающей среды на конденсацию пара

G_хв = d(h₂–h_к) /(ct_хв) , кг/с,

G_хв = 12,85 (943.642 -167,6)/(4,19·12)=198,3 кг/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 = 70% d = 12,85 кг/c,

G_гс = 36,24 кг/с G_хв = 198,3 кг/с,