НВИЭ. Задачи, 3 вариант. Задача 1 На солнечной электростанции башенного типа установлено п263 гелиостатов, каждый из которых имеет поверхность

• Название: Задача 1 На солнечной электростанции башенного типа установлено п263 гелиостатов, каждый из которых имеет поверхность
• Дата: 07.11.2022
• Размер: 155.5 Kb.
• Имя файла: НВИЭ. Задачи, 3 вариант.doc
• Тип: Задача; #775051

Калининградский государственный технический университет
Кафедра судовых энергетических установок и теплоэнергетики

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
Задачи

Вариант №3

Выполнил: студент гр. 03-ТС

Ананьев А.
Проверил: Беркова Е.А.


Калининград

2006

Задача №1
На солнечной электростанции башенного типа установлено п=263 гелиостатов, ка­ждый из которых имеет поверхность F_г=58 м². Гелиостаты отражают солнечные лучи на приемник, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетиче­ская освещенность Н _пр= 2,5 МВт/м^г. Коэффициент отражения гелиостатаR_г=0,8. коэффициент поглощения приемника А_пр=0,95. Максимальная облучен­ность зеркала гелиостата H_г=600 Вт/м^г .

Определить площадь поверхности приемника F_при тепловые потери в нем, вызванные излучением и конвекцией, если рабочая температура теплоносителя со­ставляет t=660 °С. Степень черноты приемника е_пр=0,95. Конвективные потери вдвое меньше потерь от излучения.


Решение:

Энергия, полученная приемником от солнца через гелиостаты (Вт), может быть определена по уравнению:

Q = R_г·А_пр·F_г Н_г ·п = 0,8·0,95·58·600·263=6955824 Вт
где Н_г- облученность зеркала гелиостата в Вт/м²

F_г- площадь поверхности гелиостата, м²;

п - количество гелиостатов;

R_г - коэффициент отражения зеркала концетратора,

A_пр - коэффициент поглощения приемника.





Дано: n=263

F_г=58 м²

Н _пр=2,5 МВт/м^г

R_г=0,8

А_пр=0,95

H_г=600 Вт/м^г

t=660 °С

е_пр=0,95
Найти:F_пр, q_луч - ?



Площадь поверхности приемника может быть определена, если известна энер­гетическая освещенность на нем Н_пр Вт/ м^г ,
F_пр=Q/H_пр=6955824/2500000=2,782 м²
В общем случае температура на поверхности приемника может достигать t_пов= 1160 К, что позволяет нагреть теплоноситель до 700 ^оС. Потери тепла за счет излучения в теплоприемнике можно вычислить по закону Стефана-Больцмана:
q_луч = ε_пр·C_o·(T/100)⁴=0,95·5,67· =4,08·10 ⁴Вт/м²

где T - абсолютная температура теплоносителя, К;

е_пр - степень черноты серого тела приемника;

C_o - коэффициент излучения абсолютно черного чела, Вт / (м²·K⁴)



Вт
Ответ: Площадь поверхности приемника F_пр=2,782 м², тепловые потери, вызванные излучением и конвекцией Вт



Задача №2
Считается, что действительный КПД η_действокеанической ТЭС, использующейтемпературный перепад поверхностных и глубинных вод (T₁-T₂)= ∆Tи рабо­тающей по циклу Ренкина, вдвое меньше термического КПД установки, работающей по циклу Карно, η_t^k. Оценить возможную величину действительного КПД ОТЭС, ра­бочим телом которой является аммиак, если температура воды на поверхности океана t₁= 28 °С, а температура воды на глубине океана t₂= 4 °С. Какой расход теплой воды V, м³/c потребуется для ОТЭС мощностью N= 8 МВт ?

Считать, что плотность воды ρ= 1·10 ³кг/м³, а удельная массовая теплоем­кость С_p = 4,2·10³Дж/(кг-К).
Д
Решение

Разность температур поверхностных и глубинных вод:

∆T = T₁-T₂ = 28-4=24 K.
Термического КПД установки, работающей по циклу Карно, η_t^k:

η_t^k=(∆T)/T₁= .

ано:η_действ=0,5· η_t^k

t₁= 28 °С

t₂= 4 °С

N= 8 МВт

ρ= 1·10 ³кг/м³

С_p = 4,2·10 ³Дж/(кг·К)
Н айти: V-?

В идеальном теоретическом цикле Карно механическая мощность N₀ (Вт) может быть определена как:

N₀=η_t^k·Q_o
Реальный КПД установки, работающей по цик­лу Ренкина (по условию):
η_действ=0,5· η_t^k=0,5·0,0797=0,0398
Механическая мощность N (Вт) в установке, работающей по циклу Ренкина:
N= η_действ ·Q_o
Тепловую мощность Q_o(Вт), полученную от теплой воды можно представить как:
= 201 МВт
или как Q₀=p·V·C_p·∆T, отсюда расход теплой воды V:
м³/c
Ответ: действительного КПД ОТЭС η_действ=3,98 %, расход теплой воды V = 1,99 м³/c


Задача №3
Определить начальную температуру t₂и количество геотермальной энергииЕ_o (Дж) водоносного пласта толщиной h=0,8 км при глубине залегания z=3,5 км, если заданы характеристики породы пласта: плотность р_гр= 2700 кг/ м³; пористость а = 5 %; удельная теплоемкость С_гр =840 Дж/(кг· К). Температурный градиент(dT/dz) =65 °С /км

Среднюю температуру поверхности t_o принять равной 10 °С. Удельная теп­лоемкость воды С_в= 4200 Дж/(кг · К); плотность воды ρ= 1·10³кг/м³ . Расчет произвести по отношению к площади поверхности F= 1 км². Минимально допусти­мую температуру пласта принять равной t₁ =40 ° С.

Определить также постоянную времени извлечения тепловой энергии τ_o(лет)при закачивании воды в пласт и расходе ее V=0,1 м³/(с·км²). Какова будет тепло­вая мощность, извлекаемая первоначально (dE/dτ)_τ=0 и через 10 лет (dE/dτ)_τ=10 ?
Д
Решение
Определим температуру водо­носного пласта перед началом его эксплуатации:

T₂=T_o+(dT/dz)·z=10+65·3,5=237,5 °С=510,5 K

[°С+ ·км]= [°С]

Теплоемкость пласта С_пл (Дж/К) можно определить по уравнению:

C_пл=[α·ρ_в·C_в+(1-α)·ρ_гр·C_гр]·h·F=

=[0,05·1·10³·4200+(1-0,05)· 2,7·10³·840]· 800·1·10⁶=(210000+2154600)· 800·1·10⁶=

=189168·10¹⁰ Дж/К=1,9·10 ¹⁵ Дж/К

[ ]·м·м²=[Дж/К]
Тепло­вая мощность, извлекаемая первоначально Е_o(Дж):

E₀=C_пл·(T₂-T₁)= 189168·10¹⁰ ·(237,5-40)=

=37360680· 10¹⁰ Дж= 3,7·10 ¹⁷ Дж

[ ]=Дж

ано:h=0,8 км

z=3,5 км

р_гр= 2700 кг/ м³

λ_гр =2 Вт/(м·К)

а = 5 %

С_гр =840 Дж/(кг· К)

(dT/dz) =65 °С /км

t_o=10 °С

С_в= 4200 Дж/(кг · К)

ρ= 1·10³кг/м³

F= 1 км²

t₁ =40 ° С

V=0,1 м³/(с·км²)

1.) τ=0 лет

2.) τ=10 лет
Найти: t₂, Е_o, τ_o

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=C_пл/(V·ρ_в·С_в) = c = 4,5·10 ⁹ с =143 года


МВт

МВт

Ответ: начальная температура t₂ = 237,5 °С, тепловой потенциалк началу эксплуатации Е_o=3,7· 10 ¹⁷ Дж, возможное время использования пласта τ₀=143 года; тепловая мощность, извлекаемая первоначально МВт, через 10 лет 76 МВт.

Задача №4
Определить объем биогазогенератора V_би суточный выход биогаза V_гв уста­новке, утилизирующей навоз от п=18 коров, а также обеспечиваемую ею тепловую мощность N(Вт). Время цикла сбраживания τ = 14 сут при температуре t = 25° С; подача сухого сбраживаемого материала от одного животного идет со скоростью W = 2 кг/сут; выход биогаза из сухой массы ν_г= 0,24 м³/кг . Содержание метана в биогазе составляет 70 %. КПД горелочного устройства η=0,68. Плотность сухого мате­риала, распределенного в массе биогазогенератора, р _сух ≈50 кг/м^г . Теплота сгора­ния метана при нормальных физических условиях Q_н^р=28 МДж/м³.


Решение
Подача сухого сбраживаемого материала от 18 животных идет со скоростью m₀ ( кг/сут):

m₀=W·n=2·18=36 кг/сут;
Cуточный объем жидкой массы V_сут, поступающей в биогазогенерагор (м³/сут) мож­но определить по формуле:

V_сут=m₀/ρ_сух=36/50=0,72 м³/сут




Дано:п=18

τ = 14 сут

t = 25° С

W = 2 кг/сут

ν_г= 0,24 м³/кг

η=0,68

р _сух ≈50 кг/м^г

Q_н^р=28 МДж/м³
Найти: V_б, V_г, N
Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м³):

V_б=τ·V_сут=14·0,72=10,08 м³
Суточный выход биогаза:

V_г=m₀·ν _г =36·0,24=8,64 м³/сут
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):

N=η·Q_н^р·V_г·ƒ_{м =} 0,68·28·8,64·0,70= 115 Мдж/сут.
Ответ: объем биогазогенератора V_б=10,08 м³, суточный выход биогаза V_г =8,64 м³/сут, тепловая мощность устройства, использующего биогаз N =115 Мдж/сут.

Задача №5
Для отопления дома в течение суток потребуется Q=0,60 ГДж теплоты. При ис­пользовании для этой цели солнечной энергии тепловая энергия может быть запасена в водяном аккумуляторе. Допустим, что температура горячей воды t₁=54 ° С. Каковадолжна быть емкость бака аккумулятора V(м³), если тепловая энергия может ис­пользоваться в отопительных целях до тех пор, пока температура воды не понизится до t₂=29 °C? Величины теплоемкости и плотности воды взять из справочной литературы.


Решение

Q=ρ·V·C_р·(t₁-t₂) =>

м³



Дано:Q=0,60 Гдж

t₁=54 ° С

t₂=29 °C

ρ=1000 кг/м³

с_р=4,2·10³ Дж/(кг·К)



Найти: V-?
Ответ: емкость бака аккумулятора V=5,71 м³.

Задача №6
Используя формулу Л. Б. Бернштейна, оценить приливный потенциал бассейнаЭ _пот (кВт·ч), если его площадь F=1000 км², а средняя величина прилива R_ср=7,2 м.


Решение

Приливный потенциал бас­сейна Э _пот (кВт·ч):

Э_пот =1,97·10⁶·R²_ср·F = 1,97·10⁶·7,2²·1000 =

= 102·10⁹кВт·ч.




Дано:F=1000 км²

R_ср=7,2 м

Найти: Э _пот - ?


Ответ: приливный потенциал бассейнаЭ _пот = 102·10⁹ кВт·ч.

Задача №7
Как изменится мощность малой ГЭС, если напор водохранилища Н в засуш­ливый период уменьшится в п=1,2 раз, а расход воды Vсократится на m= 20 % ? Потери в гидротехнических сооружениях, водоводах, турбинах и генераторах считать постоян­ными.


Решение

Мощность ГЭС (Вт) можно определить по простому уравнению:N=9,81·V·H·η.
Пусть N – мощность малой ГЭС. Известно, что напор водохранилища H в засушливый период уменьшится в 1,2 раза, а расход воды V сократится на 20 %, то есть V_зас=0,8·V, H_зас = H/1,2.



Дано: n = 1,2 раза

m = 20 %


раза

Ответ: мощность малой ГЭС в засушливый период уменьшится в 1,5 раза.