
- •Возобновляемые источники энергии
- •Глава 16 посвящена очень важным для новой энергетики вопросам аккумулирования и передачи выработанной энергии.
- •Основы использования возобновляемых источников энергии
- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Энергии
- •Истощаемых источниках энергии
- •Научные принципы использования возобновляемых источнников энергии
- •Технические проблемы использования возобновляемых источников энергии
- •Энергии
- •Социально-экономические последствия развития энергетики на возобновляемых источниках энергии
- •Основы механики жидкости 2.1. Введение
- •Закон сохранения энергии, уравнение Бернулии
- •Закон сохранения количества движения
- •Вязкость
- •Турбулентность
- •Трение при течении в трубах
- •Глава 3.
- •Теплоперенос
- •Введение
- •Метод тепловой цепи и терминология
- •Теплопроводность
- •Конвективный теплообмен
- •Радиационный теплоперенос
- •Свойства прозрачных веществ
- •Теплоперенос посредством теплоносителя
- •Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь
- •Глава 4 солнечное излучение 4.1. Введение
- •Космическое солнечное излучение
- •Составляющие излучения
- •Геометрия Земли и Солнца
- •Расположение приемника относительно Солнца
- •Влияние земной атмосферы
- •Оценки солнечной энергии
- •Расчет теплового баланса, общие замечания
- •Открытые нагреватели
- •Закрытые нагреватели
- •Системы с изолированным накопителем
- •Селективные поверхности
- •Вакуумированные приемники
- •Воздух)
- •Другие применения солнечной энергии
- •Введение
- •Подогреватели воздуха
- •Зерносушилки
- •Солнечные отопительные системы
- •Охлаждение воздуха
- •Опреснение воды
- •Солнечные пруды
- •Концентраторы солнечной энергии
- •Солнечные системы для получения электроэнергии
- •Глава 7
- •Фотоэлектрическая генерация
- •Введение
- •Кремниевый р—я-переход
- •Поглощение фотонов
- •Потребляемая солнечная энергия
- •Фотоэлектрические свойства цепи и нагрузки
- •Ограничения эффективности солнечных элементов
- •Конструкции солнечных элементов
- •2 При повышении температуры ширина запрещенной зоны уменьшается в таблице приведены данные для температуры окружающего воздуха
- •7.9. Фотоэмиссиоиные и термоэмиссионные системы
- •Глава 8
- •Гидроэнергетика
- •Введение
- •Основные принципы использования энергии воды
- •Оценка гидроресурсов для небольших станций
- •Активные гидротурбины
- •Реактивные гидротурбины
- •Гидроэлектростанции
- •Гидравлический таран
- •Пользуясь атласом, оцените гидроэнергетический потенциал страны или определенного района, действуя в такой последовательности.
- •Падающий на лопасти турбины Пельтона поток и отраженный образуют угол в в системе координат, связанной с лопастью. Скорость ut — тангенциаль
- •Ветроэнергетика
- •Введение
- •Классификация ветроустановок
- •Основы теории ветроэнергетических установок
- •Режимы работы ветроколеса
- •Метод линий тока
- •Характеристики ветра
- •Использование ветроколесом энергии ветра
- •Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок
- •Энергия; 6 — дорогая электроэнергия
- •Производство механической работы
- •Перспективы использования вэу
- •Фотосинтез
- •Введение
- •Трофический уровень фотосинтеза
- •Фотосинтез на уровне растений
- •Клетки губчатой ткани
- •"Замыкающая клетка устьица
- •Термодинамический анализ
- •Фотофизика
- •Фотосинтез на молекулярном уровне
- •Мембраны
- •Искусственный фотосинтез
- •Глава 11
- •Биотопливо
- •Введение
- •Классификация биотоплива
- •Сжигание биотоплива для получения тепла
- •Пиролиз (сухая перегонка)
- •Другие термохимические процессы
- •Газгольдер
- •Агрохимические способы получения топлива
- •Фермер, имеющий 50 свиней, предполагает использовать их навоз для получения биогаза в качестве топлира своего автомобиля.
- •Глава 12 энергия волн 12.1. Введение
- •Волновое движение
- •Энергия и мощность волны
- •Описание реальных волн
- •Устройства для преобразования энергии волн
- •Глава 13 энергия приливов 13.1. Введение
- •Причины возникновения приливов
- •Масштабы не соблюдены
- •Усиление приливов
- •Мощность приливных течений
- •Мощность приливного подъема воды
- •Угасающие приливы
- •Перспективные районы строительства приливных электростанций
- •Глава 14 преобразование тепловой энергии океана 14.1. Введение
- •Теплообменники
- •Требования к насосным агрегатам
- •Другие практические соображения
- •Глава 15 геотермальная энергия
- •Введение
- •Геофизика
- •Анализ свойств сухих горных пород и естественных водоносных пластов
- •Использование геотермальных ресурсов
- •Аккумулирование и передача энергии на расстояние 16.1. Значение процессов аккумулирования и передачи энергии
- •Биологическое аккумулирование
- •Химическое аккумулирование
- •Аккумулирование тепла
- •Аккумулирование электроэнергии: свинцово-кислотные батареи
- •1 Моль рь 207 г
- •Моль рьОг 239 г
- •Моля h2so4 196 г
- •Топливные элементы
- •Механическое аккумулирование
- •Передача энергии
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
- •Глава 8. Гидроэнергетика 176
- •Глава 9. Ветроэнергетика 195
- •Глава 10. Фотосинтез 243
- •Глава 11. Биотопливо 266
- •Глава 12. Энергия волн 297
- •Глава 13. Энергия приливов 318
- •Глава 14. Преобразование тепловой энергии океана 336
- •Глава 15. Геотермальная энергия 348
- •Глава 16. Аккумулирование и передача энергии на расстояние 360
- •Твайделл Джон, Уэйр Антони Возобновляемые источники энергии
В
основе действия большинства возобновляемых
источников энергии, даже не являющихся
непосредственно тепловыми, как, например,
солнечные, геотермальные и биологические,
лежат процессы теплопереноса. Теория
теплопереноса — хорошо развитое
научное направление, но нам нет
необходимости останавливаться на
ней слишком детально, тЗк как это редко
требуется при рассмотрении работы не
очень больших энергетических установок.
Например, температурные перепады в них
обычно невелики, геометрические формы
достаточно просты и, самое главное,
потоки энергии малы.
При
рассмотрении процессов теплопереноса
мы будем пользоваться распространенным
подходом, при котором совокупность
взаимосвязанных тепловых процессов
представляется единой «тепловой цепью».
Например, изображенный на рис. 3.1
приемник солнечной энергии поглощает
около 1 кВт на каждый 1 м2 солнечной
энергии, при этом температура его
поверхности нагревается примерно
на 50° С выше температуры окружающей
среды. Отвод тепла от поверхности
приемника осуществляется за счет
инфракрасного (теплового) излучения,
конвекции и теплоотдачи. Только последний
процесс является полезным, осуществляя
передачу части поглощенной солнечной
энергии теплоносителю. При используемом
подходе представляем процесс передачи
солнечной энергии теплоносителю в виде
тепловой цепи (по аналогии с электрической
цепью, см. рис. 3.2, в)
и оцениваем эффективность каждого
процесса, являющегося элементом цепи,
с точностью порядка 50%. Затем, отбросив
процессы, вносящие относительно
небольшой вклад в теплоперенос, проводим
более точный расчет. Естественно, что
при таком подходе точность расчетов
вряд ли может быть лучше 10%.
<\t
А-»
Рис.
3.1. Виды теплопереноса на примере
приемника солнечного излучения
(поглощающая пластина с трубками для
воды внутри). Тепловые потери связаны
с отражением солнечной энергии (/),
теплопроводностью в месте крепления
приемника (2)
и конвекцией (3)
42Глава 3.
Теплоперенос
Введение
Рис.
3.2. Пример построения тепловой цепи для
модельной задачи. Бак с горячей водой
находится в помещении с теплопроводными
стенами, окруженном холодным наружным
воздухом. Тi—Т4
— температуры соответственно бака,
внутренней и наружной поверхностей
стен, наружного воздуха (а). Схема
процесса теплопереноса (б) и схема
тепловой цепи (в)
Конвенция
Конвекция
^
Теплопроводность
Источник
тепла
Но
Сток
тепла
Данная
глава является вводной для последующих
глав, посвященных конкретным
энергетическим системам.
Рассмотрим
применение метода тепловой цепи при
анализе процесса теплопередачи на
простом примере (который в действительности,
конечно, гораздо сложнее). Поместим в
ночное время в закрытое холодное
помещение емкость с горячей водой, при
этом температура вне помещения (в
окружающем пространстве) еще ниже, чем
в помещении. Очевидно, что в конечном
счете тепловой поток в этом случае
будет направлен от горячей емкости в
холодное окружающее пространство (рис.
3.2, а).
Для простоты будем считать, что пол и
потолок помещения абсолютно
нетеплопроводны и перенос тепла
осуществляется только через стены. От
горячей емкости тепло передается стенам
помещения за счет излучения (радиации)
и конвекции. Через стены тепло передается
теплопроводностью, а далее, в окружающее
пространство, за счет конвекции и
излучения (рис. 3.2, б). Последовательность
этих процессов теплопереноса представлена
на рис. 3.2 в
в виде тепловой цепи.
Каждый
процесс в тепловой цепи можно представить
в форме
Pii
— {Ti
Т/У
/?;/, (3.1)
где
Р//_тепловой поток от горячей поверхности
с температурой Ti
к холодной с температурой Г/, а /?г/
— термическое
сопротивление.
В
общем случае значение термического
сопротивления Rri
зависит от температуры, и эта
зависимость может быть очень силь
43
Метод тепловой цепи и терминология
ной
и нелинейной. В рассматриваемом случае,
однако, тепловой поток Pij
зависит, в первом приближении, только
от разности температур (7\ — 7/), т. е.
термическое сопротивление можно
считать практически постоянным.
Именно поэтому введение понятия о
термическом сопротивлении оказывается
полезным.
Если
направление теплового потока очевидно,
соотношение (3.1) запишем в виде
Pij
— AT/Rij
Параметр
/?/;
называется сопротивлением по аналогии
с законом Ома для электрической цепи.
Замещение
элементарных процессов теплопереноса
соответствующими термическими
сопротивлениями позволяет представить
сложный процесс в виде цепи с
последовательно-параллельным соединением
сопротивлений. Для рассматриваемого
здесь процесса имеем.
Р\А={Т\
—Г4)//?14, (3.3)
где
_!_
= ! + !
R\2
R\2
(конвекция) Ri2
(излучение) ’
/?2з
= /?2з
(теплопроводность),
-L
= ! —L !
Ru
/?34
(конвекция) ' /?34
(излучение)
Для
определения полного термического
сопротивления можно использовать
приближенные значения отдельных его
составляющих, вычисленных по
приближенным значениям температур. В
результате тепловой поток от горячей
емкости будет определяться только
значениями температур Т\
и Г4. Возможность такого
упрощения наряду с наглядностью
графического представления тепловых
потоков превращает метод тепловой цепи
в эффективное средство решения задач
теплопереноса.
В
общем случае вместо параметра Р
удобнее использовать параметр q—
плотность теплового потока (тепловой
поток на единицу площади). При этом
соотношение для q
записывается в виде
Ч =
ЬТ/г, (3.4)
P
— qA
— Т/ (г/А). (3.5)
Отсюда
следует, что
R
= r/A,
К/Вт, г = /М, м2-К/Вт. (3.6)
Назовем
г
удельным термическим сопротивлением.
Заметим, что здесь аналогия с удельным
электрическим сопротивлением
44 (3.2)