Задача №2.

Расчёт системы солнечного теплоснабжения здания.

На крыше здания установлен пластинчатый приемник солнечной энергии проточного типа, который имеет поверхность , м². Коэффициент использования солнечной энергии . Облученность приемника . Приемник освещается солнцем в течение времени в сутки.

В приемнике нагревается вода от температуры до температуры . Вода направляется в систему теплоснабжения здания, тепловой мощностью , и в аккумулятор тепловой энергии.

Определить:

1. Расход воды через приемник

2. Расход воды в систему теплоснабжения и в аккумулятор

3. Площадь поверхности приемника , м²

4. Емкость аккумулятора

Исходные данные:

Решение:

Рис.1. Принципиальная схема системы солнечного теплоснабжения здания.

1. Расход воды через приемник:

Запишем выражение для тепловой мощности системы теплоснабжения:

,

где ,

Тогда расход воды через приемник равен:

2. Расход воды в систему теплоснабжения и в аккумулятор:

Расход воды в систему теплоснабжения:

Расход воды в аккумулятор:

3. Площадь поверхности приемника:

Теплота, воспринимаемая приемником солнечной энергии:

Либо эту же теплоту можно записать, как:

Тогда площадь поверхности пластинчатого приемника солнечной энергии проточного типа будет равна:

4. Емкость аккумулятора:

где - плотность воды.

Вывод:

Полученное значение объема аккумулятора системы солнечного теплоснабжения является очень значительным, что делает нецелесообразным применение на практике такого типа аккумуляторов, так как они будут занимать значительный объем помещений. В данных системах получили распространение гравийные аккумуляторы.

Задача №3. Расчет солнечной электростанции с плоскими параболическими концентраторами.

Солнечная электростанция состоит из рядов плоских параболических концентраторов, каждый из которых имеет длину . Коэффициент отражения концентраторов . Коэффициент поглощения трубки . Внешний радиус трубки , внутренний радиус . Облученность концентраторов . В трубках нагревается теплоноситель (синтетическое термомасло) до температуры ; теплоноситель поступает в парогенератор, где нагревает рабочее тело (воду) до температуры . Температурный напор на горячем конце парогенератора , температурный напор в барабане . Давление рабочего тела перед турбиной . Пар направляется в турбину электрической мощностью . Давление пара в конденсаторе . Относительный внутренний КПД турбины . Механический КПД КПД электрогенератора . Учесть работу питательных и масляных насосов.

Определить:

6. расход масла и расход пара на турбину ;

7. количество рядов концентраторов и их длину ;

8. мощность, отдаваемую в систему ;

9. коэффициент использования солнечной энергии КИСЭ.

Исходные данные:

Решение:

Рис.1. Схема солнечной электростанции с плоскими параболическими концентраторами:

1 – ряды концентраторов, 2 – парогенератор, 3 – турбогенератор,

4 – конденсатор, 5 – питательный насос, 6 – масляный насос

1. Определим температуру рабочего тела перед турбиной :

t₀ = t₂ - t₀ = 370 – 14 = 356 C.

2. Определим значения энтальпий и энтропий в процессе 0 – кt.

при Р₀ = 13 МПа, t₀ =356 C:

h

Рисунок 2. Процесс расширения пара в турбине в h-s диаграмме.

₀ = 2837 кДж/кг, s₀ = 5,72 кДж/(кгК);

для адиабатного процесса 0 – кt: s_кt = s₀, при Р_к = 5 кПа и s_кt = 5,72 кДж/(кгК): h_кt = 1742 кДж/кг.

3. Рассчитаем располагаемый Н₀ и действительный Н_i теплоперепады турбоустановки и значение энтальпии в точке к:

Н₀ = h₀ – h_кt = 2837 – 1742 = 1095 кДж/кг,

Н_i = Н₀_oi = 10810,87 = 953 кДж/кг,

h_к = h₀ – H_i = 2837 – 953 = 1884 кДж/кг

4. Найдём расход пара на турбину D₀:

D₀ = N_Э/(H_i_м_э) = 6210³/(9530,980,99) = 67 кг/с.

5. Определим работу сжатия в питательном насосе h_пн и энтальпию питательной воды h_пв:

h_пн = _ср(P_пв – Р_к)/_н = 10000,0010028(14,3 – 0,005)/0,8 = 17,92 кДж/кг,

где _ср =  = f(Р_к) = 0,0010028 м³/кг, P_пв = 1,1 Р₀ = 14,3 МПа, _н = 0,8;

h_пв = h_пн + h_к = 17,92 + 138 156 кДж/кг,

где h_к = h = f(Р_к) = 138 кДж/кг.

6. Определим мощность питательного насоса N_пн:

N_пн = h_пнD₀ = 17,9267 = 1,2 МВт

7. Рассчитаем тепловую энергию парогенератора Q_пг:

Q_пг = D₀( h₀ – h_пв) = 67( 2837 – 156) = 179627 кВт

8. Рассчитаем тепловую энергию водяного экономайзера Q_вэ, испарителя Q_исп, пароперегревателя Q_пп:

Q_вэ = D₀( h_s – h_пв) = 67( 1583 – 156) = 95609 кВт,

где h_s = f(Р_пв) = 1583 кДж/кг;

Q_исп = D₀( h_s – h_s) = 67( 2630 – 1583) = 70149 кВт,

где h_s = f(Р_пв) = 2630 кДж/кг;

Q_пп = D₀( h₀ – h_s) = 67( 2837 – 2630) = 13869 кВт.

9. Строим график зависимости Т(Q) и определим температуру теплоносителя на входе в трубки t₁ и расход масла G_м:

Q_вэ

Q_исп

Q_пп

Q, кВт

Рисунок 3. T-Q диаграмма.

где t_s = f(P_пв) = 318,08 С, t_б = 12 С, t_пв = f(P_пв, h_пв) = 24,96 С, t₂ = 391 С,

t₀ = 376 С, Q_вэ = 74828 кВт, Q_исп = 70380 кВт, Q_пп = 17549 кВт.

Рисунок 3. T-Q диаграмма для масла (верхняя линия) и воды (нижняя линия).

На диаграмме:

t_s = f(P_пв) = 338С, t_б = 12 С, t_пв = f(P_пв, h_пв) = 34 С, t₂ = 370 С,

t₀ = 356 С, Q_вэ = 95609 кВт, Q_исп = 70149 кВт, Q_пп = 13869 кВт.

Как видно из диаграммы t₁ = 330 С, тогда расход масла:

G_м = Q_пг/с_pм(t₂ – t₁) = (95609+70149+13869)/2,2(370 – 330) = 2041 кг/c,

где с_pм = 2,2 кДж/(кгС) – удельная массовая теплоемкость масла.

10. Определим работу сжатия в масленом насосе h_мн:

h_мн = _м(P_пв – Р_к)/_мн = 10001/8502/0,86 = 2,74 кДж/кг,

где _м = 1/ – удельный объем масла, м³/кг,  = 850 кг/м³ – плотность масла, P = P_пв – Р_к = 20 бар = 2 МПа, _мн = 0,86 – КПД масляного насоса;

11. Определим мощность масленного насоса N_мн:

N_мн = h_мн G_м = 2,742041 = 5,6 МВт.

12. Рассчитаем мощность отдаваемую системой N_сист:

N_сист = N_э – N_пн – N_мн = 62 – 1,2 – 5,6 = 55,2 МВт.

13. Найдем число рядов концентраторов n из условия:

F w = G_м_м

F = r²n

где w = (0,2 ÷ 0,3) м/с – скорость движения масла, F – площадь трубки, м²,

тогда n = (G_м_м)/ (wr²) = (20411/850)/ (3,140,2543²10^-6) = 1654 шт.

14. Определим длину концентраторов :

Q _пг = EF_концR_отрA_погл

F_конц = Sn

где F_конц – площадь концентратора, м², S = (4 ÷ 5) м – длина дуги концентратора, м,

тогда = Q_пг/ (ER_отрA_поглSn) = 17962710³/(6350,860,964,51654) = 46 м.

15. Определим коэффициент использования солнечной энергии КИСЭ:

КИСЭ = N_э/Q_пг = (6210⁶)/(17962710³) = 0,345.

Вывод:

В ходе решения задачи были рассчитаны величины расходов масла G_м = 2041 кг/с, пара на турбину D₀ = 67 кг/с. Определено количество рядов концентраторов n = 1654 и длина одного концентратора = 46 м. Найдены значения мощности, отдаваемой в систему N_сист = 55,2 МВт, и коэффициента использования солнечной энергии КИСЭ = 0,345.

Анализируя полученные результаты, можно сделать заключение о том, что рассматриваемая солнечная электростанция при располагаемой большой электрической мощности занимает обширную территорию ввиду большого числа громоздких концентраторов, что является очень существенным недостатком.