Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Калининградский государственный  технический университет

Кафедра судовых энергетических установок и теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная работа

с курса

Нетрадиционные  и возобновляемые источники энергии

 

Вариант №3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил:	Выполнил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 гелиостата R_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_пр и 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.

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 - ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №2

 

Задача №2

Считается, что  действительный КПД   η_действ океанической ТЭС, использующей температурный перепад поверхностных и глубинных вод (T₁-T₂)= ∆T  и 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 ³   кг/м³ , а удельная массовая теплоемкость С_p  = 4,2·10³ Дж/(кг-К).

 

Дано:  η_действ=0,5· η_t^k

  t₁= 28 °С 

  t₂= 4 °С

 N= 8 МВт

 ρ= 1·10 ³   кг/м³

                   С_p  = 4,2·10 ³ Дж/(кг·К)

 

Найти: V-?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №3

 

Определить  начальную температуру t₂ и количество геотермальной энергии Е_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= 1·10³   кг/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  ?

 

Дано: 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= 1·10³   кг/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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           

   МВт

   МВт

 

 

Ответ: начальная температура t₂ = 237,5 °С,  тепловой потенциал к 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_б  и суточный выход биогаза V_г  в 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.

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. Какова должна 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.

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 бассейна Э _пот  (кВт·ч), если его площадь F=1000 км², а средняя величина прилива R_ср=7,2 м.

Дано:  F=1000 км²

  R_ср=7,2 м

Найти: Э _пот  - ?

 

 

Ответ: приливный потенциал бассейна Э _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 V сократится на m= 20 % ? Потери  в гидротехнических сооружениях, водоводах, турбинах и генераторах считать постоянными.

Дано:   n = 1,2 раза                                      

             m = 20 %

 

 

 

 

 

 

раза

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