Презентация для учебных тренинговых занятий по актуальным вопросам низкопотенциальной энергетики. - презентация

1 Презентация для учебных тренинговых занятий по актуальным вопросам низкопотенциальной энергетики

2 Введение. Традиционная энергетика К традиционной энергетике относятся: теплоэнергетика гидроэнергетика атомная энергетика В России вырабатывается 1000 млрд. кВт·ч, (для сравнения в США млрд. кВт·ч), в том числе: на ТЭС – 67% на ГЭС – 18% на АЭС – 15% В год сжигается примерно 1000 млн. Т.У.Т. Из этого количества на теплоснабжение расходуется 450 млн. Т.У.Т., в том числе: газа – 240 млн. Т.У.Т. угля – 100 млн. Т.У.Т. остальное – мазут и проч. Структура производства тепловой энергии Централизованные источники тепла, 72% (в том числе ТЭЦ21%, Котельные 40% ) Децентрализованные источники тепла 28%

3 Введение. Химическое загрязнение атмосферы от теплоэнергетических систем Угольная котельная мощностью 1 Гкал/ч за отопительный сезон сжигает 228 Т.У.Т. При этом в атмосферу попадает: CO2640 т Зола1,4 т SO22,2 т NO21,7 т CO9,1 т Сажа3,7 т С целью снижения вредного воздействия энергетических систем на окружающую среду активно развивается нетрадиционная энергетика.

4

5 Низкопотенциальная энергетика К системам низкопотенциальной энергетики СНЭ относятся технические системы, которые вырабатывают тепловую энергию, электрическую энергию или холод с использованием тепла низкопотенциальных природных или техногенных источников.

6 Низкопотенциальная энергетика. Циклы СНЭ. В СНЭ реализуются прямые или обратные термодинамические циклы на низкопотенциальных рабочих веществах. В прямых циклах происходит преобразование теплоты, в работу. Такое преобразование осуществляет энергетическая установка (ЭУ). В обратных циклах затрачивается работа для переноса теплоты с уровня низкотемпературного на высокотемпературный. Техническое устройство, работающее по обратному циклу при Т Тос, называется холодильной машиной (ХМ). Техническое устройство, переносящее теплоту с уровня Тос на уровень Т Тос, называется тепловым насосом (ТН). Для работы энергетической системы необходимы, как минимум, теплоисточник и теплоприемник, работающие на разных температурных уровнях.

7 Низкопотенциальная энергетика.

8 Низкопотенциальная энергетика. Парокомпрессионные тепловые насосы Регулирующий вентиль Эффективность теплового насоса оценивается коэффициентом преобразования. μ = Qк / Nэ – действительный электрический коэффициент преобразования, где Qк – теплота, отведенная от конденсатора; Nэ – электроэнергия, затраченная на привод компрессора. Признаки классификации ТН: 1. По виду ИНТ – ИВТ:- воздух – воздух - воздух – вода - вода – воздух - вода – вода 2. По виду привода:- электрический - ДВС - газотурбинный 3. По виду термодинамического цикла и рабочего вещества:- ТН, с парожидкостным циклом - ТН с газожидкостным циклом

9 Низкопотенциальная энергетика. Парожидкостный цикл Парожидкостный цикл реализуется на моновеществах или смесевых холодильных агентах, и рабочее вещество меняет свое агрегатное состояние (кипит в испарителе, конденсируется в конденсаторе), то есть находится во всех частях системы в состоянии жидкости или пара.

10 Низкопотенциальная энергетика. Газожидкостный цикл В газожидкостной системе рабочее вещество в низкотемпературной части системы находится в жидком или парообразном состоянии, а в высокотемпературной части - в газообразном состоянии при температуре и давлениях выше критического значения. Применение такого цикла связано с использованием СО2 (R744).

11 Низкопотенциальная энергетика. Преимущества СО2 как рабочего вещества: 1. Безопасность: потенциал разрушения озонового слоя - ODP=0; потенциал глобального потепления - GWP=1. 2. Высокая удельная теплопроизводительность. 3. Малое отношение давлений в цикле. Система отопления индивидуального дома с помощью теплового насоса на СО2

12 Низкопотенциальная энергетика. Характеристики ИНТ и ИВТ в зависимости от вида теплоснабжения

13 Низкопотенциальная энергетика. Абсорбционные ТН Сравнение энергозатрат на производство единицы теплоты абсорбционным тепловым насосом и водогрейным котлом В качестве ИНТ может использоваться: сточная вода t = 10 … 17 °С, оборотная вода промышленных энергоустановок t = 25 … 40 °С. В качестве ИВТ может использоваться: вода t = 40 … 100 °С. Принцип работы абсорбционной установки

14 Низкопотенциальная энергетика.

15 Низкопотенциальная энергетика. Коэффициент использования первичной энергии К В общем виде Кген = Qт / Qсг, где Qт – мощность любого генератора тепла, кВт; Qсг = qсг·Gтоп – мощность, выраженная через теплотворную способность топлива, кВт, умноженную на его массу. Коэффициент использования первичной энергии теплового насоса: Ктн=μтн·Кген Примерные значения Кген: для электроэнергии Кген = Кэл = ηтэс= 0,28…0,34 (если насос имеет электропривод); для котельной Кген = ηкот =0,7…0,85 ; для теплового насоса Qсг = Qк – мощность, реализуемая через КПД теплового насоса (Qк – теплота конденсации).

16 Низкопотенциальная энергетика. Низкопотенциальные энергоустановки (НЭУ) Типовая схема НЭУ с использованием термальных вод или сбросных промышленных стоков В качестве ИНТ может использоваться: -окружающий воздух t = -20…35 °С; - оборотная система охлаждения воды t = 25 … 40 °С; -водоемы (реки, озера) t = 4…17°С; - грунтовые воды t = 8 … 15 °С. В качестве ИВТ может использоваться: - водяной пар низкого давления (2 … 6 атм) t = 100 … 200 °С; -геотермальная вода t = 70 … 100 °С; -промышленные газы (выхлопные газовые турбины, газовые отходы химических производств) t = 90 … 400 °С.

17 Низкопотенциальная энергетика. Ниэкопотенциальные энергетические установки Цикл Ренкина

18 Низкопотенциальная энергетика. Бинарные электростанции. В бинарных ТЭС используются рабочие вещества с достаточно высокой нормальной температурой кипения (выше -10 ºС), например, фреоны (R142б, R123, R600). Паужетская ГеоЭС Схема бинарной ТЭС

19 Низкопотенциальная энергетика. Теплонасосные опреснители, выпарные аппараты Варианты ТН опреснителей: 1.В камерах выпаривания солёной воды и конденсации водяного пара – вакуум около мм рт ст, (температура кипения около 40 С). 2.В камерах давление атмосферное, и процессы проходят при температуре, близкой к 100 С. Выпарной аппарат

20 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения: 1. С помощью фотоэлементов. 2. С помощью тепловых машин : паровых машин (поршневые или турбинные); двигателя Стирлинга и т. д. 3. Гелиотермальная энергетика нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Солнечные батареи на крыше здания АН России Электромобиль на солнечных батареях

21 Нетрадиционная энергетика. Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов Преимущество солнечных батарей обусловлено отсутствием в них подвижных частей: высокая надежностью и стабильность. Фотоэлемент электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. На основе фотоэлементов собирают солнечные батареи для получения электроэнергии. Работа фотоэлемента основана на явлении фотоэффекта. Фотоэффект

22 Нетрадиционная энергетика. Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью тепловых машин В паровых системах рабочим телом служит водяной пар, получаемый из воды путем нагрева солнечными лучами до t = 700 С. Cолнечная электростанция промышленного типа с центральным приёмником на башне. Система улавливания солнечных лучей состоит из поля гелиостатов плоских отражателей площадью в несколько квадратных метров, закреплённых на опорах и управляемых по двум координатам.

23 Нетрадиционная энергетика. Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью двигателя Стирлинга Диаграмма цикла Стирлинга Двигатель Стирлинга Рабочее вещество – газ (водород или гелий). Термический КПД идеального цикла Стирлинга равен термическому КПД цикла Карно

24 Нетрадиционная энергетика. Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью двигателя Стирлинга Двигатель Стирлинга устанавливают в фокус параболического зеркала (концентратора), управляемого по двум координатам при слежении за Солнцем. Зеркала отражают около 92% падающего на них солнечного излучения. Энергия Солнца фокусируется на небольшой площади. В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке с параболическим концентратором и двигателем Стирлинга

25 Нетрадиционная энергетика. Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью тепловых машин Достоинства солнечных электростанций: - Общедоступность и неисчерпаемость источника. - Теоретически полная безопасность для окружающей среды Недостатки солнечных электростанций: - Зависимость от погоды и времени суток. Как следствие необходимость аккумуляции энергии. - Высокая стоимость конструкции. - Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли. - Нагрев атмосферы над электростанцией. Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия может к 2050 году обеспечить % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы СО2 на 6 млрд тонн ежегодно.

26 Нетрадиционная энергетика. Гелиотермальная энергетика Для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением, применяют солнечный коллектор. Солнечный коллектор производит нагрев теплоносителя. Устройство плоского солнечного коллектора В плоских коллекторах теплоноситель- вода нагревается до °C Вакуумный солнечный коллектор В вакуумных солнечных коллекторах теплоноситель нагревается до °C