Ministerul Educaţiei şi Tineretului al Republicii Moldova

Universitatea Tehnică a Moldovei Facultatea de Energetică

Catedra Electroenergitica

LUCRARE INDIVIDUALĂ

privind disciplina”Tehnologii moderne de producere a energiei”

A elaborate st. C.Suslova

A verificat conf. univ., dr. A.Guţu

Chişinău – 2010

Ministerul Educaţiei şi Tineretului al Republicii Moldova

Universitatea Tehnică a Moldovei Facultatea de Energetică

Catedra Termotehnica şi Management în Energetica

LUCRARE INDIVIDUALĂ

privind disciplina”Tehnologii moderne de producere a energiei”

A elaborate st.gr. EM-10M

A.Varenic

A verificat conf. univ., dr. A.Guţu

Chişinău – 2010

Индивидуальная работа

Вариант №10

1.2.9.Anual pe suprafaţa Pământului în procesul de fotosinteză se folosesc 2,01011 t de bioxid de carbon CO2 şi se degajă 1,451011 t de oxigen. Considerând consumul la arderea combustibilului a O2 de 80 kg/GJ, iar degajările de CO2 - de 70 kg/GJ, după datele din materialele informative pentru anul 2001, să se determine cota, în %, a influenţei procesului de ardere a combustibililor fosili asupra bilanţului de circulaţie a O2 şi CO2 în natură.Răspuns: CO2 – 0,12 %;

O2 - 0,18 %.

3.2.6. Considerând randamentul electric al unei CTE egal cu 0,40, determinaţi reducerea posibilă a emisiilor de gaze cu efect de seră la substituirea energiei electrice produse anual prin valorificarea cu o cascadă de mini-CHE a energiei hidraulice a unui râuleţ cu debitul mediu de 5 m3/s şi căderea de apă de 70 m. Căderea nivelului şi creşterea debitului de-a lungul râului se vor considera uniforme.Răspuns: 14,5 kt.2.9 problema

Scheme de utilizare directa a energiei geotermice pentru alimentarea cu

caldura

Stocarea caldurii

Pentru instalaţiile solare se disting următoarele categorii de stocaj termic:

- stocaj de protecţie care asigură funcţionarea independentă la puterea nominală de

maximum o oră pentru evitarea şocurilor termice datorate norilor accidentali;

- stocaj pentru vîrf de sarcină - asigură funcţionarea independentă la puterea nominală

pe timp de 6-8 ore;

- stocaj de bază - asigură funcţionarea independentă timp de 16 ore, în cazul cînd

energia solară este sursă principală;

- stocaj pentru valorificarea maximă a energiei solare - asigură funcţionarea

independentă timp de 56 ore;

- stocaj sezonier.

Ciclul Kalina

Цикл Калины — термодинамический цикл для утилизации низкотемпературных

источников энергии, например, геотермальных.

В качестве рабочего тела используется водо-аммиачная смесь.

Sisteme autonome cu cogenerare de destinatie industriala si casnica

Когенерация — это совместное производство тепловой и электрической энергии,

которое реализуется в теплоэлектроцентралях. Вот уже более 80 лет аббревиатура “ТЭЦ”

у нас хорошо знакома каждому.

Мини-ТЭЦ — это электростанции с комбинированным производством электричества

и тепловой энергии. Главная особенность и преимущество мини-ТЭЦ в том, что они

размещаются в непосредственной близости от потребителей энергии. При таком

расположении экономятся значительные средства из-за отсутствия передачи —

транспортировки энергии. Близость мини - ТЭЦ к тепловым сетям также является

немаловажным финансовым фактором. Диапазон электрической мощности мини — ТЭЦ

достаточно широк и не имеет определенных значений: от 100 кВт до 50 МВт.

В мини-ТЭЦ используются электросиловые агрегаты: газопоршневые,

газотурбинные, микротурбинные.

В мини-тэц электроэнергия вырабатывается генераторами электрического тока.

Генераторы используют механическую работу двигателей. Выхлопные газы и системы

охлаждения двигателей мини-тэц отдают тепловую энергию в виде горячей воды или

технического пара.

Электрическая энергия, выработанная на мини-ТЭЦ, в зависимости от выходного

напряжения и технических задач, может передаваться на расстояние до нескольких

десятков километров.

Мини-ТЭЦ состоит из следующих основных компонентов:

двигатели внутреннего сгорания – поршневые или газотурбинные

генераторы постоянного или переменного тока

котлы-утилизаторы отработавших газов

катализаторы

системы управления

Основные преимущества:

низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии, тепла и холода

возможность быстрого строительства

быстрая окупаемость мини-тэц

низкий расход топлива

длительный ресурс эксплуатации оборудования

экологическая безопасность

Экономическая эффективность использования:

быстрый возврат инвестиций

потребляя в среднем 0,3 куб. м газа, на мини-ТЭЦ есть возможность получать

1 кВт электроэнергии и ~ 2 кВт тепла в час

минимум топливных потерь на локальной электростанции

возможность установки мини-тэц в старых котельных и на ЦТП

отсутствие необходимости строительства дорогостоящей ЛЭП, ТП,

протяженной электросети

возможности быстрого увеличения электрической мощности, путем

дополнительной установки энергетических модулей

Аvantajele si perspectivele energeticii distribuite

Sistemele de producere distribuită a energiei electrice pot fi utilizate ca:

-    sursă de bază (când durata de funcţionare este nu mai mică de 6000 h/an);-     sursă de

vârf (când durata de funcţionare este de 200...3000 h/an în sistemele cu tarife ridicate pentru

orele de vârf);

-    sursă cu cogenerare;

-    sursă „verde”, utilizată pentru reducerea emisiilor;

- sursă de rezervă, pentru a garanta fiabilitatea deservirii consumatorilor.

Avantajele Generării distribuite a energiilor electrică şi termică:

• volumul mic al investiţiilor,

• durata mică de construcţie,

• fiabilitatea sporită,

• eficienţa mare,

• cheltuielile mici de întreţinere şi deservire,

• independenţa consumatorului,

• emisiile reduse ş.a.

CTE cu turbine cu abur pe biomasa

Biomasa - substanţele din care este formată (prin fotosinteză) lumea vegetală şi animală a

planetei.

Producţia anuală - cca. 1010 tone de masă fixă.

Căldura de ardere a masei solide - 16...24 MJ/kg, pentru lichide (uleiuri, grăsimi) - 35...40

MJ/kg.

Energia biomasei poate fi utilizată prin:

- ardere directă,

- transformare în combustibili artificiali:

-solizi: mangalul;

-lichizi: alcooli, motorină ş.a. produse din uleiuri vegetale;

-gazoşi: biogaz, gaz de gazogen.

Combustibili pentru ardere directă:

• lemne,

• deşeuri ale industriei forestiere şi de prelucrare a lemnului,

• deşeuri agricole,

• deşeuri ale industriei de prelucrare a producţiei agricole,

• deşeuri ale industriei uşoare,

• deşeuri menajere.

PROIECTUL 1

Введение

При всем многообразии способов производства электрической и тепловой энергии

все более широкое использование индивидуальных установок показывает рост тенденции

ухода от традиционной централизованной системы энергоснабжения. В этих условиях

одним из важных направлений совершенствования теплофикационных систем и

обеспечения максимальной экономии топлива является создание систем теплоснабжения

на базе мини-ТЭЦ.

В последние годы для автономного энергоснабжения на промышленных и

коммунальных предприятиях применяются когенереционные установки,

вырабатывающие электрическую и тепловую энергию. Такое оборудование принято

называть мини-ТЭЦ или установками малой энергетики. В то же время следует отметить,

что не существует четкого определения, какие объекты и с какой генерирующей

мощностью можно отнести к малой энергетике. В отличие от больших электроцентралей

мини-ТЭЦ дают возможность вырабатывать энергию, которая необходима

непосредственно на месте потребления.

В последнее десятилетие в малую энергетику активно внедряются энергоустановки,

использующие в качестве первичного источника энергии газопоршневые двигатели.

Подобные машины могут работать не только на природном газе, но и на попутных

нефтяных газах, газообразных продуктах термохимической и биохимической переработки

органических отходов. Газопоршневые энергоустановки отличаются высокой

экономичностью, в том числе на частичных нагрузках, и удовлетворительными

экологическими характеристиками.

При росте стоимости топлива задача наиболее эффективного его использования

становится все более актуальной. Температурный уровень жидкости, охлаждающей блок

цилиндров двигателя, масла и отходящих газов дизельных и газопоршневых установок,

позволяет реализовать их тепловой потенциал для целей теплоснабжения, ГВС,

производства технологического пара. Теоретически все тепло, за исключением

радиационных и конвективных потерь тепла собственно от двигателя, может быть

полезно использовано, тем самым обеспечивается высокая эффективность сжигания

топлива. У лучших когенерационных установок (мини-ТЭЦ) эффективность

использования топлива (отношение полезной тепловой и электрической энергии,

запасенной в топливе, без учета скрытой теплоты испарения воды, содержащейся в

продуктах реакции горения топлива) может достигать 90 %.

Уровни температуры системы охлаждения двигателя (80 - 90 оС), масляной системы

(90 - 110 оС) и продуктов сгорания (550 - 650 оС), вполне достаточны для того, чтобы

использовать тепло двигателя для целей отопления и ГВС.

При принятии решения о строительстве собственной станции необходимо принимать

во внимание преимущества мини-ТЭЦ по сравнению с традиционными паротурбинными

или газотурбинными станциями, а именно:

меньшая себестоимость выработки тепла и электроэнергии;

высокий КПД (до 94 %);

относительно невысокий объём капиталовложений;

короткий срок планирования и строительства;

восприимчивость к переменным нагрузкам;

меньшая стоимость передачи и распределения тепла и электроэнергии;

низкий уровень вредных выбросов;

простота эксплуатации;

меньшие эксплуатационные затраты.

Тепловой расчет и выбор оборудования

Был проведен тепловой расчет и сведен в таблицу 1.

Тепломеханическая принципиальная схема мини-ТЭЦ

Блочная конструкция когенерационной установки содержит агрегат двигатель-

генератор, комплектное теплотехническое оборудование установки, включая глушитель

выхлопа и шумозащитный кожух. Электрический распределитель представляет

отдельностоящий шкаф. Тепловая система установки с точки зрения потребления

тепловой мощности обеспечивается двумя независимыми контурами, вторичным и

технологическим. Максимальная тепловая мощность установки складывается из тепловой

мощности обоих контуров при их полном использовании.

Вторичный контур обеспечивает вывод главной тепловой мощности установки в

отопительную систему. Технологический контур - контур охлаждения наполняющей

смеси.

Функциональная схема установки такова: газовый двигатель внутреннего сгорания

приводит в действие электрогенератор, преобразующий механическую энергию двигателя

в электроэнергию. Производимая тепловая энергия через пластинчатый теплообменник

передается в систему отопления. Дополнительная эффективность обеспечивается

оптимизированной системой использования отходящего тепла.

Схема когенерационной установки

1. Экономический и экологический расчет

На сегодняшний день существует множество аргументов в защиту выбора

когенерационных установок. Мини-ТЭЦ обладают замечательными особенностями:

дешевизной электро- и теплоэнергии, близостью к потребителю, отсутствием необходимости

в дорогостоящих ЛЭП и подстанциях, экологической безопасностью, мобильностью,

легкостью монтажа и многими другими факторами. Сооружение когенерационных установок

небольшой мощностьи, как в нашем случае, не требует существенных затрат. Также,

учитывая различие в себестоимости вырабатываемой электро- и теплоэнергии и тарифами

монопольных энергопроизводителей, использование мини-ТЭЦ экономически очень

эффективно. После произошедшего в недавнее время увеличения тарифов на электроэнергию

и тепло экономическая привлекательность мини-ТЭЦ стала еще более очевидной. Выработка

электро- и теплоэнергии собственными мини-ТЭЦ за последнее время стала прибыльным

делом.

Предприятия, имеющие собственную мини-ТЭЦ, смогут обеспечить собственные

потребности в электроэнергии. При этом не только снизится себестоимость основной

продукции предприятия, но и значительно возрастет его энергетическая безопасность,

поскольку потери в подаче электроэнергии от центральных энергетических компаний не

будут влиять на ход технологического процесса, что очень важно для таких объектов как

больница.

PROIECTUL 2

Введение

Солнечные ТЭС (СТЭС) ранее и поныне проектируются либо на гелиостатах, т.е.

больших плоских зеркалах, либо на больших озеркаленных параболических цилиндрах. В

первом варианте, солнечная радиация нагревает котёл с теплоносителем – ранее, с водой,

нынче, предпочитают плавить в котле соль как промежуточный теплоноситель перед

паровой турбиной и как аккумулятор тепловой энергии. А во втором варианте -

нагревается вода в цилиндрических прозрачных трубках, находящихся на фокальной оси

параболического цилиндра, но есть идеи использовать вместо воды высокотемпературные

силиконы. Недостатки этого варианта, во-первых, в том, что трудно добиться высокой

степени концентрации радиации, либо приходится увеличивать размеры параболических

зеркал, а значит они удорожаются, чтобы удовлетворить условиям их прочности и

точности формы зеркала, а во-вторых, у протяжённой по фокальной оси трубки с

теплоносителем - велики теплопотери.

Недостатки же гелиостатной схемы в том, что приходится строить высокую, а,

значит, и дорогущую башню для установки на ней котла, при этом всё равно приходиться

разносить зеркала достаточно далеко друг от друга с тем, чтобы они друг друга не

затеняли от солнца. А, значит, чтобы получить от гелиостатных СТЭС значительную

мощность, скажем, в сотни тысяч и миллионы киловатт, пришлось бы строить очень

много башен для котлов и всё равно очень нерационально используется для многих стран

дефицитная земля - Для экономичного функционирования СТЭС на зеркалах, надо не

только чтоб регион был очень солнечным, но и чтоб солнечная радиация была прямой, а

не рассеивалась на пыли и влажности воздуха. А таких площадей, скажем, в России или

Европейском Сообществе, очень мало, чтоб с

помощью гелиостатов можно бы было произвести

существенную долю энергии в общем

энергетическом балансе региона.

Такая энергия для обоих вариантов

обходиться дороже в 2-3 раза, чем от ТЭС на

ископаемом топливе. И ещё, для обоих вариантов

СТЭС – это дороговизна запасать и хранить в

больших количествах такую дорогую,

непредсказуемую и неравномерную энергию, т.е.,

в масштабах большого региона, у таких СТЭС

может быть лишь вспомогательная роль, как основной поставщик энергии они не

подходят.

Тепломеханическая принципиальная схема солнечной ТЭС.

Диаграмма T-s

Гелиостаты (зеркальные модули) отслеживают положение Солнца и отражают его лучи на

коллектор солнечного излучения (парогенератор). Солнечное излучение фокусируется и

нагревает теплоноситель. При высокоточной ориентации гелиостатов на Солнце (в

пределах 1°) температура достигает 600°. Это позволяет получать в коллекторе

высокоперегретый пар. Дальнейшее преобразование энергии происходит по схеме,

используемой на обычной ТЭС.

Потенциальные возможности солнечной энергетики чрезвычайно велики. Однако, даже

при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока

солнечного излучения в среднем в течение года составляет не более 250 Вт/кв.м.

Поэтому, чтобы коллекторы собирали достаточное количество энергии, гелиостаты

должны занимать огромные площади.

Принципиальная схема паросиловой солнечной электростанции

Кроме того, солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам

производства энергии. Так, например, согласно расчетам изготовление зеркальных

модулей площадью 1 кв. км требует приблизительно 10000 тонн алюминия. Поэтому,

широко бытующее утверждение об экологической "чистоте" солнечной энергетики

является заблуждением. В процессе добычи огромного количества сырья, его переработки

и других операций будет происходить существенное загрязнение окружающей среды

токсичными соединениями отходов перерабатывающей промышленности.

В Крыму, в 1985 году пущена опытная солнечная электростанция (СЭС-5)

мощностью 5 МВт. Рассматриваются проекты СЭС мощностью 200-300 Мвт. Однако

затраты на них превышают во много раз затраты на строительство ТЭС на традиционных

видах топлива.

Цикл Ренкина нашёл применение в современных тепловых электростанциях большой

мощности использующих в качестве рабочего тела водяной пар (такие электростанции

называют конденсационными или КЭС). Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

изобара линия 4-5-6-1. Происходит нагрев и испарение воды, а затем перегрев пара. В

процессе затрачивается

теплота q1.

адиабата линия 1-2. Процесс

расширения пара в турбине,

то есть её вращение паром (

).

изобара линия 2-3

Конденсация отработанного

пара с отводом теплоты q2

охлаждающей водой.

адиабата линия 3-4. Сжатие

сконденсировавшейся воды

до первоначального давления

в парогенераторе с затратой

работы .

Тепловой расчет. Диаграмма h-sРасчета были произведен и результаты сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1Исходные данные Условные обозначения

Размеры CTESМощность централи,МW P 6.3Электрический КПД ηel 0.24Номин. Интенсивность солнечной радиации,kW/м2 Isol.nom 1

Площадь гелиостатов,м2 FQ =1000*P* ηel* Isol.nom 26250Давление пара в турбине,барр P0 45Температура пара в турбине, С T0 400Энтальпия пара в турбине,kJ/kg(hs-di) h0 3206

Давление пара при выходе из турбины,барр

Pt1 0.05

Энтальпия пара при выходе из турбины,kJ/kg(hs-di)

ht1 2040

Теоретическое падение пара в турбине, kJ/kg

Δht = h0- ht1 1166

Относительный внутренний КПД турбины

ηr.i. 0.75

Реальное падение энтальпии в турбине, kJ/kg

Δhr = Δht * ηr.i. 875

Реальная энтальпия пара при выходе из турбины, kJ/kg

hr1 = h0- Δhr 2331

Механический КПД турбины ηmec 0.95КПД электродвигателя he.g. 0.97Дебит пара турбины (произв. в котле), kg/s

D0 =1000*P/ Δhr/ ηmec/ he.g. 7,81

Производительность котла,t/h d0=3.6* D0 28,1Ежегодное производство

Реальная интенсивность солнечной радиации,kW/м2 Ireal 0.357

Energie incidenta годовая, GJ/m2 qinc 6.23Ежегодная производимая электр. энергия, GJ

Nel= qinc * FQ * Isol.nom 39249

idem, MWh id= Nel/3.6 10902Электрический КПД CTE ηel

CTE 0.45Потребление топлива conventional,t.c.c

Bconv= Nel/ ηelCTE/29.3 2977

Экономический и экологический расчетВ ходе данного расчета были произведены вычисления и результаты сведены в

таблицу 2.2.

Таблица 2.2Исходные данные Условные обозначенияСокращение выбросов Удел. выбросы GES, kg/GJ 75 75Удел. выбросы GES, kg/т К=75* 29.3 1758Ежегодные выбросы GES, т. =Bconv *К1/103 2534Экономический расчетУдел.инвестиции, $/kW Ispec=3000 3000Общие инвестиции, k$ Itot=Ispec*P 18900Индекс актуализации i 0.1Реальный срок службы,лет T 15Актуализированный срок службы,лет T = ((1-(1+i) (-T) )/i 7.6Ежегодные инвестиции, k$ Can=Itot/ T 2487сектор инвестиций, % 0.85 0.85Общие ежегодные сбережения, k$ Can = Ian /0.85 2926Стоимость элект. Энергии, k$/ kWh Ce.e.= Can / id 0.27