lecture05 (Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004)

PDF-файл lecture05 (Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004), который располагается в категории "лекции и семинары" в предмете "нетрадиционные источники энергии" изпервого семестра. lecture05 (Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004) - СтудИзба 2020-08-21 СтудИзба

Описание файла

Файл "lecture05" внутри архива находится в папке "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004". PDF-файл из архива "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004", который расположен в категории "лекции и семинары". Всё это находится в предмете "нетрадиционные источники энергии" из первого семестра, которые можно найти в файловом архиве МЭИ (ТУ). Не смотря на прямую связь этого архива с МЭИ (ТУ), его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)5. Тепловое аккумулирование энергии5.1. Энергетический баланс теплового аккумулятораТепловое аккумулирование – это физические или химические процессы, посредством которых происходит накопление тепла в тепловомаккумуляторе энергии (ТАЭ).Аккумулятор состоит из резервуара для хранения (обычно теплоизолированного), аккумулирующей среды (рабочего тела), устройств для зарядки и разрядки и вспомогательного оборудования.Аккумулирующая система характеризуется способами, которымиэнергия для зарядки аккумулятора отбирается от источника, трансформируется (при необходимости) в требуемый вид энергии и отдается потребителю.На рис. 5.1.1 показан процесс теплового аккумулирование с использованием сосуда-аккумулятора.

Баланс энергии для этого процесса в общемвиде можно записатьE вх − E вых = E ак ,(5.1.1)где E вх – подведенная энергия, E вых – отведенная энергия, E ак – аккумулированная энергия.Рис. 2.1. Энергетический баланс аккумулятора.Применяя первый закон термодинамики для подведенной и отведеннойэнергии к этой открытой системе, получим основное уравнение аккумулирования энергии для открытых систем в дифференциальной форме:©Кафедра теплоэнергетических систем, 20041Агеев В.А.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)⎛⎛c2 ⎞c2 ⎞⎜ u + pv + gH + ⎟ dmвх + dQ − ⎜ u + pv + gH + ⎟ dmвых −⎜⎜2 ⎟⎠ вх2 ⎟⎠ вых⎝⎝⎡⎛⎤c2 ⎞− dW = d ⎢⎜⎜ u + gH + ⎟⎟ m ак ⎥2 ⎠ ак⎣⎢⎝⎦⎥,(5.1.2)где m ак – масса аккумулирующей среды; u – внутренняя энергия (отсчитываемая от произвольного нулевого уровня); p – давление; v – удельный объем; g – ускорение силы тяжести; H – высота (отсчитываемая от произвольного нулевого уровня); gH – удельная потенциальная энергия; c – скоростьтечения;c2удельная кинетическая энергия; dQ – тепло, подведенное к сис2теме; dW – работа системы, не зависящая от переноса массы (например, придвижении стенок системы, электрическая энергия, энергия вала двигателя).Исследование общего уравнения (5.1.2) показывает, что аккумулирование энергии может осуществляться в результате изменения: а) удельнойвнутренней энергии; б) удельной потенциальной энергии; в) удельной кинетической энергии; г) массы системы.

К тепловому аккумулированию энергииобычно относят случай (а), а также случай (б), если удельная внутренняяэнергия рабочего тела выше, чем окружающей среды.Если накопление и кинетической, и потенциальной энергии исключено( c ак = 0 , H = 0 ) и если, кроме того, члены уравнения (5.1.2), соответствующие кинетической и потенциальной энергиям подводимой и отводимой масс,пренебрежимо малы, а работа ограничена движением поверхностей,ограничивающих систему, т. е. еслиdW = p ак dVак ,(5.1.3)где Vак – объем аккумулятора; p ак – давление в аккумуляторе, то уравнение (5.1.2) преобразуется к виду, справедливому для аккумулятора тепла:(u + pv )вх dmвх + dQ − (u + pv )вых dmвых = d (um )ак + p ак dVак .(5.1.4)Используя определение энтальпии, имеем©Кафедра теплоэнергетических систем, 20042Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)h = u + pv ,(5.1.5)и, следовательно, энергетический баланс (5.1.1) принимает видhвх dmвх + dQ − hвых dmвых = d (um )ак + p ак dVак .(5.1.6)Соответственно баланс массы запишется какdmвх − dmвых = dm ак .(5.1.7)Процессы зарядки и разрядки описываются в общем виде уравнениями(5.1.4) или (5.1.6) и (5.1.7).

В простых случаях возможно аналитическое решение. В других, более сложных случаях могут быть получены численныерешения (в особенности это относится к процессу разрядки).5.2. Классификация аккумуляторов теплаВ соответствии с принятыми выше определениями и выводами можнопровести классификацию аккумуляторов тепла.1. Аккумулирующая и теплообменная среды.а) Прямое аккумулирование: аккумулирующей и теплообменной является одна и та же среда.

Аккумулирующая среда может быть твердой, жидкой, газообразной или двухфазной (жидкость плюс газ).б) Косвенное аккумулирование: энергия аккумулируется только посредством теплообмена (например, теплопроводностью через стенки резервуара) либо в результате массообмена специальной теплообменной среды (вжидком, двухфазном или газообразном состоянии). Собственно аккумулирующая среда может быть твердой, жидкой или газообразной (процесс можетпротекать без фазового перехода, с фазовым переходом твердое тело –твердое тело, твердое тело – жидкость или жидкость – пар).в) Полупрямое аккумулирование: процесс протекает как в случае б), заисключением того, что аккумулирующая емкость теплообменной среды играет более важную роль (например, аккумулирование горячей нефти с твер©Кафедра теплоэнергетических систем, 20043Агеев В.А.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)дой насадкой).г) Сорбционное аккумулирование: в этом случае используется способность некоторых аккумулирующих сред абсорбировать газы с выделениемтепла (и поглощением тепла при десорбции газа).

Передача энергии можетпроисходить непосредственно в форме тепла или с помощью газа,2. Масса аккумулирующей среды.а) Постоянная масса ( dm ак = 0 ): обычно это случай косвенного аккуму-лирования. Однако может иметь место и прямое аккумулирование, еслиперемещаемая часть массы после охлаждения (при разрядке) или нагрева(при зарядке) полностью возвращается в аккумулятор (вытеснительноеаккумулирование).б) Переменная масса ( dm ак ≠ 0 ): это всегда случай прямого аккумулирования.3. Объем аккумулятора.а) Постоянный объем ( dVак = 0 ): этот случай соответствует аккумулированию в закрытых (или с малым изменением объема) резервуарах.б) Переменный объем ( dVак ≠ 0 ): этот случай соответствует аккумулированию при атмосферном давлении или со специальным компрессионнымоборудованием.4.

Давление в аккумуляторе.а) Постоянное давление ( dp ак = 0 ).б) Переменное (скользящее) давление ( dp ак ≠ 0 ).5.3. Системы аккумулированияДля выполнения своих функций аккумулирующая система должнаиметь помимо аккумулирующих сосудов и их внутренних устройств также ивнешнее оборудование. При тепловом аккумулировании (как в тепловых©Кафедра теплоэнергетических систем, 20044Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)процессах промышленных установок, так и в районных отопительных системах) для зарядки и разрядки могут понадобиться насосы, теплообменники,испарители, клапаны, трубопроводы.Основные варианты систем аккумулирования для энергетических установок показаны на рис.

5.3.1. В основу классификации положено деление набезнасосные и насосные системы аккумулирования энергии.Рис. 3.1. Основные варианты систем теплового аккумулирования для энергоустановок: I – безнасосные системы аккумулирования; II – насосные системы аккумулирования; 1 – первичная энергия; 2 – преобразование энергии; 3 –механическая энергия; 4 – электрическая энергия.Безнасосные системы аккумулирования получают энергию для зарядкииз теплового цикла энергетической установки. В верхней части рис. 5.3.1показаны четыре безнасосные системы аккумулирования:a) система аккумулирования энергии посредством сжатых газов, в частности, для газотурбинных циклов;b) система аккумулирования с регенеративным подогревом питательной воды паровых циклов;©Кафедра теплоэнергетических систем, 20045Агеев В.А.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)c) система аккумулирования тепла первичного цикла для тепловыхэнергетических установок с раздельными теплообменным и рабочим циклами (аналогично тому, как это делается в солнечных теплоэнергетических установках);d, e) системы аккумулирования тепла в рабочем цикле посредством аккумулирования насыщенного или перегретого пара и высокотемпературногоаккумулирования тепла в газовых турбинах.Дальнейшая классификация безнасосных систем аккумулирования связана с выделением двух групп:– включенные в энергоустановку системы аккумулирования с установкой базисной нагрузки, которая способна покрыть такую нагрузку без использования систем аккумулирования, или с основной турбиной для базисной нагрузки и отдельной пиковой турбиной, или с основной турбиной, способной нести повышенную нагрузку, которая покрывает также и пиковуюнагрузку);– безнасосные системы аккумулирования с отдельным преобразователем энергии (парогенератором) и отдельным двигателем (турбиной для пиковой нагрузки).Кроме того, следует отличать аккумулирование с постоянными параметрами, при котором аккумулирующая среда отбирается из процесса и вводится в него из аккумулятора в одной и той же точке цикла (так называемое«обратимое аккумулирование»), от аккумулирования с переменными параметрами, при котором ввод среды осуществляется в другой точке (ниже попотоку), или со значительно более низкими параметрами.Насосные системы аккумулирования заряжаются с помощью электрической или механической энергии.

В нижней части рис. 5.3.1 показаны насосные системы аккумулирования:f) система пневматического аккумулирования с отдельным аккумулятором теплоты сжатия или без него;©Кафедра теплоэнергетических систем, 20046Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)g, h) системы аккумулирования с использованием процесса тепловогонасоса (например, с паровым компрессором), с верхним (g) и нижним (h) аккумуляторами; один из них, например нижний, может быть заменен окружающей средой.Насосные системы аккумулирования заряжаются обычно от электрической сети и поэтому могут быть подключены в любом месте сети. Таким образом, они могут и не входить в состав энергетической установки.

Свежие статьи
Популярно сейчас