lecture05 (1185066)
Текст из файла
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.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
