Температура поверхностных слоев воды tг = 26 °С, глубинных слоев – tх = 15 °С, расход воды G составил 1 т/ч. Мощность идеальной тепловой машины Р0=5 МВт.
Выполнение расчета
Мощность идеальной тепловой машины Р0, отдаваемая теплой водой в идеальной системе. Поток теплой воды с объемным расходом Q поступает в систему при температуре Tг и покидает ее при температуре Тх (температура холодных глубинных вод):
(3.1)
где r - плотность морской воды, ρ=1020 кг/м3; С - массовая теплоемкость морской воды, c=3900Дж/(кг·К); L - расход воды, м3/с; ∆T = (Тг - Тх) - разность температур поверхностных и глубинных вод (температурный перепад цикла), К.
На основе второго закона термодинамики максимальная механическая мощность, которую можно получить от преобразования теплового потока, Вт, может быть определена как
(3.2)
где
(3.3)
Здесь η1 есть КПД идеальной тепловой машины Карно, работающей при перепаде температур между Tг, и Tх = Тг – ΔТ. Выход в случае реальной системы будет существенно ниже, чем Р1. Реальные тепловые машины работают не по циклу Карно, а по циклу ближе к идеальному циклу паровой турбины Ренкина.
Тем не менее выражения – позволяют проиллюстрировать возможности и ограничения ОТЭС. Согласно формулам (3.1) – (3.3) идеальная механическая выходная мощность преобразователя тепловой энергии, Вт,
(3.4)
Таким образом, для получения значительных мощностей требуются большие потоки воды даже для случая максимально возможного перепада температур в океане. Это в свою очередь требует применения громоздких и, соответственно, дорогостоящих технических средств.
Таблица 3.1
Зависимость выходной мощности от перепада температур (P0=const)
| ΔТ, °С | L, м3/с | η1 | Р1 , МВт (3.2) | P1 , МВт (3.4) |
| 0,25 | 0,02 | 0,10 | 0,08 | |
| 0,12 | 0,03 | 0,15 | 0,15 | |
| 0,08 | 0,05 | 0,25 | 0,24 | |
| 0,06 | 0,07 | 0,33 | 0,32 |
Таблица 3.2
Зависимость выходной мощности от перепада температур (L=const)
| ΔТ, °С | P0, МВт | η1 | Р1 , МВт (3.2) | P1 , МВт (3.4) |
| 2,19 | 0,02 | 0,04 | 0,03 | |
| 4,37 | 0,03 | 0,13 | 0,15 | |
| 6,56 | 0,05 | 0,33 | 0,33 | |
| 8,75 | 0,07 | 0,61 | 0,58 |
| ΔТ, °С |
| Р1 ,МВт |
Рис.3.2 Зависимость выходной мощности преобразователя тепловой машины от перепада температур цикла (Р0=const)
| ΔТ, °С |
| Р1 ,МВт |
Рис.3.3 Зависимость выходной мощности преобразователя тепловой машины от перепада температур цикла (L=const)
Вывод: расход воды L=0,11м3/с. Механическая мощность преобразователя тепловой энергии океана P1=0,15МВт. Исходя из расчетов и полученной графической зависимости выходной мощности преобразователя тепловой машины от перепада температур можно сказать, что с увеличением теплоперепада выходная мощность тепловой машины растет как в случае P0=const, так и в случае L=const.
Практическая работа 4
Взам. инв. №
Подпись и дата
ИНМВ 710604.000 ПЗ
Изм.
Кол.
Лист
№док
Подпись
Дата
Инв. № подл.
Хххх
Расчет параметров ПРИЛИВНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
Стадия
Лист
Листов
Проверил
Лазарев
АС
Утвердил
Стариков
Н.контролер
Ведрученко
Расчет параметров ПРИЛИВНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
Цель работы: оценка энергетического потенциала приливной энергии океанического бассейна приливных электрических станций.
Общие положения
Приливные колебания уровня в огромных океанах планеты вполне предсказуемы. Основные периоды этих колебаний – суточные, продолжительностью около 24 ч, и полусуточные – около 12 ч 25 мин.
Разность уровней между последовательными самым высоким и самым низким уровнями воды – высота прилива. Диапазон изменения этой величины составляет 0,5 – 10 м. Первая цифра наиболее характерна, вторая достигается и даже превосходится лишь в некоторых особенных местах вблизи побережья континентов. Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с.
Очевидно, что места с большой высотой приливов имеют и большой потенциал приливной энергии. Преобразование энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно маломощных устройств еще в средневековой Англии и Китае. Из современных приливных электрических станций (ПЭС) наиболее хорошо известны крупная электростанция Ране мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ране, впадающей в залив Сен Мало (Бретань, Франция), и небольшая опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой губе на побережье Баренцева моря в России. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно с погрешностью менее 4 %.
Рис. 4.1. Схема ПЭС
| Схема устройства приливной электростанции показана на рис. 4.1 Ясно, что для строительства станции должно быть выбрано подходящее место с возможно большей разностью уровней воды во время прилива и отлива. На рис. 4.1 h – максимальная разность уровней для избранного места расположения станции. Сооружается плотина, образующая необходимый бассейн. |
В теле плотины устанавливается гидротурбогенератор, который (в целях большей эффективности работы электростанции) должен быть «обратимым», т. е. должен действовать по своему прямому назначению при протекании через него воды в обе стороны: как справа налево, так и слева направо.
Задание
1) Определить скорость распространения приливной волны.
2) Построить зависимость скорости распространения приливной волны с, м/с, от глубины моря h = 100; 200; 300; 400; 500; 800; 1000 м.
3) Установить, следует ли ожидать резонанса в заливе.
4) Определить максимально возможную мощность, снимаемую за один цикл работы ПЭС.