Решение задач по теме практического занятия.

Задача №1

На солнечной электростанции башенного типа установлено п гелиостатов, ка­ждый из которых имеет поверхность F_г м². Гелиостаты отражают солнечные лучи на приемник, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетиче­ская освещенность Н _пр = 2,5 МВт/м^г. Коэффициент отражения гелиостата

R_г =0,8. коэффициент поглощения приемника А_пр =0,95. Максимальная облучен­ность зеркала гелиостата H_г=600 Вт/м^г.

Определить площадь поверхности приемника F_пр и тепловые потери в нем, вызванные излучением и конвекцией, если рабочая температура теплоносителя со­ставляет t °С. Степень черноты приемника е_пр =0,95. Конвективные потери вдвое меньше потерь от излучения.

Задача посвящена использованию солнечной энергии на электростан­ции башенного типа с использованием гелиостатов, отправляющих солнечные лучи на приемник, в котором, в конечном счете, получают перегретый водяной пар для ра­боты в паровой турбине.

Энергия, полученная приемником от солнца через гелиостаты (Вт), может быть определена по уравнению [2, гл. 4-6; 2, гл. 6]:

Q = R_г·А_пр·F_г Н_г ·п, (1.1)

где Н_г - облученность зеркала гелиостата в Вт/м² (для типичных условий H_г= 600 Вт/м²);

F_г- площадь поверхности гелиостата, м²;

п - количество гелиостатов;

R_г - коэффициент отражения зеркала концетратора, R_г =0,7÷0,8;

A_пр - коэффициент поглощения приемника, А_пр < 1.

Площадь поверхности приемника может быть определена, если известна энер­гетическая освещенность на нем Н_пр Вт/ м^г,

F_пр=Q/H_пр (1.2)

В общем случае температура на поверхности приемника может достигать

t_пов= 1160 К, что позволяет нагреть теплоноситель до 700 ^оС. Потери тепла за счет излучения в теплоприемнике можно вычислить по закону Стефана-Больцмана:

q_луч = ε_пр·C_o·(T/100)⁴, Вт/м², (1.3)

где T - абсолютная температура теплоносителя, К;

е_пр - степень черноты серого тела приемника;

C_o - коэффициент излучения абсолютно черного чела, Вт / (м²·K⁴).

Площадь поверхности приемника может быть определена, если известна энер­гетическая освещенность на нем Н_пр Вт/ м^г,

F_пр=Q/H_пр (1.2)

В общем случае температура на поверхности приемника может достигать

t_пов= 1160 К, что позволяет нагреть теплоноситель до 700 ^оС. Потери тепла за счет излучения в теплоприемнике можно вычислить по закону Стефана-Больцмана:

q_луч = ε_пр·C_o·(T/100)⁴, Вт/м², (1.3)

где T - абсолютная температура теплоносителя, К;

е_пр - степень черноты серого тела приемника;

C_o - коэффициент излучения абсолютно черного чела, Вт / (м²·K⁴).

Задача №2

Для отопления дома в течение суток потребуется Q ГДж теплоты. При ис­пользовании для этой цели солнечной энергии тепловая энергия может быть запасена в водяном аккумуляторе. Допустим, что температура горячей воды t₁ ° С. Какова должна быть емкость бака аккумулятора V (м³), если тепловая энергия может ис­пользоваться в отопительных целях до тех пор, пока температура воды не понизится до t₂ °C? Величины теплоемкости и плотности воды взять из справочной литературы.

Задача посвящена определению емкости водяного аккумулятора тепло­вой энергии, предназначенного для отопления, горячего водоснабжения и кондицио­нирования воздуха в жилом доме. Источником тепловой энергии может быть, напри­мер, солнечная энергия, улавливаемая солнечными панелями па крыше дома. Цирку­лирующая в панелях вода после нагрева направляется в бак - аккумулятор, а оттуда насосом в отопительные батареи и к водоразборным кранам горячего водоснабжения. Могут быть и более сложные, комплексные системы аккумулирования тепла с ис­пользованием засыпки из гравия и др. [ 2, гл. 5, 16; 3, гл. 6].

Необходимый объем бака - аккумулятора V (м³) для воды можно определить по известному уравнению для изобарного процесса, если знать: суточную потреб­ность в тепловой энергии для дома Q (ГДж); температуру горячей воды, получаемой в солнечных панелях t₁ ⁰С; наименьшую температуру в баке t₂ °C, при кото­рой еще возможно действие отопительной системы:

Q=ρ·V·Cр·(t₁-t₂) (1.4)

где р - плотность морской воды, кг/м³

С_р - удельная массовая теплоемкость воды при р = const в Дж/(кг · К)

Литература

2. Твайделл Д. Возобновляемые источники энергии / Д.Твайделл, А.Уэйр. - М.: Эиергоатомиздат, 1990. - 390 с.

3. Девинс Д. Энергия: Пер. с англ / Д.Девинс. - М.: Энергоатомиздат, 1985,-360 с.

Тема практического занятия №2: Исследование характеристик солнечного элемента (2 часа).

Тема практического занятия №3:

Расчет энергетических показателей фотоэлектрической станции (2 часа).

Тема практического занятия №4: Расчет гидроэнергетических установок

(2 часа).

Цель занятия: формирование у студентов знаний об использовании гидравлической энергии крупными и малыми ГЭС; о видах гидроэнергетических установок и схемах использования водного потока реки.

План практического занятия:

1. Использование гидравлической энергии крупными и малыми ГЭС. Малая и микрогидроэнергетика.

2. Расчет характеристик гидроэнергетических установок.