 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Преобразователи, использующие энергию колеблющегося водяного столба
При набегании волны на частично погруженную полость, открытую под водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменения давления в газе над жидкостью. Полость может быть связана с атмосферой через турбину. Поток может регулироваться так, чтобы проходить через турбину в одном направлении, или может быть использована турбина Уэлса.
1 - волновой подъем уровня; 2 - воздушный поток; 3 - турбина; 4 - выпуск воздуха; 5 - направление волны; 6 - опускание уровня; 7 - впуск воздуха.
Главное преимущество устройств на принципе водяного колеблющегося столба состоит в том, что скорость воздуха перед турбиной может быть значительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала. Это позволяет сочетать медленное волновое движение с высокочастотным вращением турбины. Кроме того, здесь создается возможность удалить генерирующее устройство из зоны непосредственного воздействия соленой морской воды.
16. Энергия приливов. Периоды колебаний уровня воды. Причины возникновения приливов. Лунные и солнечные приливы. Технико-экономические и экологические проблемы ПЭС. Использование энергии приливов и морских течений (схемы, принцип действия, эффективность, достоинства и недостатки).
Ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой (так называемая сизигия), Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабый прилив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.
Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса
Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому
решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив).
Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют
особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды,
морские течения и ветер.
17. Преобразование тепловой энергии океана. ОТЭС замкнутого цикла. Мощность ОТЭС. Экологические и техникоэкономические проблемы ОТЭС. Выбор рабочих тел.
Для преобразования энергии перепада температур в океане в настоящее время предложено несколько типов устройств.
• наибольший объем исследований ведется по разработке систем, действующих по двухконтурной схеме с промежуточным рабочим телом на основе термодинамического цикла Ренкина
• устройств, выполненных по одноконтурной схеме и работающих непосредственно на морской воде (открытый цикл Клода)
• к основным на сегодняшний день (имеются в виду промышленно разрабатываемые установки) можно причислить и устройства, работающие по одноконтурной схеме, но нагруженные на обычную гидравлическую турбину (цикл Фетковича).
• далее следует целый ряд модификаций схем тепловых машин, использующих кроме того и другие перепады температур (воздух-вода, точнее атмосфера-гидросфера, гидросфера-литосфера), а также системы для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.
Схема установки, работающей по замкнутому циклу. В такой системе с помощью теплых поверхностных вод, прокачиваемых насосом через теплообменник испарителя, превращают в пар какоелибо подходящее рабочее тело (аммиак, фреон, пропан), создают пар повышенного давления, давая ему возможность расшириться через турбину в холодильник, где пар конденсируется при контакте с охлаждаемыми поверхностями второго теплообменника, омываемого водой, закачиваемой из глубинных слоев океана.
1 – насос теплой воды; 2 – испаритель; 3 – насос осушителя парообразного рабочего тела; 4 – осушитель; 5 – турбина с электрогенератором; 6 – конденсатор; 7 – насос для забора холодной воды; 8 – насос для подачи рабочего тела.
Удельная мощность, получаемая с 1 м2 площади океана при разности температур воды и воздуха, равной
10 °С составляет примерно 18 кВт/м2
20 °С – 60 кВт/м2,
30 °С – 125 кВт/м2
главные недостатки существующих
установок:
1. Большие энергетические потери на транспортировку сырья с глубины,
позволяющие установкам работать при разности температур не ниже 200С.
2. Сложность подачи сырья, ограничивающая объемы производства.
3. Необходимость иметь стартовые энергетические мощности.
4. Проблемы, связанные с выделением углекислого газа растворенного в
глубинных слоях океана.
Экологические проблемы:
количество воды при подъеме на поверхность способно выделить в атмосферу большое количество растворенные на глубине вредных газов.
Рабочее тело: морская вода или фреон-12.
18. ОТЭС открытого цикла. Комбинированная выработка электроэнергии и пресной воды. Технические трудности создания ОТЭС открытого цикла. Арктические ОТЭС. Определение мощности. Экологические проблемы.
После сжатия в компрессоре рабочий газ имеет температуру значительно ниже температуры воздуха окружающей среды и в соответствии с законами термодинамики тепло из окружающей среды перетекает в рабочий газ азот, что обеспечивает высокую эффективность работы предлагаемого устройства. Кроме того, при извлечении тепла из воздуха окружающей среды его температура понижается, и содержащиеся в нем пары воды конденсируются, позволяя получать пресную питьевую воду.
трудности создания ОТЭС открытого цикла.
1. Большие энергетические потери на транспортировку сырья с глубины,
позволяющие установкам работать при разности температур не ниже 200С.
2. Сложность подачи сырья, ограничивающая объемы производства.
3. Необходимость иметь стартовые энергетические мощности.
4. Проблемы, связанные с выделением углекислого газа растворенного вглубинных слоях океана.
Для получения 1 МВт «полезной» мощности через теплообменники такой станции должно пройти не менее 40 МВт тепловой мощности.
Экологические проблемы:
количество воды при подъеме на поверхность способно выделить в атмосферу большое количество растворенные на глубине вредных газов.
19. Геотермальная энергия и ее свойства. Строение Земли. Классификация геотермальных районов. ГеоТЭС. Экологические проблемы строительства ГеоТЭС. Перспективы использования геотермальной энергии, достоинства и недостатки. Методы и способы использования геотермального тепла.
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ, тепло, содержащееся в земных недрах. Существует вследствие радиоактивности и из-за движения тектонических пластов. В гейзерах и вулканах проявляется естественным образом.
Геотермальные районы:
Геотермальный. Температурный градиент – более 80°С/км. Эти районы расположены в тектонической зоне вблизи границ континентальных плит.
Полутермальный. Температурный градиент – примерно от 40 до 80°С/км. Подобные районы связаны главным образом с аномалиями, лежащими в стороне от границ платформ. Извлечение тепла производится из естественных водоносных пластов или из раздробленных сухих пород. Хорошо известный пример такого района находится вблизи Парижа и используется для обогрева зданий.
Нормальный. Температурный градиент – менее 40°С/км. Такие районы наиболее распространены, именно здесь тепловые потоки в среднем составляют примерно 0,06 Вт/м2. Маловероятно, чтобы в таких районах даже в будущем стало экономически выгодно извлекать тепло из недр.
Методы и способы использования геотермального тепла:
Для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий необходима температура воды не ниже 50…60°С.
Наиболее рациональное использование термальных вод может быть достигнуто при последовательной их эксплуатации: первоначально в отоплении, а затем в горячем водоснабжении.
Но это представляет некоторые трудности, так как потребность в горячей воде по времени года относительно постоянна, тогда как отопление является сезонным, оно зависит от климатических условий района, температуры наружного воздуха, времени года и суток.
В настоящее время разработаны различные схемы использования термальных вод для отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий.
Современные технологии использования в энергетических целях тепла подземных источников предусматривают производство тепловой энергии на геотермальных тепловых станциях (ГТС).
Преимущества:
- неисчерпаемость и стабильность действия.
- Теплом Земли можно пользоваться постоянно, в отличие от энергии ветра или Солнца.
Недостатки:
- Получать значительные объёмы энергии Земли могут далеко не все страны мира, а только те из них, которые расположены в вулканических районах планеты.
- при использовании геотермальной энергии необходимо позаботиться о защите окружающей среды, которая может пострадать вследствие выбросов отработанной воды.
- Использование подземных вод может представлять опасность для здоровья человека, поскольку могут содержать токсичные соединения.
20. Использование геотермального тепла в системах теплоснабжения. Принципиальная схема геотермального теплоснабжения с теплообменниками Принципиальная схема геотермального теплоснабжения с параллельной подачей геотермальной воды на отопление и горячее водоснабжение и пиковым догревом воды на отопление.
Для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий необходима температура воды не ниже 50…60°С.
Наиболее рациональное использование термальных вод может быть достигнуто при последовательной их эксплуатации: первоначально в отоплении, а затем в горячем водоснабжении.
Но это представляет некоторые трудности, так как потребность в горячей воде по времени года относительно постоянна, тогда как отопление является сезонным, оно зависит от климатических условий района, температуры наружного воздуха, времени года и суток.
В настоящее время разработаны различные схемы использования термальных вод для отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий.
Современные технологии использования в энергетических целях тепла подземных источников предусматривают производство тепловой энергии на геотермальных тепловых станциях (ГТС). 
21. Схема и принцип действия простейшей ГеоТЭС. Схема геотермальной электростанции с низкокипящим рабочим веществом. Одноконтурные ГеоТЭС (схема, принцип действия, достоинства и недостатки). Двухконтурные ГеоТЭС (схема, принцип действия, достоинства и недостки)и). 
возможность эффективного использования такой схемы во всем интервале температур энергетических термальных вод и пароводяной смеси - от 90 до 220°C
- водоаммиачное рабочее тело превосходит по эффективности индивидуальные РТ
- мощность на валу водоаммиачной турбины при изменении температуры термальной воды в указанном интервале меняется в пределах 15%, а мощность пароводяной и аммиачной турбин - в 4р.
- пароводяная турбина по сравнению с водоаммиачной при этих температурах греющей воды имеет значительно большие массогабаритные показатели и работает в вакуумной области
- благодаря лучшим чем у углеводородов и фреонов характеристикам теплопередачи удается также заметно снизить удельную металлоемкость и стоимость парогенератора и конденсатора энергоустановки на водоаммиачной смеси по сравнению с энергомодулем на индивидуальных РТ. Если максимальная мощность транспортабельного энергомодуля на индивидуальных РТ не превышает
22. Комбинированная выработка электроэнергии, тепла, пресной воды и минеральных веществ. Оценка мощности ГеоТЭС.
Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии - режим работы теплоэлектростанций, при котором производство электрической энергии непосредственно связано с одновременным производством тепловой энергии.
после сжатия в компрессоре рабочий газ имеет температуру значительно ниже температуры воздуха окружающей среды и в соответствии с законами термодинамики тепло из окружающей среды перетекает в рабочий газ азот, что обеспечивает высокую эффективность работы предлагаемого устройства. Кроме того, при извлечении тепла из воздуха окружающей среды его температура понижается, и содержащиеся в нем пары воды конденсируются, позволяя получать пресную питьевую воду.
Общая мощность геотермальных электростанций по всему миру - 10500 МВт.
Исходя из технических возможностей ГеоТЭС и ограничений по экологическим и экономическим причинам, развитие геотермальной электроэнергетики предполагается оптимальным по следующим приоритетным направлениям:
Создание достаточно крупных ГеоТЭС на базе высокотемпературных геотермальных месторождений с температурой более 1500С и единичной мощностью блоков 10-50 МВт; Развитие сети мелких ГеоТЭС с единичной мощностью 50 - 5.103 кВт; Создание комбинированных электростанций с использованием как теплоты геотермальных вод, так и теплоты, получаемой в результате сжигания органических видов топлива (нефти, газа, угля); Создание комбинированных электротехнологических узлов для получения электроэнергии, теплоты и получения ценных компонентов, содержащихся в геотермальных теплоносителях. Удельная стоимость первых экспериментальных ГеоТЭС с учетом стоимости геолого-разведочных работ достаточно высока и оценивается величиной до 5000 дол.США/кВт. В последующем, при выходе на серийные блоки мощностью 10-25 МВт удельная стоимость станций снизится до 2-2,5 тыс. дол.США/кВт. ГеоТЭС же мощностью 100 МВт и более будут стоить от 1200 до 2000 дол.США/кВт.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
23. Биомасса. Биотопливо. Классификация биотоплива и его энергетические характеристики. Влагосодержание, плотность, теплота сгорания. Основные процессы переработки биомассы: термохимические, биохимические, агрохимические.
биомассы - органические соединения углерода, которые в процессе соединения с кислородом при сгорании или в результате естественного метаболизма выделяют тепло. Посредством химических или биохимических процессов биомасса может быть трансформирована в такие виды топлива, как газообразный метан, жидкий метанол, твердый древесный уголь.
Биото́пливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа,солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).
В качестве топлива биомасса характеризуется содержанием влаги и углерода. Влага присутствует в материале биомассы в виде внутриклеточной и межклеточной воды, поэтому сушка биомассы может оказаться обязательной.
Углеродные топлива могут классифицироваться по уровню восстановления энергии. Важна и плотность биомассы. Обычно сухие биологические материалы имеют плотность в 3.4 раза ниже, чем уголь. Доставка и переработка таких материалов из-за этого оказывается трудоемкой и дорогостоящей, особенно если утилизация ведется вдали от источников производства биомассы.
Термохимические процессы
Прямое сжигание для непосредственного получения тепла. Предпочтительно введение сухого гомогенного топлива.
Пиролиз. Биомассу нагревают либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. Состав получающихся при этом продуктов чрезвычайно разнообразен. Здесь и газы, и пары, и жидкости, и масла, и древесный уголь. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температурных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения процесса. В некоторых случаях присутствие влаги необходимо, более того сырье обязательно должно быть влажным. Если основным продуктом пиролиза является горючий газ, то процесс называют газификацией.
Прочие термохимические процессы. Возможны различные варианты предварительной подготовки сырья и проведения самих процессов. В промышленных масштабах они обычно ведутся при строгом контроле химического состава продуктов реакций. Особое значение имеют такие технологии, при которых целлюлоза и крахмалы превращаются в сахара для последующей ферментации.
Биомеханические процессы
Спиртовая ферментация. Этиловый спирт - летучее жидкое топливо, которое можно использовать вместо бензина. Он вырабатывается микроорганизмами в процессе ферментации. Обычно для ферментации в качестве сырья используют сахара.
Анаэробная переработка. В отсутствие кислорода некоторые микроорганизмы способны получать энергию, непосредственно перерабатывая углеродсодержащие составляющие при средних уровнях восстановления производя при этом СО2 и СН4 (метан). Этот процесс также является ферментационным, но его принято называть сбраживанием по аналогии с процессами, идущими в пищеварительном тракте жвачных животных. Получаемая смесь СО2, СН4 и попутных газов называется биогазом.
Биофотолиз. Фотолиз - это разложение воды на водород и кислород под действием света. Если водород сгорает или взрывается в качестве топлива при смешении с воздухом, то происходит рекомбинация О2 и H2. Некоторые биологические организмы продуцируют или могут при определенных условиях продуцировать водород путем биофотолиза.
Агрохимические процессы
Экстракция топлив. В некоторых случаях жидкие или твердые разновидности топлива могут быть получены прямо от живых или только что срезанных растений. Сок живых растений собирают, надрезая кожуру стеблей или стволов, из свежесрезанных растений его выдавливают под прессом. Хорошо известный подобный процесс - получение каучука. Родственное каучуконосам растение Герея (также из рода Эу- форбия) производит углеводороды с более низкой, чем у каучуконосов, молекулярной массой, которые могут использоваться в качестве заменителей бензина.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
24. Производство биомассы для энергетических целей. Энергетические фермы. Кругооборот энергии и вещества.
Энергетические фермы. Этот термин используется в очень широком смысле, обозначая производство топлива (энергии) в качестве основного или дополнительного продукта сельскохозяйственного производства (поля), лесоводства (леса), аквакультуры (пресные и морские воды), а кроме того, те виды промышленной и бытовой деятельности, в результате которых образуются органические отходы. Основной целью переработки сырья могло бы быть исключительно производство энергии, но более выгодно найти наилучшее соотношение между получением из различных видов биомассы и энергии, и биотоплива.
Наиболее характерный пример энергетических ферм представляют собой предприятия по выращиванию и комплексной переработке сахарного тростника. Производство зависит от сжигания отходов переработки тростника, необходимого для снабжения энергией всей технологической цепи. При надлежащей механизации можно было бы получить дополнительную энергию для производства на продажу побочных продуктов (патоки, химикатов, корма для животных, этилового спирта, строительных материалов, электроэнергии). Следует отметить, что этиловый спирт и электроэнергию можно использовать для выращивания культур и выполнения транспортных операций.
25. Технико-экономические и экологические показатели процессов переработки биомассы. Сжигание. Пиролиз. Газификация. Спиртовая ферментация. Анаэробное сбраживание. Биогазогенераторы.
В качестве топлива биомасса характеризуется содержанием влаги и углерода. Влага присутствует в материале биомассы в виде внутриклеточной и межклеточной воды, поэтому сушка биомассы может оказаться обязательной.
Углеродные топлива могут классифицироваться по уровню восстановления энергии. Важна и плотность биомассы. Обычно сухие биологические материалы имеют плотность в 3.4 раза ниже, чем уголь. Доставка и переработка таких материалов из-за этого оказывается трудоемкой и дорогостоящей, особенно если утилизация ведется вдали от источников производства биомассы.
При сгорании энергия биотоплива рассеивается, но продукты сгорания могут вновь преобразовываться в биотопливо путем естественных экологических или сельскохозяйственных процессов. Таким образом, использование промышленного биотоплива, будучи хорошо увязанным с природными экологическими циклами, может не давать загрязнений и обеспечивать непрерывный процесс получения энергии
Прямое сжигание для непосредственного получения тепла. Предпочтительно введение сухого гомогенного топлива.
Пиролиз. Биомассу нагревают либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. Состав получающихся при этом продуктов чрезвычайно разнообразен. Здесь и газы, и пары, и жидкости, и масла, и древесный уголь. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температурных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения процесса. В некоторых случаях присутствие влаги необходимо, более того сырье обязательно должно быть влажным. Если основным продуктом пиролиза является горючий газ, то процесс называют газификацией.
Газифика́ция — преобразование органической части твёрдого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном (1000—2000 °C)нагреве с окислителем (кислород,воздух, водяной пар, CO2 или, чаще, их смесь). Полученный газ называют генераторным по названию аппаратов, в которых проводится процесс — газогенераторов. Сырьём для процесса обычно служат каменный уголь, бурый уголь, горючие сланцы, торф, дрова, мазут, гудрон. Совокупность процессов, протекающих в ходе газификации твёрдых горючих ископаемых — пиролиз, неполное горение, полное окисление — называют конверсией.
Спиртовая ферментация. Этиловый спирт - летучее жидкое топливо, которое можно использовать вместо бензина. Он вырабатывается микроорганизмами в процессе ферментации. Обычно для ферментации в качестве сырья используют сахара.
Анаэробная переработка. В отсутствие кислорода некоторые микроорганизмы способны получать энергию, непосредственно перерабатывая углеродсодержащие составляющие при средних уровнях восстановления производя при этом СО2 и СН4 (метан). Этот процесс также является ферментационным, но его принято называть сбраживанием по аналогии с процессами, идущими в пищеварительном тракте жвачных животных. Получаемая смесь СО2, СН4 и попутных газов называется биогазом.
Биогазогенераторы предназначены для получения горючего газа метана путём разложения органических пищевых и кухонных отходов анаэробными бактериями.
Полученный с помощью газогенератора газ метан используется в качестве топлива.
Поиск по сайту: