Преимущества гелиосистем

• Солнечная энергия бесплатная.

• Длительный срок эксплуатации – 25 лет.

• Автономность (для летних солнечных систем без использования электроэнергии).

• Низкая себестоимость полученной тепловой энергии.

• Используется экологически чистая неисчерпаемая энергия солнца.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Выполнить расчет количества плоских солнечных коллекторов, согласно своему варианту задания, используя расчетную схему (Приложение 2)

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
Количество людей в семье, чел
Город проживания	Киев	Донецк	Черни-гов	Симфе-рополь	Ялта	Львов	Одесса	Луцк	Ужго-род	Ровно
Суточная потребность в воде, чел/сут
Требуемая степень замещения традиционной энергетики, %
Ориентация коллектора	в/з	юв/ю	юг	в/з	юв/ю	юг	в/з	юв/ю	юг	в/з
Угол наклона коллектора, ^0	30/45			30/45	30/45			30/45	30/45

2.2. Решить прикладные задачи

Задача 1. Рассчитать количество трубок для вакуумного солнечного коллектора Ataba, исходя из следующих данных.

Необходимо обеспечить горячей водой семью из n человек, проживающих в N-ске, при среднесуточной потребности каждого из них V л. Средняя температура входящей воды составляет t_н ⁰С, необходимая конечная температура – t_к ⁰С; способность поглощения энергии солнца солнечным коллектором Ataba составляет Y %, площадь поглощения – S_тр м².

Расчет производится по следующему алгоритму:

1. Определяем объем емкостного нагревателя:

,

где V_Н – объем емкостного коллектора, м³

Х – количество людей в семье, чел

V_x – среднесуточная потребность в воде каждого члена семьи, м³/чел

2. Определяем температурный перепад:

,

где Т_К – конечная температура воды, ⁰С;

Т_Н – начальная температура воды, ⁰С.

3. Рассчитываем количество энергии, необходимой для нагревания нужного количества воды с учетом того, что для нагрева одного литра воды на один градус надо затратить энергию равную 1 Ккал.

Для перевода данной энергии в Квт*ч воспользуемся следующей формулой:

G_В=G/859,8

(1кВт*ч = 859,8 Ккал)

4. Определимся с количеством энергии, которое может поглощаться и преобразовываться в тепло солнечными коллекторами Ataba.

4.1. Определяем среднемесячное значение солнечной радиации (G_x) для указанного города (Приложение 3)

4.2. Рассчитываем количество энергии, способное аккумулироваться одной трубкой солнечного коллектора по формуле:

,

где Y – количество солнечной энергии, способное поглощаться данной маркой колектора, %

S_тр – площадь поглощения вакуумной трубки данного колектора, м²

5. Определяем необходимое число трубок.

Величины и единицы их измерения	Варианты
Количество людей в семье, чел
Город проживания	Киев	Донецк	Черни-гов	Симфе-рополь	Ялта	Львов	Одесса	Луцк	Ужго-род	Ровно
Суточная потребность в воде, чел/сут
tн, ^0С
tк, ^0С
Y, %		79,5	79,3	80,2		78,9	79,2	80,5	80,8
Sтр, м^2	0,08	0,076	0,082	0,081	0,079	0,078	0,077	0,083	0,084	0,081

Задача 2. На солнечной электростанции башенного типа установлено n 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 2посвящена 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:

Q = R_г·А_пр·F_г Н_г ·n,

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

F_г- площадь поверхности гелиостата, м²;

n – 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

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,

где T – абсолютная температура теплоносителя, К;

е_пр - степень черноты серого тела приемника;

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

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
n
Fг,м^2
t,^oC

Задача 3. Определить теплоту, подводимую гелиостатами к установленному на башне парогенератору паротурбинной солнечной электростанции, если количество гелиостатов n, площадь зеркал одного гелиостата F, интенсивность солнечного излучения I, коэффициент эффективности использования солнечного излучения η_{и .} Определить также термический КПД и теоретическую мощность паротурбинной установки СЭС, работающей по циклу Ренкина, если параметры острого пара p₁, t₁, давление в конденсаторе р₂ =10кПа, КПД парогенератора η_пг =0,85. Как изменится мощность СЭС, если вместо паротурбинной установки применить кремниевые фотоэлектрические преобразователи с КПД η_фэ = 0,15, занимающие ту же площадь, что и зеркала гелиостатов?

В паротурбинных солнечных энергетических установках теплота солнечного излучения от зеркал гелиостатов концентрируется на парогенераторе, установленном на башне. Общее количество теплоты, воспринятой парогенератором, составляет

, Вт,

где η_и - коэффициент эффективности использования солнечного излучения (изменяется в пределах 0,35…0,5),

n – количество гелиостатов,

F – площадь зеркал одного гелиостата, м²,

I – интенсивность солнечного излучения, Вт/м².

Работа килограмма пара паротурбинной установки в цикле Ренкина равна

l=h₁-h₂, кДж/кг,

термический КПД

,

Где h₁ – энтальпия острого пара, h₂ – энтальпия отработавшего в турбине пара (определяется по h – s диаграмме водяного пара), h_к – энтальпия конденсата (определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара).

Теоретическая мощность паротурбинной СЭУ составит

, Вт

Где η_э – КПД электрогенератора (в пределах 0,92…0,96)

Мощность СЭУ с фотоэлектрическими преобразователями определяется соотношением

, Вт,

Где η_фэ – КПД фотоэлектрических преобразователей (изменяется в пределах 0,13…0,18), F_фэ – их общая площадь, м².

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
n, шт
Fг,м^2
I, Вт/м^2
ηи,%
р1, Мпа
t,^oC

Дата добавления: 2014-11-29