Термодинамический анализ технической системы
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
Термодинамический анализ технической системы
Введение
Когенерация - это технология, представляющая единый процесс производства тепла и электричества. Когенерация - термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии. В качестве источника энергии обычно применяют природный газ. Однако можно применять дизельное топливо, пропан, уголь, древесину, отходы от древесины, биомассу, другие возобновляемые источники энергии и отходы. Например, в Дании в качестве энергетического источника используется солома. Генерируемое тепло применяют для отопления зданий, подогрева воды или производства пара в различных промышленных процессах. В отличие от традиционных электростанций, где отработавшие газы выводятся через вытяжную трубу, газы, генерируемые в результате когенерации, охлаждаются, отдавая свою энергию, в контуре горячей воды/пара. Охлажденные газы затем выбрасываются в атмосферу. Пример схемы показан на рисунке 1:
Рисунок 1 - Схема когенерационной установки
Установки когенерации тепла/энергии могут достичь КПД, равного 90 %. Кроме того, процесс когенерации является более экологически безопасным, т. к. во время сжигания природного газа выделяется меньше оксида углерода (CO2) и оксида азота (NOX), чем при использовании нефти или угля. Развитие когенерации позволит сократить выбросы CO2 на 127 миллионов тонн до 2010 г. и на 258 миллионов тонн до 2020 г.
В некоторых государствах - членах ЕС существуют примеры развития законодательства, касающегося когенерации. В Бельгии - это зеленые сертификаты и квоты когенерации, в Испании - новый декрет о продаже электричества когенерации, в Германии - новое законодательство по когенерации.
Когенерация тепла и электричества (16 % от общего энергоснабжения) особенно развита в Скандинавских странах, а для некоторых из них является даже преобладающим направлением в политике энергоэффективности, составляя более 30 % от общего производства энергии. Для таких стран, как Дания, Финляндия, характерно широкое применение когенерации в сочетании с централизованным теплоснабжением. В Швеции большая доля централизованного теплоснабжения обеспечивается за счет установок паровых котлов, что подтверждает достаточный уровень развития когенерации в стране.
Основные преимущества когенерации:
повышение эффективности преобразования и использования энергии;
уменьшение выделений в окружающую среду, в частности CO2, парниковых газов. Когенерация - единственное решение для выполнения целей Киотского протокола;
снижение затрат. Предоставление приемлемого тепла для местного пользования сокращает затраты на энергетическую сеть, т. к. установки для совместного производства энергии обычно находятся рядом с пунктом потребления;
возможность развития децентрализированных форм производства энергии, где установки удовлетворяют требованиям местных потребителей, обеспечивая эффективность и гибкость в системах применения, избегая энергетических потерь;
энергия, вырабатываемая в результате когенерации, сокращает зависимость от импортируемых источников энергии, является целью европейского энергетического будущего.
Существуют несколько основных типов когенераторных установок (КУ):
Энергоблоки на базе газопоршневых двигателей (ГПУ);
Газотурбинные установки (ГТУ);
Парогазовые установки (ПГУ);
Твердотопливные установки (ТТГУ);
Биогазовые установки (БГГУ);
Топливные элементы (ГУТЭ);
Газотурбинные установки, газовые турбины.
В процессе развития малой энергетики всё больше внимания уделяется газовым турбинам малой и средней мощности. Области применения газотурбинных установок практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования. Положительным моментом использования ГТУ в муниципальных образованиях является то, что содержание вредных выбросов в выхлопных газах NOх и CO находится на уровне 25 и 150 ppm соответственно (для сравнения у ГПА в несколько раз больше) позволяет устанавливать данное оборудование в черте города в жилом районе. Отдельное внимание стоит уделить возможности надстройки существующих котельных газотурбинными установками, что позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд и снизить удельный расход топлива. Применение ГТУ в Мини-ТЭС экономически оправдано в комплексе с утилизационными контурами. Это обусловлено достаточно низким электрическим КПД газовой турбины 22…37%. При этом соотношение вырабатываемой электрической энергии и тепловой составляет 1:1,5; 2,5. В зависимости от потребностей ГТУ комплектуется паровыми или водогрейными котлами-утилизаторами, что позволяет получать либо пар (низкого, среднего, высокого давления) для технологических нужд, либо горячую воду с температурой выше 140 С. Выработанное тепло может быть использовано для производства холодной воды. В этом случае, как потребителя тепловой нагрузки, подключают абсорбционную холодильную машину (тригенерация). В составе комплексной выработки энергии общий КПД станции возрастает до 90%. Максимальная эффективность использования ГТУ обеспечивается при длительной работе с максимальной электрической нагрузкой. В диапазоне мощностей порядка 10 МВт существует возможность использования комбинированного цикла ?/p>