Нетрадиционные источники энергии при энергоснабжении автономных потребителей

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

редставлен на рис. 6.23.

Рис. 6.23 Энергетические процессы в T-S диаграмме

Процесс 1-2 - сжатие воздуха в ВКУ. Процесс 7-3 - нагрев сжатого воздуха в камере сгорания с затратами топлива. Процесс 3-4 - расширение воздуха в газовой турбине и отвод механической энергии. В регенеративном подогревателе происходит утилизация теплоты отходящих от турбины газов (процесс 4-5) и передача этой теплоты сжатому воздуху после компрессора (процесс 2-7), что позволяет снизить расход топлива в камере сгорания. Утилизация теплоты отходящих газов для системы теплоснабжения происходит в процессе 6-1.

Предложенный в работе способ получения электрической и тепловой энергии с помощью ветрокомпрессорных установок позволяет сэкономить значительное количество топлива. Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в элементах схемы.

Как и в предыдущих схемах, в данной схеме используются 6 ветроэлектрических агрегатов, мощностью 1 МВт каждый.

Ветряк приводит в действие воздушный компрессор.

Работа сжатия в компрессоре описывается уравнением, Дж/кг:

где - показатель политропы для воздуха;

- универсальная газовая постоянная для воздуха;

- температура воздуха на всасе (температура наружного воздуха), К;

- степень сжатия в компрессоре;

- адиабатный КПД компрессора.

Расход сжатого воздуха, кг/с:

Температура сжатого воздуха на выходе из компрессора, К:

где - массовая теплоемкость воздуха.

Количество теплоты, переданное газами воздуху в регенеративном теплообменнике, Вт:

где - температура продуктов сгорания после газовой турбины, К;

- температура продуктов сгорания после регенеративного теплообменника, К.

Температура воздуха на выходе из регенеративного подогревателя, К:

Затем поток воздуха поступает в камеру сгорания.

Расход топлива в камере сгорания, кг/с:

где - температура продуктов сгорания перед газовой турбиной;

- теплотворная способность дизельного топлива.

Работа расширения в газовой турбине, Дж/кг:

где - адиабатный КПД турбины.

Мощность, вырабатываемая электрогенератором, связанным с ГТУ, Вт:

Температура продуктов сгорания после газовой турбины, К:

После газовой турбины продукты сгорания поступают в регенеративный подогреватель, где охлаждаются до температуры , а затем проходят через котел-утилизатор, который является подогревателем сетевой воды, где охлаждаются до температуры

Количество теплоты, переданное воде отходящими газами, равно:

В качестве резервного источника электроснабжения в схеме предусмотрена дизель-электрическая станция.

Электрическая мощность, вырабатываемая ДЭС, Вт:

Расход топлива на ДЭС в год, кг/год:

где - доля покрытия электрической нагрузки от ветроэлектрической установки;

- количество электроэнергии, которое должно вырабатываться в соответствии с графиком нагрузки;

- КПД дизель-электростанции по выработке электроэнергии.

Тепловая нагрузка, которую должна обеспечивать котельная, равна:

где Qтреб - количество тепловой энергии, необходимое потребителям на отопление и ГВС;

- количество тепловой энергии, получаемой от утилизации в ДЭС, Вт;

- теплота, отданная отходящими газами после регенератора, Вт.

Расход топлива на водогрейной котельной в год, кг/год:

где - годовой отпуск тепловой энергии котельной, Вт;

- КПД котельной установки.

Суммарный расход топлива за год, кг/год:

В результате моделирования были получены следующие результаты.

Изменение тепловой нагрузки в течение года показано на рисунке 6.24.

Изменение электрической нагрузки в течение года показано на рисунке 4.25.

Рис. 6.24 График изменения тепловой нагрузки в течение года

Рис. 6.25 График изменения электрической нагрузки в течение года

Изменение расхода топлива в течение года показано на рисунке 6.26.

Рис. 6.26 График изменения расходов топлива на КА, ДЭС, ГТУ и общего расхода топлива в течение года

Значения расхода топлива, необходимого для покрытия потребностей потребителей в течение года, приведены в таблице 16.

Таблица 16

Расход дизельного топлива

Расход топлива, т/годКотельный агрегат261Дизель-электрический агрегат5447ГТУ699Суммарный расход топлива6408

Для того, чтобы оценить эффективность данной схемы, определим экономию топлива по сравнению с традиционной схемой.

Экономия дизельного топлива:

на котельный агрегат:

то есть расход топлива сокращается на 88,5%;

на ДЭС:

то есть расход топлива сокращается на 26%;

общая экономия топлива:

то есть расход топлива сокращается на 33,5%.

Таким образом, данная схема энергоснабжения позволяет сэкономить 33,5% расходуемого топлива по сравнению с расходом топлива в традиционной схеме энергоснабжения.

Для того, чтобы оценить эффективность утилизации теплоты, определим экономию топлива по сравнению с предыдущей схемой.