Calcul du schéma thermique des centrales géoélectriques. Centrales thermiques géothermiques à double circuit. Schéma, description. Centrales géothermiques - façons d'utiliser l'énergie géothermique
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Le GeoTEP à double circuit (Fig. 4.2) comprend un générateur de vapeur 4, dans lequel l'énergie thermique du mélange géothermique vapeur-eau est utilisée pour chauffer et évaporer l'eau d'alimentation d'une centrale à turbine à vapeur humide traditionnelle 6 avec un électrique générateur 5. L'eau géothermique usée dans le générateur de vapeur est pompée par la pompe 3 dans le puits de retour 2. Nettoyage à sec Le traitement des eaux d'alimentation de la turbine est réalisé selon des méthodes conventionnelles. La pompe d'alimentation 8 renvoie les condensats du condenseur 7 vers le générateur de vapeur.
Dans une installation double circuit, il n'y a pas de gaz non condensables dans le circuit vapeur, donc un vide plus profond et un effet thermique Efficacité de l'installation augmente par rapport au circuit unique. A la sortie du générateur de vapeur, la chaleur restante des eaux géothermiques peut, comme dans le cas d'une centrale géothermique à circuit unique, être utilisée pour les besoins d'approvisionnement en chaleur.
Figure 4.2. Diagramme thermique centrale géothermique à double circuit
Les gaz, y compris le sulfure d'hydrogène, sont acheminés du générateur de vapeur vers l'absorbeur à bulles et dissous dans l'eau géothermique usée, après quoi ils sont pompés vers le puits d'élimination. Selon des tests effectués à la centrale géothermique océanique en construction (îles Kouriles), 93,97 % du sulfure d'hydrogène initial est dissous dans l'absorbeur bouillonnant.
La différence de température dans le générateur de vapeur réduit l'enthalpie de la vapeur vive dans une installation à double circuit h 1 par rapport à une installation à simple circuit, cependant, en général, la différence de chaleur dans la turbine augmente en raison d'une diminution de l'enthalpie d'échappement vapeur h 2 . Le calcul thermodynamique du cycle s'effectue comme pour une centrale thermique à turbine à vapeur classique (voir la section sur les centrales à turbine solaire à vapeur).
Consommation eau chaudeà partir de puits géothermiques pour installation d'une capacité N, kW, déterminée à partir de l'expression
Kg/s, (4.3)
où est la différence de température de l'eau géothermique à l'entrée et à la sortie du générateur de vapeur, °C, est le rendement du générateur de vapeur. Le rendement global des centrales géothermiques modernes à turbine à vapeur à double circuit est de 17,27 %.
Dans les champs avec des températures d'eaux géothermiques relativement basses (100-200°C) installations à double circuit sur les fluides de travail à bas point d'ébullition (fréons, hydrocarbures). Il est également économiquement justifié d'utiliser de telles installations pour recycler la chaleur de l'eau séparée provenant de centrales géothermiques à circuit unique (au lieu de l'échangeur de chaleur du chauffage urbain de la figure 4.1). Dans notre pays, pour la première fois au monde (en 1967), une centrale électrique de ce type a été créée utilisant le réfrigérant R-12 d'une capacité de 600 kW, construite sur le champ géothermique de Paratunsky (Kamtchatka) sous la direction scientifique de l'Institut de thermophysique de la branche sibérienne de l'Académie des sciences de l'URSS. La différence de température du liquide de refroidissement était de 80...5 o C, de l'eau froide était fournie au condenseur depuis la rivière. Paratounka avec une température annuelle moyenne de 5 o C. Malheureusement, ces travaux n'ont pas été développés en raison du bon marché du combustible organique.
Actuellement, JSC "Kirov Plant" a développé la conception et la documentation technique d'un module géothermique à double circuit d'une capacité de 1,5 MW utilisant du fréon R142v (liquide de refroidissement de réserve - isobutane). Le module énergétique sera entièrement fabriqué en usine et livré par chemin de fer ; les travaux de construction et d'installation ainsi que le raccordement au réseau électrique nécessiteront des coûts minimes. On s'attend à ce que le coût d'usine pour la production en série de modules de puissance soit réduit à environ 800 dollars par kilowatt de capacité installée.
Parallèlement à GeoTES utilisant un liquide de refroidissement homogène à faible point d'ébullition, ENIN développe une installation prometteuse utilisant un fluide de travail mixte eau-ammoniac. Le principal avantage d'une telle installation est la possibilité de son utilisation dans une large plage de températures d'eaux géothermiques et de mélanges vapeur-eau (de 90 à 220 o C). Avec un fluide de travail homogène, un écart de la température à la sortie du générateur de vapeur de 10...20 o C par rapport à celle calculée entraîne une forte diminution de l'efficacité du cycle - de 2,4 fois. En modifiant la concentration des composants du liquide de refroidissement mélangé, il est possible de garantir des performances d'installation acceptables à des températures changeantes. La puissance de la turbine à eau ammoniaquée dans cette plage de température varie de moins de 15 %. De plus, une telle turbine a un meilleur poids et de meilleures dimensions, et le mélange ammoniac-eau est différent meilleures caractéristiqueséchange thermique, qui permet de réduire la consommation de métal et le coût du générateur de vapeur et du condenseur par rapport à un module énergétique utilisant un fluide caloporteur homogène. De telles centrales électriques peuvent être largement utilisées pour récupérer la chaleur perdue dans l’industrie. Ils pourraient avoir une forte demande sur le marché international des équipements géothermiques.
Le calcul du GeoTEI avec des fluides de travail à bas point d'ébullition et mixtes est effectué à l'aide de tableaux de propriétés thermodynamiques et de diagrammes h - s des vapeurs de ces liquides.
Au problème des centrales géothermiques est liée la possibilité d’utiliser les ressources thermiques de l’océan mondial, qui est souvent évoquée dans la littérature. Sous les latitudes tropicales, la température eau de mer en surface environ 25 o C, à une profondeur de 500...1000 m - environ 2...3 o C. En 1881, D'Arsonval a exprimé l'idée d'utiliser cette différence de température pour produire de l'électricité . Schéma d'installation pour l'un des projets de mise en œuvre Cette idée est présentée sur la Fig. 4.3.
Figure 4.3. Schéma d'une centrale thermique océanique : 1 - pompe pour l'alimentation en eau chaude de surface ; 2 - générateur de vapeur à liquide de refroidissement à bas point d'ébullition ; 3 - turbines ; 4 - générateur électrique ; 5 - condensateur; 6 - pompe d'alimentation en eau froide profonde ; 7 - pompe d'alimentation ; 8 - plate-forme du navire
La pompe 1 fournit du chaud les eaux de surface dans le générateur de vapeur 2, où le liquide de refroidissement à bas point d'ébullition s'évapore. De la vapeur d'une température d'environ 20° C est envoyée à la turbine 3, qui entraîne le générateur électrique 4. La vapeur d'échappement pénètre dans le condenseur 5 et est condensée par l'eau froide profonde fournie par la pompe de circulation 6. La pompe d'alimentation 7 renvoie le liquide de refroidissement vers le générateur de vapeur. .
Lorsqu'elles s'élèvent à travers des couches de surface chaudes, les eaux profondes se réchauffent jusqu'à au moins 7...8° C, respectivement, la vapeur humide du liquide de refroidissement épuisée aura une température d'au moins 12...13° C. En conséquence, la température thermique l'efficacité de ce cycle sera = 0,028, et pour un cycle réel - inférieure à 2 %. Parallèlement, les centrales thermiques océaniques se caractérisent par coûts élevésénergie pour vos propres besoins, dépenses très importantes en chaleur et eau froide, ainsi que du liquide de refroidissement, la consommation d'énergie des pompes dépassera l'énergie générée par l'unité. Aux États-Unis, les tentatives visant à implanter de telles centrales électriques à proximité des îles hawaïennes n’ont pas donné de résultats positifs.
Un autre projet de centrale thermique océanique - thermoélectrique - consiste à utiliser l'effet Seebeck en plaçant des jonctions de thermoélectrodes dans les couches superficielles et profondes de l'océan. Le rendement idéal d'une telle installation, comme pour le cycle Carnot, est d'environ 2 %. La section 3.2 montre que l’efficacité réelle des convertisseurs thermiques est d’un ordre de grandeur inférieur. En conséquence, pour l'évacuation de la chaleur dans couches superficielles l'eau des océans et le transfert de chaleur dans les profondeurs, il faudrait construire des surfaces d'échange thermique ("voiles sous-marines") très grande surface. Ceci est irréaliste pour centrales électriques puissance presque perceptible. La faible densité énergétique constitue un obstacle à l’utilisation des réserves de chaleur des océans.
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Objectif de la conférence : montrer les possibilités et les utilisations chaleur géothermique dans les systèmes d’alimentation électrique.
La chaleur sous forme de sources chaudes et de geysers peut être utilisée pour produire de l'électricité en divers schémas dans les centrales géothermiques (GeoPP). Le schéma le plus simple à mettre en œuvre est celui utilisant de la vapeur de liquides ayant un faible point d’ébullition. Eau chaude de sources naturelles, en chauffant un tel liquide dans l'évaporateur, le transforme en vapeur, qui est utilisée dans la turbine et sert d'entraînement au générateur de courant.
La figure 1 montre un cycle avec un fluide de travail, par exemple de l'eau ou du fréon ( UN); cycle avec deux fluides de travail – eau et fréon ( b); cycle vapeur directe ( V) et cycle à double circuit ( g).
Technologies de production énergie électrique dépendent largement du potentiel thermique des eaux thermales.
Dessin. 1 - Exemples d'organisation d'un cycle de production d'électricité :
I – source géothermique ; II – cycle turbine ; III – eau de refroidissement
Les gisements à haut potentiel permettent d'utiliser des conceptions presque traditionnelles de centrales thermiques avec turbines à vapeur.
Tableau 1 -Caractéristiques centrales géothermiques
La figure 2 montre le plus circuit simple une petite centrale électrique (GeoPP) utilisant la chaleur d'une source chaude souterraine.
L'eau d'une source chaude d'une température d'environ 95 °C est amenée par la pompe 2 au dégazeur 3, où les gaz qui y sont dissous sont séparés.
Ensuite, l'eau pénètre dans l'évaporateur 4, dans lequel elle est transformée en vapeur saturée et légèrement surchauffée en raison de la chaleur de la vapeur (de la chaudière auxiliaire), préalablement évacuée dans l'éjecteur du condenseur.
De la vapeur légèrement surchauffée fonctionne dans la turbine 5, sur l'arbre de laquelle se trouve un générateur de courant. La vapeur d'échappement est condensée dans le condenseur 6, refroidie avec de l'eau à température normale.
Figure 2-. Schéma d'un petit GeoPP :
1 – réservoir d'eau chaude ; 2 – pompe à eau chaude ; 3 – éliminateur de gaz ;
4 – évaporateur ; 5 – turbine à vapeur avec générateur de courant ; 6 – condensateur ; 7 – pompe de circulation ; 8 – réservoir d'eau de refroidissement
Des installations aussi simples fonctionnaient déjà en Afrique dans les années 50.
Une option de conception évidente pour une centrale électrique moderne est une centrale géothermique avec une substance active à faible point d'ébullition, illustrée à la figure 3. L'eau chaude du réservoir de stockage pénètre dans l'évaporateur 3, où elle cède sa chaleur à une substance avec un faible point d'ébullition. point d'ébullition. De telles substances peuvent être du dioxyde de carbone, divers fréons, de l'hexafluorure de soufre, du butane, etc. Le condenseur 6 est du type à mélange, qui est refroidi par du butane liquide froid provenant d'un refroidisseur d'air de surface. Une partie du butane issu du condenseur est amenée par la pompe d'alimentation 9 au réchauffeur 10, puis à l'évaporateur 3.
Caractéristique importante ce programme est la capacité de travailler dans heure d'hiver avec de faibles températures de condensation. Cette température peut être proche de zéro voire négative, puisque toutes les substances répertoriées ont des propriétés très basses températures gelé. Cela vous permet d'étendre considérablement les limites de température utilisées dans le cycle.
Dessin 3. Schéma d'une centrale géothermique avec une substance active à bas point d'ébullition :
1 – puits, 2 – réservoir de stockage, 3 – évaporateur, 4 – turbine, 5 – générateur, 6 – condenseur, 7 – pompe de circulation, 8 – refroidisseur d'air de surface, 9 – pompe d'alimentation, 10 – réchauffeur de substance de travail
Géothermie centrale électrique Avec direct en utilisant vapeur naturelle.
La centrale géothermique la plus simple et la plus abordable est usine de turbines à vapeur avec contre-pression. La vapeur naturelle du puits est fournie directement à la turbine, puis rejetée dans l'atmosphère ou dans un appareil qui capte les produits chimiques précieux. La turbine à contre-pression peut être alimentée en vapeur secondaire ou en vapeur issue du séparateur. Selon ce schéma, la centrale électrique fonctionne sans condensateurs et il n'est pas nécessaire de recourir à un compresseur pour éliminer les gaz non condensables des condenseurs. Cette installation est la plus simple ; les coûts d'investissement et d'exploitation sont minimes. Elle prend petite zone, ne nécessite presque pas équipement auxiliaire et peut être facilement adapté en tant que centrale géothermique portable (Figure 4).
Figure 4 - Schéma d'une centrale géothermique avec utilisation directe de vapeur naturelle :
1 – eh bien ; 2 – turbines ; 3 – générateur;
4 – sortie dans l’atmosphère ou vers une usine chimique
Le système considéré peut être le plus rentable pour les zones où il existe des réserves suffisantes de vapeur naturelle. Un fonctionnement rationnel offre la possibilité travail efficace une telle installation même avec des débits de puits variables.
Il existe plusieurs stations de ce type en activité en Italie. L'un d'eux est d'une puissance de 4 000 kW à consommation spécifique vapeur environ 20 kg/s ou 80 t/h ; l'autre a une capacité de 16 000 kW, où sont installés quatre turbogénérateurs d'une capacité de 4 000 kW chacun. Ce dernier est alimenté en vapeur par 7 à 8 puits.
Centrale géothermique avec turbine à condensation et utilisation directe de vapeur naturelle (Figure 5) – c’est le plus schéma moderne pour produire de l’énergie électrique.
La vapeur du puits est fournie à la turbine. Passé dans la turbine, il entre dans le condenseur mélangeur. Un mélange d'eau de refroidissement et de condensat de vapeur déjà évacué dans la turbine est évacué du condenseur vers un réservoir souterrain, d'où il est prélevé. pompes de circulation et est envoyé vers une tour de refroidissement pour y être refroidi. Depuis la tour de refroidissement, l'eau de refroidissement s'écoule à nouveau dans le condenseur (Figure 5).
De nombreuses centrales géothermiques fonctionnent selon ce schéma avec quelques modifications : Larderello-2 (Italie), Wairakei ( Nouvelle-Zélande) et etc.
Champ d'application centrales électriques à double circuit utilisant des substances actives à bas point d'ébullition (fréon-R12, mélange eau-ammoniac,) est l'utilisation de la chaleur des eaux thermales d'une température de 100...200 °C, ainsi que de l'eau séparée des dépôts de vapeur hydrothermale.
Figure 5 - Schéma d'une centrale géothermique avec turbine à condensation et utilisation directe de vapeur naturelle :
1 – eh bien ; 2 – turbines ; 3 – générateur; 4 – pompe ;
5 – condensateur ; 6 – tour de refroidissement ; 7 – compresseur ; 8 – réinitialiser
Combiné production d'énergie électrique et thermique
La production combinée d'énergie électrique et thermique est possible dans les centrales géothermiques (GeoTES).
Le schéma de centrale géothermique le plus simple type à vide pour utiliser la chaleur de l'eau chaude avec des températures allant jusqu'à 100 °C est illustré à la figure 6.
L'exploitation d'une telle centrale se déroule comme suit. L'eau chaude du puits 1 pénètre dans le réservoir accumulateur 2. Dans le réservoir, elle est débarrassée des gaz qui y sont dissous et envoyée au détendeur 3, dans lequel une pression de 0,3 atm est maintenue. A cette pression et à une température de 69 °C, une petite partie de l'eau se transforme en vapeur et est envoyée vers la turbine à vide 5, et l'eau restante est pompée par la pompe 4 vers le système d'alimentation en chaleur. La vapeur évacuée dans la turbine est évacuée dans le condenseur mélangeur 7. Pour éliminer l'air du condenseur, un Pompe à vide 10. Un mélange d'eau de refroidissement et de condensat de vapeur d'échappement est extrait du condenseur par la pompe 8 et envoyé pour refroidissement à la tour de refroidissement par ventilation 9. L'eau refroidie dans la tour de refroidissement est fournie au condenseur par gravité en raison du vide.
Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP d'une capacité de 12 MW (3x4 MW) est une étape pilote du Mutnovskaya GeoTPP d'une capacité nominale de 200 MW, créée pour fournir de l'électricité à la région industrielle de Petropavlovsk-Kamchatsky.
Figure 6 -. Schéma d'une centrale géothermique sous vide avec un expanseur :
1 – puits, 2 – ballon de stockage, 3 – détendeur, 4 – pompe à eau chaude, 5 – turbine à vide 750 kW, 6 – générateur, 7 – condenseur mélangeur,
8 – pompe à eau de refroidissement, 9 – tour de refroidissement par ventilateur, 10 – pompe à vide
À la centrale géothermique de Pauzhetskaya (au sud du Kamtchatka), d'une capacité de 11 MW, seule la vapeur géothermique séparée du mélange vapeur-eau obtenu à partir de puits géothermiques est utilisée dans les turbines à vapeur. Une grande quantité d'eau géothermique (environ 80 consommation totale de PVA) avec une température de 120 °C est déversée dans la rivière de frai Ozernaya, ce qui entraîne non seulement la perte du potentiel thermique du liquide de refroidissement géothermique, mais également de manière significative aggrave l'état écologique de la rivière.
Pompes à chaleur
Pompe à chaleur- un dispositif pour transférer l'énergie thermique d'une source d'énergie thermique de faible qualité avec une basse température vers un consommateur de liquide de refroidissement avec une température plus élevée haute température,. Thermodynamiquement, une pompe à chaleur est une machine frigorifique inversée. Si dans machine frigorifique l'objectif principal est de produire du froid en éliminant la chaleur de n'importe quel volume par l'évaporateur, et le condenseur évacue la chaleur dans environnement, alors dans une pompe à chaleur, la situation est inverse (Figure 7). Le condenseur est un échangeur de chaleur qui produit de la chaleur pour le consommateur, et l'évaporateur est un échangeur de chaleur qui utilise la chaleur de faible qualité située dans les réservoirs, les sols, Eaux usées etc. Selon le principe de fonctionnement, les pompes à chaleur sont divisées en compression et absorption. Les pompes à chaleur à compression sont toujours entraînées par un moteur électrique, tandis que les pompes à chaleur à absorption peuvent également utiliser la chaleur comme source d'énergie. Le compresseur a également besoin d’une source de chaleur de faible qualité.
Pendant le fonctionnement, le compresseur consomme de l'électricité. Le rapport entre l'énergie thermique générée et l'énergie électrique consommée est appelé coefficient de transformation (ou coefficient de conversion thermique) et sert d'indicateur d'efficacité. pompe à chaleur. Cette valeur dépend de la différence des niveaux de température dans l'évaporateur et le condenseur : plus la différence est grande, plus cette valeur est petite.
Par type de liquide de refroidissement dans les circuits d'entrée et de sortie, les pompes sont divisées en six types : « eau souterraine », « eau-eau », « air-eau », « sol-air », « eau-air », « air-air ».
Lors de l'utilisation de l'énergie du sol comme source de chaleur, le pipeline dans lequel circule le liquide est enfoui dans le sol 30 à 50 cm en dessous du niveau de congélation du sol dans une région donnée (Figure 8). Pour installer une pompe à chaleur d'une capacité de 10 kW, il faut un circuit de terre de 350 à 450 m de long, pour l'installation duquel un terrain d'une superficie d'environ 400 m² (20x20 m) sera nécessaire.
Figure 7 – Schéma de fonctionnement de la pompe à chaleur
Figure 8 - Utilisation de l'énergie du sol comme source de chaleur
Les avantages des pompes à chaleur incluent avant tout l'efficacité : pour transférer 1 kWh d'énergie thermique au système de chauffage, l'installation de la pompe à chaleur doit dépenser 0,2 à 0,35 kWh d'électricité. Tous les systèmes fonctionnent en boucle fermée et ne nécessitent pratiquement aucune opération. les coûts, autres que le coût de l’électricité nécessaire au fonctionnement de l’équipement, qui peut être obtenue à partir de centrales éoliennes et solaires. La période d'amortissement des pompes à chaleur est de 4 à 9 ans, avec une durée de vie de 15 à 20 ans avant réparations majeures.
De vraies valeurs Le rendement des pompes à chaleur modernes est d'environ COP = 2,0 à une température de source de −20 °C, et d'environ COP = 4,0 à une température de source de +7 °C.
Les ressources d'énergie géothermique en Russie ont d'importantes potentiel industriel, y compris l’énergie. Les réserves de chaleur de la Terre avec une température de 30 à 40 °C (Fig. 17.20, voir encart couleur) sont disponibles sur presque tout le territoire de la Russie et dans régions individuelles Il existe des ressources géothermiques avec des températures allant jusqu'à 300 °C. En fonction de la température, les ressources géothermiques sont utilisées dans diverses industries économie nationale: industrie de l'énergie électrique, chauffage urbain, industrie, agriculture, thermalisme.
À des températures des ressources géothermiques supérieures à 130 °C, il est possible de produire de l'électricité à l'aide d'un circuit unique. centrales géothermiques(GéoES). Cependant, un certain nombre de régions de Russie disposent d'importantes réserves d'eaux géothermiques avec des températures plus basses de l'ordre de 85°C et plus (Fig. 17.20, voir encadré couleur). Dans ce cas, il est possible d'obtenir de l'électricité à partir d'un GeoPP avec un cycle binaire. Les centrales électriques binaires sont des stations à double circuit utilisant leur propre fluide de travail dans chaque circuit. Les stations binaires sont également parfois classées comme des stations à circuit unique fonctionnant avec un mélange de deux fluides de travail - l'ammoniac et l'eau (Fig. 17.21, voir encadré couleur).
Les premières centrales géothermiques de Russie ont été construites au Kamtchatka en 1965-1967 : Pauzhetskaya GeoPP, qui exploite et produit actuellement la plus grande partie électricité bon marché au Kamtchatka et le Paratunka GeoPP à cycle binaire. Par la suite, environ 400 GeoPP à cycle binaire ont été construits dans le monde.
En 2002, le Mutnovskaya GeoPP, doté de deux centrales électriques d'une capacité totale de 50 MW, a été mis en service au Kamtchatka.
Le schéma technologique de la centrale électrique prévoit l'utilisation de vapeur obtenue par séparation en deux étapes d'un mélange vapeur-eau extrait de puits géothermiques.
Après séparation, la vapeur avec une pression de 0,62 MPa et un degré de siccité de 0,9998 entre dans une turbine à vapeur à deux flux comportant huit étages. Un générateur d'une puissance nominale de 25 MW et d'une tension de 10,5 kV fonctionne en tandem avec une turbine à vapeur.
Pour assurer la propreté de l’environnement dans schéma technologique La centrale électrique est équipée d'un système permettant de pomper les condensats et de les séparer dans les couches terrestres, ainsi que d'empêcher les émissions de sulfure d'hydrogène dans l'atmosphère.
Les ressources géothermiques sont largement utilisées à des fins de chauffage, notamment dans l’utilisation directe de l’eau géothermique chaude.
Faible potentiel sources géothermiques Il est conseillé d'utiliser de la chaleur à une température de 10 à 30 °C à l'aide de pompes à chaleur. Une pompe à chaleur est une machine conçue pour transférer l'énergie interne d'un liquide de refroidissement à basse température vers un liquide de refroidissement à haute température en utilisant des influences externes pour effectuer un travail. Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur est basé sur le cycle de Carnot inversé.
La pompe à chaleur, consommant des kW de puissance électrique, fournit au système de chauffage de 3 à 7 kW de puissance thermique. Le coefficient de transformation varie en fonction de la température de la source géothermique de faible qualité.
Pompes à chaleur trouvées large application dans de nombreux pays du monde. L'installation de pompe à chaleur la plus puissante fonctionne en Suède avec une capacité thermique de 320 MW et utilise la chaleur de l'eau de la mer Baltique.
L'efficacité de l'utilisation d'une pompe à chaleur est principalement déterminée par le rapport entre les prix de l'électricité et l'énérgie thermique, ainsi que le coefficient de transformation, indiquant combien de fois plus d'énergie thermique est produite par rapport à l'énergie électrique (ou mécanique) dépensée.
Le fonctionnement des pompes à chaleur est plus économique pendant la période de charges minimales du système électrique. Leur fonctionnement peut aider à niveler les programmes de charge électrique du système électrique.
Littérature pour auto-apprentissage
17.1.Usageénergie de l'eau : manuel pour les universités / éd. Yu.S. Vassilieva. -
4e éd., révisée. et supplémentaire M. : Energoatomizdat, 1995.
17.2.Vasiliev Yu.S., Vissarionov V.I., Kubyshkin L.I. Solution hydroélectrique
Tâches russes sur un ordinateur. M. : Energoatomizdat, 1987.
17.3.Neporozhny P.S., Obrezkov V.I. Introduction à la spécialité. Énergie hydroélectrique
cocher: Didacticiel pour les universités. - 2e éd., révisée. et supplémentaire M : Energoatomizdat,
1990.
17.4.Calculs eau-énergie et eau-économie : manuel pour les universités /
édité par DANS ET. Vissarionova. M. : Maison d'édition MPEI, 2001.
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DANS ET. Vissarionova. M. : Maison d'édition MPEI, 1997.
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17.7.Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. L'énergie éolienne en Russie. État
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17.8.Calcul ressources énergétiques éoliennes : manuel pour les universités / éd. DANS ET. Wissa
Rionova. M. : Maison d'édition MPEI, 1997.
17.9.Moutnovski complexe électrique géothermique au Kamtchatka / O.V. Britvin,
Sujet : Calcul du schéma thermique d'une centrale géothermique
Une centrale géothermique est composée de deux turbines :
le premier fonctionne en vapeur d'eau saturée obtenue lors de la détente
corps Pouvoir électrique –N ePT = 3 MW ;
le second fonctionne à la vapeur saturée de réfrigérant - R11, qui est utilisée
est dû à la chaleur de l’eau évacuée du détendeur. Électrique
pouvoir - N eHT, MW.
Eau de puits géothermiques avec température t gv = 175 °C après
se déverse dans l'expandeur. De la vapeur saturée sèche se forme dans le détendeur avec
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température 25 degrés de moins t Gardes Cette vapeur est envoyée au
turbine. L'eau restante du détendeur va à l'évaporateur, où
refroidi à 60 degrés et pompé vers le puits. Nedog-
rugir dans usine d'évaporation- 20 degrés. Les fluides de travail se dilatent -
dans les turbines et entrent dans les condenseurs, où ils sont refroidis avec de l'eau provenant de
rivières avec température t xv = 5 °C. Le chauffage de l'eau dans le condenseur est
10 ºС et sous-chauffage jusqu'à une température de saturation de 5 ºС.
Efficacités internes relatives des turbines ç oh= 0,8. Électromécanique
Le rendement technique des turbogénérateurs est çem = 0,95.
Définir:
puissance électrique d'une turbine fonctionnant au fréon - N eCT et
capacité totale de la centrale géothermique ;
consommation de fluides de travail pour les deux turbines ;
l'eau coule du puits;
Efficacité des centrales géothermiques.
Prenez les données initiales du tableau 3 pour les options.
Tableau 3
Données initiales pour la tâche n°3
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dehors
3. Déterminer les enthalpies en points caractéristiques :
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4. On calcule la chute de chaleur disponible dans la turbine :
TP TP
5. Trouvez la chute de chaleur réelle dans la turbine :
NIPT =NOPT ⋅ç oh = 744,6 ⋅ 0,8 = 595,7kJ /kg .
6. Consommation de vapeur (eau d'un puits géothermique) pour arroser
on trouve la turbine grâce à la formule :
DoPT =
NIPT ⋅ç Em
5,3kg /Avec .
7. Débit d'eau du puits géothermique vers l'évaporateur et vers
On retrouve l'ensemble de la centrale géothermique en général à partir du système d'équations :
FAI TP
En résolvant ce système, on trouve :
7.1 débit d'eau d'un puits géothermique vers l'évaporateur :
hGW −HP
2745,9 − 733,25
733,25 − 632, 25
7.2 Consommation générale d'eau d'un puits géothermique
DGW = 5,3 + 105,6 = 110,9kg /Avec .
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8. Le débit de fréon dans la deuxième turbine est déterminé à partir de l'équation thermique
solde total:
FAI vykhI XT XT
où ç Et= 0,98 - efficacité de l'évaporateur.
⋅ç Et ⋅
HP −sortir
105,6 ⋅ 0,98 ⋅
632,25 − 376,97
114,4kg /Avec .
9. Puissance électrique de la deuxième turbine fonctionnant au liquide de refroidissement
bas, déterminé par la formule :
Où HiXT = (HP −h HT)ç oh- différence de chaleur réelle seconde
XT XT T
10. La puissance électrique totale de la centrale géothermique sera égale à :
GéoTES XT
11. Trouvons l’efficacité de GeoTES :
ç GéoTES
GéoTES
D −h
⎜ ⎜D
N eGeoTES
⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞
⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠
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CALCUL DE CENTRALE GÉOTHERMIQUE
Calculons le circuit thermique d'une centrale géothermique de type binaire, selon.
Notre centrale géothermique est composée de deux turbines :
Le premier fonctionne à la vapeur d'eau saturée obtenue dans un détendeur. Pouvoir électrique - ;
Le second fonctionne à la vapeur saturée du réfrigérant R11, qui s'évapore sous l'effet de la chaleur de l'eau évacuée du détendeur.
L'eau des puits géothermiques avec une pression pgw et une température tgw entre dans le détendeur. Le détendeur produit de la vapeur saturée sèche avec une pression de pp. Cette vapeur est envoyée vers une turbine à vapeur. L'eau restante du détendeur va à l'évaporateur, où elle est refroidie et retourne dans le puits. Pression de température dans l'unité d'évaporation = 20°C. Les fluides de travail se dilatent dans les turbines et pénètrent dans les condenseurs, où ils sont refroidis avec de l'eau de rivière à température thw. Chauffage de l'eau dans le condenseur = 10°C, et sous-chauffage jusqu'à la température de saturation = 5°C.
Efficacités internes relatives des turbines. Rendement électromécanique des turbogénérateurs = 0,95.
Les données initiales sont données dans le tableau 3.1.
Tableau 3.1. Données initiales pour le calcul du GeoPP
Diagramme schématique d'un GeoPP de type binaire (Fig. 3.2).
Riz. 3.2.
D'après le schéma de la Fig. 3.2 et les données initiales, nous effectuons des calculs.
Calcul du circuit turbine à vapeur, fonctionnant à la vapeur d'eau sèche saturée
Température de la vapeur à l’entrée du condenseur de la turbine :
où est la température de l'eau de refroidissement à l'entrée du condenseur ; - chauffer l'eau dans le condenseur ; - différence de température dans le condenseur.
La pression de vapeur dans le condenseur à turbine est déterminée à partir de tableaux de propriétés de l'eau et de la vapeur d'eau :
Chute de chaleur disponible par turbine :
où est l'enthalpie de la vapeur saturée sèche à l'entrée de la turbine ; - enthalpie à la fin du processus théorique de détente de la vapeur dans la turbine.
Consommation de vapeur du détendeur à la turbine à vapeur :
où est relatif interne Efficacité de la vapeur turbines; - rendement électromécanique des turbogénérateurs.
Calcul d'un expanseur d'eau géothermique
Équation du bilan thermique de l'expandeur
où est le débit d'eau géothermique du puits ; - enthalpie de l'eau géothermique d'un puits ; - débit d'eau du détendeur vers l'évaporateur ; - enthalpie de l'eau géothermique en sortie du détendeur. Elle est déterminée à partir de tableaux de propriétés de l'eau et de la vapeur d'eau comme l'enthalpie de l'eau bouillante.
Équation du bilan matière de l’expandeur
En résolvant ces deux équations ensemble, il faut déterminer et.
La température de l'eau géothermique à la sortie du détendeur est déterminée à partir des tableaux des propriétés de l'eau et de la vapeur d'eau comme la température de saturation à la pression dans le détendeur :
Détermination de paramètres en points caractéristiques du circuit thermique d'une turbine fonctionnant au fréon
Température des vapeurs de fréon à l'entrée de la turbine :
Température des vapeurs de fréon en sortie de turbine :
L'enthalpie de la vapeur de réfrigérant à l'entrée de la turbine est déterminée par diagramme pH pour le fréon sur la droite de saturation à :
240 kJ/kg.
L'enthalpie de la vapeur de fréon en sortie de turbine est déterminée à partir du diagramme p-h du fréon à l'intersection des droites et de la droite de température :
220 kJ/kg.
L'enthalpie du fréon bouillant à la sortie du condenseur est déterminée à partir du diagramme p-h du fréon sur la courbe du liquide bouillant par température :
215 kJ/kg.
Calcul de l'évaporateur
Température de l'eau géothermique en sortie d'évaporateur :
Équation du bilan thermique de l’évaporateur :
où est la capacité calorifique de l’eau. Prendre =4,2 kJ/kg.
A partir de cette équation, il faut déterminer.
Calcul de la puissance d'une turbine fonctionnant au fréon
où est le rendement interne relatif de la turbine à fréon ; - rendement électromécanique des turbogénérateurs.
Détermination de la puissance de la pompe pour pomper de l'eau géothermique dans un puits
où est le rendement de la pompe, supposé être de 0,8 ; - volume spécifique moyen d'eau géothermique.